针对动态目标的高动态范围图像融合算法研究

高动态范围成像技术能够全面有效地反映拍摄场景信息,有利于在复杂环境下获得更高的成像质量。目前基于多曝光图像序列的高动态范围图像融合算法需要高精度配准的输入图像序列,无法克服动态问题带来的影响,无法针对存在动态目标的多曝光图像序列进行高动态范围图像融合。基于此,提出了一种高动态范围图像融合算法。该算法利用基于色彩梯度的微分光流法获得由相机抖动以及场景目标运动导致的多曝光图像之间的动态目标偏移量;结合标定的逆相机响应函数构建高动态范围图像融合权重函数,对存在动态问题影响的多曝光图像进行高动态范围图像融合。实验结果表明,提出的算法无需提前对输入图像序列进行精确配准,能够有效克服动态问题影响,实现动态目标的高动态范围图像融合。     

高动态范围图像合成中相机响应函数的快速标定

针对高动态范围图像合成过程中相机响应函数标定速度低的问题,提出了一种快速有效的相机响应函数标定的方法.首先根据不同曝光度的图像在成像过程中场景照度保持一致的特性,提出构建一种新的最小平方代价函数,以降低相机响应函数标定方程组的维数;然后在保证标定方程组求解效率的前提下,根据不同曝光度图像的噪音分布,引入高斯加权函数,有效减小多曝光图像在高亮或过暗区域成像过程中引入的噪音,并利用稳健的QR分解算法提高标定方程组的求解速度;最后采用查表的方法,利用高斯加权函数完成场景照度的合成及相应的色调映射,得到能表现整个场景亮区和暗区细节的可视化图像.实验结果表明,与传统方法相比,本文算法在保证相机响应函数标定准确度的同时,具有计算量小、速度快的优点,可实现相机响应函数的快速标定,而且所获得的可视化图像主观效果有所提高,在便携式摄像设备上具有广泛的应用前景.     

基于数字微镜成像系统的响应曲线标定方法研究

高动态范围成像技术是当前光学成像领域的研究热点。基于数字微镜器件(DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,设计了一种DMD相机,可提高成像系统的动态范围。同时,为了合理有效地编码控制DMD,根据该成像系统的结构及成像特征,利用数学分析方法先后标定了DMD调光响应曲线和CMOS图像探测器的响应曲线,并在此基础上提出基于DMD相机的响应曲线标定方法。实验表明,该成像系统突破了普通数字相机动态范围的限制,动态范围可提高至96dB以上。同时,还完成了DMD相机响应函数的快速标定,为实现DMD掩模的自适应调整提供了重要依据。     

基于HDR图像处理的数码相机成像式亮度测量方法

提出了一种基于高动态范围图像处理的成像式亮度测量方法。该方法首先利用一组由低动态范围时间曝光序列图像合成的HDR图像,经色彩空间变换得到色刺激值,然后利用数码相机特性曲线标定系数计算亮度值。通过对室外场景的实测实验,证明了算法的优越性。     

光学卫星在轨动态场景实时匹配方法及试验

针对目前在轨卫星图像动态范围偏窄、直方图集中、灰度层次不够丰富、暗场景图像细节分辨能力不强的问题,提出一种卫星在轨动态场景实时匹配方法。首先,研究云检测和基于直方图特性的大气程辐射预估方法,消除它们对场景高、低动态测量的影响,并结合测光相机与成像相机辐射响应关系的标定,通过测光相机最多2次拍摄地面场景,实现场景动态范围的实时测量;然后,针对地面场景动态范围通常超出相机动态的问题,设计并提出了基于高亮度和低亮度匹配的相机与场景动态范围匹配方案,同时给出了不同情况下相机在轨参数解算方法。最后,通过无人机飞行试验对匹配方法进行了试验验证,结果表明:利用该方法可根据实时拍摄的地面景物合理地设置相机积分级数和增益,实现相机与场景动态范围的最佳匹配,有效灰阶提升优于100%,信息熵提升优于40%。     

空间相机自适应曝光

为实现空间相机的自适应曝光,提出了一种根据场景高亮度信息设置曝光参量的测光、解算、成像工作模式.在空间相机前加装大尺度面阵测光相机,在空间相机推扫某一区域前,测光相机首先采用预设的曝光参量获取该区域图像,实测当前区域的高亮度信息;再将该高亮度设为空间相机的饱和亮度,解算空间相机的曝光参量;随着卫星的转动,空间相机采用该曝光参量完成位置区域拍摄成像,实现空间相机的自适应曝光.地面验证实验结果表明:与采用固定的较小的曝光参量相比,本文方法可以减小欠曝光图像数量;根据某次实验结果统计,图像的灰度范围由37提高到253,图像熵显著提高.该方法能够根据当前场景内容充分利用成像系统的动态范围并提高图像的灰度层次和图像质量.     

基于DMD的高动态范围场景成像技术

为了对高动态范围场景进行实时有效的观测,设计了一种采用数字微镜器件作为空间光调制器的成像系统.通过改进数字微镜器件的驱动时序,提高数字微镜扩展成像系统动态范围能力.针对光学系统存在畸变,采用多项式拟合法获得数字微镜器件到图像传感器的精确映射关系.针对一般调光算法导致调光后图像可视性差的问题,引入色阶映射算子生成调光模板,获得符合人眼视觉特性的调光结果.实验结果表明,在10帧/s的条件下采用数字微镜器件可提高传统成像系统动态范围66dB,成像系统总的动态范围达到126dB,图像传感器控制准确度达到0.69个像素级别,调光后场景高亮目标与暗背景可同时观测到,调光后采集图像的信息熵得到提高,系统满足对高动态范围场景实时成像观测的需求.     

基于Sigmoid函数局部视觉适应模型的真实影像再现

为解决图像采集与显示设备之间的动态范围差异,色调映射技术试图建立一种由高到低的动态范围映射关系,可用于一般图像的真实影像再现.在不同亮度适应水平下,人眼能产生不同的响应特性及对比度敏感性,从而同时响应不同明暗的光强.由此建立了一种局部视觉适应的再现算法,采用具有参数控制的Sigmoid函数来模拟视觉适应的S形非线性特点,得到不同局部亮度适应水平下的压缩曲线,因此能较好地协调图像整体对比度、亮度调整与局部增强之间的关系,在增强图像较暗区域的同时,极大程度地保持亮区细节.经主观评价与特征统计参数相结合的方法验证,该算法能有效地实现动态范围压缩,保持图像细节而避免伪像,具有一定的色彩恒定性,且复杂度低,具有很好的实用性.     

基于投影强度的快速高动态范围三维形状测量

条纹投影轮廓术由于具有速度快、精度高、对环境光照和表面纹理具有鲁棒性等优点,在许多领域得到了广泛应用。但是,它容易受到高动态范围(high dynamic range, HDR)对象的影响。因此提出了一种快速计算最佳投影亮度的方法。通过求解相机与投影仪之间的响应关系,结合所提出的一个简便的投影亮度确定方法,可以得到测量所需要的投影亮度。再基于所提出的图像融合算法融合求得的各个亮度下的原始图片,从而获得高质量的融合图片,实现对HDR物体的高精度的三维重构。相较于传统方法,无需盲目投射和拍摄大量图片或计算复杂的单应性矩阵,仅需要投影一张均匀白光至被测物体,即可快速求解出相机和投影仪之间的响应函数,从而获得所需的投影亮度,使得测量速度有极大的提升。     

基于B样条插值算法的亚像元技术的研究

亚像元动态成像技术是目前实现卫星相机小型化及提高相机空间分辨率的一种有效方法。在不改变TDICCD相机的焦距、成像距离,以及TDI CCD器件的像元尺寸的前提下,亚像元动态成像技术可以提高相机的空间分辨率。利用B样条插值算法,研究了TDI CCD相机的图像的亚像元动态插值问题,由两幅相机输出的原始图像经过算法得到比原图像分辨率高的图像,并对比了该算法与其它几种算法的效果,分析结果表明,该算法较其它算法得到的高分辨率图像的效果更佳。     

基于数字微镜器件的高光面物体三维测量方法

在投影结构光的三维形貌测量方法中,由于镜面反射,高光面物体的三维测量无法得到清晰的编码图像,影响了三维坐标信息的解算,进而无法拟合出完整的三维形貌。提出应用数字微镜器件(DMD)为核心的新型DMD相机,应用DMD的高动态范围成像解决传统电荷耦合器件(CCD)采集编码图像过曝光的问题。在传统单目三维测量系统基础上搭建新的系统,建立了DMD相机的高动态范围成像和三维测量的数学模型,结合格雷码的图像匹配方法,获取物体的三维坐标信息。实验结果证明,该系统对高光面物体的成像起到了良好的效果,获得了比较完整的点云位深图,能够进行高动态范围的三维形貌测量。     

基于序列图像的几何参数测量方法研究

随着测量技术的不断发展,现代工业对物体尺寸检测的准确性及快速性要求越来越高.文中提出了一种利用序列图像来测量物体几何尺寸的方法.使用数码相机获得标定模板的序列图像,通过直接线性变换(DLT)方法来标定相机内部参数,结合透镜成像的知识,对使用数码相机采集到的物体序列图像进行处理和测量,最终计算出物体的宽度和高度.实验证明...     

基于数字微镜器件技术提高面阵CCD相机动态范围的研究

提出了一种采用数字微镜(DMD)器件作为SLM调制面阵CCD的设计方法.解决普通CCD相机在拍摄高反差场景时,图像上出现过曝光或欠曝光,造成丢失细节的现象.该方法通过场景预测成像,确定CCD按多曝光区域的划定和曝光时问.利用DMD微镜凋制功能,实现CCD分区分时曝光.同时设计一种图像数据结构提高了面阵CCD动态范围.实验证明,该方法不但提高了成像质量,高亮和背光处细节可清晰地表现.而且增强了图像数据的动态范围.实现了实时获取高动态范围、高质量的图像及数据,不再需要软件"融合".     

基于高动态范围成像的极端亮度测量方法研究

为了解决光污染中存在的极端亮度对比问题,针对此类复杂照明光环境,提出了一种基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法。利用24色标准色卡和CS-2000分光辐射亮度计对D5300数码相机进行标定,获得了高动态范围亮度分布图像与CIE 1931-XYZ表色系统刺激值之间的拟合关系,实现了极端亮度对比环境中亮度分布的准确测量。通过在城市道路中实地测量,验证了基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法的亮度测量动态范围可达10⁴,其测量值与CS-2000分光辐射亮度计测得的标准亮度值的相对误差分别为-2.2%和-2.5%,表明该方法具有良好的适用性,可为道路照明质量的高效、高准确度测量提供计量保障,为有效防治光污染等复杂光环境问题提供了解决方案。     

航天遥感相机动态钳位设计

提出了航天遥感相机的动态钳位方法,该方法通过在相机的模拟前端对大气程辐射值进行减除,实现场景信息的充分量化.建立了航天遥感相机成像链路模型,分析了大气程辐射对图像灰阶范围的影响.研制了动态钳位相机,实现了在相机硬件电路中减除模拟信号.在外场对动态钳位相机进行了实验验证,实验中利用MODTRAN软件计算大气程辐射并转换为相机钳位值.实验结果表明:本文方法可使相机低端信息得到充分利用,图像灰阶范围能够提高62%;在航天遥感相机中设计动态钳位能够利用低端量化信息,用更多的量化位数来表示地物目标信息,并可提高辐射分辨率,保留更多图像的细节信息.     

基于线性化动态范围变换的光学投影层析三维成像

传统的光学投影层析受相机感光元件动态范围及曝光时间的限制,难以对具有复杂空间结构分布的样品获取其完整且精细的三维结构信息。针对传统光学投影层析三维成像系统存在的问题,提出了在传统光学投影层析技术中引入朗伯体光源以及线性化动态范围变换的新方法。使用朗伯体光源照射样品,通过多次曝光分别对样品进行图像采集,获取相机实际响应曲线,线性化处理曲线中非线性响应区域以解决传统多次曝光动态范围变换存在的非线性失真和假象问题,然后应用图像融合技术对多次曝光获取的原始图像数据进行融合,运用反投影算法重构样品三维成像,从而获得具有复杂空间结构样品的精细三维结构信息。理论分析与成像结果表明,这种基于光学投影层析的三维结构成像新方法可以获得复杂空间结构样品更多的信息。     

基于环境光检测的场景融合系统

基于深度相机和人眼检测模型实时返回观察者眼睛的位置坐标,利用坐标转换模型计算合理的显示区域,通过颜色传感器的颜色分量数据估计环境色温和亮度;根据提前标定的显示参数映射表调整显示状态,使其最接近环境光的色彩表现。搭建了场景融合实验系统,系统分为位置监测相机、图像采集相机、颜色传感器、显示设备、处理器五部分.分别在色温为6354 K,照度为160 lx的室内场景和色温为6197 K,照度为848 lx的室外场景下进行融合实验.实验结果表明,场景融合方案能够为不同位置的观察者调整显示画面,并根据环境光信息改变显示参数,融合效果优良,单次执行仅需283 ms.     

一种基于光场图像的聚焦光场相机标定方法

基于光场成像技术的场景三维深度重建,需标定光场相机的几何参数。本文提出一种基于原始光场图像的聚焦光场相机的标定方法。拍摄标定板不同旋转角度的原始光场图像;根据图像上像点与虚拟像点(像点关于微透镜的共轭点)的共轭关系,计算得到虚拟像点的坐标;根据标定板上角点与虚拟像点的共轭关系,建立聚焦光场相机标定模型;利用Levenberg-Marquardt算法求解标定模型,进行标定实验;比较所提方法与基于全聚焦图像的标定方法的标定参数。结果表明,原始光场图像与全聚焦图像对应的虚拟像点(角点关于主透镜的共轭点)之间的误差小于21pixel,角点的标定误差小于3%,基于原始光场图像和全聚焦图像方法获得的结构参数和外部参数具有较好的一致性,表明基于原始光场图像的标定方法的可行性。     

动态范围2000的皮秒时间分辨软X射线扫描相机

优化设计和研制了一种旨在获得大的动态范围的皮秒时间分辨软X射线扫描相机系统.该相机阴极有效面积Φ30 mm,聚焦电压8 kV,有效防止了打火对动态范围的影响|摒弃了微通道板内增强器,引入了后加速系统,以保证足够高的荧光屏量子效率|采用了大动态范围的像增强器进行图像外增强.借助于皮秒激光器动态测试和标定系统对其性能进行了实验评价,获得了动态范围大于2 000的结果.     

动态范围2000的皮秒时间分辨软X射线扫描相机

优化设计和研制了一种旨在获得大的动态范围的皮秒时间分辨软X射线扫描相机系统.该相机阴极有效面积Φ30mm,聚焦电压8kV,有效防止了打火对动态范围的影响;摒弃了微通道板内增强器,引入了后加速系统,以保证足够高的荧光屏量子效率;采用了大动态范围的像增强器进行图像外增强.借助于皮秒激光器动态测试和标定系统对其性能进行了实验评价,获得了动态范围大于2000的结果.