基于单帧图像的相机响应函数标定算法

高动态范围成像技术能够避免因为拍摄方向如逆光和曝光量的不同而使图像存在亮度信息缺失和色差,影响真实场景的信息采集.该技术有利于在复杂环境下获得更高的成像质量,被广泛应用于模式识别、智能交通系统、遥感遥测、军事侦察等众多领域.相机响应函数的标定是高动态范围成像技术的关键,能够建立真实场景的辐照度与采集图像亮度值之间的映射关系,从而获得真实场景的高动态范围图像.所提出的算法通过单帧输入图像获得成像系统的相机响应函数,大大地提高了计算效率,并且适用于欠曝光及过曝光条件下采集的图像,扩展了相机响应函数标定算法的应用范围.     

一种基于自动多次曝光面结构光的形貌测量方法

为解决视觉测量中重建强反射表面时遇到的过度曝光或曝光不足的问题,提出了一种基于自动多次曝光的面结构光测量方法。该方法的核心是根据基准点像素值随曝光时间的变化计算相机响应曲线。利用相机响应曲线和不同曝光时间下的图像计算出当前场景测量所需的曝光次数和曝光时间。将具有不同曝光时间的图像序列融合成新的条纹图像序列进行重建。实验结果表明:所提方法能够准确计算每次曝光的时间,克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗的问题,能够实现高动态范围表面反射率物体的三维形貌光学非接触测量。     

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".     

基于分时积分亚像元融合的地球静止轨道平台消颤振技术

相较于低轨卫星线阵扫描成像模式,地球静止轨道面阵成像的曝光时间相对更长,更容易受到平台颤振的影响而造成图像模糊.为了消除由平台颤振引起的像质退化,本文提出了基于分时积分亚像元融合的方法.由于地球静止轨道的凝视成像特性,相机观察区域在长时间内保持不变,因此分时短曝光可以获得多帧目标内容相同,但模糊尺度更低的短曝光图像.然后对多帧短曝光图像采用基于能量区域质心法的相位相关算法进行亚像元图像配准,计算相对偏移量并进行补偿,位移探测准确度可达0.1像元以内,满足卫星平台应用需求.再按亚像元偏移量对多帧图像进行融合,融合的过程可以提升由于曝光时间缩短而降低的单帧图像信噪比,最终可以获得图像清晰度更高、信噪比与原长曝光图像相当、信息辨识度更好的遥感图像.     

基于分时积分亚像元融合的地球静止轨道平台消颤振技术

相较于低轨卫星线阵扫描成像模式,地球静止轨道面阵成像的曝光时间相对更长,更容易受到平台颤振的影响而造成图像模糊.为了消除由平台颤振引起的像质退化,本文提出了基于分时积分亚像元融合的方法.由于地球静止轨道的凝视成像特性,相机观察区域在长时间内保持不变,因此分时短曝光可以获得多帧目标内容相同,但模糊尺度更低的短曝光图像.然后对多帧短曝光图像采用基于能量区域质心法的相位相关算法进行亚像元图像配准,计算相对偏移量并进行补偿,位移探测准确度可达0.1像元以内,满足卫星平台应用需求.再按亚像元偏移量对多帧图像进行融合,融合的过程可以提升由于曝光时间缩短而降低的单帧图像信噪比,最终可以获得图像清晰度更高、信噪比与原长曝光图像相当、信息辨识度更好的遥感图像.     

基于注意力机制的多曝光图像融合算法

针对多曝光图像任务缺乏真值图像,以及现有多曝光图像融合算法存在的边缘特征丢失、细节模糊等问题,本文提出了一种基于注意力机制的多曝光图像融合算法.该算法建立权重独立的双通道Unet网络,对目标场景不同曝光图像分别进行特征提取,生成不同曝光图像的高维多尺度特征图;通过视觉注意力机制凸显目标场景在不同曝光下对融合有利的特征,...     

递变能量X射线高动态融合图像的灰度表征算法研究

递变能量X射线成像,通过获取并融合图像序列实现动态范围扩展,完整再现了检测对象的结构信息.但是在融合过程中往往是以质量优化为目的,忽略了与实际高动态成像的灰度映射正确性,从而不能保证图像信息与实际物体信息的物理匹配性.因此,本文提出了递变能量X射线高动态融合图像的灰度表征算法.该算法首先以标钢质准楔形试块为对象,将不同电压下的融合图像作为输入数据,直接采集高动态成像图像作为输出数据,利用神经网络方法构建递变能量成像的灰度表征模型.同时针对不同于训练对象的材料,对灰度表征模型进行修正,实现了不同材质的灰度正确表征,进而实现了低动态图像序列融合图像的正确表征.以12和16 bit成像系统进行实验,结果表明,利用12 bit探测器通过变电压采集图像序列,经图像融合、灰度映射及灰度校正,达到了16 bit探测器的成像效果,且满足灰度对应关系,有效拓展了成像器件的动态范围.     

基于图像内容评价因子的动态场景曝光融合算法

针对目前高动态范围(HDR)成像算法难以应对动态场景的局限性,提出了一种有效抑制运动鬼影的HDR图像融合算法。算法根据整体图像质量,从图像序列中选择参考图像;从像素曝光质量、细节丰富程度及与参考图像之间的局部相似性三个角度对图像内容进行评价,根据评价结果确定融合权重;采用拉普拉斯金字塔图像融合算法进行图像融合,得到HDR图像。采用图像熵与结构相似性(SSIM)相结合的评价标准对算法进行评价,实验结果表明,处理结果的平均SSIM达到0.952,证明算法对运动鬼影具有显著的抑制效果。     

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。     

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。     

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%。     

一种夜雾天况彩色视频构建方法

针对单一红外或可见光波段成像技术无法满足夜雾天况彩色成像要求的问题,结合红外和可见光成像各自的特点,提出一种固定区域下针对夜雾天况的彩色视频构建方法。该方法在能见度高的白天利用可见光传感器进行可见光背景图像的构建,在能见度低的夜雾天气利用红外传感器提取出红外运动目标,依据可见光背景图像与原始红外图像的配准参数进行2幅图像的同比例融合,完成彩色视频的重构。实验结果表明,该方法能够准确完成包含红外目标的彩色视频构建,充分体现出夜雾天况下运动目标及其所在场景的彩色特征信息,提升人眼对目标与场景的识别和感知。对于图像大小为720pixel×576pixel的视频序列,该算法的运行速度能够达到40frame/s,可满足彩色视频实时构建的需要。     

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.     

基于相机阵列的红外光场成像

光场成像作为一种应用广泛的计算成像方法,其研究仍局限于电磁波谱中的可见光波段。因此,提出基于相机阵列的红外光场成像方法。首先利用单台被动红外相机移动到同一平面的不同位置分别对同一静态目标场景成像,获取原始红外图像序列,经平移视差校正后生成红外光场数据库;然后基于光场渲染理论,获得重采样图像。与只记录二维位置信息的传统红外成像比较,红外光场成像能够记录包含位置和方向的四维信息。实验结果表明,该法能够融合多幅低信噪比的图像获得一幅信噪比提高的重采样图像,通过孔径叠加平均可实现穿透遮挡物成像,通过选取不同深度值进行重采样可实现红外场景不同深度的数字重聚焦,使红外成像在军事和民用领域更有应用价值。     

基于对数解调的递变能量CT成像方法

复杂结构件由于有效厚度差异大和成像系统动态范围受限, 单一能量下的投影数据信息不完整, 常用CT重建算法及不完全数据重建算法无法在数据缺失严重的情况, 有效实现复杂结构件的CT重建. 为此论文提出基于对数解调的递变能量CT成像方法. 该方法在分析直接高动态CT成像所存在问题的基础上, 提出利用对数变换压缩递变能量投影序列动态范围, 并利用现有的基于图像灰度一致性的融合方法, 计算融合加权系数, 再经常规重建算法实现复杂构件的CT成像. 论文并以某复杂仪表为对象, 进行实验, 相比传统的固定能量成像方式, CT信息完整, 质量高. 从而说明论文所提出的方法, 能够实现CT系统动态范围的扩展, 实现复杂结构件的高动态CT成像.     

场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术

针对红外焦平面对辐射强度较大的目标输出动态范围不足的问题,提出了一种场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术。包括3个方面的内容:从图像中提取目标灰度特征,获取动态范围自适应依据;结合最小均方自适应滤波算法,对调整依据进行滤波预测后给出调节值;把灰度调节值转换成电平值,利用电平值设置红外焦平面偏置电压完成焦平面成像动态范围自适应。最后,对整体方案进行了实验验证。通过在红外焦平面成像系统中实验证明了基于场景成像动态范围自适应方法的可行性,并获得了很好的效果,成像质量有明显提高。     

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.     

基于平场光栅的稀疏约束鬼成像高光谱相机

基于稀疏约束的鬼成像光谱相机,能够通过单次曝光获得目标场景的三维空间光谱数据立方体。但是由于不同波长的散斑场在探测器的同一位置处,使得仪器的光谱分辨率和信噪比受到限制。为了解决上述问题,提出了利用平场光栅分光将不同波长的光场在探测面上错开一定距离的系统,实现了基于平场光栅的稀疏约束鬼成像高光谱相机。通过对系统成像过程的理论推导,得到了系统的关联函数,并通过实验和数值模拟验证了理论推导结果。在保证原先光谱相机优点的同时,基于稀疏约束的鬼成像高光谱相机可以分别调控光谱分辨率和空间分辨率,实现可控的信噪比。此外,还能够根据不同波长的光场特性来优化测量矩阵,从而提高图像恢复质量。