基于PID控制器的HDRI系统的研究

HDRI系统是指进行高动态范围图像采集的成像系统。在使用空间光调制器进行反馈调制从而获取宽动态范围图像的系统中,由于未知景物光强范围很大,会导致反馈耗时或振荡。提出了一种将控制理论中的PID技术应用于反馈调制系统的调整方法。从PID的原理出发,根据工程应用的具体情况,简化了PID控制器的参数,得到了简单的PID控制器参数。通过数值仿真对PID控制器参数进行了充分的讨论,明确了这一参数的最优取值范围及取值原则。通过成像实验验证了这种PID控制参数的正确性。     

航空相机动态调制传递函数分析与研究

利用调制传递函数对动态成像质量做出评价,确立合理的稳定系统性能指标,是航空相机设计过程中需要解决的重要问题.基于线性光学系统的传递函数理论,针对匀速运动、加速运动和正弦运动等几种动态成像条件进行了定量分析,建立了像移量和动态成像质量之间的联系.针对低频正弦运动,提出了一种基于离散相位区间的动态调制传递函数计算方法.分析结果表明,在像模糊斑大小均为0.5个像元的情况下,高频正弦运动、直线运动和低频正弦运动的动态调制传递函数分别可以达到0.85、0.9和0.998,此时可以获得较理想的动态图像.据此得出了高频振动对像质的破坏最严重,直线运动次之,低频正弦运动最轻的结论.根据分析,可以针对特定的动态成像条件计算相应的调制传递函数,为航空相机系统的综合像质评价和视轴稳定系统设计提供了准确的定量参考.     

动态MTF的数值计算与分析

受振动的影响,在积分时间内,光学系统成像是一个动态过程.对于动态成像,常采用动态调制传递函数(MTF)作为评价振动对像质影响的工具.针对动态MTF,提出一种适用于任意运动形式的数值计算方法,该方法还可以扩展到计算二维运动时的动态MTF.该方法可用于预估和评价动态成像系统的成像质量,计算的结果还可用于运动模糊图像的仿真与...     

基于微光像增强器的偏振成像系统设计与实验

为验证用微光像增强器实现偏振成像的可行性,根据偏振成像原理,设计了基于分时型偏振成像技术的微光偏振检偏器。选用三代像增强器和高动态范围数字CCD,设计了相应大口径成像物镜和中继光学耦合透镜,获得了高透过率、高调制函数（MTF）的图像耦合性能。采用数字CCD、数字图像采集卡,编写了相应图像处理软件,实现了实验室和野外微光条件下的人造目标和自然景物的偏振探测成像。结果表明,原始图像中目标与背景对比度之比为1.35,基于微光像增强器的偏振成像系统的目标与背景对比度之比为2.35,微光偏振成像能够提高夜间环境下人造目标和自然背景的对比度。     

航空相机像旋动态调制传递函数分析与研究

航空相机在采用旋转扫描反射镜成像过程中存在像面旋转,会导致图像模糊,成像质量下降,必须采用像旋补偿机构进行补偿。目前,通过人眼观察图像模糊程度和电机同步控制精度评价像旋补偿精度,都不能客观准确评价系统成像质量。为建立航空相机成像质量与像旋补偿系统其他指标之间的直接关系,提出基于极坐标系的动态调制传递函数(MTF),并提出基于倾斜刃边法与模糊路径法相结合的方法测量航空相机旋转像移动态MTF。设计扇形靶标旋转动态成像实验,利用旋转动态MTF和倾斜刃边法得到图像动态MTF计算值,并基于图像模糊路径测量转台转动时图像动态MTF测量值。实验结果表明,转台以20~300(°)/s匀速转动时,空间频率在旋转动态MTF到达第一个零点频率前,动态MTF计算值和测量值曲线近似重合,验证了旋转动态MTF的正确性;空间频率在小于0.7零点频率范围内,两动态MTF曲线相对误差最大值和均值分别小于6%,2%,进而证明了测量方法的准确性。     

基于遥感图像及工程参数的全局像移探测算法

相邻两片成像传感器的拼接区能够形成具有相同目标景物的图像, 是提炼像移信息的关键, 具有相同目标景物的图像并非贯穿于每次成像任务全程, 无相同目标景物期间的像移估计问题仍然存在。提出基于遥感图像及工程参数的全局像移探测算法, 试图对包含无相同目标景物期间在内的像移进行全覆盖探测。根据拼接区成像特点, 将成像过程分为无相同目标景物和有相同目标景物两个阶段:在无相同目标景物阶段, 利用工程参数计算像移的低频分量, 建立基于拼接区图像和像移低频分量的目标函数, 衡量像移曲线与低频分量之间的偏离程度; 采用最速下降法搜索偏离度最小值点, 作为无相同目标景物期间像移的最优估计; 推导有相同目标景物期间的像移计算公式, 利用无相同目标景物期间的估计值求解像移。以XX-1号空间光学遥感器为实验对象, 检测到0.133 Hz、7 pixels左右的像移, 可探测的时间范围包含最初226 ms的无相同目标景物阶段, 且显著削弱了盲点处的像移测量偏差。实验结果证明, 提出的算法能够对包含无相同目标景物期间的全局像移进行有效测量。     

探测器像元尺寸对航空光电系统成像性能影响分析

针对航空光电系统成像性能要求,从探测器像元尺寸出发,研究了探测器像元尺寸对探测器动态范围、信噪比、调制传递函数等性能参数的影响,并分析了探测器像元尺寸对光电系统分辨率、信噪比、探测识别作用距离等总体性能参数的影响,最后列举了国外典型航空光电系统参数及其选用的探测器参数。通过分析探测器性能参数与系统总体性能参数之间的关系,给出探测器像元尺寸选型及航空光电系统Fλ/d典型值的建议,即一般情况下航空光电系统为了获得远距离高像质图像,优先选用大像元探测器,并综合权衡探测器像元尺寸与系统Fλ/d之间的关系,将Fλ/d控制在2以内。     

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.     

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。     

The image adaptive method for solder paste 3D measurement system

The extensive application of Surface Mount Technology (SMT) requires various measurement methods to evaluate the circuit board. The solder paste 3D measurement system utilizing laser light projecting on the printed circuit board (PCB) surface is one of the critical methods. The local oversaturation, arising from the non-consistent reflectivity of the PCB surface, will lead to inaccurate measurement. The paper reports a novel optical image adaptive method of remedying the local oversaturation for solder paste measurement. The liquid crystal on silicon (LCoS) and image sensor (CCD or CMOS) are combined as the high dynamic range image (HDRI) acquisition system. The significant characteristic of the new method is that the image after adjustment is captured by specially designed HDRI acquisition system programmed by the LCoS mask. The formation of the LCoS mask, depending on a HDRI combined with the image fusion algorithm, is based on separating the laser light from the local oversaturated region. Experimental results demonstrate that the method can significantly improve the accuracy for the solder paste 3D measurement system with local oversaturation.     

High dynamic range imaging for fringe projection profilometry with single-shot raw data of the color camera

It is a challenging issue to get satisfied results in terms of 3D imaging for shiny surface with fringe projection profilometry (FPP), as the wide variation of surface reflectance for shiny surface will lead to bad exposure, which requires the high dynamic range imaging (HDRI) technique. HDRI with monochromatic illumination and single-shot raw data of the color camera is presented in this paper. From the single-shot raw data, 4 monochrome sub-images corresponding to R, G, G and B channels can be separated respectively. After the attenuation ratios between R&G, G&B channels are calibrated, an image with higher dynamic range can be synthesized with the 4 sub-images, which can help to avoid the impact of bad exposure and improve the accuracy of phase calculation. Experiments demonstrate the validity of proposed method for shiny surface.     

基于图像熵的各向异性扩散相干斑噪声抑制

本文提出了一种基于图像熵的各向异性扩散滤波方法. 该方法使用图像熵作为边缘检测算子, 避免了由于均值和方差等统计量的估计带来的误差, 提高了边缘检测能力. 试验结果表明该方法能够获得比传统方法更好的相干斑噪声抑制效果. 关键词： 相干斑抑制 各向异性扩散 图像熵 合成孔径雷达     

真彩色传递双波段图像融合

针对基于颜色传递的双波段（中波红外、可见光）图像融合时,由于参考图像选择不当,造成的彩色融合图像对比度差、图像边缘细节下降等问题,提出了基于拉普拉斯金字塔分解及对比度可调的色彩传递图像融合算法。对待融合的两幅图像进行拉普拉斯金字塔三级分解,每一级按照不同的融合规则进行融合,以重构后的灰度融合图像作为融合结构的亮度分量Y,将可见光与红外图像的差值图像作为U分量,以红外图像为V分量。在颜色传递公式中,加入可调的比例系数,通过适当调节比例系数可调节融合图像的对比度。实验结果表明,获得的融合图像较好地保留了可见光图像的细节,既突出了红外目标同时又具有参考图像的颜色特征。图像评价结果表明,融合图像的均值、方差、熵等评价指标均得到较大提高。     

一种基于提升小波的图像融合技术研究

针对红外与可见光图像进行提升小波变换后低频图像的特点,提出了一种低频分量的融合算法,高频分量采取邻域方差取大为准则进行融合,然后进行提升小波逆变换得到融合图像。通过与传统小波融合方法进行比较,并引入信息熵、清晰度、Xydeas-Petrovic客观性能指标对融合后的图像进行分析。实验结果表明不论从视觉效果还是从客观性能指标上,该算法都优于传统的融合方法。     

Rescaled Range Permutation Entropy: A Method for Quantifying the Dynamical Complexity of Extreme Volatility in Chaotic Time Series

Information entropy,as a quantitative measure of complexity in nonlinear systems,has been widely researched in a variety of contexts.With the development of a nonlinear dynamic,the entropy is faced with severe challenges in dealing with those signals exhibiting extreme volatility.In order to address this problem of weighted permutation entropy,which may result in the inaccurate estimation of extreme volatility,we propose a rescaled range permutation entropy,which selects the ratio of range and standard deviation as the weight of different fragments in the time series,thereby effectively extracting the maximum volatility.By analyzing typical nonlinear systems,we investigate the sensitivities of four methods in chaotic time series where extreme volatility occurs.Compared with sample entropy,fuzzy entropy,and weighted permutation entropy,this rescaled range permutation entropy leads to a significant discernibility,which provides a new method for distinguishing the complexity of nonlinear systems with extreme volatility.     

航空相机动态调制传递函数分析与研究

影像位移是影响航空相机分辨率的主要因素。用MTF对动态成像质量做出评价,确立合理的稳定系统性能指标,是设计过程中常用的手段。为此研究了匀速运动,变速运动和正弦运动条件下的动态MTF,针对目前无法准确评价的低频正弦运动,提出了基于离散相位区间的动态MTF计算方法。分析结果表明,在像模糊斑大小相同的情况下,高频振动对像质的破坏最严重,直线运动次之,低频振动最轻。根据所作分析可以针对给定的影像位移计算出相应的动态MTF,为航空相机像质评价提供了准确定量的参考。     

奇异值非线性修正的低对比度红外图像实时增强

由于场景中目标与背景的温差相对较小,红外图像会存在对比度低、视觉效果差的问题,针对这一问题,提出一种基于奇异值非线性修正的红外图像对比度实时增强方法。该方法首先对红外图像进行奇异值分解得到其原始奇异值,然后采用一个对数型非线性变换对图像奇异值进行优化,最后根据修正的奇异值重构出对比度增强的红外图像。利用对数型非线性变换修正图像奇异值不仅能够有效拉伸奇异值的动态范围,同时可优化奇异值的变化梯度,使图像的能量信息得到更充分地表达,改善红外图像不良的视觉效果。实验结果表明,该方法较几种对比方法在视觉效果和客观评价方面均具有更优的增强性能;同时体现出良好的实时性,为实现红外图像的实时增强提供了新途径。     

高动态图像获取技术

高动态图像获取技术可以提高复杂光照条件下的成像质量。简要介绍了高动态图像获取的基本原理。对近年来发展起来的各种高动态成像方法和重建技术进行了总结,尤其是采用普通图像传感器通过扩展重建获取高动态图像的方法。