编码曝光相机系统设计

在研究编码曝光理论基础上,设计了应用型嵌入式编码曝光相机系统。在采集运动目标图像时,按照预设的编码时序控制曝光快门,得到了光生电荷多次叠加一次转移的图像。该图像为具有编码曝光信息的运动模糊图像,有更多的图像细节信息。编码曝光图像信号经过AD转换后将数据暂存在数据存储器,再经核心器件解码模块输出复原图像。实验结果证明,编码曝光相机能有效解决线性运动模糊问题。在相同测试条件下,利用无参考图像评价指标测试,编码曝光条件下复原图像质量的指标平均值均比一般单次曝光条件下复原图像质量提高了近2倍。     

基于指导滤波的图像盲复原算法

作为图像处理领域的重要分支和研究热点之一, 图像复原方法 的研究始终具有重要理论意义和广泛的应用价值, 图像盲复原一直以来都 是图像复原中比较困难的问题之一. 针对相机与所拍摄景物之间由于相对 位置移动而使所获得图像发生运动模糊的情况, 本文提出了一种基于指导滤波 的图像盲复原算法. 我们首先通过频域迭代算法对点扩散函数 进行估计. 然后, 由于指导滤波具有较好的保持图像边缘的特性, 我们应用基于指导滤波的图像非盲复原算法恢复目标图像. 对以上两步进行反复迭代, 直到获得最终的清晰图像. 为了验证本文所提算法的有效性, 给出了多组对比实验. 实验结果表明, 本文所提算法能够在有效地抑制噪声和振铃 效应的同时, 还能够更好的保持图像的边缘和纹理细节. 因此, 本文算法可以获得更高质量的复原图像.     

联合梯度预测与导引滤波的图像运动模糊复原

针对由相机与所摄景物之间发生相对位置移动所导致的图像运动模糊,提出了一种鲁棒的基于单幅运动模糊图像的盲反卷积算法。该方法首先通过预测图像中的较强边缘信息,实现用简单、易于求解的优化问题在傅里叶域中快速、准确地估计出点扩散函数。然后利用得到的点扩散函数,使用基于梯度约束的非盲反卷积算法复原清晰图像,同时采用一种新的边缘保持滤波器-导引滤波来消除噪声并抑制振铃效应。实验结果表明：本文的算法能够快速地从单幅运动模糊图像复原出具有清晰边缘和纹理的高质量图像,并且运算时间不超过20 s。     

基于闪动快门的互补序列对的运动模糊图像复原

针对传统曝光模式下运动模糊图像复原的病态性问题,提出了一种基于闪动快门互补序列对的运动模糊图像复原方法 .分析了闪动快门成像原理及其码字序列在频域的相关特性,结合编码序列对之间的信息互补特点,引入Golay互补序列生成理论,构建长度适中的二进制闪动快门互补序列对.互补序列对的联合调制传递函数在频域上实现了信息互补,其曲线对比单码字的调制函数具有更大的最小值和更小的方差值,且其构成了峰值-谷值对应,保证了互补图像序列能够相互补偿由于运动模糊所造成的空间信息损失.引入全变分正则化模型,构造一体化的多帧图像去模糊复原算法框架,实现清晰图像的有效获取.搭建了运动目标实拍仿真成像平台,开展了仿真和实拍运动模糊复原实验.实验结果表明,该方法能够更好地保留场景细节信息,获得高质量的运动模糊复原结果,有效改善复原过程中的负效应.相较于其他几种运动目标成像获取方式,该方法复原图像具有更好的主客观评价结果 .     

基于仿射变换矫正相机抖动的数字图像相关测量方法

随着数字图像相关方法被逐渐应用于远距离工程结构多点挠度监测等任务中,户外等非控制测量场景中的相机抖动成为影响测量精度的主要原因之一。为了消除相机抖动对目标点位移测量的影响,基于描述针孔相机运动的投影模型,建立了远距离下表征相机扰动运动的仿射变换模型,并结合稳定参考点,对相机运动后的图像点坐标进行了校正。为了验证仿射模型的有效性,进行了三组平移实验。实验结果表明,在工作距离大于2 m的情况下,仿射变换模型以较为简单的形式有效消除了相机扰动引起的测量误差,而且不受参考点和目标点深度分布的影响。     

点扩散函数选取对波前编码图像复原影响的实验研究北大核心CSCD

波前编码系统由于其离焦不敏感和像差抑制特性被广泛应用于光学系统中来延拓景深。景深的拓展是以牺牲图像像质为代价,通过数字复原方法获得正常水平的图像质量。通过对比分析两种复原方式,一种是焦点处的点扩散函数复原全部离焦位置的模糊图像,另一种是点扩散函数分别复原对应离焦位置的模糊图像,通过仿真模拟和显微实验成像对比分析得知点扩散函数复原对应离焦位置的模糊图像的复原方式可以有效削减振铃效应。该复原方式可以减弱图像二次模糊,复原结果更适合人眼观察。     

点扩散函数选取对波前编码图像复原影响的实验研究

波前编码系统由于其离焦不敏感和像差抑制特性被广泛应用于光学系统中来延拓景深。景深的拓展是以牺牲图像像质为代价,通过数字复原方法获得正常水平的图像质量。通过对比分析两种复原方式,一种是焦点处的点扩散函数复原全部离焦位置的模糊图像,另一种是点扩散函数分别复原对应离焦位置的模糊图像,通过仿真模拟和显微实验成像对比分析得知点扩散函数复原对应离焦位置的模糊图像的复原方式可以有效削减振铃效应。该复原方式可以减弱图像二次模糊,复原结果更适合人眼观察。     

基于运动模糊复原技术的红外弱小目标检测方法EI北大核心CSCD

在红外对空探测系统中,由于探测器时刻处于运动状态使得目标图像产生剧烈的运动模糊,给红外小目标检测造成困难。为了解决运动模糊条件下红外小目标检测的问题,提出将运动模糊复原技术和图像增强技术引入红外探测系统。先将探测器采集到的原始图像经过维纳滤波,对运动模糊进行处理并抑制噪声干扰,再利用梯度法对处理后的图像做锐化处理,增强目标边缘。实验验证和仿真分析结果都表明,该方法运动模糊复原效果明显,并在一定程度上抑制了噪声,提高了目标对比度,使目标在背景中更加凸显,并且能够显著提高目标图像质量。引入的评价参数峰值信噪比和均方差表现良好,该方法可以增强探测系统的使用性能。     

气动光学效应分析与气动模糊图像复原

针对超音速飞行器在大气中飞行时所产生的湍流脉动气动光学效应进行了理论分析与计算,并对气动模糊图像进行了复原.首先根据计算流场时使用的湍流模型及其控制方程,计算脉动流场气动光学效应所对应的点扩散函数.计算结果表明,气动光学点扩散函数的幅度响应函数具有低通特征,使目标图像成像模糊.在相同飞行高度下,马赫数越高,图像模糊越严重.通过把气动光学效应传递函数应用于风洞实验吹风前图像,并将得到的气动模糊图像与吹风后实测图像的对比,验证了理论点扩展函数的正确性.最后,提出了一种改进的Landweber迭代图像复原方法对气动光学效应进行了校正.该方法在每一步迭代时对松弛因子进行修正,具有较快收敛速度和更好的复原效果.     

基于随机点扩散函数的多帧湍流退化图像自适应复原方法

针对湍流退化图像随机性的问题,提出了一种基于随机点扩散函数的多帧湍流退化图像自适应复原方法。首先介绍了随机点扩散函数的图像退化模型,并分析了点扩散函数随机性对图像复原造成的影响,建立了基于随机点扩散函数的多帧图像退化模型。在此基础上,建立了基于多帧退化图像的全变分复原模型,利用前向后向算子分裂法对模型进行求解,提高了算法的运算效率。然后,提出了一种新的自适应正则化参数选取方法,该方法利用全变分复原模型的目标函数计算正则化参数,当正则化参数收敛时,复原图像的峰值信噪比达到最大值,因此利用目标函数的相对差值作为自适应算法迭代终止的条件,可以获得最佳复原效果。最后通过实验分析,算法中退化图像的帧数应不大于10帧。实验结果表明:当取10帧退化图像时,AFBS算法运算时间与单帧的FBS算法相当,信噪比增益为1.4 dB。本文算法对图像噪声有明显的抑制作用,对湍流退化图像可以获得较好的复原效果。     

基于圆形视场分割的鱼眼相机星图识别方法

海上星光导航是航海中一种重要的自主导航技术, 星图识别是其关键步骤。针对船载鱼眼相机星光导航系统超大视场带来的单幅图像数据量大、识别冗余、识别效率低等问题, 提出了一种基于圆形视场分割的鱼眼相机星图识别方法。对于拍摄到的星图, 利用同心圆将视场分割成若干个面积相等的环形和圆形区域; 在构造导航星特征库的过程中, 以星角距为特征构造散列函数, 将导航特征库分段存储成若干个子库; 在识别过程中, 利用基于中心星的多三角形识别算法, 从视场中心圆形区域开始依次向视场边缘环形区域进行识别。海上观测实验结果表明:该方法能够平均以2.5 s的识别时间达到90%以上的识别成功率, 且具有良好的实时性。     

运动与离焦模糊图像的复原

在运动和离焦所引起的图像模糊的情况中,本文提出了一种新的基于霍夫变换区分离焦模糊和运动模糊两类模糊的方法.该方法通过比较霍夫变换矩阵中的亮点数来区分两类模糊,不仅正确率达到100%,而且抗干扰性能好;其次通过对运动模糊图像做两次方向微分,估计其模糊方向,提高了模糊方向的估计准确度;最后利用改进的Prewiit算子和费米函数计算模糊图像的刃边函数,进而得到图像的调制传递函数,再利用维纳滤波复原图像.实验结果表明:本文算法不仅具有有效性和强抗噪音能力,而且对图像的信噪比要求可以低到20 dB;与传统算法相比,提高了图像的复原质量.     

星图识别算法的优化设计与实现

在INS／CNS组合导航系统中,为了有效实时地用CNS的输出姿态信息校正INS的陀螺漂移,必须提高CNS中星图识别算法的运行速度。提出了一种改进的三角形星图识别方法,基三角形识别成功后,增加一颗附加检测星,计算出附加检测星和基三角形的三个星点的角距值。分析结果表明传统的星图识别算法在主频为600MHz的DSP6414上运行需要300ms左右的时间,算法改进后,只需40-80ms,数据输出率提高到10Hz。改变的算法在不存在伪星的情况下成功识别率近100％,存在伪星时,可以有效去除伪星。同时,解决了传统星图识别算法在嵌入式系统中实现难、耗时长的问题。该算法可以实时地校准惯导系统的误差。     

基于DSP的天文导航数据处理平台

根据天文导航系统数据量大、实时性要求高、数据接口多的特点,设计了由2片定点型DSP TMS320C6416和2片浮点型DSP TMS320C6711组成并行的MIMD系统用作天文导航数据处理平台,其中TMS320C6416完成通讯、随动控制解算、灰度图像处理和指令处理,TMS320C6711完成星历计算、天文解算和星点亚像素提取。该平台具有体积小、功耗低、重量轻等特点,能有效提高天文导航系统图像处理能力、系统实时性和数据输出率,具有功能强大、运算能力强、实时性好的特点。     

基于微分图像自相关的离焦模糊图像盲复原

针对离焦模糊图像的盲复原算法的研究具有重要的实际意义和实用价值.根据光学离焦成像模型,研究提出了一种基于微分图像自相关的离焦模糊图像超分辨力盲复原算法,即首先采用拉普拉斯算子对离焦模糊图像进行二阶微分并求微分图像的自相关,然后从自相关结果所包含的信息中确定离焦模糊半径,最后以离焦模糊模型结合MPMAP超分辨力复原算法对离焦模糊图像进行肓复原.实验证明:算法能够以较高的精度估计出离焦模糊半径并实现离焦模糊图像的盲复原,该算法较其它同类算法在减少计算过程中需要考虑的各类因素的同时也减少了计算量,提高了结果精度,依靠超分辨力复原算法获取更多的复原图像信息,已在实际刑侦和物证鉴定的离焦模糊图像判读和鉴定中获得成功应用.     

航空天文导航系统定位误差因素研究

研究了影响航空天文导航系统定位精度的四个因素,包括轴系制造装调与标校精度、导航星视位置精度、蒙气差修正精度和CCD光电测量精度。首先分别对这四个因素进行了理论分析,在论述轴系制造装调与标校精度的过程中,首次考虑了天文导航设备与外部设备之间的坐标轴系标定问题,并提出了利用对角位移敏感的光学测量技术来完成天文导航设备与外部设备之间的坐标轴系标定,对工程实践具有指导意义。     

基于稀疏先验的空间目标图像盲反演方法

针对图像盲反演算法未考虑空间目标图像自身特性,致使对空间目标图像细节信息恢复不理想、重构图像中易产生边界伪像等不足之处,提出了一种基于稀疏表示的联合稀疏先验约束盲反演算法.首先,结合空间目标图像梯度的稀疏特性,采用图像梯度的L 0范数提取有利于模糊核估计的图像显著边缘信息;其次,采用L p范数和L 0范数对图像的梯度分布和空间域进行稀疏约束,以保证反演图像的像素点间具有显著的对比度,同时保证图像中包含边缘和纹理等细节信息;最后,采用拉普拉斯分布先验对模糊核进行约束,以保证模糊核的稀疏特性.采取交替迭代策略对所提出的模型进行优化求解,从而得到模糊核和空间目标图像的估计值.实验结果表明,相比于几种具有代表性的盲反演算法,提出的方法能估计出更准确的模糊核,对图像边缘和纹理等细节信息具有更好的恢复能力,在主观评价和客观评价方面均取得了较好的反演性能.     

基于极坐标的相向运动图像模糊的递归模型

成像过程中,被摄像目标和摄像机之间的相向运动会造成图像的辐射状模糊,辐射状模糊将减小有效视场,影响成像质量.本文在扇形网格采样的基础上,利用状态空间模型模拟了退化过程,用递归方法解决了空变问题,并利用对状态空间系统求逆的方法对退化图像进行了复原.计算机模拟显示,算法简单,复原图像清晰,取得了较满意的结果.     

基于频谱分析的匀速运动模糊图像模糊方向识别

点扩展函数的设置是图像复原中的关键问题,对于匀速直线运动模糊图像,运动方向和模糊长度决定了点扩展函数。根据运动模糊图像和原始图像在频谱上存在的对应关系,即运动模糊图像频谱存在着对应于传递函数零点的暗条纹,提出对运动模糊图像,通过二维傅里叶变换、二值化以及Radon变换检测运动模糊图像频谱图上暗条纹的方向和位置,来实现运动方向测量的方法。用该方法对模糊图像进行检测,模糊方向的识别精度小于1°。实验证明该方法可以实现平面内任意方向运动的测量。     

基于结构字典学习的图像复原方法

本文提出一种新的结构字典学习方法,并利用它进行图像复原。首先给出结构字典学习的基本内容和方法,然后将傅里叶正则化方法和结构字典学习方法有效整合到图像复原算法中。结构字典学习方法是先将原图像进行结构分解,再分别学习出每个结构图像中的字典,最后利用这些字典对原图像进行稀疏的表示。结合傅里叶正则化,提出了一种有效的迭代图像复原算法:第一步在傅里叶域利用正则化反卷积方法得到图像的初步估计;第二步采用结构字典学习的方法对遗留的噪声进行去噪处理。实验结果表明,提出的方法在改进信噪比和视觉质量上都要优于6种先进的图像复原方法,改进的信噪比平均提升0.5 d B以上。