低分辨率测光指导高分辨成像自适应调光北大核心CSCD

目前航天遥感相机还不能预先获取场景光谱辐射信息,也就不能根据场景内容调整曝光参数。为此,提出一种"测光、解算、成像"的自适应调整曝光参数方法。为减轻测光相机实际应用时对航天遥感相机重量的影响,提出了应用大尺度测光相机进行测光,并提出了依据低分辨图像指导高分辨率成像的方法。首先,对典型场景曝光统计特征随尺度的变化规律进行统计;其次,利用大尺度测光图像进行尺度合并,并计算各尺度下的曝光时间;然后,通过多项式拟合建立尺度与曝光时间之间的函数关系,进而确定原尺度对应的曝光参数,从而实现用大尺度测光相机指导航天遥感相机成像。无人机数据结果表明,该方法适用于各种典型场景,且利用大尺度拟合确定的曝光参数与用原尺度图像确定的曝光参数误差小于4%。卫星照片数据表明,测光尺度比超过90倍时,利用大尺度拟合确定的曝光参数与用原尺度图像确定的曝光参数误差小于6%,仍能够准确指导高分辨相机成像。     

红外系统小目标成像自动调光方法

提出了一种实时调整红外相机积分时间的方法。针对成像为点目标且灰度值变化剧烈的情况,为保证红外辐射特性测量的精度,标定了相机在不同积分时间下亮度与成像灰度值的对应关系,确定了红外相机响应关系线性度较好的区域;提出了点目标弥散范围的计算方法,并对红外系统的模拟图像和真实图像进行匹配获得最优化估计的目标位置、尺寸以获取目标的所有灰度值,而后根据亮度与灰度的关系对积分时间进行调整。实验结果证明,可同时调整两个不同红外相机的积分时间以保证灰度值处于理想区间内,调整频率可达25Hz,满足高速飞行器试验的实时性要求。     

基于HDMI数码显微相机的自动曝光优化方法

针对HDMI数码显微相机在观测时由于不同目标反光水平不一致而出现过曝、曝光收敛速度慢、不稳定的问题,提出一种自动曝光优化方法。相较于传统的HDMI显微相机中的自动曝光控制方法,所提方法实现了基于感兴趣区域的曝光控制,可对RAW图像中的任意区域进行测光和亮度统计,拓展亮度统计的动态范围并实现基于不同目标的曝光控制,提升亮度统计的准确性,解决因目标过亮或者过暗而出现的过曝现象。同时设计了可变的曝光调节步长,该功能能够根据当前亮度水平动态调整曝光步长,实现曝光的粗调和细调,以平衡曝光收敛速度和曝光精确度。最终结合实际的相机进行实验,所提曝光控制优化方法相较于原有的自动曝光法曝光偏离度降低了一半,曝光收敛时间缩短了一半以上,最快能在4帧图像内完成曝光收敛。     

点测光详解

相机的混同光系统以18%的灰度为基准，为不同的光线照射下表现出来的灰度定了不同的数值。相机测光时，以这些数值为参考，来确定曝光值，测光得到曝光值后，结合相机拍摄模式，最终确定光圈和快门的组合。     

遥感图像星上背景扣除和灰度拉伸方案与实验

在遥感相机的实际应用中,卫星下传的图像灰度分布往往不佳,针对该问题展开了相关研究。分析了影响卫星下传图像灰度分布的因素,并以遥感相机成像电子学系统的系统参数为基础,给出了3种可行的星上图像背景扣除和灰度拉伸方案;推导了3种方案下获取图像的灰阶丰富程度公式,并确定了最优方案,即采用模拟和数字混合拉伸的办法,对初始量化位数的图像数据进行处理,然后舍掉后若干位,以数传规定位数下传。在实验室条件下,以实际的遥感相机成像系统为依托进行了实验。实验结果表明:文中提出的3种方案均能够实现遥感相机图像的星上背景扣除和灰度拉伸功能;但方案(三)得到的灰阶数量最多,成像效果最好,适合且能够应用于航天遥感相机当中。     

空间相机异常响应图像处理方法

空间相机在轨长时间运行,受空间环境影响,相机性能下降,在轨图像中出现黑色条纹,严重影响了成像质量。局部CCD像元响应下降,高能粒子冲击,宇宙尘埃,空间相机本身的附着物等都能引发图像黑色条纹的现象。文章通过对发射前实验室辐射定标数据研究,提出一种基于最小二乘法和辐射亮度反演的在轨图像的校正方法,可以有效地去除黑色条纹。在不同辐照度下,采集所有像元的灰度值,用最小二乘法估计所有像元灰度平均值与辐照度的对应关系,计算出每个像元的校正系数,并研究实验室辐射定标数据,推算出现黑色条纹像元的校正因子,通过图像黑色条纹校正函数矩阵对每个像元的实际灰度值进行校正。校正前黑色条纹像元灰度的偏差超过10%,校正后偏差小于5%。从图像上观察,经过该方法校正的图像,能够有效去除黑色条纹,得到清晰的图像,结果令人满意。     

用于目标跟踪的大视场CCD相机自动调光方法及实现

针对用于目标跟踪的大视场CCD相机的特殊结构,为了获得高质量图像,提出了一种基于电子快门无级调节的自动调光方法,即通过实时调整CCD相机的曝光时间来实现快速、高精度调光.文中提出了多区域灰度加权的图像灰度均值提取方法,消除了因大视场CCD相机背景图像数据过多而给自动调光带来的影响.系统采用FPGA内置RAM,通过乒乓缓存策略保证调光算法的实时性.通过对CCD相机的辐射定标和外景成像实验表明:该调光方法在辐亮度为25.697~260.548 W/m~2·sr区间内具有良好的图像质量,不仅满足调光速度快、实时性好、适应性强的要求,而且与无调光模式工作状态比较,CCD相机的动态范围增大了20倍,满足调光范围宽的要求.     

一种基于信息熵的自动调光方法

根据遥感相机的数字成像和信息学原理，基于信息熵的自动调光方法已经在遥感相机上得到了应用并对其性能进行了详细的分析。针对灰度级在不同曝光时间下的特性以及图像亮度和信息熵之间的关系，提出了一种改进的MCS算法来快速逼近最佳曝光时间。该算法已经在改进的微型CMOS遥感相机上成功地证明了其有效性。实验结果证明，该算法能够通过图像信息快速、灵敏、可靠地自动调整曝光时间。这对于提高CMOS相机空间成像的质量有很高的价值。     

CCD成像型亮度计测量方法研究

利用CCD成像的特点,通过分析CCD成像过程中亮度与数字图像灰度之间的关系,提出了CCD成像型亮度计的设计方法。使用积分球作为标准亮度光源,对CCD拍摄得到的数字图像中像素灰度值与实际亮度之间的关系进行标定,得到图像像素灰度与测量点亮度之间的对应关系,保证亮度测量的准确性。通过对不同曝光时间下亮度分布的测量,拓展CCD成像型亮度计的测量范围。同时为了保证不同曝光时间下亮度的测量精度,将不同曝光时间下的图像灰度结果与积分球产生的标准亮度进行对比,实现成像型亮度计的非线性校正。利用光度特征匹配方法,保证光度计的相对光谱灵敏度与标准光度观察者的光谱光效率接近,减小测量误差。根据CCD成像型亮度计的标定和测量原理,使用Visual C++编制相应的软件,并进行了标定和测量试验来验证CCD成像型亮度计的测量方法,取得了较好的效果。     

一种基于双通道CMOS相机的低照度动态场景HDR融合方法

高动态范围成像技术能够全面有效反映场景信息,有利于在高动态范围场景下获得高质量的成像。但当前常用的基于单台相机的多次曝光融合方法在动态场景下易出现“鬼影”问题,基于多个传感器同时曝光的系统复杂且价格昂贵,基于单幅低动态范围图像的拓展方法易丢失欠曝光或过曝光区域的细节信息,且多用于较好的照明条件。针对低照度动态场景成像,研究了一种基于双通道低照度CMOS相机的高动态范围图像融合方法,对双通道CMOS相机采集低照度动态场景两幅不同曝光图像,依据累计直方图拓展原则分别进行动态范围拓展,并采用像素级融合方法对动态范围拓展的序列图像进行融合。实验表明,动态范围拓展融合方法可满足低照度动态场景下获取高动态范围图像的应用要求,获得更佳的成像质量。     

反射式拼接CCD相机非均匀性定标与校正

依据实验室辐射定标实验,校正反射式拼接CCD相机由渐晕现象引起的图像非均匀性。通过分析反射式拼接CCD相机成像非均匀性产生机理,明确焦平面辐照度非均匀性是造成相机图像非均匀性的主要原因;分别进行"单片CCD辐照度响应度定标"和"整机均匀性定标"实验;依据定标结果所得出的入射辐射亮度和在该亮度下每个像元实际接收到的辐射照度之间的关系,设计校正算法,得出每个像元的渐晕校正因子,实现渐晕图像非均匀性校正。校正结果显示:在一定入射辐射亮度范围内,原始积分球定标渐晕图像的非均匀性大于16%,用校正因子校正后,输出图像非均匀性下降到1%以内。经过非均匀性定标和校正的相机用于外场成像也取得了符合工程需要的满意效果。     

CCD相机输出非均匀性线性校正系数的定标

宽幅CCD相机的输出非均匀性校正对获取高质量的遥感图像具有重要意义。通过分析造成CCD输出非均匀的原因,提出了基于辐射亮度反演的非均匀性线性校正概念。在已知的多种辐亮度照明下,采集相机每个像素的灰度值,利用最小二乘法建立像元灰度值与辐亮度的函数,求出像元的两项非均匀性校正系数——暗信号与响应度。实验结果表明:利用这两项校正系数进行相机非均匀性校正,改善效果明显。校正前图像的灰度值均方根偏差为1.3%,校正后为0.2%;从图像上看,校正前图像上的明暗条纹很明显,校正后得到消除。不仅如此,采用该校正方法还能够有效去除通道间输出非均匀性造成的整幅拼接图像的明暗不一致,得到均匀清晰的图像,结果令人满意。     

基于图像直方图统计的CCD相机自动调光算法

在一些特殊应用场合,CCD相机成像时具有场景不可重复、应用环境多样性等特点,使得自动调光成为一个研究难点。针对该问题提出了一种基于图像直方图统计的自动调光算法。该算法首先分析一帧图像的亮度分布,并计算出下一帧图像的最佳均值。然后根据该均值调整下一帧图像的曝光量,使其合理曝光。实验表明,利用此方法可以获得整体亮度合适的图像,同时此方法具备较好的场景适应能力,满足场景时刻变化时CCD相机自动调光的需求。     

基于MODTRAN模型计算星载CCD相机信噪比

信噪比表征CCD相机的辐射分辨能力,是评价星载CCD相机图像质量的重要参数。传统的相机信噪比计算方法多为构造模型、推导出计算公式、代入器件参数求解,这样的计算没有考虑相机在轨工作的工作环境,结果值较真实值有显著差距。文中利用MODTRAN模型,对相机在轨工作环境的地面与大气的辐射进行了模拟计算,用实测噪声值代替传统的噪声模型进行计算,最大程度地使计算条件符合星载CCD相机实际在轨工作的情况。还综合考虑了不同太阳高度角、地面反射率条件下CCD相机的信噪比变化情况,量化分析了这些客观因素对CCD相机实拍时信噪比可能造成的影响,该分析对选择星载CDD相机拍摄的季节、时辰有参考价值。     

基于PCA的相机响应函数模型标定算法

许多计算机视觉应用的算法都需要对拍摄场景高动态范围的幅亮度信息进行精确的测量,成像系统的相机响应函数能够建立拍摄图像强度信息与场景辐亮度之间的严格映射关系,是高动态范围图像融合的关键技术。文中分析相机响应曲线的共同特点,结合相机响应函数固有的约束条件,建立相机响应函数的理论空间模型。首先,利用主成分分析法对已有的相机响应数据库进行分析,结合相机响应函数的约束条件建立响应函数的低参数经验模型;然后,根据输入图像选择合适的参数数量;最后,利用不同曝光量的输入图像通过最小二乘法求解建立响应函数模型的系数,从而对相机响应函数进行标定。该算法能够通过对少量的采样点进行插值获得精确的相机响应函数,同时能够对任意的场景通过拍摄多曝光量图像精确地标定相机响应函数。通过对实际拍摄的图像进行相机响应函数标定实验,验证了该算法的有效性,并证明该算法保持高精度的同时计算效率也较高。     

一种改善LED显示屏亮度均匀性的算法

基于显示屏控制技术与校正原理,提出了一种改善LED显示屏亮度均匀性的算法.通过CCD相机采集显示屏RGB图像,用数学形态学和模板匹配法确定灯点的位置并根据发光区域的灰度值计算其相对亮度,生成每个灯点的校正参数,用脉冲宽度调制控制灯点的亮度.实验结果表明提出的算法能有效改善显示屏的亮度均匀性,提高显示屏的显示质量并延长其使用寿命.     

相机响应函数标定算法研究进展

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和色差影响真实场景的信息采集,有利于复杂环境下获得更高的成像质量,因此被广泛应用于模式识别、智能交通系统、遥感遥测、军事监视侦察等众多领域,具有重要的研究价值。相机响应函数的标定是高动态范围成像技术的关键步骤,能够获得真实场景的辐照度与获得图像像素值之间的映射关系,从而通过该映射关系获得拍摄的真实场景的高动态范围图像。文章对目前现有的相机响应函数标定算法进行分类总结,可为相机响应函数标定算法的研究思路与方法提供借鉴。Abstract:关键词:Key words:     

基于光照重映射的低照度图像增强算法

目前,大量低照度图像中存在不同程度的饱和区域,这些图像主要是由前后背景亮度差异较大而形成的.对于该类低照度图像,如何在增强低照度区域的同时,尽量保留饱和区域细节纹理成为研究的难点.提出了一种基于光照重映射的低照度图像增强算法,该算法从相机成像原理出发,利用相机响应模型,通过区域化处理和非线性变换对亮度信息进行重新调整.实验结果表明,所提算法具有增强区域广、纹理保真度高、速度快等优点,在主观视觉评价和客观指标上均取得了较好的结果.     

一种基于图像多区域的变步长自动曝光算法

针对传统自动曝光算法不能适应背光或正面强光等复杂光照环境,且在实时性和平滑性不能同时兼顾等方面的缺点,提出一种基于图像多区域的变步长自动曝光算法。该算法将主体区域和背景区域进行分区,并将主体区域赋予更大的调整权重值来计算图像平均亮度,最后根据平均亮度距离目标亮度的差值等级来调整曝光时间的变化步长。实验结果表明,利用这种曝光方法在复杂光照环境下图像主体区域也能得到很好地体现,且在光照强度不断地变化时,图像亮度也能快速平稳地接近理想亮度,具有很好地成像效果。     

地面景物模拟器的光学系统设计

为了使CCD立体相机与干涉成像光谱仪在发射前能够快速检测图像质量,设计并研制了一种应用于CCD立体相机与干涉成像光谱仪共用的地面景物模拟器光学系统.介绍了地检景物模拟器的光学系统方案,根据实际使用要求,确定了地面景物模拟器光学系统的设计参数.该系统焦距为150 mm,视场角为10°,空间分辨率为36lp/mm,光谱适应范围为0.48 ～0.96 μm.设计结果表明,地面景物模拟器光学系统对被检CCD立体相机与干涉成像光谱仪的图像质量几乎没有影响.其奈奎斯特空间频率上的MTF与CCD立体相机和干涉成像光谱仪的MTF值几乎一样.为验证光学成像探测系统CCD立体相机与干涉成像光谱仪的光机及电子学系统的状态是否正常提供了依据.