基于HDRI的高反光金属表面缺陷检测方法研究

为解决具有高反光特性的工业零部件的视觉检测难题,提出一种基于高动态范围成像(HDRI)的高反光金属表面缺陷检测方法,并针对传统方法中标定相机响应函数速度低的问题,提出一种改进的相机响应函数快速标定方法。首先搭建试验平台采集高反光金属表面序列图像;其次设计快速标定算法标定相机响应函数,获得图像像素值与曝光量之间映射关系;进而将不同曝光时间下的图像序列合成一幅高动态范围图像;最后运用自适应多阈值分割与Haar-like特征提取算法对合成的高动态范围图像进行表面缺陷检测。实验结果表明,文中方法在保证相机响应函数标定准确度的同时,具有计算量小、标定速度快的优点,而且合成的高动态范围图像细节清晰,满足高反光金属表面缺陷检测要求。     

基于现场可编程门阵列的CCD相机自动调光

针对CCD相机在一些特殊场合成像时遇到的前后两帧图像场景不一致、应用环境多样性等问题,提出了一种基于图像直方图统计和分块均值的自动调光算法。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。实验结果表明,利用此方法可以获得整体亮度合适的图像。在统计直方图后,计算最佳均值只需利用到直方图和几个均值,与图像本身的大小没有关系,所以计算量非常小;在像素时钟为60MHz时,每次计算时间为6μs。另外,此方法具备较好的场景适应能力,满足场景时刻变化时CCD相机自动调光以及实时性的要求。     

大面阵彩色CCD航测相机的辐射定标

以大面阵彩色CCD航测相机为研究对象,分析其成像过程,提出了影响相机辐射响应特性的各个因素,并以此为基础,建立了辐射响应特性模型.分别在暗场和使用积分球的条件下进行了辐射响应标定实验,通过组合更改输入辐亮度、曝光时间和CCD增益等因素对相机的辐射响应特性进行测量和分析.结果表明,相机R、G、B颜色通道随输入辐亮度变化的辐射响应特性并不相同,但在工作谱段范围内均呈线性变化趋势.采用最小二乘法对辐射标定数据进行拟合,一次多项式拟合结果的决定系数R2值均可达到0.999以上.当输入辐亮度不变时,相机输出图像灰度值随曝光时间或CCD增益的变化星线性变化趋势,从而为其它工作条件下辐射响应特性曲线的推演奠定了理论基础.将相机辐射响应标定结果应用于相机调光功能,成像结果表明,获得的图像亮度适中,图像平均灰度值满足调光要求.     

空间光学遥感器的辐射传递特性与校正方法

由于受大气背景辐射和自身光电响应特性的影响,对地观测的空间光学遥感器所获取的原始数字图像与景物真实的辐射亮度图像相差甚远 ,为此,通过对光学传感器辐射定标,建立了入射辐射亮度与输出图像灰度间的辐射响应函数,来实现辐射亮度图像的反演和辐射校正。根据光学遥感器辐射传递转换过程,采用泰勒级数和矩阵函数模型描述了"辐射响应函数"的物理概念,并提出了多次回归分析求解矩阵方程获得辐射校正系数的方法。在进一步的实验中,结合积分球扩展辐射源对某型号民用相机进行实验室辐射定标,获得了该相机的辐射响应函数。实验结果表明,该方法可行且实用。最后,对实验获得"辐射响应函数"的物理意义以及辐射定标精度等问题进行了讨论。     

大视场相机最优投影模型识别及星光标定方法

针对在轨摄影测量中近距离大尺寸测量需求,提出利用星光约束的大视场角摄影测量相机最优投影模型识别及标定方法。首先,构建了具备调节系数的星光几何投影分段函数模型。随后,针对分段星光投影模型开发多站位自标定光束平差算法。通过将光束平差算法与北方苍鹰寻优策略相结合,对投影模型调节系数、相机内方位参数、相机外方位参数及镜头畸变系数同步优化,直到星点像面重投影均方根误差达到全局最小,得到最优投影模型及其参数。实测实验表明,大视场角相机星光标定后,星点像面坐标的重投影均方根误差为1/9 pixel。在连续帧星光标定实验中,通过卡尔曼滤波算法对相机参数随机误差进行了有效消除。该方法可在相机星光标定过程中识别最优投影模型并标定全部成像参数,具备连续帧标定及参数校准能力。     

体视2D-3cPIV技术及其在氧化沟模型中的应用

利用基于针孔相机模型的几何共线方程,建立像平面坐标和粒子三维空间坐标的映射关系,采用Tsai's算法完成相机内外部参数标定,得到映射函数的解析式.基于像平面同名粒子是空间粒子在不同相机上的投影这一事实,提出一种较为简单的粒子匹配方法,在此基础上进行流场三维速度矢量重建方法研究和算法实现.标准图像仿真实验和氧化沟模型实验结果表明.该重建方法具有精度高、不需相机布局参数等特点,适合于与氧化沟模型类似流场的2D-3cPIV测量.     

参数自适应的亮度稳健特征提取变换

针对目前大多数特征提取算法对图像的亮度变化敏感这一问题,提出了一种基于图像灰度直方图整体分布的参数自适应亮度稳健特征提取变换(PA-IRFET)算法.该算法首先确定灰度变换函数的形式,通过分析图像的直方图分布来计算灰度变换函数参数,然后利用不同参数值的变换函数对图像进行变换,建立图像的亮度空间;最后,以亮度空间为基础,...     

等面积递归分解的部分重叠局部直方图均衡

针对现有的直方图均衡算法在图像细节信息增强的同时无法保持输入图像亮度的缺点,以部分重叠局部直方图均衡算法（POSHE）为基础,将递归分解的思想引入子块图像直方图均衡过程,提出了一种改进的部分重叠局部直方图均衡算法。子块图像根据其累积概率密度（CDF）的中值递归地进行不同深度的分解,然后对每一个分解的子图像在其灰度范围内进行直方图均衡,并将均衡后的子图像合并,最后根据移动步长对子块图像进行线性或双线性插值消除块效应对图像细节信息的影响。实验结果表明,这种算法既能有效地增强图像的细节信息,又能保持输入图像的亮度,并且彻底地消除了块效应对图像均衡结果的影响,使均衡后的图像具有更加自然的视觉效果。     

基于相似度聚类分析的动态背景建模与减除

对复杂动态背景建模技术进行了研究,提出了一种基于像素相似度聚类分析的动态背景建模算法.该算法首先建立融合亮度和色度信息的像素相似度理论,然后用像素相似评价标准对图像各像素点像素值的时间序列进行聚类分析,以建立动态背景模型.最后,利用该背景模型进行了多场景前景检测对比实验和算法内存消耗以及算法单帧处理时间等性能测试.实验结果表明,该算法前景检测准确度高,时间和空间上的复杂度低.     

绕光轴旋转拍摄LCD上平面靶标实现相机标定

针对在相机标定过程中传统的图像拍摄方法需要拍摄很多幅图像的问题,本文采用绕相机光轴旋转拍摄LCD屏幕上的平面靶标的方法,以利用少量图像获取较高的标定精度.通过对显示在LCD屏幕上的一个具有不同大小圆形特征点的标定表绕相机光轴旋转拍摄几幅图像,利用亚像素边缘轮廓检测算法检测图像中的轮廓,采用最小二乘椭圆拟合方法得到亚像素椭圆中心坐标,在Zhang的算法的基础上考虑切向畸变系数进行相机参数的计算,计算过程中对所求参数进行非线性优化.本方法利用LCD屏幕存在可视角度这一特性以及极高的几何精度和纯平面性的优点,与以往的拍摄标定方法相比较,本方法所需要图像幅数少,仅需3幅图像就可实现标定并得到较高的标定精度.实验表明,重投影平均误差在0.04个像素左右.证明了该标定方法的可行性和高的标定精度.     

地面三维激光扫描仪与外架数码相机间安置参数的高精度标定

提出了地面三维激光扫描仪与外置数码相机安置参数的高精度标定方案。首先,利用商业化近景摄影测量系统对相机内参数进行单独标定;然后,利用回光反射标志作为二维和三维匹配的同名控制点,对直接线性变换进行拓展应用,在算法迭代过程将内参数作为已知值对外参数进行求解;最后,根据相机数据采集特点确定其拍摄全景时多张影像之间的位置关系,对多张影像的外方位元素进行求解,从而实现全景点云与全景完整影像之间的映射。进行了实验测试,利用安置参数标定结果反求验证点像素坐标与真实测量结果之差验证了本文标定方法的精度和可行性。实验显示:点云与影像间的映射精度可达到1像素左右;相机拍摄全景获取的影像与全景点云可以实现正确映射,表明提出的标定方法正确,满足纹理贴图及将影像作为特征提取辅助信息的精度要求。     

基于Sigmoid函数拟合的多曝光图像直接融合算法

同一场景不同曝光的图像序列,常出现曝光不足或曝光过度的区域,造成高亮或阴暗处的细节损失。针对这一问题,提出了基于Sigmoid函数拟合的多曝光图像直接融合算法。该算法从同一场景不同曝光的LDR图像序列中提取每个像素位置亮度信息,利用视觉适应的S形曲线,建立亮度序列曲线的数学模型,给出像素最佳成像亮度值判别方法,避免了HDR图像重建和色调映射的复杂计算,快速合成直接在常规设备上显示的HDR图像。实验结果表明,该方法具有更高的计算效率,极大程度地保留了图像细节,并对运动目标和相机微小移动的影响具有良好的鲁棒性。     

基于线结构光参考平面的多摄像机标定方法研究

多摄像机视觉测量系统中不同视觉传感器空间分布广,无公共视角,现场标定十分困难。针对多摄像机标定问题,研究了一种基于线结构光参考平面的灵活标定方法。标定过程中,以空间中同时覆盖相邻摄像机视角的结构光平面作为标定参考基准,在不同摄像机视角中,自由移动平面靶标多次,确保每次移动后靶标与结构光相交,并能在各自摄像机中清晰成像,摄像机拍摄靶标图像。提取靶标图像中角点坐标、激光光条特征点坐标。借助靶标平面与摄像机坐标系外部参数矩阵,求解激光光条特征点在对应摄像机坐标系中坐标。通过结构光基准平面内,不同摄像机坐标系中至少3组非共线特征点坐标信息,求解相邻摄像机外部参数。分别进行标定试验和精度验证试验,试验结果表明该方法切实可行。     

彩色遥感图像的亮度直方图局部线性化增强

针对遥感图像能量低的实际问题,提出了一种亮度直方图局部线性化图像增强方法来提高彩色遥感图像的可视效果。首先,对RGB模型描述的彩色遥感图像进行HSI变换,以有效分离H、S和I分量;其次,对亮度I分量进行传统的直方图均衡化,得到均衡化灰度映射曲线;然后,将图像梯度作为目标函数,求出最优的线性化折点位置,对灰度低端动态范围映射曲线进行线性化处理,得到局部线性化的灰度映射曲线;最后利用新的灰度映射曲线对图像进行增强处理。Himawari-8真彩色图像增强实验结果表明,经亮度直方图局部线性化增强后,像素平均梯度由73提高到了147,较传统的RGB域直方图均衡化的123及HSI域直方图均衡化的134高;图像信息熵由5.87提高到6.63,全部优于传统的RGB域直方图均衡化和HSI域直方图均衡化。本文方法有效地改善了彩色遥感图像的可视效果,提高了图像对不同目标的辨识能力。     

细节保留的多曝光图像融合

针对传统的多曝光图像融合算法存在的细节丟失严重和鬼影现象,提出了一种细节保留的多曝光图像融合算法。该算法首先计算曝光序列的3个特征指标:图像细节、曝光亮度和色彩信息,其中图像细节通过引导滤波计算,曝光亮度的权值由高斯方程分配,而曝光序列的色彩信息用色彩饱和度表示。然后,利用差分图和邻域相关系数检测多曝光序列中运动物体,利用3个特征指标和运动目标检测结果分别计算静态场景和动态场景的融合权值图。为了消除噪声的影响,采用递归滤波器来修正融合权值图。最后,采取加权融合的方式得到融合图像。选取10组不同的曝光序列,分别从主观和客观两方面与6种传统的融合算法进行了比较。实验结果表明,本文算法保留了丰富的细节信息,呈现出了更加生动自然的现实场景,并且有效去除了由运动物体产生的鬼影现象,效果优于其他比较算法,在静态场景和动态场景的曝光融合中都取得了好的效果。     

基于亮度直方图宽度的自动曝光方法研究

自动曝光是现代数字摄像机和照相机的基本功能之一。文章在传统自动曝光算法的基础之上提出了一种基于亮度直方图宽度的自动曝光算法。自动曝光的目的只是为了得到高质量的照片,而衡量高质量的指标就不再局限于图像的平均亮度。通过实验发现亮度直方图可以较好地反映图像质量,从亮度直方图中选择一个指标来表征图像质量,从而建立快门时间和图像质量的关系来实现自动曝光,实验结果证明该算法比18％反光率的曝光算法,在背景过暗或者过亮情况下有明显改善。