基于大气散射模型的偏振图像去雾方法

雾霾天气越来越常见,导致所采集图像的应用价值降低,因此如何获得清晰度高的图像成为计算机视觉等领域重点研究的内容。在大气散射模型的基础上提出一种利用图像偏振信息的去雾方法。该方法首先利用偏振成像系统获取平行和垂直方向的两幅偏振图像,结合暗原色先验理论自动估计大气光强信息,估计传输率图并采用改进的导向滤波的方法优化传输率图,最终实现图像去雾。实验结果表明,该算法提高了图像的清晰度及对比度,有效改善了雾天条件下景物的视觉效果。     

偏振遥感成像探测技术及其在目标毁伤效果评估中的应用研究

在未来高技术战争中,战场目标毁伤效果评估具有十分重要的作用。基于目标偏振遥感成像探测原理,介绍了一种能够获取地物目标偏振图像信息的机载多波段偏振遥感成像探测系统;通过对地面炮兵火力毁伤实验相关数据的对比分析,探讨了偏振遥感图像信息在反演目标表面毁伤状态方面的能力;实验结果表明：偏振遥感成像探测技术在目标毁伤效果评估中具有广阔的应用前景。     

分振幅偏振成像实验装置的研究

偏振是电磁波的重要特征,是光除了波长、振幅、相位以外的又一重要属性。利用物质的不同偏振属性能够为目标的探测和识别提供更多维度的信息。基于偏振成像理论设计了同时偏振成像仪器,并设置了用作对比的普通成像系统。在对系统完成封装后进行了外场的实验,将偏振成像系统获取的图像进行图像融合等处理,目标对比度相比于普通成像系统提升28%以上,体现出了偏振成像在识别目标上的优势。     

双波段共口径同时偏振光学系统设计

为了实现快速提取目标在不同光谱下偏振辐射特性的目的,设计了一款可见光为0.38～0.76μm,近红外为0.85～1.6μm双波段目标探测识别的分孔径同时偏振成像系统,该系统由四个分孔径子系统组成和一个公共镜头组组成。设计结果表明:该系统对可见光和近红外波段分别进行偏振编码成像时,可见光波段和近红外波段可以同时获得不同光谱的偏振图像信息,保证了各个光谱对同一目标成像的一致性,实现了对同一目标不同辐射特性偏振图像的采集。当光学系统的焦距为60mm,F数为5,视场角2ω为3.8°,系统反应速度快,整体成像质量良好,可实现昼夜全天候工作。     

基于FPGA的实时图像采集系统

基于FPGA的实时图像采集系统包括视频图像采集、SDRAM图像数据存储、FPGA图像数据发送,以及VGA终端显示。系统选择FPGA芯片、128 MBit SDRAM芯片、ADV7123视频编码芯片等硬件以及Quartus Ⅱ13.0软件开发工具。采用Modelsim10.0实现了系统仿真。     

一种CMOS图像传感器图像采集与测试系统的设计

设计了一种CMOS图像传感器图像采集与验证系统。系统采用了FPGA(Field-Programmable Gate Array)+USB(Universal Serial Bus)的模式,以FPGA芯片Cyclone III系列EP3C120F484C7N为核心控制芯片和以CYPRESS公司的CY7C68013A芯片为USB2.0接口芯片。系统创新性地把图像采集系统和CMOS图像传感器芯片测试相结合,实现了实时图像的快速采集处理,最高采集速度能达到30帧/s,经验证完全满足测试要求,为芯片的流片提供了很大的贡献。     

基于USB2.0的线阵X射线图像采集系统

鉴于ISA、PCI、PS/2等传统接口传输速率低、不能实现热插拔等功能,提出一套基于USB2.0传输协议的线阵X射线图像采集系统。系统以FPGA（现场可编程门阵列）芯片为控制核心,配合16位高精度快速A/D转换芯片和CY7C68013A芯片,实现了X射线图像的采集和高速传输功能。系统充分发挥了USB2.0即插即用、实时高效等优点,将X射线图像获取和传输速度提升至40 Mbps。     

光学相干断层扫描成像系统中消偏振分光膜的研制

消偏振分束镜能够将光学相干断层扫描干涉成像系统中的信号光进行分束,是光学相干断层扫描成像系统中重要的组成器件。为了减小45度角入射时P光和S光造成的偏振分离,针对成像系统中分光棱镜的参数要求,选择Ti3O5、Al2O3和Mg F2薄膜材料,借助Macleod膜系设计软件,结合Compact Design功能,运用Optimac和Needle Synthesis两种优化方法进行优化设计,选择电子束加热蒸发和离子源辅助沉积的方式镀制薄膜。根据实际镀膜结果,运用Independent Sensitivity功能对膜层敏感度进行分析,并采用Reverse Engineering模块进行逆向模拟分析,判断镀膜误差主要来源于不同监控波长的光控tooling值有细微的差距以及膜层的Final Swing值过大。通过改变不同监控波长的光控tooling值以及对敏感度较高的膜层进行重点监控,制备的消偏振分光膜经过测试,1310±50nm处P光平均透射比为51.47%,S光平均透射比为49.11%,偏振度为4.59%,满足成像系统的使用要求,并通过了环境测试。     

双向3D图像传感器及其逻辑算法

针对3D拍摄设备体积较大且只能获取单一方向3D图像的问题,使用FPGA作为主控芯片构建微型化的双向3D图像传感器,实现两个方向3D图像的同步获取,并且实时输出3D合帧视频,通过监控四目同帧图像确保两个方向3D图像的正确性。利用FPGA高速并行处理能力保证数据处理的实时性,设计轮序缓存算法解决跨时钟域问题,设计四目同帧逻辑算法,同步并行处理四路数据以形成3D合帧视频。通过调试和实验可见,基于FPGA构建双向3D图像传感器可以同步获取两个方向的视差图像,能够完成四目同帧视频输出,该硬件系统设计合理且逻辑算法正确。     

一种改进的水下偏振图像融合算法研究

针对传统图像融合算法造成的对比度低、细节信息模糊等问题,提出了一种改进的基于二维离散小波变换的图像融合算法.利用光强度相机和分焦平面相机同时对水下运动目标进行探测,获得光强图像和偏振图像.将计算得到的偏振度图像和偏振角图像先进行简单的融合处理,再将融合后的偏振特征图像与光强图像采用改进的二维离散小波变换进行分解,得到低频分量和高频分量.对于低频部分,提出一种基于区域方差加局部能量相结合的图像融合算法;高频部分采用一种基于Sobel算子的图像融合算法.最后将低频分量与高频分量进行二维离散小波重构,得到结果图像.仿真结果表明,与传统图像融合算法相比,该算法获得的融合图像有效地拉升了目标与背景的对比度,增强了水下图像视觉效果,有利于准确识别水下运动目标.     

基于FPGA的图像识别与跟踪系统

设计了以FPGA为主芯片对目标物体进行识别与跟踪的系统。采用MT9M011数字图像摄像头采集初始图像;利用基于模型匹配的Sobel边缘检测算法实现对目标物体的识别;运用基于边缘特征检测和基于区域特征检测相结合的跟踪算法实现对目标物体的稳定跟踪。测试结果表明,整个系统能够有效稳定地对目标物体实施跟踪。     

小型CMOS相机系统设计及其硬件实现

采用MT9V032型CMOS数字图像传感器设计了一款完整的小型化、低功耗相机.基于初级像差理论,设计了焦距为12.95mm、F数为5的光学系统.该系统体积小、结构紧凑,在空间频率83线对每毫米处,各视场调制传递函数均优于0.5;电子学系统以现场可编程门阵列作为时序控制平台,控制CMOS输出数字视频信号,数字视频信号通过差分芯片以低压差分信号格式输出到图像采集卡,最后在计算机上成像.实验结果表明,这种相机像质良好、功耗低、移植性强、可靠性高.当时钟为26.6MHz时,帧频为60帧/秒,并可通过调节内部寄存器的值实现多种模式,特别适用于对相机体积以及成像质量要求较高的场合.     

基于USB2.0的高速线阵CCD数据采集系统

采用USB接口控制芯片和FPGA相结合的方案设计并实现一种基于USB2.0接口的高速线阵CCD数据采集系统.对系统硬件组成、USB接口控制芯片固件程序、USB驱动程序进行了介绍,并结合Visual C 6.0发了可视化操作界面.利用硬件系统及软件系统,较好地实现了线阵CCD高速数据采集及存储.     

基于FPGA的陀螺信号采集系统设计

针对无驱动结构硅微机械陀螺的数据采集要求,论述了一种陀螺信号数字采集系统的设计,主控芯片选择Altera公司的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)芯片EP4CE15F17I7,AD芯片采用MAX1188,与上位机的通信选择RS232通信协议。主要内容包括硬件的设计、AD时序的控制、通信协议的实现等。经试验验证,制作的样机可以采集到各种工况陀螺信号,且系统稳定,具有较高精度。     

自由空间光通信精跟踪模糊控制系统的设计

针对空间光通信中捕获、瞄准和跟踪(ATP)技术的精跟踪系统对信标光斑实时准确跟踪需求,设计了基于前馈补偿的比例,积分和微分(PID)模糊控制系统,采用camera-link接口的高帧频CMOS相机和大规模FP-GA芯片设计了精跟踪处理控制平台,并将图像处理、前馈补偿和PID模糊控制等功能全部集成在FPGA芯片内部。实验结果表明,前馈补偿模糊PID控制具有更强的系统适应性,精跟踪系统带宽达到300 Hz,对大于100 Hz的高频振动频谱仍然有很好的抑制补偿效果,尤其对于低于60 Hz的主要扰动频谱具有很好的跟踪补偿效果,抖动压缩比达到90%以上,抖动均方差小于1 pixel,定位精度约为1μrad。     

基于FPGA和Matlab的实时脉图信息处理系统设计

为了在无创心功能检测中准确迅速地检测出脉搏波,获得有用的诊断信息,在临床医学上有效地防治疾病,设计了一种基于FPGA和Matlab的高速实时脉图信息处理系统.该系统以FPGA芯片为核心,利用FT245BM型快速USB接口芯片和HK-2000G脉搏传感器,实现了对脉搏信号的采集,在主机上运用VB和Matlab混合编程技术,采用均值微分,积分、模糊插值、希尔伯特黄变换、小波变换等算法,完成脉搏信息的时频处理.该系统通过软硬件滤波,去除了呼吸等干扰信号,能正确地实时显示、存储、打印数字化脉波图像信息,自动运算得到脉图特征参数.通过对不同人体脉图特征参数测试,脉图信息有效、可靠,在医学亚健康诊断及病态诊断和家庭医疗方面有广泛的应用价值.     

基于线阵CCD的小型光谱仪研究

提出一种用于CCD光谱分析仪数据采集与分析的新方法。采用CZemy—Turner光路减小系统结构尺寸。应用FPGA对线阵CCD及端口芯片进行控制,通过模拟前端简化CCD电路,从而实现了采集方法优化。论文对采用的光学结构、核心器件及外围电路搭建和FPGA~件驱动设计进行了研究,并通过测试实验验证,结果说明方法有效、可行。     

上位机监控FPGA的实时图像增强处理

所述系统是以Anaconda-LVDS卡为图像采集、处理平台。在Anaconda-LVDS中的Vir-tex-Ⅱ Pro20FPGA芯片上构建图像边缘增强处理模块;以Visual C 编写控制程序,首先下载图像处理模块的电路配置文件至FPGA,之后实时查看相机采集的原始图像和经FPGA处理后的图像.最终实现了在上位机监控FPGA图像处理结果的系统,该系统在工业生产上有良好的应用前景.     

月球模拟器光学系统设计

针对传统的月球模拟器的辐照特性差、体型巨大、成本较高等缺点,本文应用液晶光阀技术设计了一种新型的月球模拟器,并重点对月球模拟器光学系统进行了研究。选用LCOS芯片作为模拟光源的调节器件,采用偏振分光棱镜将照明光源发出的光变为偏振光,通过控制系统对LCOS芯片的控制,利用LCOS芯片的反射特性对偏振光进行调节,实现了不同有效通光孔径的模拟,通过光学系统对LCOS反射光进行优化,将出射光调制成像质不失真的月相,可以模拟不同的月相及辐射特性。相对传统月球模拟器,采用LCOS器件的月球模拟器有效的提高了控制精度与模拟能力、减小了模拟器体积。仿真结果表明：设计的月球模拟器光学系统可以满足设计要求,并且亮度不均匀性好。     

基于FPGA的精密光栅尺图像采集与预处理设计

针对目前利用图像的方法来分析精密光栅尺位移采集速度不高的问题,设计了一种以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)为主控器件对光栅尺进行图像编解码和预处理的系统.系统主要包括SDRAM控制模块、CMOS传感器驱动模块、VGA显示模块以及图像算法模块.整个模块以Altera公司的Cyclone IV系列EP4CE10E22C8N作为主控芯片,Quartus II 15.0软件为开发平台,并经过反复测试实现各个模块功能,最终通过VGA实时显示预处理后的图像,为下一步DSP实现光栅尺位移的测量提供了可靠的预处理数据.