自适应系统中哈特曼波前传感器光斑质心的最佳标定位置

自适应光学系统中采用CCD作为哈特曼波前传感器的光斑质心位置探测器时,由于光斑的高斯宽度较小会带来大采样误差.针对该问题,本文详细分析了采样误差形成的原因,建立了采样误差、位移敏感度和开环动态范围与光斑高斯宽度、光斑位置以及子孔径大小的数学模型,提出标定时光斑质心的最佳位置是子孔径中心四像素的中心.因为在该位置处,CCD的质心探测具有闭环时采样误差为0,位移敏感度最大,且开环时动态范围最大的特点,为哈特曼波前传感器的标定方法的研究提供了理论依据.     

一种基于亮度阈值的激光光斑中心定位算法

激光光斑图像的光斑中心定位是激光位移检测中的关键技术之一.为提高桥梁挠度测量系统的实时性能,本文针对测量中激光光斑图像的特点,提出了一种确定光斑中心位置的方法.利用激光图像中光斑区域与其它区域亮度差别较大的特点,确定亮度阈值并将光斑图像进行二值化处理,得到一幅仅有激光光斑的图像,根据圆上平行弦的中点连线通过圆心的原理,通过求弦的中点确定圆心.本方法原理简单,计算量小,计算速度快,能够满足测量系统的实时性要求,已在测量实验中取得了较好的效果.     

随机中心聚集半色调算法

目的由误差扩散半色调算法得到的二值图像存在明显的规律性纹理,针对该问题提出随机中心聚集半色调算法。方法利用蓝噪声半色调阈值矩阵算法生成随机均匀分布的种子点,采用三角网生长算法构建Delaunay三角网格,在确定三角网像素成员后,根据像素点在三角形区域内的分布位置得到该位置像素的阈值,最后通过将连续调图像与阈值矩阵的阈值比较得到半色调图像。结果同误差扩散算法相比,提出的方法可以减少半色调图像的人工纹理,图像视觉效果较好。结论文中算法可以改善半色调图像质量,实验结果证明了该方法的有效性。     

聚集态网点阈值矩阵生成方法及潜在应用研究

目的对聚集态网点阈值矩阵的动态生成方法与算法,及潜在的应用问题进行分析与探讨。方法依据网点网格坐标系,建立网点函数阈值矩阵的生成方法以及网点灰度阈值矩阵的阈值动态分布原则,并得到网格内元素的阈值映射关系式。结果网格内元素的排布顺序越大,网格内获得的阈值就越大,通过对网点函数进行特殊处理,可使网点阈值矩阵的数据中心点相对于网格中心产生一定的偏移,形成具有特殊加网效果的阈值矩阵。结论在不影响图像外观的情况下,通过在网点函数中引入特殊的位相变化信息,加网时就能在图像预定区域生成含有特殊位相编码信息的网点分布,可为图像特定区域植入预期的有意义的编码信息,在图像复制、信息隐藏和印刷防伪等领域具有实际指导意义。     

一种光斑图像中心的亚像素提取方法

针对空间发光点所成光斑图像中心的高精度提取问题,本文提出一种亚像素提取方法.该方法建立了具有高斯能量分布的空间发光点的透视投影光斑图像灰度分布数学模型,证明了空间发光点能量中心的透视投影不变性.通过对光斑图像二阶方向导数和自相关函数的分析,获得Hessian矩阵并推导出像素级光斑图像中心的判定条件,再将图像灰度分布函数在光斑图像像素级中心的亚像素邻域内泰勒展开,并求取光斑图像灰度分布曲面的局部极大值点作为亚像素级光斑图像的中心点.与现有经典方法的对比仿真实验结果表明,该算法具有更高精度和更好的鲁棒生,可广泛应用于视觉检测的摄像机标定、三维形貌测量等任务中(类)光斑中心的高精度提取.     

互相关 DPIV 技术及其在氧化沟模型中的应用

重点研究二维DPIV技术的速度信息提取方法并进行算法实现。该技术基于灰度图像互相关法,在相邻时刻的序列图像中,灰度分布最相似的子窗口即是最佳匹配,粒子在像平面上的运动位移由两个子窗口中心距离确定。通过对互相关测度的优选既能兼顾粒子匹配成功率也能降低匹配算法的时间开销,通过优化算法的搜索空间极大地减少了互相关运算量。给出了标准图像仿真结果及其在氧化沟模型流速测试中的成功应用。实验结果表明,该算法适合于氧化沟模型流场及类似场合的测速。     

采用下采样和位平面匹配的局部运动估计

针对电子稳像系统的实时性要求,提出了一种基于下采样、位平面匹配和三步搜索策略的快速局部运动估计算法。该算法将搜索比较次数由 225 次减少为 24 次而精度基本不变;利用图像下采样技术将参与估计的子图像像素增加 4 倍而运算量基本不变,提高了由于子图像中运动物体引起干扰的抵抗能力。实验表明,该算法搜索速度明显提高,而精度基本不变,所得到的匹配位置非常接近全搜索匹配法获得的匹配位置。     

一种基于空间对比度的光斑自动定位新方法

针对具有回射特性的合作目标在图像上所呈光斑的外接矩形区域总是图像中对比度较强的区域这一特性,本文提出了一种全新的基于空间对比度的光斑自动定位方法.鉴于空间对比度作为一种归一化的显著度度量可用于描述人眼对局部图像对比度的感知程度,新方法采用空间对比度作为待识别光斑外接矩形区域的基本特征对其进行定位,通过设定显著阈值及非显著阈值作为提取光斑外接矩形的条件,在计算得到光斑区域的灰度重心的基础上确定光斑的亚像素形心.数字仿真实验结果证明本文方法在各种噪声情况下均能够得到较好的光斑形心提取效果,可以达到与传统相关法相当的精度水平.实物仿真试验表明,由本文方法得到的光斑图像坐标进行双目像机交会计算得到的光斑三维位置的精度较高,且不受光斑位置突变的影响,从拍摄图像到计算得到光斑三维位置整个过程的数据输出率为15～20 Hz,可以稳定得到高精度的结果.与传统的检测方法相比,本文算法概念新颖,易于实现,能够在满足精度要求的基础上同时满足实时性要求,具有较高的工程应用价值.     

基于高斯光斑的相关HS波前斜率处理器

大规模自适应光学系统要求哈特曼-夏克波前传感器的子孔径数目巨大,这势必会增加波前斜率提取电路实现的难度.为了在大规模自适应光学系统中进行波前斜率提取,提出了一种相关算法的实现结构,以高斯光斑作为参考模板,通过两次级联滤波完成子孔径光斑之间的相关运算,并得到局部波前斜率.与多通道并行处理的实现结构相比,本文所提出的结构实现的硬件成本不会随着子孔径规模的增大而显著增加,特别适用于大规模自适应光学系统的波前斜率提取.实验结果表明:对于8×8方形排布的哈特曼-夏克波前传感器图像,本文的结构用FPGA内实现,在27 MHz的工作频率下,完成一帧所有子孔径斜率计算的延迟为1.2 μs,均方根误差小于0.02个像素,最大误差不超过0.04个像素,而资源消耗仅仅为925个Slices.本结构能够满足大规模自适应光学系统中波前斜率探测高速实时和高精度要求.     

运动背景下多目标跟踪的小波方法

为了能从运动背景中检测其中的运动目标,并进行跟踪,提出一种基于小波变换的分层匹配跟踪算法。利用小波分解的多层子图进行分层匹配,估计整个背景的运动矢量;利用差分算法从运动背景中检测出多个运动目标,计算出多个动目标的形心坐标,绘出各动目标的运动轨迹。该算法与传统的块匹配算法相比,滤除了原图像的高频噪声,防止了在含噪原图像上进行块匹配不准确的缺点;另外,在低频分量图像上N×N范围进行块匹配,相当于在原图像上2nN×2nN的范围进行匹配搜索,搜索速度快。当相邻两帧背景运动向量小于10个像素,运动目标相对背景的运动向量小于5个像素时,实验结果证明了此算法的有效性和可行性。     

机车全动态包络线测量中的目标点自动识别算法研究

针对机车动态限界图像中目标点自动识别的问题,提出一种基于双分辨力分析的目标点识别算法,解决了高分辨力图像对于多目标的搜索效率问题,并提出了一种自描述向量用于改进传统的RANSAC算法,以减少背景噪声的干扰,完成了不同限界图像目标点的单应矩阵的求解问题。最终实现高效且准确的目标点自动识别与匹配。     

印品检测过程中基于SIFT 算法缩小匹配范围的方法

针对多个CCD 采集多幅图像会产生一定的重叠区域,为了实现印品在线检测的要求,提出了一种结合SIFT 和缩小匹配范围的图像检测方法。该方法基于SIFT 提取特征点,改进了局部搜索范围,利用RANSAC 算法计算图像坐标变换矩阵,采用多分辨率融合方法对拼接图像进行融合处理。结果表明,采用该方法可以减少匹配和图像检验时间,降低估算概率,完成检测图像拼接。     

Log-polar transform-based wavelet-modified maximum average correlation height filter for distortion invariance in a hybrid digital-optical correlator

We discuss and implement a log-polar transform-based distortion-invariant filter for automatic target recognition applications. The log-polar transform is a known space-invariant image representation used in several image vision systems to eliminate the effects of scale and rotation in an image. For in-plane rotation invariance and scale invariance, a log-polar transform-based filter was synthesized. In cases of in-plane rotation invariance, peaks shift horizontally, and in cases of scale invariance, peaks shift vertically. To achieve out-of-plane rotation invariance, log-polar images were used to train the wavelet-modified maximum average correlation height (WaveMACH) filter. The designed filters were implemented in the hybrid digital-optical correlation scheme. It was observed that, for a certain range of rotation and scale differences, the correlation signals merge with the strong dc. To solve this problem a shift was introduced in the log-polar image of the target. The use of a chirp function for dc removal has also been discussed. Correlation peak height and peak-to-sidelobe ratio have been calculated as metrics of goodness of the log-polar transform-based WaveMACH filter. Experimental results are presented.     

航拍高光谱图像中基于投影的自动目标检测算法

针对未知环境条件下的高光谱图像目标检测问题进行了研究,提出了一种基于投影的自动目标检测算法。该算法通过构造正交投影算子预先对部分干扰物信息进行削弱,再以无监督的自动目标搜寻方法找到场景中可能的目标物,将图像数据向可能目标物所张成的子空间投影以增强目标物的信息,然后用匹配的方法完成检测。有效减弱了干扰物对目标检测的影响,缩小了目标搜索的范围。应用此算法对实验采集数据进行处理,取得了较好的结果。     

Two-beam-coupling correlator for synthetic aperture radar image recognition with power-law scattering centers preenhancement

Synthetic radar image recognition is an area of interest for military applications including automatic target recognition, air traffic control, and remote sensing. Here a dynamic range compression two-beam-coupling joint transform correlator for detecting synthetic aperture radar targets is utilized. The joint input image consists of a prepower-law, enhanced scattering center of the input image and a linearly synthesized power-law-enhanced scattering center template. Enhancing the scattering center of both the synthetic template and the input image furnishes the conditions for achieving dynamic range compression correlation in two-beam coupling. Dynamic range compression (a) enhances the signal-to-noise ratio, (b) enhances the high frequencies relative to low frequencies, and (c) converts the noise to high frequency components. This improves the correlation-peak intensity to the mean of the surrounding noise significantly. Dynamic range compression correlation has already been demonstrated to outperform many optimal correlation filters in detecting signals in severe noise environments. The performance is evaluated via established metrics such as peak-to-correlation energy, Horner efficiency, and correlation-peak intensity. The results showed significant improvement as the power increased.     

基于SVM的捆装圆棒材计数方法

目的研究利用相机拍摄的捆装棒材端面图像进行棒材的自动计数方法。方法利用Hough变换提取端面圆的半径对图像尺寸进行规格化处理,使每个圆形端面具有近似统一的尺寸;利用滑动窗口的方法对检测窗口的中心点是否为圆棒材的中心进行判别,并标记判别结果;判别过程采用了一种SVM分类器的方法;通过在标记图上进行连通区搜索,统计棒材中心点区域的个数实现棒材计数;在测试图像库上对方法的有效性进行了测试实验。结果实验结果显示,文中方法在测试库上的正确率达到94%,其性能较模板匹配方法有显著优势。结论该方法的正确率较常规方法有很大提升,并且具有较好的鲁棒性,可应用于捆装圆棒材的自动计数问题。     

一种改进的快速归一化积相关图像匹配算法

归一化积相关算法是一种经典的图像匹配算法,具有操作简单、匹配概率高等优点,其不足之处主要在于计算量大,难以满足实时性要求。为此,本文首先提出了一种减少归一化积相关算法计算量的方法,通过从基准图像中构造出两个搜索矩阵,来简化实时图像的搜索路径,使其只需沿一个方向平移就可以完成匹配,并且可以很容易地通过相邻两个基准子图之间的迭代来避免图像能量的重复计算;接着将该方法与BPC算法的思想相结合提出本文的快速匹配算法,从两个方面来减少传统算法的计算量,进一步提高了算法的运算速度;最后通过实验仿真验证了本文算法的优越性。     

品牌形象广告创意的特征与途径

通过对设计实例的分析,提出品牌形象广告创意的特征:直观地展示品牌形象,激发品牌联想,提升品牌文化内涵。在此基础上从设计心理学角度,指出以创意建立品牌联想的方法。明确了品牌形象广告创意的途径主要是纵横方向分析品牌形象,品牌形象的概念化,形成品牌形象广告的主题。     

基于变分贝叶斯多图像超分辨的平面复眼空间分辨率增强

平面复眼成像系统利用多个子孔径对场景进行成像,由于子孔径大小和图像传感器空间采样率的限制,各子孔径图像质量较差。如何融合多个子孔径图像来获得高分辨率图像是亟需解决的问题。多图像超分辨理论利用多幅具有互补信息的图像来重构高空间分辨率图像,然而现有理论通常采用过于简化的运动模型,这种简化的运动模型对平面复眼成像并不完全适用。若直接把现有多图像超分辨理论用于平面复眼分辨率增强,不准确的相对运动估计将降低图像分辨率增强性能。针对这些问题,本文在变分贝叶斯框架下改进了现有多图像超分辨理论中的运动模型,并把导出的联合估计算法用于平面复眼分辨率增强。仿真数据实验和真实复眼数据实验验证了推荐方法的正确性和有效性。     

Parallel computing of a digital hologram and particle searching for microdigital-holographic particle-tracking velocimetry

We have developed a parallel algorithm for microdigital-holographic particle-tracking velocimetry. The algorithm is used in (1) numerical reconstruction of a particle image computer using a digital hologram, and (2) searching for particles. The numerical reconstruction from the digital hologram makes use of the Fresnel diffraction equation and the FFT (fast Fourier transform), whereas the particle search algorithm looks for local maximum graduation in a reconstruction field represented by a 3D matrix. To achieve high performance computing for both calculations (reconstruction and particle search), two memory partitions are allocated to the 3D matrix. In this matrix, the reconstruction part consists of horizontally placed 2D memory partitions on the x-y plane for the FFT, whereas, the particle search part consists of vertically placed 2D memory partitions set along the z axes. Consequently, the scalability can be obtained for the proportion of processor elements, where the benchmarks are carried out for parallel computation by a SGI Altix machine.