用作图法判定航空相机TDI CCD积分方向

由于Time Delay and Integration CCD(TDI CCD)是一种类似面阵结构的线阵输出CCD,其光电荷转移具有一定的方向性,所以TDI CCD图像传感器的积分方向与CCD成像运动方向必须保持一定的关系才能成像。本文以推扫成像相机和摆扫成像相机为例,介绍了一种基于高斯成像原理的作图法,用以确定TDI CCD积分方向与传感器成像运动方向的关系,分析和论证表明,TDI CCD的积分方向必须与地物在像面上的像移方向一致。 实践证明这种方法可以清楚、简便、快速地确定TDI CCD的积分方向,从而确定TDI CCD的安装方向,适宜在实际的工程设计中采用。     

大面阵高帧频CMOS成像电子学系统设计

为了满足大面阵高帧频CMOS探测器成像系统的设计要求,设计了基于GMAX0504探测器的CMOS成像系统,实现高帧频、大视场的成像需求;采用DDR3-SDRAM和NAND-FLASH,解决了图像数据存储速率与容量的瓶颈问题;通过图像处理的方法,提高了图像动态范围、信噪比(SNR)与调制传递函数(MTF)的设计指标;通过图像实时像元校正,提高了成像系统的光响应非均匀性(PRNU)指标。实验结果表明,图像信噪比(SNR)平均值为44dB,接近探测器的最大信噪比(SNR);光响应非均匀性(PRNU)均值为1.4%,满足成像需求。该CMOS成像系统设计结构可应用于更大面阵CMOS成像系统,为工程应用提供了保障。     

半导体制冷型高帧频CMOS数字摄像机研究与成像噪声分析

为了提高高速CMOS图像传感器的成像质量,降低图像传感器暗电流和随机噪声,文章中介绍了采用半导体制冷的方法来设计高帧频CMOS数字摄像机成像系统,针对该相机系统设计出结构一体化的多级半导体制冷制冷器,实现制冷量可控。图像传感器制冷后的温度与环境温度的温差最大可达40度,暗电流固定模式噪声降低50%,瞬态随机噪声减少90%,图像信噪比提高6dB。该相机系统具有集成度高,结构紧凑,高分辨率高帧频,高信噪比,宽动态范围,成像质量好的特点。     

基于气象预测数据优化卫星成像参数

卫星传感器成像参数包括增益、积分级数、行积分时间等,需要在传感器成像前通过地面站指令上注,合理的成像参数设置是获取高质量遥感影像数据的重要前提。本文提出了一种基于气象预测数据的卫星传感器成像参数优化与计算方法,首先,根据成像链路模型,结合气象预测数据中能够较好反映地表状态变化的地表反照率数据,解算目标地物成像时刻天顶辐亮度;然后,利用传感器绝对辐射定标系数解算不同成像参数下对应的图像灰度;最后,根据图像灰度适宜的策略选取合理的成像参数。通过吉林一号视频04星推扫成像模式验证本文提出的算法对全色和多光谱谱段图像信息熵分别提升4.37%~23.71%,采用本文提出的优化成像参数可以有效改善卫星遥感影像的有效动态范围,满足高质量遥感影像数据获取需求。     

地球静止轨道面阵凝视成像系统分时积分抑振技术

针对地球静止轨道卫星平台引起其面阵凝视成像系统的图像模糊,提出基于分时积分亚像元融合的方法来削弱平台颤振的影响,提高景物辨识度.设计并搭建了一维振动平台;利用高速图像采集系统采集不同曝光时间下不同频率振动的序列图像;使用基于能量区域质心法的相位相关法进行亚像元图像配准,计算每帧图像相对偏移量;与一维振动平台中的位移传感器数据进行对比,得到配准算法的精度优于0.1 pixel.最后,选择短曝光序列图像中清晰度较高的图像完成亚像元融合,与长曝光图像相比,其融合图像清晰度更高,信噪比与长曝光图像相当.得到的结果验证了分时积分亚像元融合法对颤振模糊的抑制作用.     

半导体制冷型高帧频CMOS数字摄像机及其成像噪声分析

为了提高高速CMOS图像传感器的成像质量,降低图像传感器暗电流和随机噪声,介绍了采用半导体制冷方法设计的高帧频CMOS数字摄像机成像系统,并针对该相机系统设计出结构一体化的多级半导体制冷器,实现了制冷量可控。实验结果表明,图像传感器制冷后的温度与环境温度的温差最大可达40℃;通过降低传感器温度很大程度上减少了暗电流固定模式噪声和瞬态随机噪声;此外,在摄像机内硬件实现了彩色滤波阵列转换和列向非均匀性校正,使输出图像信噪比提高了6dB。该相机系统具有集成度高,结构紧凑,高分辨率,高帧频,高信噪比,宽动态范同,成像质量好等特点。     

基于亚像元CCD几何超分辨方法研究

摘要:为了在现有CCD像元尺寸的基础上提高CCD像元分辨力,对CCD几何超分辨问题进行了研究。从研究现状入手,给出了现有算法及其存在的不足,建立了亚像元超分辨成像数学模型,提出了基于亚像元的CCD几何超分辨方法：两片线阵CCD集成在同一器件中,在线阵方向上错开半个像元,同时读出时间减半,最终交织重组图像数据,以合成高分辨率图像。利用MATLAB7.0.1软件对双线性插值方法及亚像元成像方法进行了仿真,并定性定量地比较两种方法的效果。结果显示：亚像元方法合成图像分辨率约为低分辨率图像的2倍,且PSNR比双线性插值图像高0.2dB。该方法可以实时合成高分辨率图像,显著地减轻欠采样引起的图像模糊。     

CMOS图像传感器中卷帘式快门特性及其应用

结合CMOS图像传感器研究了CMOS图像传感器卷帘式快门的具体应用.介绍了卷帘式快门的特点和工作原理,分析了具有卷帘式快门的CMOS图像传感器的成像特性,并对其进行了成像实验.探讨了一种利用卷帘式快门相机拍摄的单精度视图来计算高速物体在三维空间中的位姿和速度的新方法.最后,提出了一个运动目标的透视投影模型,讨论了估计目标位姿和速度的方法.实验结果表明:具有卷帘式快门的CMOS图像传感器对运动物体成像时会产生一定程度的畸变,畸变的程度与积分时间等传感器参数的设置有关.在误差最小化的情况下得到了运动物体的位姿和速度参数,计算误差在2.5%以内,测量精度为0.01 rad/s.对实验结果的分析证明了方法的可行性.这种计算方法能够使得低价格、低耗能的CMOS相机转化为一种新的速度传感器.     

CMOS图像传感器中卷帘式快门特性及其应用技术研究

为了研究CMOS图像传感器卷帘式快门的具体应用,结合具体的CMOS图像传感器进行研究。首先,本文介绍了卷帘式快门的特点和工作原理,对具有卷帘式快门的CMOS图像传感器成像特性进行了分析,并对采用卷帘式快门工作方式的CMOS图像传感器进行了成像实验研究。其次,本文还对一种利用卷帘式快门相机拍摄的单精度视图来计算高速物体在三维空间中的位移和速度的新方法进行了探讨,最后,提出了建立一个运动目标的透视投影模型,讨论了估计目标位姿和速度的方法。实验结果表明,具有卷帘式快门的CMOS图像传感器对运动物体成像时会产生一定程度的畸变,畸变的程度与积分时间等传感器参数的设置有关。经过实验可以在误差最小化的情况下得到运动物体的位姿和速度参数,经过计算误差在2.5%以内。对实验结果的分析已经证明了其可行性。这种计算方法能够使得低价格,低耗能的CMOS相机转化为一种新的速度传感器。     

亚像元的CCD几何超分辨方法

为了在现有CCD像元尺寸的基础上提高CCD像元分辨力,对CCD几何超分辨问题进行了研究.从研究现状入手,给出了现有算法及其不足,建立了亚像元超分辨成像数学模型,提出了亚像元的CCD几何超分辨方法.该方法将两片线阵CCD集成在同一器件中,在线阵方向上错开半个像元,同时读出时间减半,最终交织重组图像数据,以合成高分辨率图像.利用MATLAB 7.0.1软件对双线性插值方法及亚像元成像方法进行了仿真,并定性定量地分析了两种方法的效果.结果显示:亚像元方法合成图像分辨率约为低分辨率图像的2倍,且两组仿真图像中的PSNR比双线性插值图像分别高出1.486 4 dB和2.207 0 dB.该方法可以显著地减轻欠采样引起的图像模糊,且实时性优于双线性插值方法.     

基于ARM的便携式图像采集系统的设计

为满足现代制造工业中微细零件表面形貌测量的便携化、自动化需求,文章设计了一种以LPC2478为核心的嵌入式图像采集系统。系统选用功耗低、可输出多种数字格式的CMOS图像传感器实现图像的光电转换和数字信号输出,及具有多种功能模块的SMART2400开发板完成对CMOS的控制、数据的采集处理,并采用外部晶振同步ARM和CMOS时钟进而以软件定时的方式完成对高频像素同步信号PCLK的捕获,提高了低功耗微控制器图像采集的效率,一定程度上将图像采集系统对硬件的依赖转化为设计人员的软件设计工作,相对于传统的PC机+CCD的方案,具有更好的柔性,而且维护方便,成本低。     

双CMOS成像系统中运动模糊图像的复原

为获取高空间分辨率的清晰图像,设计了一种双CMOS成像系统.该系统的两片CMOS传感器可同时获取相同场景的图像.其中一片CMOS传感器获取高帧率、低空间分辨率的图像序列;另一片CMOS传感器获取低帧率、高空间分辨率的运动模糊图像.首先,通过光流法计算高帧率、低空间分辨率CMOS传感器获取图像序列的全局运动路径,在能量守恒和能量与积分时间成正比2个约束条件下估计运动模糊核初始值,通过贝叶斯准则交替迭代优化运动模糊核.最后,利用TV-L1方法从低帧率、高空间分辨率CMOS传感器获取的模糊图像中快速、有效地恢复出清晰图像.仿真和实验结果表明;有38％以上的仿真图像复原结果误差率小于2,且受噪声影响小,复原图像的振铃小.另外,能有效去除实拍图像的空间移不变运动模糊.     

半导体温度传感器及其芯片集成技术

半导体温度传感器是利用集成电路的工艺技术，将硅基半导体的温度敏感元件与外围电路集成在同一芯片上，与传统类型的温度传感器比较，具有灵敏度高、线性好、体积小、功耗低、易于集成等优点。分别介绍了双极型工艺和CMOS工艺下的半导体温度传感器的基本设计原理，并具体提出一种CMOS型集成温度传感器设计电路。此外，还介绍了半导体温度传感器的芯片集成技术，并总结了IC设计中出现的关键技术问题与解决方法。     

高帧频CMOS相机对光通信精跟踪系统影响分析

分析了互补金属氧化物半导体(CMOS)相机作为机载光通信精跟踪系统的位置传感器的优势,采用基于CMOS相机与FPGA研制的精跟踪系统,可实现帧频8 800 Hz的图像采集、数据传输、实时图像处理、光斑质心计算以及伺服控制等功能,分析了CMOS相机的噪声、帧频以及光斑质心算法对精跟踪系统跟踪精度的影响,给出了对应的数值分析与实验结果。实验结果表明:CMOS相机噪声对光斑坐标x轴、y轴引起坐标的标准差分别为0.291 9像素,0.120 2像素;当相机帧频从2 200 Hz提高到8 800 Hz时跟踪标准差从1.8降低到0.5个像素;外场光斑质心算法偏差比理想高斯光斑计算结果大8.34-0.71像素。光斑中心算法对跟踪精度影响明显,设计更具针对性的自适应光斑中心算法可以大大改善精跟踪的效果。     

500 fps图像采集及实时显示关键技术研究

为了获得高速运动目标的位置与姿态信息,分析目标瞬态事件发生的机理和运动规律,提出了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的高帧频图像采集及实时显示的设计方案。研究了高速互补金属氧化物半导体(CMOS)数字图像传感器LUPA1300-2,并以此为基础研究了500fps图像采集及实时显示系统的关键技术,以FPGA为核心设计了基于高速低压差分信号(LVDS)接口的图像采集模块、色彩复原模块及图像缓存模块。通过图像采集实验,验证了系统设计稳定可靠,满足现场实时性的要求。     

基于FPGA+DSP的全自动灯检机图像识别系统设计

针对全自动灯检机对精度、鲁棒性和实时性的要求,设计一种基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程阵列(FPGA)数字图像处理的全自动灯检机图像识别系统。该系统采用FPGA对CMOS图像传感器采集的图像信息进行预处理,并采用高性能的DSP作为图像处理的核心部分,保证了系统性能的要求。详细介绍了系统的原理和实现方案,并在硬件系统上进行了算法验证及仿真实验。试验结果表明:该系统满足精度、实时性和适应性的设计要求。     

Development of autonomous mobile robot with manipulator for manufacturing environment

This paper describes the developmental effort involved in prototyping the first indigenous autonomous mobile robot, AMR, with a manipulator for carrying out tasks related to manufacturing. The objective is to design and develop a vehicle that can navigate autonomously and transport jobs and tools in a manufacturing environment. Proprioceptive and exteroceptive sensors are mounted on AMR for navigation. Among the exteroceptive sensors, a stereovision camera is mounted in front of AMR for mobile robot perception of the environment. Using the widely supported JPEG image file format, full high-resolution color images are transmitted frame by frame from the mobile robot to multiple viewers located within the robot work area, where fast reconstruction of these images enables remote viewing. A CMOS camera mounted on the manipulator identifies jobs for pick-and-place operation. A variation of correlation based adaptive predictive search (CAPS) method, a fast search algorithm in template matching, is used for job identification. The CAPS method justifiably selects a set of search steps rather than consecutive point-to-point search for faster job identification. Search steps, i.e., either coarse search or fine search, are selected by calculating the correlation coefficient between template and the image. Adaptive thresholding is used for image segmentation for parametric calculations required for proper gripping of the object. Communication with the external world allowing remote operation is maintained through wireless connectivity. It is shown that autonomous navigation requires synchronization of different processes in a distributed architecture, while concurrently maintaining the integrity of the network.     

基于机器视觉的齿面点蚀面积特征提取的研究

在齿轮接触疲劳试验中,需要定期检查齿面点蚀状况。提出了一种基于机器视觉的齿面点蚀面积特征提取方法。针对试验齿轮箱空间窄,会使获得的齿面点蚀图像曝光不足或过度而使图像在获取、传输过程中产生噪声的问题,利用基于遗传算法的图像增强操作突出点蚀区域,抑制其他区域,并利用中值滤波及小波变换去除图像中的噪声,再将获得的图像进行分割、面积特征提取,最终通过实例验证了该方法能够准确、快速、有效地获取齿面点蚀面积,并利用Matlab图形界面(GUI)实现了机器视觉处理算法集成和交互可视化功能,为用户快速获取点蚀区域面积提供了便利。