對地光學遙感成像相機,是衛(wèi)星的主要應(yīng)用方向之一,對焦技術(shù)是相機成像系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一。遙感相機在成像過程中易受到外界環(huán)境中溫度、大氣壓力、成相距離變化等因素的影響產(chǎn)生離焦現(xiàn)象,因此需要在成像過程中設(shè)定對焦功能,確保系統(tǒng)成像質(zhì)量。目前普遍應(yīng)用的方式為根據(jù)地面成像效果通過計算的方式獲取離焦量,進而通過人工設(shè)定對焦功能,因此需要發(fā)展自動對焦技術(shù),簡化對焦過程。迄今為止已有許多國內(nèi)外學者,針對現(xiàn)有的自動對焦技術(shù)進行了深入的研究,但是在遙感相機的成像過程中同時提高對焦的精度和速度仍是一項十分艱巨的任務(wù)。數(shù)字圖像處理技術(shù)是以圖像的形式靈活地獲取成像目標重要信息的一種手段,本文對數(shù)字圖像處理技術(shù)中常用的4種圖像清晰度評價函數(shù)和對焦搜索算法進行了深入的研究,并通過Matlab仿真對其在遙感相機應(yīng)用中存在的不足進行對比分析,提出了Sobel-Canny兩種算子相結(jié)合的二次對焦方法,對成像目標進行二次對焦判斷,確保遙感相機對焦功能的準確度,為了進一步提高系統(tǒng)對焦的速度,對爬山搜索法存在的問題提出了改進。最后在遙感相機對焦試驗平臺上對5種對焦方法的實驗結(jié)果進行對比分析,實驗結(jié)果表明,Sobel-Canny... 

【文章來源】：北華航天工業(yè)學院河北省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖像歸一化清晰度評價曲線

，均在n=9處取得圖像的最大值，因此相機在第9幅圖像處得到最佳成像位置，與主觀判斷的結(jié)果一致。在這種情況下，可以得出結(jié)論，四種邊緣檢測算子均可以準確的計算出圖像最佳成像位置，滿足清晰度評價函數(shù)單峰性和無偏性的基本要求。圖中Sobel算子和Canny算子越靠近峰值處曲線兩側(cè)變化明顯，均表現(xiàn)出很好的單調(diào)性，其中Canny算子在峰值兩側(cè)最陡峭，高靈敏度最高，最佳成像位置附近的判斷最準確。Robert算子和Prewitt算子峰值處曲線變化相對較平緩，峰值兩側(cè)大體呈現(xiàn)單調(diào)性，這兩種算子在最佳成像位置附近的靈敏度相對較差。圖3.8圖像歸一化清晰度評價曲線圖3.8是四種算子對邊緣特征復雜的遠景圖像計算清晰度的仿真結(jié)果。Robert算子和Prewitt算子在計算圖像清晰度時曲線發(fā)生了不同強度的變化，因此圖像邊緣處的信息含量對評價函數(shù)的影響很大。對于邊緣特征復雜的圖像計算清晰度時，兩種算子曲線的變化比較平緩幾乎沒有呈現(xiàn)出明顯峰值，這種情況下，會對對焦的結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，不利于對峰值位置做出判斷，因此不做考慮。Sobel算子和Canny算子曲線峰值橫坐標都在n=9處，在峰值兩側(cè)具有較好的單調(diào)性，兩個算子對于邊緣特征復雜的圖像可以準確的計算出最佳成像位置。其中Sobel算子的曲線出現(xiàn)了小幅度的上浮現(xiàn)象，在這種場景下Sobel算子的靈敏度和穩(wěn)定性均有所下降。Canny算子首先對圖像進行平滑計算，可以有效地抑制噪聲等虛假邊緣對計算結(jié)果造成的干擾，準確的定位出圖像的邊緣。在計算圖像的清晰度時Canny算子的曲線幾乎沒有發(fā)生明顯的變化，對于信息分布復雜的遠景圖像，仍能保證很好的靈敏度和穩(wěn)定性。通過對比上述兩組邊緣信息含量不同的圖像得出結(jié)論，Robert和Prewitt兩種算子會因成像目標邊緣信息的變化而對評價結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響。Sobel算子

面向遙感相機自動對焦系統(tǒng)的方法研究405.1.1CMOS成像器件CMOS圖像傳感器中每個像元內(nèi)部，可實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。目前CMOS傳感器以體積孝成本低、功耗小的特點被廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。綜合考慮視頻相機分辨率、幀頻、幅寬、量化位數(shù)等方面的需求，該系統(tǒng)選擇CMOSIS公司的12M像素CMOS傳感器為成像器件，傳感器為像元尺寸為5.5um，像元數(shù)4096×3072，CMOS成像器件如圖5.2所示。圖5.2CMOS成像器件CMOS傳感器技術(shù)指標如表5.1所示，支持CameralinkBase，Medium，F(xiàn)ull，F(xiàn)ull80-bit輸出模式；全畫幅輸出幀頻可達124fps(8-bit),99fps(10-bit)；全局曝光配備雙采樣處理、曝光可控制、自動增益控制、支持高動態(tài)范圍模式、固定噪聲與底電平抑制等、相當于在光子探測的同時增加了讀出集成電路（ROIC）�？梢暂敵鲷敯粜院�、抗干擾強的數(shù)字信號。由其特性參數(shù)可知，該型號傳感器適用于本系統(tǒng)應(yīng)用。表5.1傳感器技術(shù)指標列表序號參數(shù)指標1有效像元數(shù)4096(H)×3072(V)=12.58Mpixel2量子效率FF×QE=55%@550nm3響應(yīng)度4.64V/lux·s4動態(tài)范圍60dB5轉(zhuǎn)換效率0.075LSB/e-6隨機噪聲13e-7固定模式噪聲<1LSB8數(shù)據(jù)速率50～600Mbps9幀頻0~350fps@8-bit10功耗7W

【參考文獻】：
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本文編號：3253445