對(duì)地光學(xué)遙感成像相機(jī),是衛(wèi)星的主要應(yīng)用方向之一,對(duì)焦技術(shù)是相機(jī)成像系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一。遙感相機(jī)在成像過(guò)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(guò)程中設(shè)定對(duì)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(guò)計(jì)算的方式獲取離焦量,進(jìn)而通過(guò)人工設(shè)定對(duì)焦功能,因此需要發(fā)展自動(dòng)對(duì)焦技術(shù),簡(jiǎn)化對(duì)焦過(guò)程。迄今為止已有許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者,針對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)進(jìn)行了深入的研究,但是在遙感相機(jī)的成像過(guò)程中同時(shí)提高對(duì)焦的精度和速度仍是一項(xiàng)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(biāo)重要信息的一種手段,本文對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)中常用的4種圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)和對(duì)焦搜索算法進(jìn)行了深入的研究,并通過(guò)Matlab仿真對(duì)其在遙感相機(jī)應(yīng)用中存在的不足進(jìn)行對(duì)比分析,提出了Sobel-Canny兩種算子相結(jié)合的二次對(duì)焦方法,對(duì)成像目標(biāo)進(jìn)行二次對(duì)焦判斷,確保遙感相機(jī)對(duì)焦功能的準(zhǔn)確度,為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)對(duì)焦的速度,對(duì)爬山搜索法存在的問(wèn)題提出了改進(jìn)。最后在遙感相機(jī)對(duì)焦試驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)5種對(duì)焦方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Sobel-Canny... 

【文章來(lái)源】：北華航天工業(yè)學(xué)院河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：60 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖像歸一化清晰度評(píng)價(jià)曲線

，均在n=9處取得圖像的最大值，因此相機(jī)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(cè)算子均可以準(zhǔn)確的計(jì)算出圖像最佳成像位置，滿足清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)單峰性和無(wú)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(zhǔn)確。Robert算子和Prewitt算子峰值處曲線變化相對(duì)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(duì)較差。圖3.8圖像歸一化清晰度評(píng)價(jià)曲線圖3.8是四種算子對(duì)邊緣特征復(fù)雜的遠(yuǎn)景圖像計(jì)算清晰度的仿真結(jié)果。Robert算子和Prewitt算子在計(jì)算圖像清晰度時(shí)曲線發(fā)生了不同強(qiáng)度的變化，因此圖像邊緣處的信息含量對(duì)評(píng)價(jià)函數(shù)的影響很大。對(duì)于邊緣特征復(fù)雜的圖像計(jì)算清晰度時(shí)，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(huì)對(duì)對(duì)焦的結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，不利于對(duì)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(biāo)都在n=9處，在峰值兩側(cè)具有較好的單調(diào)性，兩個(gè)算子對(duì)于邊緣特征復(fù)雜的圖像可以準(zhǔn)確的計(jì)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(chǎng)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(duì)圖像進(jìn)行平滑計(jì)算，可以有效地抑制噪聲等虛假邊緣對(duì)計(jì)算結(jié)果造成的干擾，準(zhǔn)確的定位出圖像的邊緣。在計(jì)算圖像的清晰度時(shí)Canny算子的曲線幾乎沒有發(fā)生明顯的變化，對(duì)于信息分布復(fù)雜的遠(yuǎn)景圖像，仍能保證很好的靈敏度和穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)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(huì)因成像目標(biāo)邊緣信息的變化而對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響。Sobel算子

面向遙感相機(jī)自動(dòng)對(duì)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(gè)像元內(nèi)部，可實(shí)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(diǎn)被廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。綜合考慮視頻相機(jī)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(biāo)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(dá)124fps(8-bit),99fps(10-bit)；全局曝光配備雙采樣處理、曝光可控制、自動(dòng)增益控制、支持高動(dòng)態(tài)范圍模式、固定噪聲與底電平抑制等、相當(dāng)于在光子探測(cè)的同時(shí)增加了讀出集成電路（ROIC）�？梢暂敵鲷敯粜院谩⒖垢蓴_強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)。由其特性參數(shù)可知，該型號(hào)傳感器適用于本系統(tǒng)應(yīng)用。表5.1傳感器技術(shù)指標(biāo)列表序號(hào)參數(shù)指標(biāo)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(dòng)態(tài)范圍60dB5轉(zhuǎn)換效率0.075LSB/e-6隨機(jī)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程中圖像清晰度評(píng)價(jià)算法研究[J]. 項(xiàng)魁,高健.  組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2019(01)
[2]改進(jìn)Canny算子在工業(yè)影像清晰度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J]. 劉書炘,程仁貴,黎明.  重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(02)
[3]圖像清晰度評(píng)價(jià)算法研究[J]. 孫紅利,馮旗,董峰.  傳感器與微系統(tǒng). 2017(02)
[4]基于飽和像素剔除的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)[J]. 王燁茹,馮華君,徐之海,李奇,陳躍庭.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2016(12)
[5]一種新的遙感影像清晰度評(píng)價(jià)方法[J]. 譚偉,楊秉新,何紅艷.  中國(guó)空間科學(xué)技術(shù). 2016(02)
[6]電測(cè)法測(cè)量透鏡焦距[J]. 王芳芳,張景紅,張軼炳,王超.  物理通報(bào). 2015(02)
[7]遺傳算法的爬山法改進(jìn)[J]. 柴巖,周艷釗.  遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(07)
[8]基于圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)綜述[J]. 尤玉虎,劉通,劉佳文.  激光與紅外. 2013(02)
[9]改進(jìn)的Brenner圖像清晰度評(píng)價(jià)算法[J]. 王健,陳洪斌,周國(guó)忠,安濤.  光子學(xué)報(bào). 2012(07)
[10]基于圖像處理的航空成像設(shè)備自動(dòng)調(diào)焦設(shè)計(jì)[J]. 趙志彬,劉晶紅.  液晶與顯示. 2010(06)

博士論文
[1]基于數(shù)字圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦方法研究[D]. 王燁茹.浙江大學(xué) 2018
[2]基于圖像處理技術(shù)的自動(dòng)調(diào)焦方法研究[D]. 路朋羅.中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2016
[3]頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李華.中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2015
[4]基于圖像技術(shù)的自動(dòng)調(diào)焦方法研究[D]. 黃德天.中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所） 2013
[5]推掃式遙感相機(jī)基于圖像的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)焦研究[D]. 盧振華.中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所） 2012

碩士論文
[1]基于ARM平臺(tái)的便攜式自動(dòng)對(duì)焦數(shù)字全息顯微系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 李杰.浙江工業(yè)大學(xué) 2019
[2]基于圖像處理的航空紅外相機(jī)自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)研究[D]. 楊艷艷.中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所) 2016
[3]基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)[D]. 張晶.中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所) 2016
[4]基于圖像信息熵的無(wú)參考圖像質(zhì)量評(píng)估算法的研究[D]. 鄭加蘇.北京交通大學(xué) 2015
[5]基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦算法研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D]. 陶金有.中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2014
[6]高靈敏度自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 余炎.武漢理工大學(xué) 2014
[7]基于圖像處理的自動(dòng)調(diào)焦技術(shù)研究[D]. 莫春紅.中國(guó)科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2013
[8]自動(dòng)聚焦系統(tǒng)中評(píng)價(jià)函數(shù)性能與動(dòng)態(tài)區(qū)域選取的研究[D]. 王彥芳.山東大學(xué) 2011
[9]基于圖像的光測(cè)成像系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)焦方法研究[D]. 耿道鵬.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[10]被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦算法的研究[D]. 黃娟.太原理工大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3253445