【摘要】：像增強(qiáng)技術(shù)作為改善人類視見能力的重要手段,具有增大視距、拓展視見靈敏度、延伸光譜響應(yīng)范圍等作用,近年來得到了迅猛的發(fā)展。像增強(qiáng)CCD(intensified charge-coupled device,ICCD)作為重要的數(shù)字化微光成像器件,具有納秒級(jí)門控時(shí)間、高增益及非制冷等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于高速攝影、夜視成像、安全監(jiān)控、生物工程和醫(yī)療等領(lǐng)域,在微光成像領(lǐng)域具有無法取代的地位。ICCD由光陰極、微通道板(microchannel plate,MCP)和熒光屏構(gòu)成的雙近貼聚焦像增強(qiáng)器與CCD傳感器耦合而成,輸入光學(xué)圖像由光陰極轉(zhuǎn)換為電子圖像并經(jīng)過MCP進(jìn)行電子倍增,倍增后電子圖像聚焦到熒光屏上產(chǎn)生可見光圖像,再通過光學(xué)纖維面板或中繼透鏡投射到CCD傳感器上形成增強(qiáng)后的數(shù)字圖像。與常規(guī)成像器件相比,ICCD結(jié)構(gòu)復(fù)雜,信號(hào)傳遞鏈條中各個(gè)環(huán)節(jié)均對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響。其中,近貼空間中勻強(qiáng)電場(chǎng)的投射作用導(dǎo)致的彌散、MCP對(duì)電子倍增產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)起伏、CCD暗電流的時(shí)域累積及輸入光學(xué)圖像到輸出數(shù)字化圖像在空間量化過程的采樣率等因素對(duì)圖像質(zhì)量的影響尤為關(guān)鍵。上述因素綜合導(dǎo)致了ICCD微光圖像中存在大量閃爍斑點(diǎn),圖像動(dòng)態(tài)范圍窄、對(duì)比度及空間分辨率低、難以獲得清晰的結(jié)構(gòu)特征和紋理信息,經(jīng)過增強(qiáng)處理后才能有效完成特征提取、區(qū)域分割、目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別及圖像融合等任務(wù)。為抑制彌散、消除MCP增益起伏和CCD暗電流影響、解決量化過程中的采樣率不足等問題,提高ICCD微光圖像的對(duì)比度及空間分辨率,增加圖像融合過程中配準(zhǔn)的準(zhǔn)確率、豐富融合后圖像的信息量,本文通過對(duì)ICCD成像信號(hào)傳遞鏈條中各個(gè)環(huán)節(jié)的工作機(jī)理和影響圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素進(jìn)行深入分析與研究,提出了切實(shí)有效的解決方案,并有針對(duì)性地開展了以下研究工作:(1)對(duì)成像過程中環(huán)境照度、光學(xué)系統(tǒng)、光陰極、MCP、彌散、熒光屏、耦合方式、CCD傳感器等環(huán)節(jié)對(duì)微光圖像質(zhì)量的影響及各環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的量化模型進(jìn)行了深入分析,指出了成像積分時(shí)間內(nèi)彌散的空域重疊效應(yīng)和時(shí)域累積效應(yīng)是導(dǎo)致微光圖像對(duì)比度及空間分辨率低的關(guān)鍵因素,并且彌散無法通過經(jīng)典的基于圖像自身空域結(jié)構(gòu)特征或時(shí)域相關(guān)性的增強(qiáng)方法進(jìn)行消除,確定了對(duì)微光圖像進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)的典型客觀方法。(2)針對(duì)彌散具有空域重疊和時(shí)域累積效應(yīng),通過對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理、形成過程及分布特征進(jìn)行深入研究,提出了對(duì)微光圖像成像積分時(shí)間進(jìn)行時(shí)域細(xì)分的思想。將微光圖像的成像積分時(shí)間細(xì)分為微秒級(jí)間隔,在此間隔內(nèi)拍攝的光子圖像中,通道間彌散不存在時(shí)域和空域上的相互影響,為本文提出的微光圖像增強(qiáng)算法和超分辨率重建算法奠定了基礎(chǔ)。(3)通過分析光子圖像中熱像素、離子反饋等因素形成的偽光子斑點(diǎn)的空間及幅度分布特征,設(shè)計(jì)了基于分層切片光子篩選及彌散抑制的微光圖像增強(qiáng)算法。根據(jù)投影面積比、圓形度及被切片次數(shù)等條件剔除了偽光子斑點(diǎn);通過空間線性限制濾波對(duì)經(jīng)過光子篩選后的光子圖像進(jìn)行彌散抑制;對(duì)積分時(shí)間內(nèi)所有經(jīng)過彌散抑制的光子圖像進(jìn)行時(shí)域累積獲得增強(qiáng)后微光圖像。與同類算法的32線對(duì)/毫米相比,增強(qiáng)后微光圖像的限制空間分辨率達(dá)到36線對(duì)/毫米,顯著提高了微光圖像的對(duì)比度及實(shí)際空間分辨率。(4)針對(duì)ICCD微光圖像實(shí)際空間分辨率遠(yuǎn)未達(dá)到理論限制分辨率這一狀況,提出了成像積分時(shí)間自適應(yīng)時(shí)域細(xì)分方法和基于約束光子篩選及可調(diào)加權(quán)定位的微光圖像超分辨率重建算法,消除了彌散等因素的影響,解決了成像積分時(shí)間時(shí)域細(xì)分需要用戶干預(yù)和質(zhì)心定位算法在欠采樣條件下難以實(shí)現(xiàn)精確定位等問題,進(jìn)一步提高了微光圖像的對(duì)比度及實(shí)際空間分辨率。積分時(shí)間自適應(yīng)時(shí)域細(xì)分方法利用反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境照度條件自動(dòng)調(diào)整積分時(shí)間的細(xì)分間隔,滿足彌散空域重疊和時(shí)域累積效應(yīng)臨界條件的同時(shí),最大化該間隔,進(jìn)一步提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。在空間量化采樣率不足條件下,可調(diào)加權(quán)質(zhì)心定位方法通過可調(diào)權(quán)重系數(shù)強(qiáng)調(diào)了輸入光子圖像對(duì)于獲取入射光子在超分辨率重建后微光圖像中的精確位置信息的主導(dǎo)地位,充分利用由入射光子產(chǎn)生的所有有效信號(hào)實(shí)現(xiàn)微光圖像的超分辨率重建。重建后微光圖像的極限分辨率由36線對(duì)/毫米提高到50線對(duì)/毫米,遠(yuǎn)超過經(jīng)典超分辨率算法的42線對(duì)/毫米。(5)為解決微光與紅外圖像融合過程中配準(zhǔn)特征少、準(zhǔn)確率低,融合后圖像信息不豐富、可供觀察細(xì)節(jié)不足等缺陷,將本文提出算法重建后的超分辨率微光圖像應(yīng)用于圖像融合過程。通過使用超分辨率微光圖像參與融合,圖像配準(zhǔn)過程中準(zhǔn)確率達(dá)到90%,遠(yuǎn)超過雙三次插值算法的40%和SC算法的70%;融合后圖像包含更多可供觀察的細(xì)節(jié)信息,具有更豐富信息量并且與源圖像具有更高的相似度。
【圖文】：

第一章 緒 論景及研究意義像相關(guān)背景感知生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著極其重要的作用，是人類認(rèn)識(shí)和理解視覺系統(tǒng)接收環(huán)境目標(biāo)反射的可見光譜來感知和理解世界責(zé)場(chǎng)景反射光的接收并完成從光刺激到神經(jīng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換工神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行處理和解釋，因此可將人類視覺系統(tǒng)（作為成像系統(tǒng)來看待。 HVS 的光接收器，在結(jié)構(gòu)和功能上與其他人造光學(xué)成像系統(tǒng)信號(hào)的接收和處理比人造成像系統(tǒng)更為復(fù)雜和精密。圖 1意圖。

圖 1.2 錐狀細(xì)胞與桿狀細(xì)胞密度分布度條件達(dá)到 100 勒克斯（lux，lx）以上時(shí)，人眼才能焦像增強(qiáng)器的發(fā)展，由月光、星光、銀河光和大氣輝光等構(gòu)成的夜天光為靈敏度、分辨率及光譜響應(yīng)范圍限制，需要利用光電技術(shù)和電真空技術(shù)將入射光學(xué)圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、增S 的視見能力。像增強(qiáng)是夜視技術(shù)的基礎(chǔ)，其核心部件光電陰極、微通道板（micro-channel plate，MCP）P 進(jìn)行電子倍增是雙近貼聚焦像增強(qiáng)器的典型特征。通過轉(zhuǎn)換并以一定概率激發(fā)出光生電子，通過 MCP 對(duì)電子屏引起熒光激發(fā)，最后通過目鏡將熒光屏圖像縮放到強(qiáng)器開始采用雙近貼聚焦結(jié)構(gòu)，通過 MCP 進(jìn)行電子倍S-25 光陰極具有更高光譜響應(yīng)范圍，靈敏度達(dá)到 225 ~結(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN223;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2651583