本文關(guān)鍵詞：航天高動(dòng)態(tài)攝像機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍是衡量航天相機(jī)技術(shù)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。航天攝像機(jī)在對(duì)空目標(biāo)進(jìn)行觀測時(shí),光照強(qiáng)度變化范圍通常在0.001 lux到109 lux之間。為了使飛行器在不同工作條件下都能夠獲得高質(zhì)量的圖像,通常的做法是在地面發(fā)送遙控指令,調(diào)整航天攝像機(jī)的曝光參數(shù)。受限于操作人員的經(jīng)驗(yàn)和遙控操作響應(yīng)時(shí)間,地面通常無法獲得最佳的拍攝效果。更為重要的是,相機(jī)本身的動(dòng)態(tài)范圍遠(yuǎn)小于環(huán)境光線的動(dòng)態(tài)范圍,采用固定的曝光參數(shù)通常無法同時(shí)獲取目標(biāo)物體的全部細(xì)節(jié)。本文在國家重大專項(xiàng)子課題的資助下,分析并設(shè)計(jì)了合理的航天攝像機(jī)的圖像處理流程。同時(shí),針對(duì)航天高動(dòng)態(tài)背景,提出了一種低復(fù)雜度高效的高動(dòng)態(tài)數(shù)字圖像合成方法。為了達(dá)到快速響應(yīng)的目的,進(jìn)一步提出了自適應(yīng)曝光參數(shù)選擇算法。以本論文的研究成果為基礎(chǔ),我們?cè)O(shè)計(jì)了高動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的原型,并在該原型上對(duì)上述算法進(jìn)行了驗(yàn)證。本文的主要工作包含以下四個(gè)方面。其一,在對(duì)各主流相機(jī)ISP模塊研究的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了航天相機(jī)必需的圖像預(yù)處理功能模塊,并對(duì)各模塊進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。同時(shí),為了讓各個(gè)子模塊的功能相輔相成,深入研究了各功能模塊之間關(guān)系,合理安排模塊的處理順序,設(shè)計(jì)出了效果理想的流程框架。其二,針對(duì)航天拍攝環(huán)境,結(jié)合現(xiàn)有高動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法和FPGA硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn),本文運(yùn)用最大熵原則設(shè)計(jì)了低復(fù)雜度高效高動(dòng)態(tài)合成算法。該方法只需通過調(diào)節(jié)任意相鄰兩幀圖像的曝光參數(shù),獲取亮區(qū)和暗區(qū)的細(xì)節(jié)紋理,用給定算法合成即可獲得高動(dòng)態(tài)效果圖像。其三,為了便于快速實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)合成,本文使用最優(yōu)化設(shè)計(jì)思想,自動(dòng)計(jì)算使圖像亮暗區(qū)域紋理細(xì)節(jié)互補(bǔ)最佳的兩個(gè)曝光時(shí)間值,獲取合成高動(dòng)態(tài)所需的源圖。該自適應(yīng)配置曝光值的選取方式可以有效彌補(bǔ)人工配置高低曝光值時(shí),由于相機(jī)抖動(dòng)等不確定原因?qū)е赂邉?dòng)態(tài)圖像存在“鬼影”的缺陷。其四,結(jié)合理論研究,本文完成了高動(dòng)態(tài)攝像機(jī)的整體設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)方案基于“FPGA+DSP”架構(gòu),由四層硬件板塊構(gòu)成,這四個(gè)板塊分別實(shí)現(xiàn)圖像光源獲取,數(shù)字圖像處理,圖像視頻壓縮及電源供給等功能。綜上所述,本文將高動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)運(yùn)用到了航天攝像機(jī)中,有效地解決了航天拍攝中由于有限動(dòng)態(tài)范圍導(dǎo)致的過曝光或欠曝光問題。同時(shí),對(duì)比當(dāng)前主流的高動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法,能在低復(fù)雜度的前提下,實(shí)現(xiàn)更好的高動(dòng)態(tài)效果。對(duì)提高航天相機(jī)的整體拍攝性能,具有較高的實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：FPGA DSP 航天相機(jī) 高動(dòng)態(tài) 數(shù)字圖像處理
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V445.8;TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符號(hào)對(duì)照表12-13
• 縮略語對(duì)照表13-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 課題研究背景16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本文研究的內(nèi)容以及創(chuàng)新性18-20
• 1.4 本文章節(jié)安排20-22
• 第二章 航天高動(dòng)態(tài)攝像機(jī)圖像處理流程設(shè)計(jì)22-42
• 2.1 航天相機(jī)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-23
• 2.2 航天高動(dòng)態(tài)相機(jī)圖像傳感器設(shè)計(jì)23-28
• 2.2.1 傳感器寄存器配置23-24
• 2.2.2 圖像數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)換24-28
• 2.3 航天高動(dòng)態(tài)相機(jī)數(shù)字圖像處理模塊設(shè)計(jì)28-39
• 2.3.1 增益控制29-30
• 2.3.2 壞點(diǎn)校正30-31
• 2.3.3 顏色插值31-34
• 2.3.4 圖像去噪34-35
• 2.3.5 自動(dòng)白平衡35
• 2.3.6 Gamma校正35-36
• 2.3.7 飽和度調(diào)整36-38
• 2.3.8 色彩空間轉(zhuǎn)換38
• 2.3.9 邊緣增強(qiáng)38-39
• 2.4 航天高動(dòng)態(tài)相機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)39-42
• 2.4.1 EMIF口交互模塊39-41
• 2.4.2 VPIF口傳輸模塊41-42
• 第三章 低復(fù)雜度高效高動(dòng)態(tài)數(shù)字圖像合成方法42-64
• 3.1 高動(dòng)態(tài)原理及意義42-44
• 3.2 高動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法的研究背景44-50
• 3.2.1 Debevec & Malik算法44-48
• 3.2.2 Mitsunaga & Nayar算法48-50
• 3.3 低復(fù)雜度高效高動(dòng)態(tài)合成方法50-64
• 3.3.1 低復(fù)雜度高效高動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析51
• 3.3.2 本文高動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)框架51-52
• 3.3.3 高動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)具體步驟52-60
• 3.3.4 結(jié)果對(duì)比與優(yōu)勢總結(jié)60-64
• 第四章 高動(dòng)態(tài)源圖參數(shù)自適應(yīng)估計(jì)算法64-74
• 4.1 高動(dòng)態(tài)源圖自適應(yīng)選取原理與背景64
• 4.2 最優(yōu)選取方法簡介64-68
• 4.2.1 成功-失敗法66-67
• 4.2.2 成功-失敗法的結(jié)合推廣67-68
• 4.3 高動(dòng)態(tài)源圖參數(shù)自適應(yīng)估計(jì)方法68-71
• 4.4 自適應(yīng)估計(jì)算法結(jié)果與性能分析71-74
• 第五章 航天高動(dòng)態(tài)相機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析74-86
• 5.1 航天高動(dòng)態(tài)相機(jī)實(shí)現(xiàn)框架74-75
• 5.2 航天高動(dòng)態(tài)相機(jī)處理流程模型與實(shí)現(xiàn)波形75-80
• 5.2.1 傳感器配置75-77
• 5.2.2 高動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)77-80
• 5.3 航天高動(dòng)態(tài)相機(jī)硬件平臺(tái)80-83
• 5.4 航天高動(dòng)態(tài)相機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果83-86
• 第六章 總結(jié)與展望86-88
• 6.1 研究總結(jié)86
• 6.2 研究展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 致謝92-94
• 作者簡介94-95

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1 ;斯波特5衛(wèi)星商業(yè)圖像分辨率將達(dá)2.5m[J];國際太空;1997年05期

2 冉隆科;;透過美國國家圖像和測繪局看美國重塑信息優(yōu)勢[J];現(xiàn)代兵器;2001年03期

3 秦奇;;谷延鋒:以圖像探索世界的智者[J];中國發(fā)明與專利;2013年11期

4 孫政,鄧俊輝,唐澤圣;基于狹縫圖像的四維光場模型[J];工程圖學(xué)學(xué)報(bào);2000年03期

5 王卓;焦淑紅;鄧?yán)?;基于降低圖像分辨率的紅外目標(biāo)跟蹤方法[J];應(yīng)用科技;2007年03期

6 謝超賢;蒙慧華;龍騰河;羅煥江;;淺談移動(dòng)DR系統(tǒng)在大規(guī)模體檢當(dāng)中的應(yīng)用[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2009年06期

7 王江寧;紀(jì)力強(qiáng);;昆蟲圖像特征研究[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2011年02期

8 南棟;畢篤彥;許悅雷;王世強(qiáng);婁小龍;;基于暗原色先驗(yàn)的圖像去霧算法[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年10期

9 賀召卿;張冰塵;詹學(xué)麗;李建雄;;利用機(jī)載SAR圖像仿真星載SAR圖像[J];現(xiàn)代雷達(dá);2006年06期

10 董銀文;苑秉成;王航宇;石釗銘;;圖像信息在艦炮遠(yuǎn)程對(duì)岸精確打擊中的應(yīng)用探討[J];電光與控制;2013年06期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王江寧;紀(jì)力強(qiáng);;昆蟲圖像特征研究[A];第十五屆全國圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

2 楊德強(qiáng);蘇光大;徐天偉;;一種基于幻想臉的人臉圖像分辨率提升新技術(shù)[A];第二十七屆中國控制會(huì)議論文集[C];2008年

3 張莉;李佩臻;;用Photoshop對(duì)1：1萬DRG入庫數(shù)據(jù)的處理[A];全國測繪科技信息網(wǎng)中南分網(wǎng)第二十一次學(xué)術(shù)信息交流會(huì)論文集[C];2007年

4 任曉暉;龔勇清;;體全息存儲(chǔ)再現(xiàn)圖像分辨率實(shí)驗(yàn)研究[A];第十一屆全國光學(xué)測試學(xué)術(shù)討論會(huì)論文（摘要集）[C];2006年

5 廖熠;趙榮椿;;一種基于小波分層模型的自然景物圖像表面恢復(fù)算法[A];第十屆全國信號(hào)處理學(xué)術(shù)年會(huì)（CCSP-2001）論文集[C];2001年

6 劉達(dá);李樞平;;對(duì)DCI數(shù)字影院技術(shù)規(guī)范中圖像分級(jí)技術(shù)的理解[A];中國電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)影視技術(shù)文集[C];2007年

7 湯敏;王惠南;;基于IDL語言的醫(yī)學(xué)圖像可視化初步研究[A];第十二屆全國圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

8 趙源萌;鄧朝;張馨;張存林;;被動(dòng)式人體太赫茲安檢成像的分辨率增強(qiáng)算法研究[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

9 張尚軍;徐光;祁小江;;影響CR膠片質(zhì)量原因的探討[A];2009中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)分會(huì)第十七次全國學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2009年

10 何東曉;隋守鑫;劉微;;高清透霧攝像機(jī)的研發(fā)及在交通領(lǐng)域的應(yīng)用[A];第八屆中國智能交通年會(huì)優(yōu)秀論文集——智能交通與安全[C];2013年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉筱霞;陳永常;PHOTOSHOP中圖像分辨率的設(shè)置[N];中國包裝報(bào);2002年

2 王樹連;從購買圖像到租用衛(wèi)星[N];中國測繪報(bào);2003年

3 楊興平;如何抓取指定分辨率的圖像[N];中國電腦教育報(bào);2003年

4 李鑫;飛利浦200BW8商務(wù)人士明智新寵[N];電子資訊時(shí)報(bào);2007年

5 記者 曾遺榮邋通訊員 冷承秋 實(shí)習(xí)生 向哲林;美國一高科技公司將落戶武漢[N];湖北日?qǐng)?bào);2007年

6 唐鳳碧;正確運(yùn)用數(shù)碼相機(jī)分辨率[N];中國攝影報(bào);2007年

7 ;創(chuàng)維TWH-43L（DLP）光顯背投圖像不良的檢修[N];電子報(bào);2008年

8 WLF;細(xì)說分辨率[N];電腦報(bào);2003年

9 宏杉;感受專業(yè)動(dòng)力[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2001年

10 宋連黨;家庭VCD像冊(cè)大制作[N];中國電腦教育報(bào);2003年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳輝群;慢性病信息管理系統(tǒng)中視網(wǎng)膜圖像的互操作性及其血管網(wǎng)絡(luò)定量分析研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 田虎;單目圖像的深度估計(jì)[D];北京郵電大學(xué);2015年

3 唐玉芳;商品圖像分類算法研究[D];北京郵電大學(xué);2015年

4 賈勇;建筑物透視探測關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

5 黃仁杰;非可控條件下人臉識(shí)別中的若干問題研究[D];電子科技大學(xué);2015年

6 萬方;基于多幅圖像的三維結(jié)構(gòu)化場景重建技術(shù)研究[D];武漢大學(xué);2013年

7 馬鐘;視覺感知啟發(fā)的對(duì)象發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

8 張旭;面向局部特征和特征表達(dá)的圖像分類算法研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2016年

9 王洪;航空光電平臺(tái)圖像穩(wěn)定技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2012年

10 孫艷;基于內(nèi)容圖像檢索與敏感圖像過濾的若干算法研究[D];吉林大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊棟;面向CTA圖像的冠脈血管分割算法研究和血管狹窄度分析[D];浙江大學(xué);2015年

2 龔若皓;基于嵌入式移動(dòng)GPU的圖像編解碼并行優(yōu)化[D];西南交通大學(xué);2015年

3 曹福來;發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴霧圖像篩選及處理方法的分析研究[D];長安大學(xué);2015年

4 張弛;基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鞋印圖像分類算法研究[D];大連海事大學(xué);2016年

5 張貴平;圖像視點(diǎn)調(diào)整技術(shù)研究[D];南京大學(xué);2014年

6 李杰;高速圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與顯示關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中北大學(xué);2016年

7 胡蓓蕾;基于圖像融合的水下圖像顏色恢復(fù)[D];中國海洋大學(xué);2015年

8 周黎;基于千兆網(wǎng)的高性能嵌入式圖像處理技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所);2016年

9 顧幫忠;基于CCD的DR影像校正[D];東南大學(xué);2015年

10 張磊;鉚釘尺寸與表面缺陷在線檢測關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：932165