【摘要】：我國(guó)電石生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模巨大,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中地位重要。在電石生產(chǎn)過(guò)程中,出爐環(huán)節(jié)是人工成本最高、危險(xiǎn)系數(shù)最大的環(huán)節(jié)。目前開發(fā)出的電石出爐機(jī)器人借助現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行操作。但是出爐場(chǎng)景的成像動(dòng)態(tài)范圍極高,相機(jī)無(wú)法同時(shí)對(duì)高溫熔融電石以及機(jī)器人周圍操作環(huán)境的細(xì)節(jié)良好曝光,導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)信息丟失,使得電石出爐機(jī)器人操作的效率降低,同時(shí)也帶來(lái)了安全隱患。本文面向電石出爐場(chǎng)景,基于多曝光融合方法進(jìn)行高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景成像研究。首先,針對(duì)電石出爐場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)范圍分布特點(diǎn),研究多曝光控制方法,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境生成長(zhǎng)短曝光通道圖像。針對(duì)電石出爐場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)范圍特點(diǎn),提出了基于明暗分區(qū)的多曝光控制方法。先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圖像進(jìn)行自適應(yīng)明暗分區(qū),設(shè)計(jì)曝光粗調(diào)環(huán)節(jié),以明暗分區(qū)的各自平均灰度值作為曝光控制量,將曝光參數(shù)快速地調(diào)整到一個(gè)合理的區(qū)間內(nèi)。然后設(shè)計(jì)曝光精調(diào)環(huán)節(jié),以明暗分區(qū)各自圖像邊緣信息值作為曝光控制反饋量,使用一維搜索方法找到明暗分區(qū)各自的最佳曝光時(shí)間。其次,針對(duì)多曝光融合的實(shí)時(shí)性要求,在保證多曝光融合圖像效果的同時(shí),減小算法的計(jì)算復(fù)雜度,以便于進(jìn)行實(shí)時(shí)的多曝光圖像融合。在改進(jìn)經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上,提出了一種YUV空間上的快速多分辨率多曝光圖像融合方法,將多曝光圖像融合換到Y(jié)UV色彩空間上進(jìn)行。由于只在Y分量進(jìn)行融合以及更加簡(jiǎn)單的權(quán)值圖建立方法,在融合效果略高于經(jīng)典算法的基礎(chǔ)上,將融合效率提高了3倍。再次,為了實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)多曝光融合,基于CUDA編寫程序?qū)μ岢龅乃惴ㄟM(jìn)行了GPU并行加速。加速后的多曝光控制一次迭代過(guò)程僅需20ms,可以達(dá)到每秒50幀的處理速度,高于每秒30幀的圖像采集幀率;加速后的多曝光融合過(guò)程僅需33ms,可以達(dá)到每秒30.3幀的處理速度,高于每秒25幀的實(shí)時(shí)性處理要求。最后,面向電石出爐場(chǎng)景搭建軟硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證相關(guān)算法。曝光粗調(diào)環(huán)節(jié)面對(duì)電石出爐場(chǎng)景光照變化,可以有效且快速地將曝光時(shí)間調(diào)整到合理的曝光范圍,最長(zhǎng)調(diào)整周期一般低于300ms。曝光精調(diào)環(huán)節(jié)在亮度變化不劇烈的情況下,可以有效地通過(guò)一維搜索方法找到邊緣信息最大的曝光時(shí)間,搜索時(shí)間為330ms。在此基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了電石出爐場(chǎng)景的多曝光融合圖像實(shí)時(shí)輸出,實(shí)際平均幀率達(dá)到28幀每秒。獲得的實(shí)時(shí)圖像,對(duì)熔融電石以及機(jī)器人操作環(huán)境的細(xì)節(jié)均良好曝光,相比長(zhǎng)短曝光通道圖像以及現(xiàn)有的成像,動(dòng)態(tài)范圍顯著提高。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ161;TP391.41
【圖文】：

a) 目前電石鍋口成像 b) 目前電石出爐爐口成像圖 1-1 電石出爐場(chǎng)景目前的成像效果字圖像領(lǐng)域，動(dòng)態(tài)范圍就是指圖像的最高亮度與最低亮度之比拉/平方米（2cd/m ）。參考圖 1-2，在電石出爐現(xiàn)場(chǎng)，機(jī)器人操作室內(nèi)照明，在210cd/m 數(shù)量級(jí)；但剛剛出爐的熔融電石的亮度8

圖 1-5 動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整圖 1-6，Youm,SeungJun 等人[32]提出了一種基于感興趣區(qū)域（ROI）方法，將感興趣的明暗區(qū)域標(biāo)定出來(lái)，以這兩個(gè)區(qū)域的平均灰度值饋量，控制時(shí)域上相鄰兩幀的曝光，得到明暗兩個(gè)通道，用于圖像對(duì)于動(dòng)態(tài)物體的適應(yīng)性差。

圖 1-6 基于感興趣區(qū)域分別曝光控制的方法1.2.3 高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景成像的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀真實(shí)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)范圍很大，能夠跨越個(gè) 1014數(shù)量級(jí)[32]，如圖 1-7 所示。相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍有限，很難在一次曝光中采集到大動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的所有圖像信息，如圖 1-8 示，窗外太陽(yáng)光亮度很高，當(dāng)室內(nèi)成像清晰時(shí)，窗外細(xì)節(jié)全部淹沒；當(dāng)大幅調(diào)低

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2802534