多視合成孔徑成像是一種新穎的視覺信息探測技術(shù),該技術(shù)僅利用可見光傳感器就可以獲取遮擋目標的光學(xué)透視成像結(jié)果,能夠顯著提高嚴重遮擋、復(fù)雜背景干擾等條件下的對目標成像探測的性能,在安防監(jiān)控、國防等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)合成孔徑成像技術(shù)面臨基線尺寸和采樣點位置固定的問題,并且不適用于多介質(zhì)場景成像。針對上述問題與局限性,論文對光場數(shù)據(jù)的移動與非結(jié)構(gòu)化捕獲以及跨介質(zhì)條件下成像兩類科學(xué)問題展開研究。該研究有利于將多視合成孔徑成像探測技術(shù)進一步推廣至車載、機載航拍等多種移動應(yīng)用環(huán)境中,同時拓展水下場景等典型多介質(zhì)場景中的信息感知維度與能力。論文對多視合成孔徑成像技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行了較為全面的分析與研究,對合成孔徑成像的數(shù)學(xué)描述、特點以及成像參數(shù)估計、聚焦面估計與成像場景可視性分析等關(guān)鍵技術(shù)進行了詳細的歸納綜述,為后續(xù)研究提供了有價值的參考。論文的主要工作與創(chuàng)新點如下:(1)提出了基于視覺與慣性測量數(shù)據(jù)的移動相機合成孔徑成像方法,利用在平面上移動的單個相機模擬虛擬合成孔徑的離散采樣點,通過對成像過程中的幾何性質(zhì)進行分析,結(jié)合智能移動平臺多傳感器的特性,將用于生成合成圖像的各視點投影矩陣分解成兩部分,并分別利用慣性測量數(shù)據(jù)與視覺數(shù)據(jù)進行估計,降低了估計過程中的計算量。所提出方法可更為靈活地獲得場景的多視點采樣,所得成像結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)成像方法。(2)提出了基于多移動相機的協(xié)作式合成孔徑成像方法,將多個自由移動相機分為主、從兩類,利用主相機所稀疏重建的場景三維地圖構(gòu)建主、從相機非結(jié)構(gòu)化離散采樣點之間的幾何關(guān)系。利用所提出的主從協(xié)作式成像框架,可進一步提高對場景光場信息非結(jié)構(gòu)化捕捉的靈活性,多個協(xié)作相機的引入提供了更多的被遮擋物的互補信息,從而提升了合成圖像的去遮擋性能。(3)提出了基于多視約束的跨介質(zhì)多視參數(shù)估計方法。在符合物理過程的折射成像模型假設(shè)下,對跨介質(zhì)條件下的折射成像參數(shù)進行了分析。通過建立多視點的協(xié)同約束,對各視點的折射參數(shù)進行了精確估計。與現(xiàn)有方法相比,所提出方法依賴先驗信息更少。定量分析結(jié)果表明,所得折射參數(shù)估計精度優(yōu)于現(xiàn)有單視點估計方法。同時,結(jié)合成像需求,給出了折射場景光線描述方法并用于折射合成孔徑成像,相關(guān)定量實驗表明,基于多視約束所得參數(shù)的成像結(jié)果質(zhì)量高于現(xiàn)有單視點估計方法的成像結(jié)果。(4)提出了基于線性移動相機的折射合成孔徑成像方法。以視點的線性移動構(gòu)建虛擬陣列,利用視點運動形式的幾何性質(zhì),建立視點移動過程中的時變折射參數(shù)與圖像觀測量的約束,從而對時變參數(shù)進行在線估計。在此基礎(chǔ)上,在多層平面折射模型假設(shè)下,對任意多層介質(zhì)遮擋環(huán)境中的指定聚焦平面進行折射合成孔徑成像。相關(guān)定量與定性實驗表明,所提出方法能夠同時處理多介質(zhì)場景中的遮擋問題與因光線折射所帶來的圖像畸變問題。
【學(xué)位單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.41;O43
【部分圖文】：

?（ｂ）多視合成孔徑成像過程??圖１－１傳統(tǒng)光學(xué)聚焦與多視合成孔徑成像原理對比??圖１－１給出了傳統(tǒng)光學(xué)聚焦過程與合成孔徑成像在成像原理上的對比。圖１－１?（ａ）中，??位于聚焦平面上的某點通過透鏡的光學(xué)系統(tǒng)折射至位于成像平面上的感光傳感器從而??形成圖像；圖１－１?（ｂ）中所示的相機陣列系統(tǒng)同樣對該點進行拍攝，將不同相機所拍攝各??圖像上該點的對應(yīng)像素定方式進行合成計算后，得到合成圖像上的對應(yīng)像素值。類??比傳統(tǒng)光學(xué)成像過程，可將相機陣列系統(tǒng)視作一個虛擬透鏡，陣列中各相機為該虛擬透??鏡上的離散采樣點，來自場景中物體的光線離散地投射至虛擬透鏡上．，從而可稱該虛擬??透鏡的孔徑為“合成孔徑”，通過圖１－１?（ｂ）可以看出，該合成孔徑的尺寸應(yīng)為多視系統(tǒng)??的基線大小，與傳統(tǒng)光學(xué)成像相比，該孔徑尺寸極大，因此成像結(jié)果中景深極小，僅在??聚焦面上的場景物體聚焦清晰，而位于聚焦面以外的場景各物體會出現(xiàn)嚴重的散焦模??糊

圖１－３與脅成孔徑成像相關(guān)的相機陣列系統(tǒng)??中亦出現(xiàn)了在應(yīng)用領(lǐng)域或排布方式上有別于傳統(tǒng)相機陣列的系統(tǒng)《?Ｂｅｌｄｅｎ等［２７］利用數(shù)??個Ｐｏｉｎｔ?Ｇｒｅｙ?Ｆｌｅａ２相機構(gòu)建了用于測量流體速度場的相機陣列系統(tǒng)（圖ｌ－３（ｄ）），利用??＃成孔輕成像屬理，設(shè)計了三維．合成孔徑粒子圈像測速儀（Ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｉｍａｇｅ?Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）；??Ｙａｎｇ．等ｔ２８，２９］利用１＿２個Ａｘｉｓ２１１網(wǎng)絡(luò)相機構(gòu)建了一個場合布局的相機陣列系統(tǒng)．，該系統(tǒng)??由４個自頂向下視角的相機與１?ｘ?８的線陣構(gòu)成，用于對場景中的運動目標進行實時檢??測與定位，其布局示意圖如圖ｌ－３（ｅ）所示；受監(jiān)控領(lǐng)域的主動ＰＴＺ?（ｐａｎ－ｔｉｌｔ－ｚｏｏｍ）相機??的自發(fā)，Ｙａｎｇ?＾３（）］將相機陣列系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)云臺相結(jié)合Ｃ圖ｌ－３（ｆ）），類比ＰＴＺ相機的主??動聚焦過程，實現(xiàn)了合成圖像的主動聚蕉，拓展了傳統(tǒng)陣列系統(tǒng)進行合成孔徑成像時的??感知范圍《??對采集設(shè)備的精確標定是眾多計算機視覺應(yīng)用實現(xiàn)良好結(jié)果的重要前提條件之一?＞??逋常而言，標定過程可建立真實物理世界中的三維點與所采集圖像中像素位置的幾何映??

法進行了討論，并用于折射合成孔徑成像，所得成像結(jié)果既有透視成像效果，又去除了??由光線折射所引起的圖像畸變。??圖１－４同時給出了論文各研究內(nèi)容與所針對問題的對應(yīng)關(guān)系，以及各研宄內(nèi)容間的??相互關(guān)系，全文研究的遞進層次分為兩類：首先，就成像場景中的介質(zhì)個數(shù)而言，論文??首先針對單介質(zhì)場景中的單、多移動相機的兩類合成孔徑成像問題展開研究，進而針對??跨介質(zhì)條件下考慮光線折射的場景中進行成像問題的研宄？，其次，就視點的移動方式而??言，在單介質(zhì)場景中，論文將傳統(tǒng)基于相機陣列的成像方法拓展至單移動相機，并進一??１４??
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本文編號：2844111