本文關(guān)鍵詞： 航空攝像機 自動調(diào)光 直方圖分析 FPGA硬件平臺 曝光融合 雙樹復(fù)小波變換　出處：《中國科學院長春光學精密機械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：航空可見光攝像機作為一種重要的航空光電成像設(shè)備,可以獲得大量真實而詳盡的地物圖像信息,在航空偵查上發(fā)揮著重要的作用。航空可見光攝像機從空中對地面拍攝,受天氣陰晴、太陽高度角、地表景物變化的影響,拍攝場景亮度情況復(fù)雜,曝光不準確的情況時有發(fā)生。目前工程中采用的基于灰度平均值的自動調(diào)光方法在復(fù)雜場景下,得到的圖像往往不理想,不能滿足航空偵察的需求,自動調(diào)光是獲取圖像的第一步,對后期圖像處理至關(guān)重要,對亮度復(fù)雜場景下的自動調(diào)光方法進行研究有著重要的研究價值和應(yīng)用意義;當場景的明暗對比強烈時,動態(tài)范圍遠高于攝像機的動態(tài)范圍時,自動調(diào)光不能使得到的圖像全面地反映場景的亮暗層次,借助圖像融合的手段彌補自動調(diào)光的不足是很有必要的。本文深入研究了攝像機成像原理,分析了CCD成像系統(tǒng)的曝光函數(shù),論述了曝光融合的流程以及關(guān)鍵點,重點研究了亮度復(fù)雜場景下的調(diào)光方法和明暗對比強烈的高動態(tài)場景下的曝光融合方法。本文的主要研究內(nèi)容歸納如下:1、航空攝像機在拍攝時場景不斷變化,亮度復(fù)雜的場景經(jīng)常出現(xiàn),這時灰度平均值法往往不能得到曝光準確的圖像,針對這一問題提出了一種基于直方圖分析的自動調(diào)光方法。首先根據(jù)當前幀圖像的灰度直方圖中灰度級為0和255附近的信息進行初調(diào),避免直方圖溢出現(xiàn)象,使曝光情況基本正常;然后分析灰度直方圖信息,計算出圖像中的不感興趣區(qū)域(包含的灰度級單一,信息量少的區(qū)域),根據(jù)不感興趣區(qū)域占整幅圖像的比重,由權(quán)值分配曲線為其分配不同的權(quán)值,使測光的重點放在感興趣區(qū)域;最后計算加權(quán)后的灰度平均值,并將其作為反饋量控制下一幀的調(diào)光。2、為了滿足航空可見光攝像機對體積與實時性的要求,結(jié)合FPGA可重復(fù)性編程,實時性好和體積小的優(yōu)點,選取FPGA作為自動調(diào)光算法的硬件平臺。分模塊將本文提出的自動調(diào)光算法移植到FPGA硬件平臺,通過頂層模塊調(diào)用各模塊聯(lián)合仿真,仿真實驗結(jié)果顯示,在暗背景和亮背景場景下,相比于傳統(tǒng)方法能夠有效地提高感興趣區(qū)域的信息熵,像素時鐘50MHz,處理一幀1024×768的圖像,耗時15.76ms,滿足實時性要求。3、針對高動態(tài)范圍場景下自動調(diào)光無法獲得亮暗層次豐富圖像的問題,提出使用曝光融合的方法彌補自動調(diào)光的不足。航空攝像機拍攝多曝光圖像時難免振動,在融合前需先配準。分析了航空多曝光圖像的特點和配準需求,選取SURF特征點提取和描述算法,在匹配的環(huán)節(jié)采用歐式距離作為相似性度量,采用K-D樹作為搜索策略,使用隨機抽樣一致性算法(RANSAC)去除誤匹配點,選取仿射變換作為空間變換模型。4、針對高動態(tài)場景下自動調(diào)光的不足,提出了一種在復(fù)小波域內(nèi)結(jié)合亮度分析的曝光融合方法。首先分析了圖像亮度與曝光情況之間的關(guān)系,并設(shè)置了3個分配權(quán)值的函數(shù)。然后使用雙樹復(fù)小波變換工具,將多曝光圖像分解為低頻分量和高頻分量;低頻分量根據(jù)亮度分析的結(jié)果分配權(quán)值,加權(quán)平均后得到融合后的低頻分量,這樣使得融合結(jié)果整體亮度準確、適中;將高頻系數(shù)的絕對值和對應(yīng)低頻分量的權(quán)值共同用于高頻分量的融合,有效地保留了源圖像中的細節(jié)信息同時減少噪聲的影響。最后將融合后的低頻和高頻分量逆變換得到融合結(jié)果。綜上所述,論文對航空可見光攝像機獲取亮暗層次豐富圖像涉及的相關(guān)理論進行了分析,圍繞著亮度復(fù)雜場景下的自動調(diào)光和曝光融合等關(guān)鍵問題進行了研究,取得了一定的成果。論文的相關(guān)成果為航空可見光攝像機獲取亮暗層次信息豐富的圖像提供了理論基礎(chǔ),具有借鑒意義。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V245.6

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本文編號：1532010