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题名:
光电成像质量评价及其控制技术研究
作者: 谢小甫
学位类别: 博士
答辩日期: 2011-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 吴钦章 ; 周进
关键词: 图像质量评价 ; 光电成像系统控制 ; 自动对焦 ; 自动调光
学位专业: 信号与信息处理
中文摘要: 在光电成像跟踪测量设备的任务过程中,为了保障目标飞行过程中成像始终
保持清晰,需要实时调整光学系统和相机参数。本文分析了成像过程中影响图像
质量的因素,深入研究了光电成像系统图像质量的无参考评价方法和基于成像质
量实时检测的系统自动控制问题。
本文介绍了光电成像系统基本理论,分析了成像系统中影响图像清晰度、图
像亮度和图像噪声的光学系统参数和相机参数,并分析了不同大气条件对成像模
型的影响。
结合成像系统数学模型,分析了光电成像系统中图像离焦对模型的影响,指
出图像模糊实际上是由于高频分量的丢失。本文提出了一种利用高斯成像模型为
待评估图像构造参考图像。通过提取原始图像中纹理信息丰富的子图像,并计算
其和对应参考图像中的纹理子图的相似程度,提出了一种称为图像无参考结构清
晰度的图像质量评价指标。无参考结构清晰度是一种无参考图像质量评价指标,
其计算简单,输出有界(介于0 到1 之间),实验证明其评价结果和人眼主观观察
结果吻合度较高,能够提供离焦图像的离焦量先验信息。
利用无参考结构清晰度可提供的图像离焦量先验信息,本文提出了一种自适
应变步长爬山搜索策略,即爬山搜索过程中的步长由当前图像清晰度自适应更新:
离焦量大时大步距快速逼近准焦位置,离焦量小时小步距精确定位准焦点。该方
法很好地兼顾了自动对焦的速度和精度,在调焦精度不变的条件下大大提高了自
动对焦的速度。
本文通过对连续变焦镜头的调焦原理的分析,指出了长焦段的自动调焦评价
函数曲线波峰较窄,离焦量大的部分变化平坦且受噪声干扰严重的原因。针对长
焦段调焦评价函数离焦量大时存在较多毛刺干扰的问题,本文提出了一种基于部
分遍历的快速自动对焦算法,该方法在调焦评价函数存在较多毛刺的离焦量较大
的段用较大的步距快速驱动电机进行遍历,一旦实时检测到图像质量超过门限,
则提前结束遍历阶段,进入爬山搜索阶段。该方法既能有效克服局部极大值的影
响,又能克服传统遍历算法的电机行程变长的弊端。
通过对 CCD 器件成像原理的分析,提出了相机线性工作区的概念,在相机的
线性工作区内,图像的平均灰度随光阑口径线性变化。针对这一特点,提出了一种基于相机线性工作区估计的快速自动调光算法,该方法先调整相机曝光时间,
当图像平均灰度值处于预设值附近的相机线性工作区以内时驱动可变光阑线性变
化,完成自动调光。该方法能够很好地结合光电成像系统对自动调光的速度、范
围和精度的要求。
针对光电成像系统自动控制数据量大、关系复杂的特点,本文设计了基于专
家系统的成像系统自动控制软件平台。该软件平台集成了光电成像系统能力表和
光电成像系统当前参数表,结合图像质量评价结果,给出最适合当前系统参数的
系统调整方案。而且该平台能够对系统推理过程作出实时解释,具有良好的人机
交互性能。此外,该系统可移植性和可扩展性好,只需要进行适当的参数配置就
能够完成对不同成像系统的控制,也能够方便地进行算法升级。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/561
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谢小甫 光电成像质量评价及其控制技术研究.PDF(1880KB)----限制开放View 联系获取全文

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谢小甫. 光电成像质量评价及其控制技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011.
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