基于光纤传感器的视频图像几何失真校正方法

视频图像在传播过程中会出现信息畸变,致使图像几何失真,为此提出基于光纤传感器的视频图像几何失真校正方法。分析视频图像像素节点在光敏区域分布情况,提取亚像素视差信息,通过面阵CCD图像传感器获取畸变视频图像;利用畸变曲线近似模型计算出视频图像畸变率,确定畸变图像坐标,并结合双线性灰度插值算法推导校正参数,实现视频图像的几何失真校正。实验结果表明,所提方法能够有效校正不同种类的视频图像几何畸变,校正后的图像与原图像相似度高超过0.97,图像边缘模糊程度降低,提高了图像的视觉观测效果。

基于机器视觉的装配式建筑混凝土结构损伤检测

随着装配式建筑的普及,现有混凝土结构损伤检测方法容易受到噪声环境影响的问题亟待解决,设计了一套基于机器视觉的装配式建筑混凝土结构损伤检测方法。该机器视觉采集装置由机器视觉工具(由图像采集卡、CCD摄像头构成)和爬壁机器人构成,将机器视觉工具搭载在爬壁机器人上完成图像采集。首先,使用加权平均法对采集的图像实施灰度化处理,使用阈值滤波法实施灰度图像的滤波处理;其次采用由快速区域卷积神经网络FastR-CNN与区域推荐网络RPN组成的Faster R-CNN模型实现混凝土结构损伤检测。试验结果表明,该方法在噪声环境下能够实现有污渍混凝土表面、阴影混凝土表面、粗糙混凝土表面的准确结构损伤检测,检测系统的鲁棒性较强。

基于HJ-1星和GF-1号影像融合特征提取冬小麦种植面积

为提高基于国产环境与灾害监测预报卫星(HJ-1/CCD)影像大范围提取冬小麦种植面积的精度,以江苏省宿迁市沭阳县为研究区域,对冬小麦拔节期30 m×30 m的HJ-1/CCD多光谱影像和2 m×2 m的高分1号卫星全色影像(GF-1/PMS)进行融合与面向对象分类研究。将GF-1/PMS全色影像进行8、16和24 m重采样,得到4种空间分辨率(含2 m)的全色影像,分别与HJ-1/CCD多光谱影像利用光谱锐化法(Gram-Schmidt,GS)进行融合。通过对融合影像进行质量评价,选择适合研究区冬小麦种植田块格局的适宜尺度影像。将HJ-1/CCD多光谱影像重采样,得到与适宜尺度融合影像相同尺度的影像,在两景影像中分别选取包含光谱、纹理信息的训练融合影像样本(samples of fused image,SFI)和重采样影像样本(samples of resampling image,SRI),采用面向对象分类方法对适宜尺度融合影像(fused image,FI)和重采样影像(resampling image,RI)进行冬小麦种植面积提取。结果表明,16 m×16 m融合影像的效果优于2 m×2 m、8 m×8 m和24 m×24 m融合影像,其均值、标准差、平均梯度和相关系数分别为161.15、83.01、4.55和0.97。面向对象分类后,SFI对重采样影像RI16m分类的总体精度为92.22%,Kappa系数为0.90。SFI对融合影像FI16m分类的总体精度为94.44%,Kappa系数为0.93。SRI对重采样影像RI16m分类的总体精度为84.44%,Kappa系数为0.80。SFI对融合影像FI16m分类效果最好,说明基于融合影像和融合影像提取样本(SFI)结合的面向对象分类方法能准确提取冬小麦种植面积。另外,重采样影像和融合影像提取样本(SFI)相结合的面向对象分类方法也可较好提取冬小麦种植面积。为利用国产中空间分辨率HJ-1/CCD卫星和高分1号卫星融合影像有效提取大区域冬小麦种植面积信息提供了参考。

全帧CCD相机时间延迟积分模式下的图像缺损

长焦距面阵CCD相机以TDI模式进行动态横向多幅扫描成像时,行转移频率高或者曝光时间长会使图像输出有明显缺损,从而影响图像的判读。为解决这一问题,分析了全帧CCD相机TDI模式的工作原理,分析认为快门曝光过程中CCD存在的无效TDI转移是导致输出图像出现缺损的主要原因。通过实验验证了分析结果,并提出保证CCD曝光过程中TDI转移与机械快门曝光精确同步的方法来消除无效TDI转移。据此设计了光电同步定位法进行曝光控制,并研制了相应的快门光电同步装置。成像实验结果显示,该方法可将图像缺陷区域控制在15列像元内,解决了面阵CCD在TDI模式下输出图像的缺损问题,提高了图像判读精度。

航天遥感TDI CCD相机面阵成像模式的实现

为了解决TDI CCD相机无法利用面阵图像来测量光学系统畸变的问题,提出了一种TDI CCD的面阵工作模式。首先,介绍了TDI CCD的工作原理,分析了TDI CCD工作于面阵模式的条件,然后设计了TDI CCD面阵工作模式的电荷转移时序,阐述了TDI CCD工作在面阵模式时行周期和积分时间的设置方法,并在FPGA内实现了TDI CCD面阵工作模式时序。最后,以积分球作为光源,利用TDI CCD相机成像系统实现了TDI CCD相机的面阵模式成像,并获得了TDI CCD相机的清晰面阵图像。理论分析与实验结果均表明,该方法能获得TDI CCD相机的面阵图像,可为光学系统畸变测量提供必备条件。

渐晕对面阵CCD高温计精度的影响及校正方法

基于面阵CCD(charge coupled device)的高温计由于存在光学系统渐晕,直接测量得到的温度场会发生严重畸变,大大降低了测温精度.因此,根据辐射测温及几何光学理论,建立了基于面阵CCD温度场测量的温度畸变数学模型.分析了光学参数对温度场测量精度的影响,并提出了一种基于图像邻域灰度梯度分布稀疏特性的渐晕系数估计方法.该方法与利用积分球标定方法相比,其渐晕系数估计的最大绝对误差为0.052,且其有效性在铸坯表面温度场校正实验中得到了进一步验证.

中阶梯光栅光谱仪CCD相机的设计

为了高精度采集中阶梯光栅光谱仪的谱图,设计了一种适用于中阶梯光栅光谱仪原理样机的高性能面阵CCD相机。首先,根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特点和CCD芯片的特性,设计了面阵CCD相机的时序产生电路、驱动电路及数据采集处理电路,实现了面阵CCD相机的低噪声、高灵敏度以及高动态范围。然后,利用LabVIEW编写了CCD相机测试软件。最后,利用设计的面阵CCD相机对汞灯谱线进行了测试。结果表明:面阵CCD相机获取的二维谱图图像清晰、信噪比较高;经二维谱图还原后,可以得到标准的汞灯谱线。该相机性能稳定、可靠,满足中阶梯光栅光谱仪原理样机的研制要求。

鄱阳湖HJ卫星CCD影像水面覆盖时空动态变化研究

鄱阳湖作为典型的吞吐性通江湖泊,获取其高动态的水面覆盖变化格局信息具有重要意义.为适应鄱阳湖区水体覆盖类型复杂的特点,尝试利用大气校正有效剔除影像信号中的瑞利散射,并设计了近红外反射率(ρrc(NIR))与绿光/近红外反射率比(ρrc(Green)/ρrc(NIR))相结合的水体提取方法,有效地改善了影像水体的提取精度.利用2008年9月～2011年12月151景无云HJ-1A/1B卫星CCD传感器数据,通过改进后的新方法高精度地提取了水体覆盖信息.在此基础上,利用时空分析方法动态分析了鄱阳湖近年来水面变化的季节性特征与年际变化特征.研究结果能够为湖区旱涝灾害监测、调洪等提供科学依据.

可见光面阵CCD响应非均匀性的检测与校正

通过分析可见光面阵CCD的响应非均匀性,提出了一种适用于所有面阵CCD的响应非均匀性检测系统。利用该检测系统对全帧型面阵CCD485进行了辐射定标,建立了面阵CCD485数字图像的灰度值和积分球出口处辐照度之间的响应关系,并描绘了响应度曲线。从定标采集得到的数字图像可以看出灰度值有明显的跳跃,响应非均匀性已经超过了5%,在微光拍照时将严重影响成像的质量,所以必须进行校正。根据面阵CCD响应度曲线来选择非均匀性校正算法,考虑到面阵CCD485的响应度为线性,这里采用了两点校正算法,求出面阵CCD各个像元的校正因子(增益和偏置),并存储到校正矩阵中,通过乘积加法运算把各个像元的信号校正成面阵CCD的平均信号值。实验结果表明,两点校正算法使面阵CCD485的响应非均匀性降低到原来的1/10左右,是一种实用有效的校正方法。

面阵CCD高精度测量技术的应用

利用高分辨率面阵 CCD,提出一种新的散射均匀光场照明的方法 ,通过边缘检测 ,像素细分技术使测量精度突破像素级限制 ,实测精度为 0 .0 1 mm.同时对影响系统精度的因素进行了分析并给出补偿措施 ,使面阵

用面阵CCD测量不规则平面物体的面积

文中介绍了利用面阵CCD测量不规则平面物体面积的原理和方法。对影响测量精度的各种因素进行了分析 ,比较了利用面阵CCD进行测量和利用线阵CCD进行测量的不同。通过实际测量 ,证明本方法具有测量速度快 ,测量精度高 ,适应性强等特点 ,具有广泛的应用前景。

植物叶片面积测量系统的设计及应用

介绍了用CCD(ChargeCoupledDevice)测量植物叶片面积的方法 ,设计了测量系统的多种组成方案 .该系统通过标准的图像接口 ,实现了硬件部分与软件部分相互无关 .硬件可以采用扫描仪、数码相机、视频图像采集卡加视频摄像头等应用CCD的数字化图像采集设备 .软件采用交互方式实现图像分割、系统标定和最终测量 .试验表明 ,该系统具有测量精度高、测量范围大、使用方便等特点 .使用数码相机时可以实现非破坏性测量 .在农业。

电站锅炉炉膛温度分布测量仪的研制

本文阐述了在恶劣的工业生产环境中对温场分布监测时采用成象光谱法的理由;创造性地将成象光谱、数字图像处理方法和面阵CCD成象技术有机地结合在一起,通过合理的装置设计,研制出全炉膛火焰温度场分布监测装置;在对黑体的标定中得到预期结果,并在现场测量中取得满意的结果。

行间转移型面阵CCD成像系统设计

采用行间转移型面阵CCD KAI-1020作为图像传感器,以现场可编程门阵列(FPGA)为核心控制器,设计并实现了一个完整的成像系统。FPGA产生驱动时序、控制CCD上电顺序、调节曝光时间,并实现数据缓存。CCD模拟视频信号经过预处理,通过同轴电缆传输到CCD专用视频处理器进行相关双采样和模数转换,以10位像素深度输出到FPGA,数字视频信号经过差分芯片驱动以低压差分信号(LVDS)格式输出到数据采集卡。集成化视频处理电路提高了系统的信噪比,改善了成像质量。实验表明,CCD成像系统工作稳定可靠,像素读出时钟为10MHz时,帧频为10帧/s。设计的CCD成像系统性能好、可靠性高、实现周期短,具有很强的可扩展性。

基于LCTF的多光谱面阵CCD相机的辐射定标

基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的多光谱面阵CCD相机是一种新型的多(高)光谱成像系统,它利用液晶的电控双折射效应和偏振光的干涉原理,在面阵CCD上记录任意一个波长的图像信息。由于LCTF和帧转移型面阵CCD工作方式的特殊性,普通的定标方法不能满足遥感应用的精度需求。提出用积分球+标准探测器的定标系统对相机进行性能检测和定标实验,并通过帧转移拖影校正和数据处理算法改进,实现相机绝对辐射定标系数的计算,最后通过外场实验对定标结果的有效性准确性进行验证。实验结果表明,该定标结果准确有效,能够从获取的多光谱图像数据定量地反演出地物真实的辐射信息。该相机辐射定标问题的解决及精度的提高,将有效地提高其图像数据的应用领域。

视频小卫星凝视姿态跟踪的仿真与实验

对视频卫星实现对地凝视成像时的数学模型、姿态跟踪控制器设计和全物理仿真进行了研究。首先,根据卫星轨道运动与姿态运动相关理论,推导了对地凝视时视频小卫星相对轨道坐标系的期望四元数和期望姿态角速度的变化规律。设计了基于误差四元数和误差姿态角速度的PD控制器,并采用李雅普诺夫稳定性理论证明了所设计控制器的稳定性。然后,以在曝光时间内的面阵CCD成像偏差不超过0.3pixel为要求,给出了姿态角控制精度和姿态角速度控制精度的最小极限值。最后,在设计的基于小型三轴气浮台的小卫星姿态控制系统全物理仿真平台上对视频小卫星凝视摄像进行了仿真验证。实验结果表明,小型三轴气浮台的姿态角控制精度优于0.1°,姿态角速度控制精度优于0.01(°)/s,基本满足视频小卫星凝视时面阵CCD高质量成像的要求。

激光光斑中心空间定位方法的研究

介绍了一种用于工程机器人的双目立体视觉系统。该系统采用双面阵CCD,可对激光光斑中心表示的空间点进行定位。给出了系统的结构、数学建模方法及计算公式,采用灰度矩法实现激光光斑中心的精确定位。通过对不同尺寸的椭圆形、方形和三角形光斑的实际测量,系统中心定位精度达到 2%,而且不受光斑形状的影响,具有良好的稳定性。

基于多模光纤传感器的面阵CCD显示匹配技术

传统的面阵CCD图像匹配多采用二维矩阵排列组成光敏区,并通过点对点特征识别约束完成匹配,这种技术在外来光线干扰的环境下存在光学拖影,造成图像识别匹配过程中存在较大误差。提出一种新的多模光纤传感器面阵下的CCD显示匹配方法,通过构建多模光纤场的传输面阵CCD结构模型,描述CCD成像检测过程,采用分段拟合的方式对光学拖影尺寸进行修正,通过信息融合及噪声测量标定方法实现光学成像,计算图像尺寸相关的脉冲数,以此作为匹配过程的约束条件,从而提高面阵CCD图像匹配性能。仿真结果表明,该CCD图像显示匹配算法能提高CCD光敏面上图像的匹配精度,消除光学拖影,算法简单有效,在多模光纤图像传感器设计图像采集和处理中具有较好的应用价值。

图像比色法在炉膛火焰温度场实时监测的研究

提出了一种基于比色测温原理 ,运用数字图像采集、处理技术和面阵CCD成像技术测量锅炉炉膛火焰温度场分布的监测系统。论述了该测温系统的测量原理和系统结构。通过实验给出了利用该系统测量所得的结果。实验结果表明 ,利用比色测量法可以计算出火焰温度场的瞬时分布 ,以此为依据可以判断锅炉燃烧的稳定性 ,并在异常情况下发出报警信号 ;采用双色信号对比的办法可以较好地消除环境及发射率的影响 。

行间转移大面阵CCD相机的Smear噪声实时去除

针对面阵CCD成像过程中产生的Smear特有噪声,以行间转移面阵CCD为例,提出了利用行间转移面阵CCD暗像元区域提取Smear的方法。介绍了行间转移面阵CCD的工作原理以及Smear产生机理,分析了Smear噪声的组成,利用相关双采样,哑像元校正等方法消除了Smear中的KTC噪声及暗电流噪声。提出了基于中值的快速均值滤波方法,消除了光粒子散粒噪声。最后,利用差分方法将滤波后的Smear从原始图像数据中减除,并采用双三次插值对消除Smear后的图像区域进行补偿。设计了以现场可编程门阵列+数字信号处理器(FPGA+DSP)为核心处理器件的硬件实时处理系统,当相机工作在最高速工况3 frame/s时,系统可在1.265 ms内完成Smear提取及滤波,消除Smear后的图像区域灰度方差减小了95.34%。经过成像实验验证,该系统集成度高,满足实时需要,彻底消除了Smear噪声。