基于CMOS面阵的道岔缺口定位监测研究

铁路道岔是高速铁路系统最重要的线路连接设备,随着列车运行速度的提高,列车运行对道岔的冲击越来越大,因此对高速铁路道岔缺口的监测、维护和调整要求也逐渐提高。近年来,基于图像的方法在道岔缺口监测领域得到应用和推广。本文针对高速铁路道岔缺口的定位和监测,构建基于CMOS面阵的道岔缺口图像监测架构。利用信息论的方法,提出基于香农熵的自适应阈值图像边界分割算法,实现算法的低计算复杂度,适应不同对比度和噪声环境下的道岔缺口检测。利用京广铁路长沙站的图像数据,对算法性能进行分析对比。实验结果表明本文所提出的边界检测算法和道岔缺口监测架构具有一定的有效性。

基于CPLD的面阵CMOS图像传感器的驱动时序设计

在分析LUPA300型面阵CMOS图像传感器驱动时序关系的基础上,设计了此面阵CMOS图像传感器的驱动时序。选用CPLD器件作为硬件设计平台,试验VHDL语言对驱动时序进行了硬件描述,采用Quartus Ⅱ对所设计的驱动进行了功能仿真,并针对ALTERA公司的EPM1270T144C5进行了RTL级仿真及配置。系统测试结果表明,所设计的驱动时序可以满足面阵CMOS图像传感器LUPA300的各项驱动要求。

基于面阵CMOS图像传感器的2×2拼接系统视频电路设计

论述了以2K×2K面阵CMOS图像传感器LUPA4000为基础的2×2光学拼接系统视频电路的方案设计及具体软硬件设计。每块传感器具有独立焦平面电路和信号处理电路,系统采用编码与控制电路实现4块传感器同时曝光成像和积分时间同步设置,编码与控制电路将4块传感器的图像数据编码后通过一路Camera Link接口输出。实验成像结果表明,电路运行可靠,操作灵活,可扩展性强,能够得到很好的拼接图像。

偏振成像系统中的面阵CMOS传感器非线性校正

mueller矩阵偏振成像可用于获取生物组织的浅表层生理学信息,在疾病早期诊断与预防中具有重要意义。而在偏振成像系统中直接使用商用面阵CMOS相机不能得到用于解算mueller矩阵的正确图像信息,限制了其在小型化内窥领域上的应用。对商用面阵CMOS的研究表明其光信号输入输出呈非线性映射关系。综合考虑到传感器固有的成像噪声,提出一种基于校正的方法对CMOS的输出数据进行映射以获取正确的组织偏振信息值。实验结果表明校正后的偏振信息可以解算得到正确的mueller矩阵值,误差可以控制在3%以内,对蚕丝样品的测试也证明了该方法的有效性。上述结果使得内窥探头上应用小型化的商用面阵CMOS图像传感器进行体内生物组织mueller矩阵测量成为可能。

基于MCU的CMOS单线激光测距系统设计与实现

利用基于FPGA的线阵传感器进行三角测距,存在系统复杂、结构尺寸大、价格贵、广角小等问题。针对上述问题,文章以MCU为系统主控,驱动面阵传感器以及线激光,完成CMOS图像数据采集。根据激光三角测距,对系统参数优化、系统标定等关键技术模块进行设计,完成测距的功能验证,可做到30~170 mm的毫米级精度距离测量,并用UART输出点云深度信息,帧率可达25帧/秒。实验结果表明,所设计的三角激光测距系统具有毫米级精度、结构尺寸小、大广角等优点,可运用于家用扫地机的前方障碍物检测。

基于FPGA的CMOS图像感器IA_G3驱动电路的研究

在分析DALSA公司的IA_G3 COMS面阵传感器驱动时序基础上,设计了SPI模式的寄存器配置电路,实现了CMOS图像传感器的成像功能。通过开窗口技术,方便地实现了感兴趣区域图像的读出。选用现场可编程门阵列(FPGA)作为载体,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行了硬件描述。采用Quartus Ⅱ 7.1软件对所做的设计进行功能仿真后,将程序烧写入FPGA(ALTERA公司的EP2C20F484C8)内,对IA_G3图像传感器进行配置,实验结果表明,上述电路满足CMOS相机的驱动要求。

面阵CMOS传感器图像噪声仿真与验证

基于面阵互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器成像物理过程,分析成像过程中各种噪声的来源,构建了一套面阵CMOS传感器图像噪声模型,并进行了噪声仿真及效果验证。首先,分析CMOS传感器信号转换过程中产生的噪声;然后,基于噪声特性构建噪声模型,提出该模型的参数标定方法;最后,利用自行设计的面阵CMOS相机在实验室拍摄的图像和航拍图像进行仿真效果验证及对比分析。测试结果表明,所提模型仿真图像与实验室实拍图像之间的信噪比(SNR)、峰值信噪比(PSNR)、结构一致性(SSIM)的平均相对偏差分别为3.85%、0.99%、1.33%,且与现有的噪声模型仿真结果相比有较小的相对偏差。不同噪声模型参数下航拍图像噪声仿真效果符合理论和实际情况。上述结果充分验证了所提出的噪声仿真模型的有效性。

信号弹高度测试技术

信号弹的发射高度是信号弹的重要技术参数。为了测试信号弹发射高度,通过建立数学模型,提出采用单个面阵CMOS相机对信号弹高度进行测试的技术。通过前期相机工作视场角标定,对CMOS相机采集的视频图像采用MATLAB进行处理,实现对信号弹发射高度的实时测试。同时分析了误差来源,估算了系统误差精度。最终测得某信号弹的发射高度在159.348～167.567m之间。结果表明,该测试系统具有成本低、操作简单、布站方便、测量精度高、自动化程度高、不受测量场地的限制、排除了人工读取误差等优点。

双光谱相机设计与实现

随着现代战场环境的日趋复杂,尤其是各种高技术伪装手段的普遍运用,战场目标的隐蔽性和隐秘性对侦察设备提出了越来越高的要求。为应对这一形势,侦查手段的种类不断丰富,已由最初的单纯可见光侦察设备,逐步向隐蔽目标发现能力更强的红外、合成孔径雷达等方向发展,并不断地随着战场目标特性的变化,探索、开发新的技术和手段,多光谱探测与目标识别技术便是其中重点之一。论文重点研究多光谱相机的设计与实现问题。

激光投线仪自动检测系统

针对投线仪传统检测方法存在占地面积大、检测效率低下、检测精度低等缺点,设计了一套基于平行光管测角及机器视觉测量的激光投线仪自动检测系统。系统由9根平行光管及面阵CMOS相机组成,能同时检测3根垂线及1根水平线。实验结果表明,相比于传统人工检测,本系统检测精度优于5″;操作简单,检测效率高,单台仪器检测时间小于20s;同时采用了平行光管-CMOS相机图像测量系统,使得系统占地面积小于4m^2。为了便于定位激光线中心,对采集到的图像进行了预处理,提取激光线中心采用灰度重心法的亚像素定位技术。

基于激光三角法的腹部运动测量研究

设计了一种基于点结构光的腹部运动测量系统,用于监测由呼吸运动引起的患者腹部实时状态,为主动补偿放疗中因呼吸因素造成的靶区位移、实现靶区的相对静止提供精确位置信息。测量系统基于激光三角测量原理的点结构原理,将腹部运动转换为激光点移动,从相机记录下的图像中提取激光点位置,根据已知系统参数即可从激光点的移动量计算得到每个时刻呼吸所引起的腹部运动量。实验表明,所提方法能准确、实时地获取位置信息,具有结构简单、精度高等优点,能为胸腹动态放疗中患者呼吸因素的补偿提供一种新的解决方法。