基于图像处理的空间相机自动调焦算法研究
发布时间：2021-11-28 20:26
自动调焦技术在光学成像系统中具有广泛的应用,调焦系统的性能决定着成像系统能否获取清晰的图像。对于空间相机而言,传统的调焦方法具有各种局限性,而基于图像处理的自动调焦技术由于原理简单,调焦速度快,调焦准确性高,适用范围广,集成效率高的特点正在受到广泛关注和研究。通过分析空间相机对运动目标成像的特点可以发现,不同于普通数码相机,其观测目标距离较远,成像目标在视场中较小,离焦图像模糊量较大,并且由于观测目标和观测平台之间存在相对运动,目标像点存在像移。因此本文为了解决这些问题对自动调焦系统的影响,对以下内容进行了研究。（1）分析了空间相机的成像特点,空间相机在成像过程中具有以下问题:观测距离远,有效像素少,光照反差会导致阴阳面产生,低照度情况下会引入各种噪声,并且运动目标会产生运动模糊。因此需要对图像进行适当预处理,并分析运动像移对调焦的影响。（2）研究了图像清晰度评价算法。调焦评价函数选取是自动调焦技术的关键,其目的是区分离焦图像和聚焦图像,判别图像的离焦与否,进而找到图像清晰度最大的图像所在的位置,完成自动调焦操作。本文提出了一种覆盖范围可变化的改进的Brenner函数。该函数采用简单的...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)陕西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
理想透镜成像模型
基于图像处理的空间相机自动调焦算法研究8图2.2成像系统的焦深与景深示意图Figure2.2Schematicdiagramofdepthoffocusanddepthoffieldoftheimagingsystem通过前面分析可以发现，对于固定的成像系统而言，当目标物上的点产生的弥散斑直径小于探测器的像元尺寸时，即像面移动距离在准焦面的焦深范围内时，均能获取清晰的图像。因此，这对调焦搜索的步长提供了理论基矗在工程应用中，通过计算光学系统的焦深和景深可以确定调焦搜索步长，具体的步长大小根据实际情况而定。2.2自动调焦方法分类所谓的自动调焦，就是利用某种技术手段，使得光学系统成像时，可以自动的获取清晰的图像。根据工作原理的不同，可以将调焦的方法分为不同的类别，现阶段的自动调焦技术主要包含传统的自动调焦方法和基于图像处理的自动调焦技术。2.2.1传统的自动调焦方法自动调焦方法按照有无发射平台可以可分为主动式自动调焦法和被动式自动调焦法两类[40]。第一种方法是在探测器上安装信号发射装置，在进行调焦操作时，先主动向目标物发射光线或超声波，然后由信号接收装置接收来自目标物的反射信息。通过时间差，计算探测器与观测目标之间的距离，然后根据成像系统的参数和成像原理计算物体对应的成像面所在的准焦位置。再由执行机构移动图像接收器获得清晰的图像，从而完成自动调焦[41]。这种方法不受光照强度的限制，但是当物距过大时，系统无法获取真实物距，当反射光受到干扰没有返回时，该方法失效。并且，主动式自动调焦法需要额外的测距设备，使得调焦系统过于复杂。
第2章自动调焦的基本原理11图2.3聚焦深度法调焦流程图Figure2.3Focusingdepthmethodfocusingflowchart2.3本章小结本章主要对自动调焦技术进行了探讨。首先介绍了光学调焦的成像原理，包括光学成像模型，点扩散函数，光学传递函数以及焦深、景深。并基于此，对现有的自动调焦的方法进行了讨论，介绍了各种调焦方法的原理，包括传统的自动调焦方法和基于图像处理的自动调焦方法。通过分析比较，传统的调焦方法在硬件集成、调焦速度与对焦精度上具有明显的缺点，而基于图像处理的自动调焦方法可以很好的克服这些缺点，满足空间相机的调焦需求。最后，简要介绍了基于聚焦深度法的自动调焦方法的三大技术问题。因此，本文将对基于图像处理的自动调焦技术进行深入研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于信息熵和深度学习的无参考图像质量评价方法研究[J]. 卢鹏,林根巧,邹国良. 计算机应用研究. 2018(11)
[2]基于插值图像的可逆信息隐藏算法[J]. 孙泽锐,王继军,李国祥,夏国恩. 山东大学学报(理学版). 2018(01)
[3]基于能量集中度的广角望远镜自动调焦快速清晰度评价算法[J]. 苑嘉辉,蔡洪波,魏建彦. 天文研究与技术. 2017(04)
[4]基于模糊熵评价和最优搜索的自动对焦算法[J]. 刘书炘,刘满华. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2017(04)
[5]一种覆盖范围可调的变频梯度自动对焦评价函数[J]. 王烨茹,冯华君,徐之海,李奇,陈跃庭. 红外与激光工程. 2016(10)
[6]基于显著性检测的图像简化[J]. 刘浩,罗斌,张良培. 云南民族大学学报(自然科学版). 2016(03)
[7]基于梯度能量函数的调焦窗口构建方法[J]. 郭敬滨,冯华杰,王龙,彭勤建,李醒飞. 红外技术. 2016(03)
[8]光电经纬仪自适应调焦窗口构建[J]. 王冠军,吴志勇,云海姣,刘雪超,梁敏华,杨华. 系统工程与电子技术. 2016(07)
[9]一种粗精结合的快速图像自动调焦算法[J]. 林兆华,米阳,葛兵. 国外电子测量技术. 2015(10)
[10]基于图像频谱的定焦分析[J]. 马丽娜,宗肖颖,李永强. 光学学报. 2015(07)
博士论文
[1]高速相机自动快速调光调焦方法研究[D]. 马泽龙.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]基于AOTF的光谱偏振成像系统及其成像质量研究[D]. 王耀利.中北大学 2016
[3]基于图像处理的自动检焦技术在航空相机中的应用研究[D]. 孟繁浩.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]基于图像处理技术的自动调焦方法研究[D]. 路朋罗.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[5]基于数字图像处理的自动调焦技术研究[D]. 刘雪超.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[6]基于人类视觉系统的图像信息感知和图像质量评价[D]. 吴金建.西安电子科技大学 2014
[7]基于图像技术的自动调焦方法研究[D]. 黄德天.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[8]数字图像自动调焦技术及其在低光照环境下的应用研究[D]. 徐新.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]基于图像处理的显微视觉自动调焦方法的设计与实现[D]. 王勋.广西师范大学 2016
[2]基于图像处理的自动调焦技术[D]. 张晶.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[3]刀具预调仪的调焦技术应用研究[D]. 刘娟.中北大学 2015
[4]光电经纬仪的自动对焦技术研究[D]. 韩运红.重庆大学 2015
[5]基于全相位双正交变换和全相位内插的图像压缩算法研究[D]. 谢松昭.山东大学 2014
[6]推扫式遥感相机对焦评价方法研究[D]. 张天煜.浙江大学 2014
[7]基于图像处理的自动聚焦理论研究[D]. 王家川.重庆大学 2012
[8]自动聚焦系统中评价函数性能与动态区域选取的研究[D]. 王彦芳.山东大学 2011
[9]基于图像处理的MTF测试系统研究[D]. 郭晓兵.南京理工大学 2009
[10]调制传递函数测试仪的自动调焦技术研究[D]. 孙文.南京理工大学 2009
本文编号：3525088
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)陕西省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
理想透镜成像模型
基于图像处理的空间相机自动调焦算法研究8图2.2成像系统的焦深与景深示意图Figure2.2Schematicdiagramofdepthoffocusanddepthoffieldoftheimagingsystem通过前面分析可以发现，对于固定的成像系统而言，当目标物上的点产生的弥散斑直径小于探测器的像元尺寸时，即像面移动距离在准焦面的焦深范围内时，均能获取清晰的图像。因此，这对调焦搜索的步长提供了理论基矗在工程应用中，通过计算光学系统的焦深和景深可以确定调焦搜索步长，具体的步长大小根据实际情况而定。2.2自动调焦方法分类所谓的自动调焦，就是利用某种技术手段，使得光学系统成像时，可以自动的获取清晰的图像。根据工作原理的不同，可以将调焦的方法分为不同的类别，现阶段的自动调焦技术主要包含传统的自动调焦方法和基于图像处理的自动调焦技术。2.2.1传统的自动调焦方法自动调焦方法按照有无发射平台可以可分为主动式自动调焦法和被动式自动调焦法两类[40]。第一种方法是在探测器上安装信号发射装置，在进行调焦操作时，先主动向目标物发射光线或超声波，然后由信号接收装置接收来自目标物的反射信息。通过时间差，计算探测器与观测目标之间的距离，然后根据成像系统的参数和成像原理计算物体对应的成像面所在的准焦位置。再由执行机构移动图像接收器获得清晰的图像，从而完成自动调焦[41]。这种方法不受光照强度的限制，但是当物距过大时，系统无法获取真实物距，当反射光受到干扰没有返回时，该方法失效。并且，主动式自动调焦法需要额外的测距设备，使得调焦系统过于复杂。
第2章自动调焦的基本原理11图2.3聚焦深度法调焦流程图Figure2.3Focusingdepthmethodfocusingflowchart2.3本章小结本章主要对自动调焦技术进行了探讨。首先介绍了光学调焦的成像原理，包括光学成像模型，点扩散函数，光学传递函数以及焦深、景深。并基于此，对现有的自动调焦的方法进行了讨论，介绍了各种调焦方法的原理，包括传统的自动调焦方法和基于图像处理的自动调焦方法。通过分析比较，传统的调焦方法在硬件集成、调焦速度与对焦精度上具有明显的缺点，而基于图像处理的自动调焦方法可以很好的克服这些缺点，满足空间相机的调焦需求。最后，简要介绍了基于聚焦深度法的自动调焦方法的三大技术问题。因此，本文将对基于图像处理的自动调焦技术进行深入研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于信息熵和深度学习的无参考图像质量评价方法研究[J]. 卢鹏,林根巧,邹国良. 计算机应用研究. 2018(11)
[2]基于插值图像的可逆信息隐藏算法[J]. 孙泽锐,王继军,李国祥,夏国恩. 山东大学学报(理学版). 2018(01)
[3]基于能量集中度的广角望远镜自动调焦快速清晰度评价算法[J]. 苑嘉辉,蔡洪波,魏建彦. 天文研究与技术. 2017(04)
[4]基于模糊熵评价和最优搜索的自动对焦算法[J]. 刘书炘,刘满华. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2017(04)
[5]一种覆盖范围可调的变频梯度自动对焦评价函数[J]. 王烨茹,冯华君,徐之海,李奇,陈跃庭. 红外与激光工程. 2016(10)
[6]基于显著性检测的图像简化[J]. 刘浩,罗斌,张良培. 云南民族大学学报(自然科学版). 2016(03)
[7]基于梯度能量函数的调焦窗口构建方法[J]. 郭敬滨,冯华杰,王龙,彭勤建,李醒飞. 红外技术. 2016(03)
[8]光电经纬仪自适应调焦窗口构建[J]. 王冠军,吴志勇,云海姣,刘雪超,梁敏华,杨华. 系统工程与电子技术. 2016(07)
[9]一种粗精结合的快速图像自动调焦算法[J]. 林兆华,米阳,葛兵. 国外电子测量技术. 2015(10)
[10]基于图像频谱的定焦分析[J]. 马丽娜,宗肖颖,李永强. 光学学报. 2015(07)
博士论文
[1]高速相机自动快速调光调焦方法研究[D]. 马泽龙.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]基于AOTF的光谱偏振成像系统及其成像质量研究[D]. 王耀利.中北大学 2016
[3]基于图像处理的自动检焦技术在航空相机中的应用研究[D]. 孟繁浩.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]基于图像处理技术的自动调焦方法研究[D]. 路朋罗.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[5]基于数字图像处理的自动调焦技术研究[D]. 刘雪超.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[6]基于人类视觉系统的图像信息感知和图像质量评价[D]. 吴金建.西安电子科技大学 2014
[7]基于图像技术的自动调焦方法研究[D]. 黄德天.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[8]数字图像自动调焦技术及其在低光照环境下的应用研究[D]. 徐新.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]基于图像处理的显微视觉自动调焦方法的设计与实现[D]. 王勋.广西师范大学 2016
[2]基于图像处理的自动调焦技术[D]. 张晶.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[3]刀具预调仪的调焦技术应用研究[D]. 刘娟.中北大学 2015
[4]光电经纬仪的自动对焦技术研究[D]. 韩运红.重庆大学 2015
[5]基于全相位双正交变换和全相位内插的图像压缩算法研究[D]. 谢松昭.山东大学 2014
[6]推扫式遥感相机对焦评价方法研究[D]. 张天煜.浙江大学 2014
[7]基于图像处理的自动聚焦理论研究[D]. 王家川.重庆大学 2012
[8]自动聚焦系统中评价函数性能与动态区域选取的研究[D]. 王彦芳.山东大学 2011
[9]基于图像处理的MTF测试系统研究[D]. 郭晓兵.南京理工大学 2009
[10]调制传递函数测试仪的自动调焦技术研究[D]. 孙文.南京理工大学 2009
本文编号：3525088
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