仿视网膜分布探测器设计及成像特性研究

发布时间：2016-11-10 08:48

  本文关键词：仿视网膜分布探测器设计及成像特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京理工大学》 2015年

仿视网膜分布探测器设计及成像特性研究

王凡  

【摘要】：随着光电成像技术的迅速发展，它广泛应用于工农业生产、国防建设和科学研究领域，而且应用领域在不断拓展。但是应用需求的多元化发展导致传统的矩阵CCD/CMOS光电成像器件在某些特定场合应用时存在问题，例如：在高速相向运动成像过程中，以像元均匀分布的矩阵探测器作为成像器件时，会产生辐射状模糊图像并影响视场有效范围；视频传输过程中庞大的数据量给带宽和存储设备都带来挑战；利用传统的矩阵探测器配合鱼眼镜头实现全景相机时，会产生畸变图像。然而，前述问题对于人眼而言是十分简单的任务，同时，研究表明人眼是智能的成像系统。为此，国内外研究者们致力于仿生技术的发展，该探测器就是一类模拟人眼视网膜感光细胞分布的新型仿生探测器，像元排布在同心圆环上，整个面阵分为两个区域：中心凹区和周边区域。在中心凹区，像元尺寸相等且在整个面阵中最小，在周边区域，像元尺寸逐环增加。由于其特殊的像元布局，使得该探测器在小数据量、大视场范围和高分辨力之间取得较好的平衡。因此，仿视网膜分布探测器的出现有望解决矩阵探测器在上述应用过程中所存在的问题，对该探测器的研究具有重要的应用价值和现实意义。 尽管仿视网膜分布探测器具有上述优势，但是其像元布局的设计并没有依据可循，大量文献调研，均没有检索到针对不同应用需求设计探测器像元布局参数的研究报，国内，关于仿视网膜分布探测器的设计与制造的研究尚属空白。本文在深入阐述国外已有仿视网膜分布探测器的研究发展现状基础上，对该探测器的像元布局设计方法以及静、动态成像特性分析与性能测试方法进行了深入研究，完成并取得了以下创新性研究成果： 1)针对相向运动成像的特点，提出了一种新的仿视网膜分布探测器像元布局模型，并根据三种不同的应用要求，将针对不同应用需求设计探测器像元布局参数的问题转化为多目标优化问题，并利用粒子群算法进行优化，得到最优的探测器像元布局参数。算法鲁棒性高且优化结果接近设计准则； 2)针对仿视网膜分布探测器的空变特性，建立了仿视网膜分布探测器的静态调制传递函数模型。模型根据调制传递函数的定义，针对探测器各空不变的子区域，计算对应输出图像与输入图像的频谱比值，获得仿视网膜分布探测器的静态调制传递函数，用于定量分析包含空变器件的成像系统性能。针对研制的仿视网膜分布探测器成像系统，进行了利用不同周期数的辐射靶标测量其调制传递函数的实验，结果表明，实验测量值与理论值接近； 3)根据相向运动成像特点，建立了仿视网膜分布探测器在相向运动成像过程中的动态调制传递函数。利用统计矩的分析方法求解相向运动成像过程中的运动对调制度的影响，并结合仿视网膜分布探测器静态调制传递函数，获得该探测器在相向运动成像过程中的动态调制传递函数。同时，进行了基于动态调制传递函数的相向运动成像输出图像的半实物仿真实验，仿真图像与实际采集图像的Pearson相关系数大于0.85； 4)提出了通过旋转成像实现等效相向运动的实验方案，并利用自行搭建的实验系统，，定量对比了仿视网膜分布相机与矩阵相机在相向运动等效实验中的图像模糊长度，实验结果表明，基于本文设计的仿视网膜分布探测器相机具有抗辐射状模糊的优势。 本文的仿视网膜分布探测器像元布局设计方法可满足不同应用场合的需求，充分利用仿视网膜分布探测器的像元布局优势解决相关的实际问题。同时，本文对仿视网膜分布探测器的静动态成像特性分析及实测方法研究也为进一步设计发展高性能的仿视网膜分布探测器，提供理论和技术参考。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 于家城;陈家斌;晏磊;刘岳峰;;图像匹配在海底地图匹配中的应用[J];北京大学学报(自然科学版);2007年06期

2 曹峰梅;陈奕惺;张颖颖;金伟其;;基于坐标变换的相向运动图像模糊复原方法[J];北京理工大学学报;2008年02期

3 曹峰梅;颜凯;王凡;张雷;;非矩形探测器阵列在相向运动中的成像优势分析[J];北京理工大学学报;2011年06期

4 谢涛,陈火旺;多目标优化与决策问题的演化算法[J];中国工程科学;2002年02期

5 王军;张明柱;;图像匹配算法的研究进展[J];大气与环境光学学报;2007年01期

6 王立,张科,李言俊;视网膜皮层图像信号处理的传输机制与仿真[J];光学技术;2003年04期

7 赵小侠;谢永军;赵卫;;Wide field-of-view foveated imaging system[J];Chinese Optics Letters;2008年08期

8 刘钦晓;赵廷玉;陈燕平;张文字;余飞鸿;;Pupil design based on Fisher information optimization to extend field depth in practical optical system[J];Chinese Optics Letters;2010年02期

9 陈喜春;曹峰梅;金伟其;;基于极坐标的相向运动图像模糊的递归模型[J];光子学报;2007年03期

10 李铁成;冯华君;徐之海;;A new analytical edge spread function fitting model for modulation transfer function measurement[J];Chinese Optics Letters;2011年03期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 姚元金;广义不变凸分式多目标规划的最优性条件[J];安徽大学学报(自然科学版);2004年01期

2 张蕾蕾;;对称弧式连通凸多目标半无限规划的对偶性[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年01期

3 芦垒;欧阳峰;骆珍珍;;浅析幂函数加和型普适指数公式在湖泊富营养化综合评价中的应用[J];安徽农业科学;2008年33期

4 李言俊,高阳;仿生技术及其应用[J];安阳工学院学报;2005年01期

5 祁飞;李言俊;张科;;Method of Infrared Image Enhancement Based on Stationary Wavelet Transform[J];Journal of China Ordnance;2008年03期

6 王丽颖;赵连丽;赵连忠;;多目标规划模型的应用研究[J];白城师范学院学报;2010年06期

7 张红源;陈自力;;图像匹配经典算法及其改进方法研究[J];兵工自动化;2008年09期

8 王真胜;马飒飒;宋伟;;红外热像仪外场性能测试系统[J];兵工自动化;2011年11期

9 张杰,赵晓萍;目标规划模型最优可达值的等价命题[J];吉林师范学院学报;1999年05期

10 王吉晖;金伟其;王霞;;基于最小可分辨对比度的直视微光夜视系统综合性能评价[J];兵工学报;2010年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 ;An Image Method of Velocity Measurement Based on the Smearing Effect[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

2 ;Particle Swarm Optimization of Periodic Deep Brain Stimulation Waveforms[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年

3 ;Multiobjective Static Output-Feedback Control with Control Input Constraint for a Class of Nonlinear Systems[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年

4 黄倩;金伟其;夏润秋;王霞;冯亮;彭云粮;;基于人眼时限模型的红外弱小目标探测实验及其分析[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

5 杨靓;黄巾;卢强;黄士坦;;基于全息相关系数矩阵的匹配算法[A];第十一届全国信号处理学术年会（CCSP-2003）论文集[C];2003年

6 杨德贵;朱孝开;黎相;肖顺平;;基于凝视红外成像系统的被动测距研究[A];第十三届全国信号处理学术年会（CCSP-2007）论文集[C];2007年

7 周伟;杨正球;;组合服务中QoS全局最优服务选择算法的改进[A];中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集[C];2009年

8 谢凤英;姜志国;;基于互相关的显微医学图像配准[A];第九届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2001年

9 周云郊;兰凤崇;陈吉清;李宇彤;裘芝敏;;基于刚度与模态分析的客车结构轻量化研究[A];2009年广东先进制造技术(佛山)活动周文集[C];2009年

10 潘敏;程良伦;;一种基于角点匹配的PCB板元件安装缺陷检测基准点定位算法[A];中国自动化学会中南六省（区）2010年第28届年会·论文集[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 黄林峰;多目标进化算法研究[D];中国科学技术大学;2009年

2 汤义;智能交通系统中基于视频的行人检测与跟踪方法的研究[D];华南理工大学;2010年

3 李先锋;基于特征优化和多特征融合的杂草识别方法研究[D];江苏大学;2010年

4 吴锋;基于GPU并行计算的数值模拟与燃煤锅炉系统的优化研究[D];浙江大学;2010年

5 商秀芹;新型进化计算方法及其在炼铁烧结过程建模与优化中的应用[D];浙江大学;2010年

6 庞燕;我国中部地区国际物流运作模式研究[D];中南林业科技大学;2007年

7 刘钦晓;波前编码成像系统解码算法理论研究及其应用[D];浙江大学;2010年

8 刘超;激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究[D];浙江大学;2010年

9 雷华;基于金字塔反射镜的视场无缝拼接技术研究[D];浙江大学;2010年

10 王玉宝;节水型农业种植结构优化研究[D];西北农林科技大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王金凤;多阶段投资组合模型及其算法的研究[D];南昌航空大学;2010年

2 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年

3 徐艳;基于DSP的图像跟踪系统及跟踪算法的研究[D];长春理工大学;2010年

4 于浩;CCD相机测量对比度的校正方法研究[D];长春理工大学;2010年

5 孙琛琛;大幅面丝网疵点的图像识别算法研究[D];浙江理工大学;2010年

6 刘贺;基于目标满意度的多目标调运过程仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 谭大伟;五轮可重构移动机器人构型设计及研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

8 田振杰;基于遗传算法的工程项目工期与成本的优化[D];哈尔滨工程大学;2009年

9 林鸿蕴;船用封闭行星齿轮传动优化设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

10 卢艳爽;水面无人艇路径规划算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨威;赵剡;许东;;基于人眼视觉的结构相似度图像质量评价方法[J];北京航空航天大学学报;2008年01期

2 任世宏;图像实时匹配算法的研究[J];北京理工大学学报;1992年03期

3 徐建斌,洪文,吴一戎;一种基于距离变换和遗传算法的遥感图像匹配算法[J];电子与信息学报;2005年07期

4 周燕,金伟其;人眼视觉的传递特性及模型[J];光学技术;2002年01期

5 苏秉华,金伟其;基于POCS-MPMAP合成算法的超分辨率图像复原(英文)[J];光子学报;2003年04期

6 李勇量,倪国强,陈小梅;基于尺度相关性的微光图像降噪算法及其硬件实现[J];光子学报;2003年06期

7 郑刚,贾振红;同态技术在红外图像处理中的应用[J];光子学报;2005年09期

8 程辉,田金文,柳健;声纳技术在海底地形辅助导航中的应用[J];军民两用技术与产品;2003年11期

9 蔡毅,潘顺臣;红外技术在未来军事技术中的地位和作用[J];红外技术;1999年03期

10 杨峰,朱红,赵亦工;红外成像传感器1/f噪声的预测与补偿[J];红外与毫米波学报;2003年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王慧燕;图像边缘检测和图像匹配研究及应用[D];浙江大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王立;先进红外成像制导技术研究[D];西北工业大学;2001年

2 鲍胜利;基于多算法集成和神经网络的汉字识别系统的研究[D];四川大学;2002年

3 石友学;图像匹配中若干问题的研究[D];大连理工大学;2004年

4 何宁;图象匹配问题中关键技术研究[D];西北大学;2003年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 昭华;;热成象用的多元探测器阵列[J];激光与红外;1976年02期

2 昭华;;红外多元探测器阵列工艺[J];激光与红外;1978年04期

3 石明金;;新型高密度红外肖特基电荷耦合探测器阵列[J];红外与激光技术;1987年03期

4 刘妍妍;张新;徐正平;张建萍;王灵杰;王德江;;赋形像元探测器在超分辨重建中的应用[J];红外与激光工程;2009年06期

5 尚鐸;;射频溅射法制红外探测器阵列[J];激光与红外;1973年07期

6 P·KennedyMcEwen;边原;;焦面探测器阵列的信号处理器[J];应用光学;1988年01期

7 李烨;;新一代导弹寻的头引入硅化铂探测器[J];现代兵器;1991年08期

8 ;专利[J];光机电信息;1995年06期

9 杨鹏翎;冯国斌;王群书;王振宝;程建平;;中红外高能激光光斑探测器[J];中国激光;2009年08期

10 宗兰;;热成象用热电探测器阵列[J];激光与红外;1972年12期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 邹鸿;陈鸿飞;邹积清;施伟红;张录;宁宝俊;田大宇;;硅条带探测器阵列在空间粒子探测中的应用[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十八次学术会议论文集（下册）[C];2005年

2 李齐林;邓小武;陈立新;黄晓延;;2-D半导体探测器阵列方向性响应的研究[A];中华医学会放射肿瘤治疗学分会六届二次暨中国抗癌协会肿瘤放疗专业委员会二届二次学术会议论文集[C];2009年

3 马攀;戴建荣;Jie She;;探测器阵列大野测量时散射体积缺损对测量准确性的影响[A];2007第六届全国放射肿瘤学学术年会论文集[C];2007年

4 张行坤;;数字化X线设备CR和DR的成像原理[A];中华医学会医学工程学分会第八次学术年会暨《医疗设备信息》创刊20周年庆祝会论文集[C];2006年

5 吴广国;黄勇;贾彬;曹学蕾;孟祥承;王焕玉;李秀芝;梁琨;杨茹;韩德俊;;硅漂移探测器的制作工艺及特性研究[A];第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（上册）[C];2008年

6 吴广国;黄勇;贾彬;曹学蕾;孟祥承;王焕玉;李秀芝;梁琨;杨茹;韩德俊;;硅漂移探测器的制作工艺及特性研究[A];第十四届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（1）[C];2008年

7 徐子森;;多层螺旋CT技术新进展[A];山东医学会医疗器械专业委员会第八次学术年会论文集[C];2000年

8 L．Bagby;M．Johnson;R．Lipton;顾维新;;硅条探测器及其读出芯片SVX饱和的研究[A];第8届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（一）[C];1996年

9 向思桦;陈四海;潘峰;黄磊;赖建军;柯才军;易新建;;柔性仿生复眼成像系统探测机理模拟研究[A];2004全国图像传感器技术学术交流会议论文集[C];2004年

10 常劲帆;王铮;李秋菊;张研;;LHAASO地面粒子探测器阵列前端电子学初步设计[A];第十五届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 实习生 姜靖;[N];科技日报;2007年

2 记者 王艳红;[N];新华每日电讯;2001年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 王凡;仿视网膜分布探测器设计及成像特性研究[D];北京理工大学;2015年

2 杨贺润;Micromegas探测器的性能研究[D];兰州大学;2010年

3 杨波;可见拓展的短波红外InGaAs探测器研究[D];中国科学院研究生院（上海技术物理研究所）;2014年

4 王自昱;微机电系统中的声学推进器和探测器[D];武汉大学;2011年

5 郝新军;LHAASO水切伦科夫探测器原型阵列读出电子学研究[D];中国科学技术大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王鑫;工业CT探测器光电流信号放大及转换特性研究[D];重庆大学;2011年

2 齐国涛;Si-PIN X射线探测器性能研究[D];河北师范大学;2012年

3 刘海;LiTaO_3探测器的二维结构分析[D];长春理工大学;2007年

4 范生强;BST铁电薄膜红外探测器阵列的制备工艺及其电学性能[D];湖北大学;2011年

5 郝博涛;大气激光通信系统探测器阵列分集接收技术研究[D];长春理工大学;2013年

6 仓黎黎;基于384×288探测器的非制冷红外图像处理技术研究[D];南京理工大学;2009年

7 丁勇;轨道振动和探测器倾斜对锥束CT的影响[D];东北大学;2008年

8 刘飞;光通信系统中波长选择性波导探测器的研究[D];北京邮电大学;2013年

9 马霄云;氟化钡探测器的设计组装和性能测试[D];兰州大学;2007年

10 王释伟;新型PIN硅半导体探测器的辐射损伤研究[D];兰州大学;2006年

  本文关键词：仿视网膜分布探测器设计及成像特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：169574