目标图像的光学相关识别与运动模糊图像恢复

目标图像的光学相关识别与运动模糊图像恢复

陈前荣[1]2004年在《目标图像的光学相关识别与运动模糊图像恢复》文中研究指明以机载激光武器的目标识别、跟踪、瞄准为应用背景,对光学相关目标识别、运动模糊图像恢复、小波去噪的相关技术进行了基础研究。 光学相关目标识别部分,独立设计并完成了用倾斜会聚光作为参考光的匹配滤波实验,提出了新的用迭代法合成旋转不变综合鉴别函数方法。分析了薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD的像素结构衍射和调制模式,进行了光电混合联合变换实验,并给出了实验结果。主要工作有: ①通过较多的文献资料,了解光学相关识别的发展过程、成就及其在实际应用中存在的困难。并通过公开或非公开的渠道,尽可能多地收集美军关于光学相关器的发展、应用情报,加以分析整理。文献资料研究表明,光学相关识别系统集成化、小型化,可以降低系统功耗,减小体积,具有抗震、防尘、遮光的优点,集成化、小型化是光学相关器走向军事应用的必然要求。VLC和JTC等光学相关器不具有旋转不变性和比例不变性。为了使光学相关识别系统具有鲁棒性,常用的解决方法有梅林变换、圆谐展开、综合鉴别函数、MACH算法、神经网络方法等。 ②独立设计并完成了用倾斜会聚光作为参考光的匹配滤波实验,这一新的光学相关识别系统与VLC等4f系统相比,减少了一个Fourier透镜,输入输出平面间光路长度只有2f+p,比VLC等4f系统要短许多,结构更为紧凑简洁,有利于系统集成和小型化。对坦克模型、星形合作目标等目标进行识别实验,输出的相关峰强而尖锐,相关峰与零频项及卷积项完全分离,具有很高的信噪比。这一新的光学相关识别系统鉴别能力强,并同VLC系统一样具有平移不变性。文中给出了详细的理论解释。 实验中所用的星形合作目标作为光学相关识别系统的识别对象,兼具平移、旋转、比例不变性,在导航、盲降等特殊场合具有很好的应用前景。 ③提出了新的用迭代法合成旋转不变综合鉴别函数SDF方法,该新方法合成的SDF,在二值化修正功率谱联合变换识别系统的应用中,具有较高的鉴别率和良好的旋转不变性。 ④分析了TFT-LCD的像素结构衍射和调制模式,并给出了实验结果,同时进行光电混合联合变换实验。 TFT-LCD像素之间导电沟道上不透明的金属掩膜的周期性分布形成矩形光栅,引起衍射。在谱平面,各衍射级的谱的相对分布是相同的;相邻衍射级间傅里叶谱的部分重

洪汉玉[2]2004年在《成像探测系统图像复原算法研究》文中研究表明目标通过大气湍流的成像是工作在湍流大气环境中机/弹载光学成像传感器系统必然会遇到的问题。在光线进入成像传感器窗口之前,大气湍流随机地干扰来自目标的辐射的传播,使成像焦平面产生像点强度分布扩散、峰值降低、图像模糊和位置偏移等气动光学效应,给目标识别带来了很大的困难。气动光学效应湍流退化图像的复原是一个世界性难题,它的研究富有挑战性。湍流退化图像复原的困难之处在于其点扩展函数是未知的和随机变化的,且难以用数学解析式表述。本文针对气动光学效应湍流退化图像的复原问题开展了研究,主要涉及湍流退化图像复原算法研究,同时对机/弹载成像平台旋转运动所引起的空间可变模糊图像的复原问题进行了研究,主要工作包括:1. 在湍流退化图像复原问题中,湍流随机点扩展函数值的正确估计是其核心部分。本文提出了一种基于估计湍流点扩展函数离散值的湍流退化图像复原算法,采用两帧短曝光湍流退化图像来建立关于湍流点扩展函数离散值计算的数学模型。对所建立的数学模型即线性方程组的稳定性与其条件数的关系进行了扰动理论分析,制定了一些行之有效的挑选方程的规则。为克服噪声对点扩展函数值估计的干扰,在点扩展函数值非负和空间相关性的约束条件下,将计算问题转化为基于非负最小二乘的约束优化估计问题,给出了一种基于非负和空间相关性约束的点扩展函数离散值的优化估计方法。将约束优化理论应用到湍流退化图像复原中,为湍流退化图像的恢复提供了一种新途径。2. 在有噪声的情况下,为了从两帧湍流退化图像中有效地估计出与真实情况接近的湍流点扩展函数离散值,提出了一种基于各向异性和非线性正则化的湍流退化图像复原新算法。在点扩展函数离散值的优化估计过程中合理地融合了有关湍流点扩展函数的一些先验知识,首先将点扩展函数的非负性和光滑性约束转化为数学上可表达的惩罚项,加入到目标函数中,同时针对湍流点扩展函数的衰减性质,建立了一个具有非线性和各向异性的正则化函数,使其在估计点扩展函数值时能自适应地进行梯度平滑。通过迭代极小化目标函数估计湍流点扩展函数值,进而恢复图像。 I华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文3. 从信号空间分解出发,建立了湍流退化图像的小波多分辨率矩阵表达式,给出了一种基于小波分解的湍流退化图像的多分辨率复原新方法。主要思路是通过小波的多尺度空间分解,利用湍流退化图像在大尺度空间上的逼近信息,估计出其在低分辨率上的点扩展函数值,在低频子频段去模糊,在高频子频段抑制噪声和保边缘信息,然后通过小波逆变换重建目标原图像。将小波变换与分解的多分辨特性和时频局部化特性应用在湍流退化图像的盲目复原中,降低了算法的计算复杂性并提高了其抗噪能力。4. 为了从序列多帧湍流退化图像中将目标图像有效地恢复出来,给出了一种新颖的基于图像随机场模型的交替迭代复原算法。根据图像Poisson随机场概率模型假定,建立了多帧图像的联合对数似然函数,推导和建立了目标图像及各帧点扩展函数的交替迭代求解公式。通过迭代寻找最相似于序列退化图像的各帧点扩展函数和目标的估计,从而保证在概率意义上极大程度地恢复出目标图像。为了提高计算效率,给出了一种整体数据输入、分块计算复原的并行处理方案。5. 对极大似然估计复原算法的正则化技术进行了研究。为了平滑噪声同时保存图像细节以及避免无价值的解,对极大似然估计复原方法进行一些改进,将基于保细节的平滑准则及辅助惩罚项加入到对数似然函数中,给出了一种基于正则化技术的极大似然估计图像复原的算法。通过引用EM算法来有效地极大化带有平滑项的对数似然函数,推导出了点扩展函数和目标图像的迭代求解公式。6. 针对成像平台随弹体/机体作旋转运动时所形成的空间可变模糊图像的复原问题,提出了一种沿模糊路径去卷积的快速复原算法。该方法避免了传统的费时的几何坐标转换,将旋转运动空间可变模糊沿模糊路径分解为一系列的空不变模糊,沿模糊路径去除模糊。同时,为了恢复矩形图像角点处的灰度信息,提出了一种基于邻域知识引导的最小代价复原算法,且避开了迭代计算。另外,为了确定旋转运动模糊参数,给出了一种基于互相关的旋转模糊参数识别方法。

张奋[3]2014年在《基于Richardson-Lucy算法的航空运动模糊图像复原技术研究》文中研究指明航空成像过程中相机相对于地面在做高速运动,因而不可避免地会造成目标场景影像在CCD像面上产生像移,从而导致航空图像存在运动模糊。为了提高航空成像分辨力,改善航空图像质量,需要对运动模糊图像进行复原处理。由于运动而造成的模糊图像,能够利用CCD曝光周期内相机的运动路径来表示该运动模糊图像的模糊核函数。利用连续序列帧图像进行去运动模糊时,能够提供更多的图像信息及相机运动信息,在一定程度上能够降低运动模糊图像反卷积过程中的不适定性和病态性。在此基础上,本文提出了一种利用多帧连续图像序列进行图像的去运动模糊方法。通过采用一个高帧速低分辨率相机来记录低帧速高分辨率成像曝光时间内的运动路径来实现模糊核函数的估计,实现了模糊图像的水平及旋转运动模糊核的计算。本文首先从研究直线运动模糊尺度的确定方法展开,然后通过引入了极坐标变换,提出了一种利用联合变换相关器来鉴别旋转模糊尺度的方法,并利用仿真图像进行了算法正确性的验证。根据多帧图像去运动模糊算法,在远距离拍摄场景下,本文应用单应性矩阵序列,利用多帧清晰图像间的运动矢量建立了新的投影运动模糊模型来模拟航空相机的运动路径。该投影运动模糊模型在建立空间可变的运动模糊核模拟相机自身运动方面比传统的基于空间不变运动模糊核方法具有更大的实用性和有效性。然后我们对原有Richardson-Lucy算法进行了改进,将改进后的RL算法引入到该运动模糊模型中,进行去运动模糊。最后通过在投影运动RL算法中加入带有先验性知识的正则化约束,起到了抑制噪声放大、降低振铃效应、保留边缘信息等作用,改善了去模糊效果,并通过仿真实验图对比验证了该方法的有效性。

汪衍广[4]2016年在《镁合金焊接过程熔滴运动图像处理算法研究》文中研究表明对熔滴过渡行为的研究一直是焊接过程控制的重点,本文将机器视觉和图像处理技术应用到熔滴行为的研究中,对改良焊接控制方法,提高焊接质量有着重要意义。以镁合金双弧焊接过程为研究对象,针对其光谱的特点,首先设计了一套基于被动视觉的复合滤光系统,并结合CCD摄像机、PC机、图像采集卡、镁合金双弧焊接系统及滤光减光系统搭建了本实验的图像采集系统,利用该系统采集到原始的熔滴图像。为解决拍摄到的熔滴带有一定的运动模糊的问题,本文提出了一种基于PSF参数估计和维纳滤波结合的熔滴图像恢复算法,利用傅里叶频谱图和微分自相关运算求得熔滴运动模糊图像的点扩散函数,然后基于该结果再利用维纳滤波进行恢复处理。其次,针对运动模糊图像恢复的结果,先用中值滤波对其进行降噪滤波处理,然后利用直方图均衡法做灰度变换,得到合适的灰度分布图像。接着利用最大方差阈值法来确定阈值,对图像做阈值分割处理,得到二值化的图像。采用形态学方法对其先进行图像拟合处理,最后利用Canny边缘检测算子提取到了清晰的熔滴边缘轮廓。熔滴边缘轮廓的获取为后续研究熔滴的尺寸,改善焊接工艺奠定了基础。此外,为了对焊接视频中的运动熔滴进行识别与跟踪,针对其为灰度图像,且背景单一的特点,设计了一种基于帧差法和Mean-shift结合的算法。首先利用帧差法对视频图像的前两帧进行差分处理,从背景图像中识别出运动的熔滴并进行框取,解决了Mean-shift法需要在起始帧手动框取目标的问题。然后结合基于灰度直方图的Mean-shift算法,从而实现了对运动熔滴的自动识别及跟踪,为研究熔滴过渡的行为和焊接过程控制奠定了基础。

何林阳[5]2016年在《航空图像超分辨率重建关键技术研究》文中提出图像空间分辨率是航空成像系统设计的一项关键技术指标,直接决定了航空侦察效果。航空成像过程受外部扰动、运动模糊、飞行姿态变化、云雾遮挡等因素影响,不可避免地造成实际获得图像的分辨率较低,进而给后续的图像处理和识别分析构成障碍。受限于制造工艺和成本,现今通过提高传感器尺寸或减小像元尺寸的方法提高图像分辨率将花费高昂的经济代价,尤其是减小图像像元尺寸会导致信噪比过低,图像质量下降。因此,研究如何利用超分辨率重建技术突破成像系统的固有限制,尽可能地恢复图像本来面貌或进一步提高图像分辨率、清晰度等,具有重要的研究意义与应用价值。本文探讨了图像超分辨率重建技术的基础理论和发展动态,系统地研究了图像超分辨率重建的各个环节。重点围绕航空成像环境的主要降质因素,研究并实现了单帧运动模糊图像、全局运动图像序列、局部运动图像序列等的超分辨率重建方法。本文的主要研究内容及贡献归纳如下:1.针对运动模糊图像,提出一种单帧联合去运动模糊和超分辨率重建方法。该方法首先构造多尺度图像金字塔,在模糊核估计阶段,利用自然图像梯度具有稀疏性的统计特性,以L0范数作为正则化约束函数,通过交替迭代方法估计出较准确的运动模糊核。其次,在超分辨率重建阶段,改用基于L1范数的ATV正则项约束代价函数,适度放宽梯度域约束限制,克服了L0范数约束过于严苛而造成图像过平滑的不足,使重建结果更自然,并利用基于导向滤波的后处理方法进一步提升了重建图像质量并抑制振铃和噪声。2.对图像序列配准及超分辨率重建算法进行了深入研究,在全局运动模式下提出一种改进BRISK特征的图像配准算法。针对原有BRISK算法在特征提取和匹配过程中,忽视了角点分布信息,其匹配策略单一,导致误匹配率高的问题,首先利用BRISK算法构建连续尺度空间,然后利用图像显着性特征映射自适应选择特征点检测阈值,获得局部极值和视觉显着性特征点,最后利用快速最近邻FLANN算法结合RANSAC的方法进行二值特征快速匹配,从而为重建阶段提供了更为可靠的配准参数。在重建阶段,针对超分辨率重建的正则化代价函数,详细分析了范数选择对重建结果的影响,并在超分辨率重建中采用双L1范数,这有助于保持图像边缘,提高重建图像的质量。3.针对局部运动图像序列,构建了一种融合单帧增强的多帧超分辨率框架。该方法首先采用基于卷积神经网络的超分辨率算法实现单帧图像特征提取和特征增强,通过改进边缘保持的光流方法估计单帧增强后的图像序列的位移场。然后,结合图像序列的位移场,应用局部结构相似性和对比度权值约束,从图像序列的增强特征层中依次重建高分辨率图像的特征层,并融合成一幅图像,再利用IBP算法减小重建误差。该方法结合了单帧和多帧算法的优点,能够有效解决局部运动模式下序列图像的超分辨率重建问题。4.为提高航空图像的空间分辨率,提出一种基于多相组重建的超分辨率算法。首先融合图像间的互补信息,将多帧低分辨率图像作为图像基,参考帧分解为多相组,利用差异采样特性构建图像基与参考帧之间的的多相组线性关系重建得到高分辨率图像的多相组,经图像多相分解逆变换获得融合的高分辨率图像。然后,根据该融合图像的局部内容和结构信息自适应调整控制核核函数,应用改进的控制核回归算法去除图像模糊和噪声得到清晰的超分辨率图像。与传统方法相比,该方法无需精确的图像配准和复杂的迭代过程,计算效率极大地提高,对提升现阶段航空图像质量具有十分积极的意义。综上所述,论文对现阶段航空图像超分辨率重建涉及的相关基础理论进行了分析,围绕着复杂成像环境下运动模糊、全局运动、局部运动等关键问题进行了探索,并取得了阶段性成果。论文的相关成果为进一步的算法研究提供了理论基础,对提升航空图像空间分辨率和细节清晰度具有一定的指导意义。

张晶晶[6]2011年在《基于单帧单曝光图像法的多相流速度场和粒度分布测量研究》文中进行了进一步梳理在现代工业中诸如烟尘监测、基于粉体制备要求的粒度测量和各种输粉管道内的流量控制等众多多相流速度和粒度测量问题日益突出。现有的测量技术已经无法满足工业中所提出的在线测量、场测量、成本控制等一系列要求,因此研究一种系统简单、轻便,价格低廉,可视化的多相流速度场和粒度分布测量方法对多相流测量技术的发展具有重要意义。粒子图像测速技术(PIV)已是流动、传热实验研究中的主要测量方法,但仪器价格昂贵,系统复杂。在PIV中为获得清晰的颗粒运动图像,图像的曝光时间极短。实际上由较长曝光时间产生的颗粒运动模糊图像同样含有运动速度和粒度大小的信息。运动模糊图像的长度可以认为是颗粒在曝光时间内的运动距离,其轨迹方向对应颗粒的速度方向,其轨迹宽度表征了颗粒的粒度大小。采用成本相对低廉、设备简单的图像法测量系统,控制图像的曝光时间,可以从单帧单曝光图像中得到与PIV相同的流场测量结果。基于单帧单曝光运动模糊图像的多相流场测量技术汲取了PIV、高速摄影等方法的优点,该方法出现于上世纪八十年代,限于当时的软硬件水平只能对流场参数做定性分析。随着激光技术、半导体光源技术和图像传感器测量技术的迅速发展,使得图像法测量技术在多相流测量领域有很大的发展空间;而数字图像传输技术和计算机技术的发展,则能够更快速方便的得到清晰图像和处理结果。本文着重研究单帧单曝光图像测量技术的处理算法,介绍系统设计的参数选择方法,实验分析激光光源和LED背光对速度和粒度测量的影响。本文总结了多相流速度场和粒度测量技术的研究现状,建立了基于单帧单曝光模糊图像的两相流场运动模型,研究了运动颗粒在图像上的灰度分布规律,阐明了基于该方法的颗粒速度和粒度测量原理和图像处理算法,搭建了二维图像法多相流场测量试验台,对图像测量设备进行了标定。本文通过颗粒重力沉降实验和液固两相圆柱绕流实验,分别运用该方法测量了气固、液固两相流离散相的速度场和粒度分布,实验结果与理论值基本相符,证明了该方法可以用于测量多相流速度场和粒度分布,且具有较高的可靠性和精度。

刘益民[7]2008年在《图像运动模糊机理与恢复技术方法的研究》文中指出图像复原是图像处理中的重要内容,它的主要目的就是改善图像质量,研究如何从所得的退化图像中复原出真实图像。运动模糊恢复是数字图像处理的一个重要的研究方向,在现实生活中,有着广阔的应用前景和市场。本文主要研究了直线运动模糊恢复和旋转运动模糊恢复,对相关算法的恢复效果进行了对比分析,给出了相关结论。本论文的工作主要包括以下内容:1.阐述了直线运动模糊恢复的叁种算法:逆滤波法、有约束最小二乘方法、维纳滤波恢复法。分别介绍了各种算法的原理。并对运动模糊图片在无噪声和有噪声两种情况下,分别做了仿真实验,给出了实验结果,比较了恢复结果的MSE值。结果表明逆滤波在无噪条件下能基本上恢复出原始图像,但对噪声比较敏感。有约束最小二乘方法在无噪声情况下恢复效果相对于逆滤波有所改进,但依然无法有效抑制噪声。维纳滤波法可以通过选择合适的参数来抑制噪声。2.阐述了旋转运动模糊恢复的两种算法:基于极坐标变换的旋转运动去模糊法、基于模糊路径的旋转运动去模糊法。分别介绍了各个算法的原理,对不同旋转角度下的模糊图片做了仿真实验,对恢复图像和恢复图像的MSE值进行了对比分析。结果表明旋转角度很小时,两个算法恢复效果相差不大,旋转角度不是很大时,后一种算法优于前一种算法,当旋转角度很大时,两种算法恢复效果都不是很好。3.运用极坐标变换的思想对一种直线参数估计法提出了改进,将其应用于旋转运动模糊角度的估计,并对该方法在不同的旋转角度下针对不同的模糊图像做了实验。实验结果表明对于背景不是很复杂的图像,该算法对不同旋转角度下的模糊图像均能比较准确地估计出旋转角度,对于背景比较复杂的图像,当旋转角度不是很大时,也能较精确地估计出角度,当旋转角度很大时,估计值的误差比较大。

周曲[8]2007年在《无线胶囊内窥镜系统及内窥图像反降晰研究》文中研究表明无线胶囊内窥镜可以无创地获得整个消化道的图像,大大拓展了医生的诊断视野。它可以克服传统的推进式内窥镜的缺点,无创伤、无痛苦,通过吞咽进入肠道,可以对食道、胃、小肠和大肠进行特定和非特定位置图像拍摄和分析,实现对整个消化道系统进行检测。开展无线胶囊内窥镜系统及其图像相关方面的研究对于人类社会保健普查工作、消化系症状与体征病人的诊查,具有重要意义和明显的社会与经济效益。目前,无线胶囊内窥镜系统的研究一般集中在系统的研制方面,较少研究无线胶囊内窥镜在肠道内拍摄图像时出现的模糊现象及其图像复原问题。由于现有技术条件的限制,目前还很难对无线胶囊内窥镜在体内的姿态进行主动控制,因此无法对某部分进行主动对焦或主动停下来拍摄,这往往有可能造成拍摄图像的模糊。从目前的应用来看,还有一个突出问题就是采用纽扣电池供电的胶囊内窥镜工作时间有限,可能会出现还没到达预定的病灶点电池就已经用完的情况。本文的主要目的是在保证满足一定性能的情况下,研究一种能长时间工作、图像质量较高的无线胶囊内窥镜系统。具体研究内容及主要工作可以概括为以下几个方面:1.在分析、参考国内外相关无线胶囊内窥镜系统结构的基础上,确定了本系统的总体设计方案;设计了图像传感器驱动系统、无线收发系统、图像色彩空间的转换与显示;设计了无线能量传输模块,并研制了样机系统。2.分析了消化道中空间不变模糊图像的成像原理及其频域特征。结合内窥图像的特点,探讨了其它一些模糊参数识别方法的局限性,提出了相关系数分析法和倒谱分析法用于内窥图像模糊参数的识别应用。这两种算法都能很好地同时适应散焦模糊和运动模糊的参数识别。研究了自动区分散焦模糊、运动模糊的算法;对这两种模糊的混合模型也提出了一种比较有效的识别方法。3.分析了消化道中空间变化模糊图像的成像原理,着重研究了空间变化散焦模糊图像的识别与恢复。空间变化模糊图像的恢复至今都是一个难点,一方面很难识别其空间变化的参数、另一方面其图像也很难恢复。本文分析了现有空间变化参数识别方法的局限性,提出了一种交互式的识别与恢复方法。通过对比分析后,选用误差-参数分析法并加以改进后用来识别空间变化模糊图像的模糊参数,最后对空间变化散焦模糊内窥图像做了复原实验。尽管本文的研究基本实现了研究目标,但整个系统距离实用化还有许多工作需要进行,在本文的最后,对整个论文的工作和研究成果进行了总结,并提出了下一步的研究工作。

王若琳[9]2014年在《基于模糊图像处理的煤粉颗粒参数测量研究》文中指出在燃煤火力发电中,煤粉的燃烧效率直接影响着火力发电的效率和成本,煤粉粒度大小不合适或速度过高过低都会造成煤粉燃烧效率下降,因此,煤粉颗粒参数测量就显得尤为重要。目前基于图像处理的颗粒检测方法得到了发展,但这主要应用于静态颗粒测量,对处于流动状态的颗粒无法直接进行测量。本文在对静态颗粒图像处理算法研究的基础上,研究了动态颗粒模糊图像的颗粒参数测量方法。在处理静态颗粒图像方面,首先对颗粒图像进行预处理及二值化处理,然后对二值化后的颗粒图像进行形态滤波、孔洞填充、边界颗粒去除及边缘检测,并提出了改进的边缘检测算法;最后对存在粘连问题的颗粒,采用改进的分水岭算法进行了有效分割。以上静态颗粒图像处理的工作为动态颗粒图像处理提供了必要的前提。在处理动态颗粒图像方面,从运动模糊颗粒图像和离焦模糊颗粒图像两方面进行了研究。首先基于运动模糊图像的成像原理上,分析了运动颗粒图像的灰度特性和频谱特性;然后研究了两种运动模糊颗粒测量方法,一种是基于颗粒轨迹图像的颗粒参数测量,另一种是基于图像恢复的颗粒参数测量,这两种方法为动态颗粒测量提供了依据;最后对离焦模糊颗粒图像进行了研究,给出了过渡区域的灰度分布规律。最后,对静态煤粉颗粒进行了粒径、面积及周长测量,给出了颗粒参数分布表和粒度分布图;对运动模糊颗粒进行了模糊轨迹长度和宽度测量,根据轨迹图像法的测量原理,计算出了颗粒的运动速度,并对测量结果造成误差的诸多因素进行了分析。这就为实现动态煤粉颗粒的在线测量提供可靠方案。

关柏青[10]2007年在《基于主动序列模糊图像的运动估计和振动测量》文中提出运动及振动参数的机器视觉测量方法广泛应用于制造业、自动化以及医疗领域。机电系统动态性能测试以及视觉伺服等工业应用领域中的目标运动速度及振动频率远远高于一般应用场合,因此高速运动估计和高频振动测量成为运动和振动参数测量的一个重要研究内容。针对高速运动估计和高频振动测量中的几个常见问题,如主动序列运动模糊图像采集和建模以及2D高速平移运动、2D高频面内振动、高速定轴转动和高频角振动以及高速离面运动的测量,本文开展了系统和深入的研究。1.高速运动或高频振动测量中,目标图像平面上将产生运动模糊现象。这种运动模糊一般被视为不利于图像分析的一种退化,而本文根据生物视觉中存在的“由模糊感知运动”的机制,认为图像模糊现象携带了重要的运动信息,可以在运动和振动参数测量中主动加以利用。同时,根据主动视觉原理,本文认为图像的运动模糊程度可以由视觉系统主动控制,并设计了一种主动序列运动模糊图像采集系统,该系统可以根据图像的运动模糊程度及饱和程度来自动预测和控制摄像机的曝光时间、采样周期和光电转换系数,从而产生携带足够运动模糊信息的图像或图像序列,同时避免图像的亮度饱和现象。此后,根据该图像采集系统的特点,本文提出了主动序列运动模糊图像的一般数学模型,并分析了目标作面内平移、旋转以及离面等不同形式运动时的运动模糊图像模型。2.高速平移运动是高速运动及高频振动中一种简单但十分重要的形式。由于运动模糊现象的存在,目前平移运动分析中常用的块匹配法难以直接应用于高速平移运动分析中。本文根据生物视觉中存在的“由模糊感知运动”的机制以及生物运动知觉中的时空整合机制,提出了一种基于主动运动模糊图像及几何矩的2D高速平移运动估计方法。该方法首先利用几何矩模拟生物运动知觉中的空间整合机制,并推导出表征平移运动模糊图像的几何矩以及运动函数之间关系的定理,根据该定理提取运动模糊图像中的运动信息,从而实现运动估计。本文的算法可简单的利用两帧运动模糊图像实现2D加速运动的估计,而现有方法需要至少叁帧图像才能得到同样的结果。3.振动测量是机械系统测试特别是微机电系统测试中的重要内容。常用的振动测量方法是采用辅助的频闪光源采集目标的清晰图像序列并加以处理。而现有的基于运动模糊图像的方法仅针对振动周期远小于摄像机曝光时间的高频振动振幅测量方法进行了研究,并未涉及振动周期大于曝光时间的低频振动(以下及正文中简称为低频振动,但这里的低频并不是传统意义上的低频)测量问题。本文着重分析了高频及低频的振动模糊图像特点及其与非往复运动的不同之处,从而根据基于运动模糊及图像矩的高速平移运动估计方法分别设计出面内高频及低频振动测量的具体方法。本文的算法可以根据一幅清晰图像及一幅运动模糊图像或两幅连续的运动模糊图像计算出低频振动的振幅,频率,相位和振动方向以及高频振动的振幅及振动方向。同时,在图像噪声水平较高时,提出了采用短运动模糊图像序列信息融合方法来测量振动参数的思路,该方法可显着提高测量精度。此外,设计了一种简便的视觉系统参数控制方法,以提高振动频率未知时的自适应性。4.定轴转动及角振动普遍存在于许多工业应用领域。本文根据圆周运动模糊图像的直角坐标系模型和极坐标系模型,分别提出了两种基于主动序列运动模糊图像及几何矩的定轴转动及角振动参数的估计算法:其一是利用运动模糊图像的直角坐标系模型估计转动或高频角振动的参数。该方法首先推导出直角坐标系下运动模糊图像的几何矩与圆周运动函数的关系定理,然后根据该定理提取图像平面上的圆周运动模糊信息,从而计算出转动或角振动的参数。其二是直接将平移运动及振动估计方法映射到的极坐标平面上,从而实现转动及角振动的测量。与现有的定轴转动及角振动测量方法相比,本文提出的方法可测量曝光时间内存在较大角位移的圆周运动。5.离面运动测量的常用方法是激光多普勒仪、电子或数字散斑干涉以及光学剪切干涉,它们均需要额外的光源及干涉光路。通过分析离面运动模糊的成因,本文提出了散焦模糊与图像放缩运动模糊相复合的离面运动模糊图像模型,并推导出离面运动模糊图像的几何矩以及离面运动函数之间的关系定理,从而根据该定理提取离面运动模糊图像中的离面运动特征并实现离面运动估计。本文提出的方法可以较准确的测量离面运动的参数。

参考文献:

[1]. 目标图像的光学相关识别与运动模糊图像恢复[D]. 陈前荣. 国防科学技术大学. 2004

[2]. 成像探测系统图像复原算法研究[D]. 洪汉玉. 华中科技大学. 2004

[3]. 基于Richardson-Lucy算法的航空运动模糊图像复原技术研究[D]. 张奋. 西安电子科技大学. 2014

[4]. 镁合金焊接过程熔滴运动图像处理算法研究[D]. 汪衍广. 南昌大学. 2016

[5]. 航空图像超分辨率重建关键技术研究[D]. 何林阳. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2016

[6]. 基于单帧单曝光图像法的多相流速度场和粒度分布测量研究[D]. 张晶晶. 上海理工大学. 2011

[7]. 图像运动模糊机理与恢复技术方法的研究[D]. 刘益民. 南京理工大学. 2008

[8]. 无线胶囊内窥镜系统及内窥图像反降晰研究[D]. 周曲. 上海交通大学. 2007

[9]. 基于模糊图像处理的煤粉颗粒参数测量研究[D]. 王若琳. 中北大学. 2014

[10]. 基于主动序列模糊图像的运动估计和振动测量[D]. 关柏青. 上海交通大学. 2007

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目标图像的光学相关识别与运动模糊图像恢复
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