大視場超高像素相機關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、對環(huán)境的感知，是人類獲取周圍環(huán)境信息的主要手段。視覺信息占人類從外界獲取信息的比例超過八成。圖像傳感器自誕生以來，給科學研究，工業(yè)生產(chǎn)，日常生活帶來了極大的影響。隨著圖像傳感器應用的逐漸擴展和深入，對傳感器的多方面參數(shù)提出了新的要求，傳感器自身也在不斷發(fā)展。大視場，高分辨率和高幀率的成像儀器一直是科學研究與工程技術(shù)工作者不斷努力的方向。在充分調(diào)研大視場，超高像素成像方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合當前快速發(fā)展的信息處理技術(shù)，本論文采用了多傳感器的方案

2、設計了一套大視場成像實驗儀器。
　　論文從以下幾個方面總結(jié)了課題的主要研究工作：
　　1、首先從機械結(jié)構(gòu)、圖像傳感器的電子驅(qū)動與數(shù)據(jù)采集、圖像數(shù)據(jù)傳輸三個方面介紹本論文中提出的平面型大視場系統(tǒng)硬件構(gòu)成。研究球面視場空間與傳感器矩形成像面的關(guān)系，確定視場分割方法。詳細介紹了子相機光軸空間指向和半球空間分割的結(jié)果?？紤]到視場分割的關(guān)鍵在于光軸指向與矩形視場的大小，保持這兩者不變可以將傳感器的位置進行局部平移。提出了一種類菲涅耳透

3、鏡的平面相機陣列結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有靈活、緊湊、便于電氣連接的優(yōu)點。研究了基于FPGA器件實現(xiàn)對多路圖像傳感器數(shù)據(jù)采集的方法。在單芯片上實現(xiàn)對圖像傳感器的曝光控制，數(shù)據(jù)采集，并實現(xiàn)了Camera Link高速數(shù)字圖像傳輸接口。使得最終的大視場相機結(jié)構(gòu)更加緊湊，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提升。并對系統(tǒng)進行測試，給出了詳細參數(shù)。
　　2、一個理想的由鏡頭和圖像傳感器組成的攝像系統(tǒng)應該是無畸變、無噪聲的空間平移不變線性系統(tǒng)，但實際物理器件會受到各種限

4、制，無法達到這一要求。課題對設計的大視場相機輻射響應特性進行了定標分析。輻射定標是指確定輸入相機的輻射亮度與相機輸出信號幅值之間的定量關(guān)系，即定量相機的輻射響應特性。由多個傳感器構(gòu)成的大視場成像設備，因為各個子相機的光學鏡頭的誤差，傳感面的感光敏感度，電子部件的不同，導致相同的場景通過不同的子相機獲得的數(shù)字圖像存在一定的差異。為了定量化這種差異對最終獲得的全景圖像的影響，我們對大視場相機的各個子相機的輻射響應進行了精確標定。包括傳感器的

5、線性和非線性輻射響應，不同曝光狀態(tài)下的暗電流幅值，和鏡頭與機械結(jié)構(gòu)引起的漸暈特性。給出了依據(jù)標定結(jié)果對圖像矯正的示例，和利用矯正圖進行拼接融合的全景圖。在大視場范圍成像場景下，整個視場內(nèi)的光照亮度差異通常會很大。傳統(tǒng)的采用廣角鏡頭和單個傳感器的形式，會導致較暗的區(qū)域和較亮的區(qū)域都無法在傳感器上得到有效的響應值。通過采用多個子相機覆蓋大的視場能夠有效緩解這種量化位數(shù)不夠帶來的局限。
　　3、為了得到大視場相機結(jié)構(gòu)中各個子相機的內(nèi)部和

6、外部參數(shù)的精確值，課題中對全部子相機的內(nèi)部和外部參數(shù)進行了標定?；谧酉鄼C的畸變參數(shù)，對采集到的圖像首先進行校正。研究了圖像拼接和全景圖的合成方法?；谖覀兊拇笠晥鱿鄼C實驗儀器，結(jié)合子相機的內(nèi)部和外部參數(shù)，利用標定獲得的內(nèi)、外參數(shù)對圖像進行初步配準，并結(jié)合圖像特征進行多相機聯(lián)合優(yōu)化。避免了多相機圖像拼接時需要逐個配準，和可能出現(xiàn)配準失效的問題。同時，采用多傳感器的大視場方案，能有效避免場景中運動物體給最終全景圖合成造成的困難。改進多波段