全景視覺(jué)圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法研究.pdf

1、全景視覺(jué)成像系統(tǒng)是由光敏元件，成像透鏡和二次旋轉(zhuǎn)曲面反射鏡組成，能夠一次獲取水平方向360度全景圖像的視覺(jué)系統(tǒng)。全景視覺(jué)成像系統(tǒng)以其“成像一體化、360度大視場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)不變性”等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)相關(guān)的工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，在視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議、外太空探測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人導(dǎo)航等應(yīng)用領(lǐng)域中表現(xiàn)出比傳統(tǒng)成像系統(tǒng)更大的優(yōu)越性。然而除了具備大視場(chǎng)外，一個(gè)完善成像系統(tǒng)還應(yīng)具有高質(zhì)量圖像。全景圖像質(zhì)量下降主要表現(xiàn)在：校準(zhǔn)精度不足導(dǎo)致系統(tǒng)失去

2、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性從而產(chǎn)生圖像畸變、視場(chǎng)角擴(kuò)大導(dǎo)致的圖像角分辨率的降低，以及光學(xué)系統(tǒng)散焦、噪聲等因素導(dǎo)致的圖像模糊。因此，在全景成像系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)及光學(xué)器件確定的情況下，如何提高圖像的質(zhì)量成為一個(gè)有意義的研究課題。
　　 論文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《全景視覺(jué)分辨率增強(qiáng)方法研究》，對(duì)全景視覺(jué)成像系統(tǒng)的圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。在深入分析全景視覺(jué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性和成像機(jī)理的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字圖像處理理論與方法，從理論與實(shí)驗(yàn)仿真的

3、角度出發(fā)，探究了全景成像系統(tǒng)產(chǎn)生圖像降質(zhì)的原因，提出了一些改善全景圖像質(zhì)量的針對(duì)性方法。
　　 論文的主要工作如下：
　　 1)提出了一種基于單視點(diǎn)約束的全景視覺(jué)系統(tǒng)校準(zhǔn)方法?；诳臻g圓的透視投影原理，借助反射鏡上端面的邊緣設(shè)計(jì)了用于校準(zhǔn)的標(biāo)定模板。首先利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正了圖像的光學(xué)畸變，然后利用反射鏡上端面的像點(diǎn)估計(jì)反射鏡相對(duì)于相機(jī)的位置和姿態(tài)，并以此指導(dǎo)系統(tǒng)校準(zhǔn)使之滿足單視點(diǎn)約束。仿真和真實(shí)圖像實(shí)驗(yàn)共同驗(yàn)證了測(cè)定方法的

4、精確度和有效性。
　　 2)在掌握了全景圖像PSF模型的先驗(yàn)知識(shí)和模糊區(qū)域分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了一種全景圖像徑向移變的PSF建模方法。首先利用模糊邊界圖像的一維剖面曲線來(lái)估計(jì)圖像的模糊尺度，然后通過(guò)對(duì)模糊尺度徑向變化特性的分析，將全景圖像分為若干模糊帶，最后采用基于邊界擴(kuò)散函數(shù)的PSF建模方法辨識(shí)出各模糊帶的PSF模型。該方法無(wú)需大量盲目的圖像分割運(yùn)算，在有限的徑向邊緣區(qū)域建立了全局PSF模型，而且得到的PSF模型不隨場(chǎng)景改變

5、。
　　 3)針對(duì)全景視覺(jué)系統(tǒng)的成像特點(diǎn)，提出了一種基于改進(jìn)的動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整(DTW)算法的全景圖像亞像素配準(zhǔn)方法。在分析系統(tǒng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)或平移前后像點(diǎn)沿周向和徑向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，考慮到這種局部伸縮的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與語(yǔ)音信號(hào)的相似性，提出基于一種經(jīng)典的語(yǔ)音識(shí)別算法的全景圖像配準(zhǔn)方法。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于DTW算法的全景圖像亞像素配準(zhǔn)方法能夠有效地配準(zhǔn)具有非線性成像特點(diǎn)的全景圖像。
　　 4)根據(jù)全景圖像的降質(zhì)模型的空間移變的

6、特性，研究了基于POCS算法的全景圖像超分辨率重建方法。鑒于POCS算法容易導(dǎo)致圖像出現(xiàn)邊緣震蕩且對(duì)噪聲的抑制能力有限，將正則化理論與凸集投影方法相結(jié)合，提出了一種改進(jìn)的POCS算法-Tikhonov-POCS超分辨率重建算法。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Tikhonov-POCS算法能夠很好的抑制圖像邊緣的震蕩偽像和噪聲，并且可以有效地恢復(fù)成像系統(tǒng)下采樣過(guò)程中丟失的細(xì)節(jié)信息。
　　 全景視覺(jué)成像系統(tǒng)在工程上的廣泛應(yīng)用前景使其成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的