高分辨率全景成像系統(tǒng)及其視覺應用研究.pdf

1、本文工作主要圍繞全景環(huán)形透鏡的高分辨率成像及其視覺應用技術研究，本文中所使用的全景環(huán)形透鏡可以實現(xiàn)無掃描的360°成像，它可以瞬間捕獲圍繞光軸的水平360°視場，在垂直方向上可以獲得(—10°—40°)的視場，即可以實現(xiàn)光學系統(tǒng)的后方成像。因此在視頻監(jiān)控，機器人視覺和虛擬現(xiàn)實等領域有著廣闊的應用前景。全景環(huán)形透鏡的大視場是以分辨率的降低作為代價，因此全景環(huán)形透鏡如果要應用到監(jiān)控和預警中，必須解決分辨率過低的問題。本文中對該問題進行了深入

2、的分析和研究，首先不改變現(xiàn)有的系統(tǒng)硬件條件，從信號處理方面提高全景圖像的分辨率，提出了全景超分辨率圖像復原算法，使用超分辨率復原算法提高系統(tǒng)空間分辨率的能力有限。如果要遠距離探測，必須從光學系統(tǒng)和硬件方面提高系統(tǒng)的空間分辨率。本文提出了大面陣CCD成像和CMOS傳感器拼接的全景成像方案，對大口徑高分辨率全景成像進行了深入的研究。最后本文對全景成像在智能網(wǎng)絡監(jiān)控和智能駕駛安全系統(tǒng)方面進行了相關的理論研究和應用探索，實際結果表明全景在監(jiān)控和

3、機器人領域比常規(guī)的成像系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，論文具體內(nèi)容介紹如下：
　　 第一章介紹了全景高分辨率成像的研究背景，分析了基于中心投影法的魚眼透鏡和使用常規(guī)鏡頭旋轉(zhuǎn)掃描成像的優(yōu)缺點，建立了單反射面全景成像的幾何模型并分析了不同反射面的特性，分析了全景環(huán)形透鏡的結構，最后介紹了本文的研究內(nèi)容和主要工作。
　　 第二章詳細分析了全景環(huán)形透鏡的光學特性，分別建立了非球面全景環(huán)形透鏡和全球面全景環(huán)形透鏡的幾何數(shù)學模型，從光學原理上推

4、導了全景的物像關系，并進行了相關的實驗。詳細分析了小口徑全景環(huán)形透鏡的景深，焦距，分辨率和轉(zhuǎn)像透鏡的光學結構等，最后介紹了二元光學在提高全景環(huán)形透鏡衍射極限中的作用。
　　 第三章提出了全景超分辨率圖像復原算法。首先建立了成像觀測模型，詳細研究了全景環(huán)形透鏡的分辨率特性和二維和三維線性化過程中分辨率的不均勻問題。在單幀全景頻域超分辨率中我們提出了最優(yōu)三次內(nèi)核算法，詳細分析了頻域全景高頻細節(jié)信息的恢復理論，研究并將Bezier曲面

5、三維插值和自適應邊緣保持算法應用于全景圖像質(zhì)量的改善，并提出了加速算法。最后研究了多幀空域中全景的凸集投影(POCS)超分辨率復原算法。
　　 第四章研究了大口徑全景環(huán)形透鏡高分辨率成像系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。詳細分析了大口徑全景環(huán)形透鏡的光學特性參數(shù)，研究了大面陣CCD全景成像系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的性能和不足之處。本文設計并實現(xiàn)了3個小面陣CMOS圖像傳感器掃描成像的方案，詳細分析了3—CMOS系統(tǒng)理論上可以達到8000萬像素的分辨率。

6、以DSP為核心設計并實現(xiàn)了掃描控制系統(tǒng)和高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，對于由于電機抖動和加工精度帶來的圖像不穩(wěn)定，研究了基于加速度計的穩(wěn)像原理和算法，最后研究了小面陣圖像的全景圖像融合和拼接技術。
　　 第五章研究了全景視覺技術的應用。研究了基于全景的分辨率自適應智能網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)，分析了分辨率自適應的原理和人臉檢測算法，設計和開發(fā)了全景智能網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)樣機，并對其性能進行了測試。提出了基于全景視頻技術的智能駕駛安全系統(tǒng)，研究了基于遺傳算法的