高动态CCD摄像机设计与实现方法研究

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题名	高动态CCD摄像机设计与实现方法研究
作者	曹军峰
学位类别	硕士
答辩日期	2012-05-29
授予单位	中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点	中国科学院沈阳自动化研究所
导师	罗海波
关键词	CCD 高动态成像图像融合色调映射直方图均衡图像分割模糊C均值聚类
其他题名	Research of CCD Camera
学位专业	模式识别与智能系统
中文摘要	随着计算机和多媒体技术的发展，视频监控、医学影像、高性能摄影、虚拟现实等领域对图像的质量提出了越来越高的需求。普通相机所能覆盖的动态范围极其有限，通过计算机渲染工具生成或从多幅不同曝光时间的图像中恢复场景辐射图的方法能够得到高动态的图像。高动态图像能更精确地反应场景中的亮度，提供更丰富的对比度，是提高图像质量的基础。然而普通显示设备的动态范围目前很难提高，所能表现的细节层次的丰富程度有限。因此，通过色调映射算法压缩高动态范围图像，使之能够适应低动态范围的显示设备，再现高动态范围图像丰富的细节有着重要意义。对多幅不同曝光量的图像直接进行融合处理，使得融合后的图像包含每幅图像中的细节信息是另一种比较直接的扩展动态范围的方法。本文首先对色调映射算法进行了研究，工程上最常用的直方图均衡算法不仅可以用于图像增强，还可以直接用于色调映射。针对直方图均衡算法及其改进算法所存在的问题，提出了一种基于聚类分割和直方图均衡的色调映射算法，兼顾了细节增强能力和噪声抑制能力，取得了较好的效果。其次，对融合不同曝光图像的高动态成像方法进行了研究。与先合成高动态辐射图然后再利用色调映射算法输出显示的方法相比，融合不同曝光图像的高动态成像方法具有直接、不易产生光晕以及数据存储量小等优点。因此，本文的高动态摄像机系统也选择此方法进行设计。对目前应用比较广泛的图像融合算法进行了研究和实验比较，实验表明，基于提升小波的图像融合算法具有融合效果好、利于硬件实时实现等优点，本文最终选择了基于提升小波的图像融合算法作为实时实现的算法。最后，进行了高动态范围摄像机系统的设计与实现。对CCD的工作原理和控制方法进行了研究，开发了一种基于FPGA+DSP架构的高动态CCD成像系统，选用了高性能的16位模拟前端，使得相机对辐射的分辨能力大大提高，详细介绍了系统的硬件电路设计和相关模块的程序实现过程。最终实现了图像的采集、存储、传输、显示功能。此外，还实现了两次曝光功能，即在一场（20ms）时间内获取两幅不同曝光时间的图像，并将图像实时传输到DSP中，为动态范围扩展奠定了基础。本文研究在嵌入式系统上实现高动态图像生成，为高动态图像的实时获取提供了基础，有着广阔的应用前景。
语种	中文
公开日期	2012-07-26
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.sia.ac.cn/handle/173321/9083]
专题	沈阳自动化研究所_光电信息技术研究室
推荐引用方式 GB/T 7714	曹军峰. 高动态CCD摄像机设计与实现方法研究[D]. 中国科学院沈阳自动化研究所. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2012.