论文题目: 光电成像系统建模及性能评估技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 胡方明
导师: 张建奇
关键词: 光电成像系统,动态三维场景,现场性能评估,计算机性能客观判定,运动效应,系统级测量参量,客观度量准则
文献来源: 西安电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 光电成像系统的理论建模、成像仿真和性能评估是光电成像技术领域的重要研究内容之一,也是成像领域的研究热点。建立可靠而有效的成像仿真与评估模型,不仅可以为成像系统的优化设计提供参考依据,缩短系统的设计周期；还可以避免代价昂贵的军事试验,节约军事开支,提高工作效率。本文针对新型光电成像系统(微光与红外成像系统)的成像特性,研究了光电成像传感器的成像仿真及性能评估方法。主要完成内容：(1)针对目标和背景特性,以目标环境的光学特性模型、环境辐射传输模型为理论基础,利用Multi一Creator三维建模工具和视景驱动软件Vega,分别实现了地面背景可见光三维场景、红外三维场景和微光三维场景的生成,重点研究了三维地形的描述方法、过渡光电纹理的生成方法、地形表面的网格划分方法。(2)光电成像系统建模及成像仿真。依据光电成像系统的基本参量：视场、帧频,首次推导了场景图像灰度到光电成像系统输出图像的灰度转换模型；并利用调制传递函数和三维噪声模型,模拟了光电成像系统各模块对成像的降质效应；首次提出了基于系统级的测量参数：SiTF、MTF、NETD、噪声等效背景照度的光电输出成像的仿真方法,并给出了仿真结果。(3)针对成像系统的动态特性,利用数值积分方法对各种运动效应：线性运动、振动和随机运动进行了理论建模,重点研究了低频振动参量：振动振幅、曝光时刻、曝光时间和振动周期对成像质量的作用；以仿真成像为基础,提出了基于人眼视觉和机器视觉的成像系统现场性能预测方法。(4)依据人眼对红外图像中目标的识别流程,提出了基于改进BP神经网络算法(尺度化共轭梯度法(SCG))的成像系统现场性能表征的计算机客观判定技术,结合外场观测试验数据,初步建立了目标特征参量与目标探测识别概率的特性曲线。(5)提出了基于成像质量客观度量准则的成像系统评价的方法,给出四种典型客观度量准则：归一化最小方差、保真度、相关度和信息率的性能评价函数,理论推导了它们之间的相互关系；针对光电成像系统的能量分辨率损失和空间分辨率损失仿真图像,计算比较了四种客观度量的输出结果,深入分析了成像系统物理效应与客观度量准则的定量关系,验证了客观度量函数在性能评价中的使用范围。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及重要意义
1.2 国内外发展概况
1.3 研究内容和总体研究思路
1.3.1 研究目标和内容
1.3.2 总体研究思路
1.3.3 研究方法
1.4 论文结构和创新点
1.4.1 课题来源
1.4.2 内容结构
1.4.3 创新点和特色
第二章 三维光电场景理论建模及生成方法
2.1 光电场景仿真的理论基础
2.2 光电场景仿真的基本思路
2.3 基于Vega的光电场景仿真系统
2.3.1 三维场景的建模
2.3.2 地物温度指定与光电纹理影射
2.3.3 光电成像系统视场图像生成
2.4 小结
第三章 光电成像系统建模及成像仿真
3.1 红外成像系统的结构框图
3.2 光电场景图像与系统输出图像比较
3.3 光电场景图像的裁剪
3.3.1 时间裁剪
3.3.2 空间裁剪
3.4 场景图像灰度值到系统输出图像灰度值的转换方法
3.4.1 红外成像系统
3.4.2 微光成像系统
3.5 基于系统结构参数的物理效应建模与仿真
3.5.1 空间传递特性仿真
3.5.2 光电成像系统的噪声模型
3.6 基于系统级测量参量的成像仿真
3.6.1 系统级测量参量
3.6.2 红外成像系统
3.6.3 微光直视与电视成像系统
3.7 成像仿真效果的验证
3.7.1 红外成像系统仿真效果验证
3.7.2 微光成像系统仿真效果验证
第四章 光电成像系统外场性能预测
4.1 引言
4.2 图像运动的表征模型
4.2.1 线性运动传递函数
4.2.2 正弦运动传递函数
4.3 外场性能预测实现方法
4.3.1 基于性能模型的现场性能预测
4.3.2 基于仿真图像的人眼视觉成像系统现场性能预测
4.3.3 基于光电仿真图像的机器视觉成像系统现场性能预测
第五章 探测识别性能的计算机客观判定方法研究
5.1 探测识别性能的计算机客观判定思想
5.2 成像目标的视觉判定特性和Johnson准则
5.3 光电图像的视觉识别过程仿真
5.3.1 图像预处理模块
5.3.2 图像分割模块
5.3.3 目标抽取模块
5.3.4 特征计算模块
5.3.5 特征分类模块
5.4 实验数据统计与分析
5.4.1 正交试验法
5.4.2 实验计划与结果统计
5.4.3 实验结果分析
第六章 基于光电图像客观度量准则的成像系统评价
6.1. 客观度量准则
6.2 四种客观度量的理论模型
6.2.1 归一化最小方差函数
6.2.2 保真度函数
6.2.3 相关度函数
6.2.4 信息率函数
6.3 评价效果分析
6.4 结论
第七章 结论
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的研究成果
发布时间: 2010-08-25
参考文献
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