论文摘要
图像信息技术是信息领域包含信息量最大最重要的分支之一,在许多重要的应用领域,固体图像传感器的动态范围起着至关重要的作用,所以扩展固体传感器的动态范围是获取更多图像信息的重要手段之一。本课题研究一种大动态范围的成像(HDRI)技术,它采用空间光调制器和固体图像传感器相结合,根据固体图像传感器的输出信号调节空间光调制器的调制深度,组成一个负反馈闭环控制系统,达到扩展固体成像器件动态范围的目的。论文的主要工作有:(1)总结分析了现有扩展固体图像传感器动态范围扩展的基础上,提出了基于空间光调制器(LCoS)扩展固体图像传感器动态范围的方法,并设计完成了实验系统。现有系统可将原图像传感器的动态范围扩展42.3db。(2)对系统的反馈过程进行分析及数学描述后,确定了系统反馈的初始条件、稳定反馈的条件和无灰度倒置条件。通过实验及理论计算,设计了鲁棒PID控制器,获得了较好的实验结果;研究了直接反馈控制的可行性,通过数值计算发现在一定反馈深度范围内,直接反馈可以使输出图像达到收敛。(3)讨论了HDRI系统中莫尔条纹的产生以及消除系统中莫尔条纹的方法。分别使用基于快速傅立叶变换的切口滤波器的方法、模板插值法和柔化法来消除莫尔条纹,达到了目的。(4)提出基于硬件系统CLUT表的自适应调整成像对比度方法和基于液晶调制电压自适应调整成像对比度的方法,提高了HDRI系统输出图像的质量。(5)分析了系统脱机的可能性后,根据HDRI系统需求及FPGA的特点,设计了系统脱机方案,并对方案中各个模块进行了规划。设计了FPGA的嵌入式程序,分析了FPGA的工作时序。
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摘要ABSTRACT目录第一章 绪论§1.1 图像获取技术的发展§1.2 图像的动态范围§1.3 图像动态范围扩展的方法1.3.1 图像动态范围的硬件扩展1.3.2 图像动态范围的软件扩展1.3.3 基于空间光调制器的图像动态范围扩展§1.4 论文的立项依据、研究内容§1.5 论文的总体结构第二章 HDRI系统控制器的研究§2.1 HDRI系统介绍2.1.1 系统组成2.1.2 系统工作过程2.1.3 LCoS空间光调制器2.1.4 CMOS图像传感器2.1.5 实验系统组成§2.2 系统反馈原理2.2.1 系统反馈2.2.2 反馈初始条件2.2.3 稳定反馈条件2.2.4 灰度无倒置条件§2.3 鲁棒PID控制2.3.1 系统模型分析2.3.2 参数整定2.3.3 实验结果2.3.4 响应速度分析2.3.5 系统稳定时间测试2.3.6 结论§2.4 直接反馈控制2.4.1 实验问题及分析2.4.2 数值计算2.4.3 实验结果2.4.4 响应速度分析2.4.5 系统稳定时间测试2.4.6 结论§2.5 动态范围测试2.5.1 动态范围测试系统2.5.2 测试结果2.5.3 动态范围分析§2.6 本章小节第三章 HDRI系统中莫尔条纹的处理方法研究§3.1 HDRI系统中的莫尔条纹3.1.1 单光栅检测技术研究基础3.1.2 莫尔条纹的产生3.1.3 HDRI系统中的莫尔条纹§3.2 基于FFT的莫尔条纹处理方法3.2.1 "切口"滤波器3.2.2 多点高斯滤波器3.2.3 结论及分析§3.3 HDRI系统中莫尔条纹插值法的处理研究3.3.1 理论基础3.3.2 图像处理方法及结果3.3.3 结论及分析§3.4 柔化法去除莫尔条纹3.4.1 柔化法3.4.2 基于高斯滤波器进行系统分析3.4.3 柔化法对动态范围扩展的影响§3.5 本章小节第四章 增强HDRI系统输出图像方法研究§4.1 理论基础4.1.1 查找表法4.1.2 直方图4.1.3 直方图的均衡化4.1.4 直方图的规定化4.1.5 图像质量的评判标准§4.2 基于CLUT表的自适应对比度调节方法4.2.1 系统基础4.2.3 调节方法4.2.4 实验结果及分析§4.3 自适应可连续调节对比度方法4.3.1 系统基础4.3.2 调节方法4.3.3 实验结果及分析§4.4 本章小节第五章 系统脱机的可行性分析及方案§5.1 系统脱机可行性分析5.1.1 算法的脱机可行性5.1.2 处理器选择5.1.3 高速大容量缓存方案的选择§5.2 脱机系统方案§5.3 FPGA设计5.3.1 乒乓存储控制及XGA输出的FPGA实现5.3.2 反馈控制器的FPGA实现5.3.3 自适应图像增强方法的FPGA实现§5.4 本章小节第六章 总结与展望参考文献附录 攻读博士学位期间取得的成果1、参与科研项目2、以第一作者发表及录用的论文3、以第二、三作者发表及录用的论文4、专利情况致谢
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