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彩色图像传感器的平场方法研究

彩色图像传感器的平场方法研究

作者：李东光哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

目前彩色图像传感器集成工艺非常成熟,被广泛应用于航空航天、遥感成像、工业监测等各个领域。彩色图像传感器以其集成度高,功耗低,驱动简单等优点被广泛应用。但彩色图像传感器像素响应不一致产生的非均匀噪声导致输出图像的不均匀,会... 详细信息

目前彩色图像传感器集成工艺非常成熟,被广泛应用于航空航天、遥感成像、工业监测等各个领域。彩色图像传感器以其集成度高,功耗低,驱动简单等优点被广泛应用。但彩色图像传感器像素响应不一致产生的非均匀噪声导致输出图像的不均匀,会严重影响成像质量。其次,异色像素间发生的串扰现象会导致图像传感器像素光子响应曲线呈现出非线性特征,降低图像数据的信噪比,造成图像信息的缺失。本论文通过建立像素响应模型,对像素间串扰量补偿后进行偏置校正与增益校正获得像素理想输出值。利用像素实测灰度值数据与像素理想灰度值数据作为学习集进行神经网络训练,应用训练后神经网络对彩色图像传感器进行平场校正。为了对图像传感器像素灰度数据的采集与校正算法的实现,设计搭建了一套彩色图像传感器测试系统。整个系统结构分为上位机系统与下位机系统两部分,上位机系统由数据采集软件构成,下位机主要包括数据采集电路、光源、光强传感器。通过上位机就与下位机交互控制完成曝光量的设置、图像灰度数据的采集和相关的计算,为后续图像传感器校正提供硬件基础。在光子转换理论基础上,提出了一种基于邻域像素串扰补偿的神经网络平场校正方法,该方法通过对异色像素间进行串扰量补偿,对各像素进行增益系数校正与偏置系数校正求取像素平场理想值,解决了各像素校正参数相同导致误差偏大等问题,提高了平场校正精度。根据彩色图像传感器拜尔阵列排布规律,搭建神经网络进行训练,将原始图像灰度数据作为神经网络输入端,处理后理想灰度值作为输出值,搭建神经网络进行实验。神经网络初步搭建完成之后,对网络模型结构与参数进行优化,对各结构与参数对网络影响进行表征,选择最佳网络结构与参数。优化后进行验证数据集实验,神经网络损失值较小,收敛明显,证实了神经网络的有效性与可行性。对实拍图像进行验证,从传统客观图像评价指标分析,经本方法校正后,峰值信噪比为55.928 d B,均方根误差为0.183,平整度为0.0111,相较于校正前图像,峰值信噪比提高9.03 d B,均方根误差降低0.969,平整度降低0.0695。依据平场校正后单色光均匀曝光图像应该含有更低对比度原则,对校正前后图像灰度数据进行傅里叶展开,将图像空间域信息转换为频率域信息,比较校正前后图像频谱图可知,校正后图像高频信息减少,图像均匀度更好。本课题研究所提出的平场校正方案在像素串扰补偿的基础上应用神经网络对彩色图像传感器进行平场校正,提出了评估平场校正效果的新方法。实验结果在主观观察、客观评价指标验证上均取得较好的结果,表明本方案对彩色图像传感器具有较好的平场校正效果。本研究基于光子转换理论提出了一种解决彩色图像传感器响应非平场问题的新思路,并对传统基于场景的图像传感器校正算法进行优化,可有效提高工业生产实践中图像传感器输出图像质量。

关键词：彩色图像传感器人工神经网络光子转换理论平场校正像素串扰

基于人工神经网络的图像传感器串扰及色彩混叠补偿研究

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基于人工神经网络的图像传感器串扰及色彩混叠补偿研究

作者：金敬文哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

图像传感器是决定图像成像质量的关键因素,而图像传感器多像素间的串扰量测量一直是个难题,彩色面阵图像传感器不仅存在相邻像素间的电荷串扰现象,还存在异色像素间色彩混叠效应。像素间串扰及色彩混叠都属于固定模式噪声,这种噪声降低... 详细信息

图像传感器是决定图像成像质量的关键因素,而图像传感器多像素间的串扰量测量一直是个难题,彩色面阵图像传感器不仅存在相邻像素间的电荷串扰现象,还存在异色像素间色彩混叠效应。像素间串扰及色彩混叠都属于固定模式噪声,这种噪声降低了图像数据的信噪比,给后续的图像处理造成了一定的困难。目前的研究虽然能够在一定程度上解决固定模式噪声问题,但精度不够高。本文通过建立像素响应模型,提出了在平场光下测量彩色图像传感器相邻像素串扰及色彩混叠的方法;提出了用神经网络校正模板对图片进行遍历替代高维神经网络的校正方法,降低了神经网络规模和训练复杂度;提出了评估图像传感器补偿效果的新方法,通过傅里叶展开,将图像的空间数据变换到频率域,根据高频分量的改变,评估补偿结果。根据图像传感器像素的响应特性,本文提出了基于串扰不显著区,建立像素响应模型算法的方法。依据像素响应模型的特点,设计了单色曝光实验,构造了在平场光下计算彩色图像传感器相邻像素串扰及色彩混叠的方法;同时设计了组合曝光实验,提出了利用不同比例光照产生的像素响应测量值与理论值,构造人工神经网络学习集的方法。根据图像传感器像素排列规律,训练了4个3*3神经网络模板。通过对神经网络结构与参数的调整优化,提高了神经网络预测的精度,分别确定了4个神经网络模板的结构与参数。神经网络模板训练完成后,对图像传感器拍摄的原始图像,调用对应的神经网络模板进行遍历校正,补偿了图像传感器。给出了三种对图片校正的评价,提出了一种针对补偿后图像评价的新方法。首先对图像的直观显示效果进行了分析,校正后的图像色彩显示效果有了明显改善,图片细节更丰富。其次对图片的灰度直方图结果进行了分析,校正后的图像灰度直方图像素分布更集中,中间区域细节部分像素更多。最后依据补偿后图像传感器输出的图像数据应该有更高的对比度的原则,提出了通过比较图片校正前后的傅里叶展开图,将图片的空间信息转变为频域信息,比较图片校正前后的高频分量的改变,来评估图片校正效果的方法。从横纵两个方向展开的傅里叶变换图比较均可以得出结论,校正后的图片高频及中频信息更丰富,层次感更分明。本文提出了基于图像传感器像素响应特性的校正方法,研究了串扰补偿及色彩混叠分离问题;提出了用神经网络校正模板对图片进行遍历替代高维神经网络的校正方法,降低了神经网络规模和训练复杂度;提出了评估图像传感器补偿效果的新方法。实验结果表明,经补偿后的图像传感器生成的图像色彩更接近于真实色彩,纹理细节、边缘特征更加丰富,色彩过渡更加细腻。本课题提出的补偿方法能够有效的改善图像传感器因结构、工艺问题带来的像素间串扰及色彩混叠问题,给出了一种串扰补偿及色彩混叠分离处理的新思路。

关键词：图像传感器像素串扰色彩混叠串扰不显著区神经网络模板

CCD读出电路中数字补偿式一阶模拟滤波器设计

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光电工程 2008年第6期35卷 135-140页

作者：裴晓旭鞠浩张建勋南开大学机器人与信息自动化研究所天津300071

CCD读出电路中低通滤波器在改善系统输出信噪比的同时,不可避免地会产生像素串扰,造成信息畸变。本文针对CCD读出电路中像素串扰造成的信息畸变问题进行理论分析,推导出信息畸变度与一阶低通模拟滤波器截止频率的关系。并针对视频模拟... 详细信息

CCD读出电路中低通滤波器在改善系统输出信噪比的同时,不可避免地会产生像素串扰,造成信息畸变。本文针对CCD读出电路中像素串扰造成的信息畸变问题进行理论分析,推导出信息畸变度与一阶低通模拟滤波器截止频率的关系。并针对视频模拟滤波电路中高阶滤波器的实现困难,提出一种数字补偿式一阶低通模拟滤波器的设计方法,该方法根据本文对信息畸变理论的分析,采用一阶低通滤波器,在满足信息畸变度的前提下,极大降低系统截止频率,达到了应用系统的带宽要求,从而可以在应用系统设计中以一阶滤波器替代高阶滤波器。并设计实验进行验证,证明了该方法的正确性与有效性。

关键词：像素串扰读出电路一阶滤波器 CCD

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残余振动导致激光雷达成像模糊的研究

红外与激光工程 2011年第11期40卷 2174-2179页

作者：苏恒严惠民张秀达杨超浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

由于机载凝视成像激光雷达对地测距采用稳定平台,抑制了飞行过程中的高频振动,随机振动影响成像质量的成分主要是中低频振动。建立了随机振动模糊的理论模型,分析了采用多曝光叠加的动态成像过程中像素间串扰的影响机理。结合双通道三... 详细信息

由于机载凝视成像激光雷达对地测距采用稳定平台,抑制了飞行过程中的高频振动,随机振动影响成像质量的成分主要是中低频振动。建立了随机振动模糊的理论模型,分析了采用多曝光叠加的动态成像过程中像素间串扰的影响机理。结合双通道三维主动测距方案,通过对具体的稳定平台振动谱的分析,研究了曝光时间与像素串扰半径、相对测距误差系数之间的关系。通过仿真程序得出满足横向分辨率要求下的最佳曝光时间,从而提高了系统的测距性能。

关键词：成像激光雷达稳定平台随机振动像素串扰相对测距误差系数

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投影式三维集成成像特性理论表征研究

投影式三维集成成像特性理论表征研究

作者：卜庆风西安电子科技大学

学位级别：硕士

集成成像是三维显示领域的一个重要课题。它不需要相干光源,也不需要佩戴特殊眼镜。在三维电视、立体投影技术、医学三维成像等领域具有重要的研究意义和广阔的应用背景。本文针对投影式三维集成成像系统,详细分析了系统模块的各种物... 详细信息

集成成像是三维显示领域的一个重要课题。它不需要相干光源,也不需要佩戴特殊眼镜。在三维电视、立体投影技术、医学三维成像等领域具有重要的研究意义和广阔的应用背景。本文针对投影式三维集成成像系统,详细分析了系统模块的各种物理效应,建立了各模块的调制传递函数模型,基于人眼的视觉特性,构建了人眼感知对比度阈值曲面性能模型。利用几何光学和波动光学理论分析了透镜阵列误差对三维重构图像的影响,采用光线追迹模型建立了重构图像的点列图,并用计算集成成像的方法对结果进行验证。

关键词：三维集成成像系统调制传递函数感知对比度阈值曲面图像扭曲像素串扰

CMOS图像传感器微透镜平移算法的研究与实现

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电子设计工程 2016年第23期24卷 190-193页

作者：姚洪涛魏巍谷元保长春理工大学系统芯片与集成系统研究室吉林长春130022

本文介绍了几种较为经典的基于CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器的微透镜平移算法,针对其不足,提出了一种基于最小串扰的改进算法,并且在CMOS图像传感器光学仿真平台上进行了仿真测试及验证,该算法在对微透镜... 详细信息

本文介绍了几种较为经典的基于CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器的微透镜平移算法,针对其不足,提出了一种基于最小串扰的改进算法,并且在CMOS图像传感器光学仿真平台上进行了仿真测试及验证,该算法在对微透镜平移的基础上解决了因为平移量的计算不精确和计算量过大的问题,提高了CMOS图像传感器成像质量。

关键词： CMOS图像传感器微透镜平移像素串扰模块分组