多孔径变分辨率光学系统设计与图像重构技术研究

论文摘要

视场和分辨率是用来评价一个光学系统重要的指标,大视场高分辨率的光学系统在密集场所人流监控、国土测量等方面有着广泛的应用。但是,对于传统的成像系统来说,在不使用分辨率更高的探测器或者性能更好的成像系统情况下,无法从根本上解决大视场与高分辨率兼顾的问题。因此,借助近年来迅速发展的计算光学手段,结合传统的成像光学系统,可以在仅提升少量的成本下兼顾大视场和高分辨率的性能[1]。本文从多孔径成像技术出发,借助棱镜偏折视场的能力,设计出了可见光波段多孔径棱镜阵列光学系统,借助图像拼接配准等手段,可以实现重叠区域超分辨、未重叠区域不损失原有分辨率的大视场变分辨率的目标。现阶段多孔径成像系统依据探测器的相对位置可分为共心结构和平面结构,本文中选用棱镜阵列多孔径平面结构。平面结构的多孔径系统并未能较大幅度的增加视场角,借助棱镜对视场的偏折能力,即增加一侧的视场角同时减小另一侧的视场角,选取合适的楔角可以使得偏折后的视场大小和原视场大小近似,保证引入棱镜不会降低分辨率。同时,还可以利用复合棱镜组合消色差原理对引入的色差进行控制。在参考其他已经设计出的多孔径光学成像系统,本文对可见光波段的多孔径系统采用3?3阵列排布方式,设计指标要求最终的成像视场达到140??105?,实物尺寸不超过200mm?200mm?200mm。前期光学系统的设计完成后需要进行加工装调工作,利用优化好的系统实物进行实景的图像采集,将9个孔径获取的图像进行预处理以校正棱镜引入的畸变,将9张无畸变的图像进行插值并投影至高分辨率物空间网格,本文基于改进的SURF算法,利用亚像素级的图像配准重构出重叠区域超分辨、未重叠区域不损失原有分辨率的大视场成像效果。最终的结果满足系统规定的设计指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及研究的目的和意义
•   1.2 多孔径光学系统及图像变分辨技术的研究现状
•     1.2.1 多孔径光学系统研究现状
•     1.2.2 图像配准技术研究现状
•     1.2.3 变分辨率技术研究现状
•   1.3 本文主要研究内容
• 第2章 多孔径变分辨率计算成像原理及系统设计
•   2.1 引言
•   2.2 棱镜阵列系统成像理论
•     2.2.1 棱镜阵列成像原理
•     2.2.2 棱镜阵列系统设计理论
•   2.3 棱镜阵列光学系统设计
•     2.3.1 可见光消色差棱镜阵列系统设计
•     2.3.2 确定棱镜楔角
•     2.3.3 可见光棱镜阵列多孔径系统建模
•     2.3.4 多孔径系统成像仿真分析
•   2.4 棱镜阵列多孔径系统变分辨率成像理论
•   2.5 可见光棱镜阵列多孔径系统实物装调
•   2.6 本章小结
• 第3章 多孔径变分辨率图像匹配技术研究
•   3.1 引言
•   3.2 可见光棱镜阵列系统子图像畸变校正
•     3.2.1 基于棱镜阵列成像模型的畸变校正原理
•     3.2.2 畸变校正结果与评价
•   3.3 图像配准技术
•     3.3.1 图像配准流程
•     3.3.2 图像配准基本框架
•   3.4 图像变换模型
•     3.4.1 刚体变换
•     3.4.2 仿射变换
•     3.4.3 投影变换
•     3.4.4 非线性变换
•   3.5 基于SURF算法的图像配准技术研究
•     3.5.1 图像特征点检测
•     3.5.2 特征点的特征向量计算
•     3.5.3 特征点匹配
•   3.6 本章小结
• 第4章 多孔径变分辨率图像超分辨率技术研究
•   4.1 引言
•   4.2 多孔径变分辨率图像超分辨率算法设计
•   4.3 图像特征匹配算法优化
•   4.4 变分辨率多孔径子图像像素重排法和图像重采样
•     4.4.1 像素重排法
•     4.4.2 图像重采样技术
•   4.5 多孔径变分辨率图像超分辨率重构
•   4.6 图像重构结果分析与评价
•   4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李善闯

导师: 陈守谦

关键词: 棱镜阵列,多孔径系统,大视场,变分辨率,计算成像,图像超分辨

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: O439;TP391.41

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002309

总页数: 81

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