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基于图像的光测成像系统自动调焦方法研究

作　者: 耿道鹏
导　师: 于起峰；伏思华
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 图像处理自动调焦运动目标图像清晰度评价函数大气湍流
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 220次
引　用: 4次
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内容摘要

在靶场测量等的光测成像系统中,获取清晰的图像是进行高精度测量的必要条件。目前,这些系统均采用人工调焦的方式,效率低且受人为因素影响大,很难保证得到全程清晰的目标图像。本文的目的就是研究基于图像的快速自动调焦系统,使之对运动速度较快、形状复杂的靶场目标能够进行准确调焦。论文在系统介绍自动调焦原理和分类的基础上,阐述了基于图像处理的自动调焦方法,分析了其优越性。该方法利用对图像处理后的信息作为电动镜头调焦的判据,驱动电动镜头调焦直至最佳聚焦点,使成像清晰。论文首先对该方法的图像清晰度评价函数进行了系统论述,并通过实验对各清晰度评价函数的综合性能进行了分析和比较;然后针对运动目标成像特点,确定了适合本课题的调焦搜索控制策略。最后,根据现有条件搭建了自动调焦硬件系统,使用VC++编程语言编写了系统控制软件程序,设计了室内、室外运动目标自动调焦实验,并对实验结果进行了分析。实验表明本文所研究的针对运动目标的基于图像的自动调焦方法在理论及技术实现上都是可行的。在“长距离轨道几何参数摄像测量系统”的测量过程中,需要对电动镜头的焦距、聚焦、光圈进行实时调节,本文对其中电动镜头自动调焦部分进行了改进,并完成了整个系统的外场实验,得出了满意的数据结果。另外,大气湍流对轨道几何参数摄像测量系统的精度有较大影响,为了解决这一问题,论文对大气湍流造成的成像抖动进行了理论分析,然后通过反复实验确定出“滑动窗口滤波”这一解决方案。实验结果表明,该方案能有效消除湍流大气的影响。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 自动调焦技术的发展概况与现状  12-14
    1.2.1 传统自动调焦技术的发展概况  12-13
    1.2.2 图像式自动调焦技术的发展概况与现状  13-14
    1.2.3 图像式自动清晰度评价函数的研究概况  14
  1.3 论文的主要工作  14-16
第二章自动调焦的基本原理  16-26
  2.1 引言  16-17
  2.2 传统自动调焦方式  17-24
    2.2.1 测距方式  18-22
    2.2.2 聚焦检测方式  22-24
    2.2.3 传统自动调焦方式的局限性  24
  2.3 基于图像处理的自动调焦方式  24-26
    2.3.1 基于图像处理自动调焦方式的工作原理  24
    2.3.2 基于图像处理自动调焦方式的优点  24-25
    2.3.3 基于图像处理自动调焦方式的关键技术  25-26
第三章图像清晰度评价函数及其实验研究  26-37
  3.1 图像清晰度评价函数  26-30
    3.1.1 图像清晰度评价函数的分类  27-28
    3.1.2 几种常用的图像清晰度评价函数  28-30
  3.2 图像清晰度评价函数实验研究  30-37
    3.2.1 图像清晰度评价函数对比实验  30-36
    3.2.2 结论  36-37
第四章自动调焦系统设计及验证实验  37-54
  4.1 硬件部分  37-40
    4.1.1 硬件介绍  37-39
    4.1.2 硬件系统连接  39-40
  4.2 软件部分  40-44
    4.2.1 目标跟踪定位模块  40-42
    4.2.2 调焦搜索控制策略  42-43
    4.2.3 软件系统流程图  43-44
  4.3 针对运动目标的自动调焦实验  44-54
    4.3.1 室内运动目标实验  44-50
    4.3.2 室外运动目标实验  50-53
    4.3.3 结论  53-54
第五章轨道几何参数测量与大气湍流影响的消除  54-74
  5.1 引言  54
  5.2 长距离轨道几何参数摄像测量系统  54-61
    5.2.1 系统研制的目的  54
    5.2.2 长距离轨道几何参数摄像测量系统构成  54-55
    5.2.3 轨道几何参数摄像测量原理与测量过程  55-57
    5.2.4 长距离轨道几何参数摄像测量系统外场试验  57-61
  5.3 大气湍流及其对自动调焦系统的影响  61-74
    5.3.1 大气湍流  61-63
    5.3.2 大气湍流成像抖动实验  63-70
    5.3.3 消除大气湍流影响的方法  70-74
第六章总结与展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-79
攻读硕士期间发表的论文  79

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