高分辨率全景成像系統(tǒng)及其視覺(jué)應(yīng)用研究.pdf

1、本文工作主要圍繞全景環(huán)形透鏡的高分辨率成像及其視覺(jué)應(yīng)用技術(shù)研究，本文中所使用的全景環(huán)形透鏡可以實(shí)現(xiàn)無(wú)掃描的360°成像，它可以瞬間捕獲圍繞光軸的水平360°視場(chǎng)，在垂直方向上可以獲得(—10°—40°)的視場(chǎng)，即可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的后方成像。因此在視頻監(jiān)控，機(jī)器人視覺(jué)和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。全景環(huán)形透鏡的大視場(chǎng)是以分辨率的降低作為代價(jià)，因此全景環(huán)形透鏡如果要應(yīng)用到監(jiān)控和預(yù)警中，必須解決分辨率過(guò)低的問(wèn)題。本文中對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了深入

2、的分析和研究，首先不改變現(xiàn)有的系統(tǒng)硬件條件，從信號(hào)處理方面提高全景圖像的分辨率，提出了全景超分辨率圖像復(fù)原算法，使用超分辨率復(fù)原算法提高系統(tǒng)空間分辨率的能力有限。如果要遠(yuǎn)距離探測(cè)，必須從光學(xué)系統(tǒng)和硬件方面提高系統(tǒng)的空間分辨率。本文提出了大面陣CCD成像和CMOS傳感器拼接的全景成像方案，對(duì)大口徑高分辨率全景成像進(jìn)行了深入的研究。最后本文對(duì)全景成像在智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和智能駕駛安全系統(tǒng)方面進(jìn)行了相關(guān)的理論研究和應(yīng)用探索，實(shí)際結(jié)果表明全景在監(jiān)控和

3、機(jī)器人領(lǐng)域比常規(guī)的成像系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，論文具體內(nèi)容介紹如下：
　　 第一章介紹了全景高分辨率成像的研究背景，分析了基于中心投影法的魚(yú)眼透鏡和使用常規(guī)鏡頭旋轉(zhuǎn)掃描成像的優(yōu)缺點(diǎn)，建立了單反射面全景成像的幾何模型并分析了不同反射面的特性，分析了全景環(huán)形透鏡的結(jié)構(gòu)，最后介紹了本文的研究?jī)?nèi)容和主要工作。
　　 第二章詳細(xì)分析了全景環(huán)形透鏡的光學(xué)特性，分別建立了非球面全景環(huán)形透鏡和全球面全景環(huán)形透鏡的幾何數(shù)學(xué)模型，從光學(xué)原理上推

4、導(dǎo)了全景的物像關(guān)系，并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。詳細(xì)分析了小口徑全景環(huán)形透鏡的景深，焦距，分辨率和轉(zhuǎn)像透鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)等，最后介紹了二元光學(xué)在提高全景環(huán)形透鏡衍射極限中的作用。
　　 第三章提出了全景超分辨率圖像復(fù)原算法。首先建立了成像觀測(cè)模型，詳細(xì)研究了全景環(huán)形透鏡的分辨率特性和二維和三維線性化過(guò)程中分辨率的不均勻問(wèn)題。在單幀全景頻域超分辨率中我們提出了最優(yōu)三次內(nèi)核算法，詳細(xì)分析了頻域全景高頻細(xì)節(jié)信息的恢復(fù)理論，研究并將Bezier曲面

5、三維插值和自適應(yīng)邊緣保持算法應(yīng)用于全景圖像質(zhì)量的改善，并提出了加速算法。最后研究了多幀空域中全景的凸集投影(POCS)超分辨率復(fù)原算法。
　　 第四章研究了大口徑全景環(huán)形透鏡高分辨率成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)分析了大口徑全景環(huán)形透鏡的光學(xué)特性參數(shù)，研究了大面陣CCD全景成像系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的性能和不足之處。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了3個(gè)小面陣CMOS圖像傳感器掃描成像的方案，詳細(xì)分析了3—CMOS系統(tǒng)理論上可以達(dá)到8000萬(wàn)像素的分辨率。

6、以DSP為核心設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了掃描控制系統(tǒng)和高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，對(duì)于由于電機(jī)抖動(dòng)和加工精度帶來(lái)的圖像不穩(wěn)定，研究了基于加速度計(jì)的穩(wěn)像原理和算法，最后研究了小面陣圖像的全景圖像融合和拼接技術(shù)。
　　 第五章研究了全景視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用。研究了基于全景的分辨率自適應(yīng)智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，分析了分辨率自適應(yīng)的原理和人臉檢測(cè)算法，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了全景智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)樣機(jī)，并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試。提出了基于全景視頻技術(shù)的智能駕駛安全系統(tǒng)，研究了基于遺傳算法的