1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 北方自动控制技术研究所, 山西 太原 030006
3 中国科学院大学, 北京 100049
为了满足高动态范围高灵敏度的全局曝光模式下成像系统的需求, 基于CIS-2521科学级CMOS图像传感器设计了一个相机系统, 通过分析CIS-2521芯片像素读出结构特点, 通过芯片内部模拟相关双采样与FPGA片内数字域相关双采样完成相关四采样算法, 列向噪声去除效果明显。通过设计曲线拟合双增益通道图像数据合成输出, 保证了系统成像有较高输出动态范围。相机常温下输出图像峰值信噪比达62.9 dB,采用半导体制冷后输出图像峰值信噪比74.3 dB。根据EMVA1288标准实测相机动态范围达到78.2 dB, 设计的相机系统实现了每秒50帧2 560×2 160像素,16 bit深度高清晰度高动态范围图像的实时全局曝光成像输出, 能够满足低照度条件下的高帧频高动态范围成像的需求。
全局曝光 科学级CMOS 相关四采样 噪声抑制 高动态范围 global exposure scientific CMOS correlated quadruple sampling noise suppression high dynamic range
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北方自动控制技术研究所, 山西 太原 030006
为了解决基于颜色直方图的多目标跟踪方法对复杂场景适应能力差, 容易丢失目标的问题, 文中提出一种将颜色直方图与边缘方向直方图相结合的多目标跟踪方法。该方法首先采用一种分块连通域标记方法进行多目标提取, 并获得目标的颜色、边缘特征; 然后融合目标颜色与边缘两种特征来描述目标的外观模型; 最后对跟踪过程中的目标模板进行更新。实验结果表明, 该方法对于目标在尺度、光照、姿态发生变化以及目标发生旋转情况下能够实现目标的稳定跟踪,具有很强的鲁棒性。实验中对3组挑战性的视频序列进行了测试,目标数目选定为2个,目标窗口大小为64 pixels×64 pixels的情况下,本文方法跟踪速度最高可达20 fps,基本上可以满足实时性的跟踪需求。
多目标跟踪 颜色-边缘直方图 连通域标记 multi-target tracking color-edge histogram connected component labeling
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了满足全局曝光模式下对高动态范围CMOS相机需求，基于CIS-2521 sCMOS器件设计出一个相机系统，通过研究CIS-2521芯片像素读出结构特点和全局曝光模式下驱动时序特点，选用FPGA搭载DDR3作为处理架构，在FPGA内部完成了成像参数控制，sCMOS驱动时序，图像数据采集，图像预处理等SOPC片上一体化设计，并对各个模块功能进行了介绍。设计的相机系统进行成像测试，实现了连续输出50帧/s,2 560×2 160像素,14 bit有效深度的高清晰度高动态范围图像，基本满足科学级成像条件的需求。
科学级CMOS 高动态 全局曝光 图像处理 scientific CMOS high dynamics global shutter image processing
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100039
针对基于数字微镜器件(DMD)的高动态成像系统在光学设计过程中由二次倾斜造成的畸变，建立了一套基于区域的系统畸变自校正模型。首先，根据像素级区域调光高动态系统中光路设计的特点，分析了畸变产生的原因。考虑不同种类畸变模型产生的原因及特点，结合系统自身的优势，建立了一种基于区域的畸变校正函数模型。为了解决在校正过程中某一点存在多次赋值或者未赋值的情况，采用逆推校正的方法逆向求解畸变参数，进行畸变校正。最后,利用数字微镜器件(DMD)自身投影标定模板的方法,实现了系统畸变的自校正设计。实验结果表明: 校正后的系统像元误差为0.87 pixel。与传统的畸变校正模型相比，该模型可以有效解决系统中的倾斜畸变、径向畸变以及偏心畸变，且畸变校正过程不依赖外部环境，校正过程快、可靠性高，满足了DMD高动态系统像素级调光的要求。
高动态成像 调光成像 畸变校正 畸变模型 数字微镜器件 high dynamic imaging dimming imaging distortion correction distortion model Digital Micro-mirror Device(DMD) 光学 精密工程
2015, 23(10): 2997
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了对高动态范围场景进行实时有效的观测,设计了一种采用数字微镜器件作为空间光调制器的成像系统.通过改进数字微镜器件的驱动时序,提高数字微镜扩展成像系统动态范围能力.针对光学系统存在畸变,采用多项式拟合法获得数字微镜器件到图像传感器的精确映射关系.针对一般调光算法导致调光后图像可视性差的问题,引入色阶映射算子生成调光模板,获得符合人眼视觉特性的调光结果.实验结果表明,在10帧/s的条件下采用数字微镜器件可提高传统成像系统动态范围66 dB,成像系统总的动态范围达到126 dB,图像传感器控制准确度达到0.69个像素级别,调光后场景高亮目标与暗背景可同时观测到,调光后采集图像的信息熵得到提高,系统满足对高动态范围场景实时成像观测的需求.
光学成像 数字微镜器件 高动态范围 像素级调光 色阶映射算子 图像熵 Imaging system Digital micromirror device High dynamic range Pixel-level light adjusting Tone mapping operator Image entropy
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
3 中国科学院大学, 北京 100049
由于数字微镜器件(DMD)空间光调制器结合图像传感器能同时探测高动态场景中的亮暗目标, 本文研究了DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的应用。首先, 介绍了DMD实现成像探测的原理, 分析了DMD在高动态场景成像探测系统中的驱动控制方法。然后, 根据DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的工作特性, 设计了能使光电成像设备提高66 dB的DMD的驱动控制。文中阐述了系统的主要设计模块和工作参数, 并结合实验验证了系统设计的正确性。实验结果表明: 该驱动控制方法能够实现对高动态场景中亮暗目标的同时探测,满足对光电成像设备动态范围提高66 dB的要求。若光电成像设备采用11位高灵敏高动态科学级图像传感器, 则系统动态范围可达130 dB以上。
成像探测 数字微镜器件 高动态场景 驱动控制 调光 imaging detection Digital Mirror Device(DMD) high dynamic scene control driver dimming
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春, 130033
2 中国科学院大学, 北京, 100049
针对基于压缩感知的目标跟踪算法在跟踪过程中,光照剧烈变化引起跟踪不稳定或跟踪失败的问题, 本文提出了一种基于相位一致性的改进跟踪方法.该方法利用相位一致性图像特征对光照变化不敏感的特点, 首先对样本搜索区域内的图像进行相位一致性变换, 然后再提取变换后相位一致性图像的特征,将其用于分类器中来确定目标位置.实验结果表明, 该方法在目标受到光照剧烈变化影响的情况下具有很强的适应性, 在目标大小为50 pixel×55 pixel时平均处理帧频可达22 fps.与已有基于压缩感知跟踪算法相比, 该算法在光照变化剧烈的情况下仍具有很好的鲁棒性,而且在目标尺度和纹理发生一定变化的情况下跟踪稳定.
压缩感知 实时 目标跟踪 光照变化 相位一致性 Compressive sensing Real-time Target tracking Illumination variation Phase congruency
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春130033
2 中国科学院大学,北京100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春130033
为了满足多个设备实时处理传输高速图像数据的需求, 介绍了利用Virtex-6 FPGA设计实现高速实时多端口图像处理系统的原理和方法。通过Chipscope工具采样输入输出数据, 验证了系统的可行性和可靠性, 并分析计算出系统速率和其他主要时间参数。实现了相机采集、PCIe输入输出以及DVI输出等功能, 实验结果显示高速实时多端口图像处理系统具有集成度高、传输带宽高、功耗低等优点。在实时图像处理领域具有很高的实用价值。
实时 多端口 图像 FPGA FPGA real-time multiport PCIe PCIe image
