Matlab线阵CCD周视扫描图畸变研究.doc

1、-范文最新推荐- Matlab线阵CCD周视扫描图畸变研究 摘要CCD（Charged Coupled Device，电荷耦合器件）是一种高性能的半导体光电器件，由于具有灵敏度高、噪声低、功耗小、成本低等特点，CCD被广泛应用于航天、军事、工业现场及消费市场等领域。首先分析了CCD的发展和应用，以及CCD的基本结构、工作原理、性能参数等。介绍了线阵CCD周视扫描系统的组成和工作原理。其次介绍了图像畸变的分类与各种校正方法。分析了本课题所需要校正的畸变的形成的原因。12812最后提出了针对阵CCD周视扫描图的畸变的校正方法与核心算法，基于Matlab编程实现了校正，并对校正结果进行了分析和比较。

2、关键词线阵CCD图像畸变校正 逐列放大法毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleStudy on Distortion of scan Images of Linear CCDScanning SystemAbstractCCD（Charged Coupled Device）is a high-performance semiconductor optoelectronic devices, due to its high sensitivity, low noise, low power consumption, low cost, CCD is widely used in aerospa

3、ce, military, industrial site and the consumer market.Firstly, it analyzed the development and application of the CCD and CCDs basic structure , working principle and performance parameters. Introduced the composition and working principle of the linear CCD scanning system.Secondly, it introduced th

4、e classification of image distortion and their correction method. Analyzed the distortion that this issue need to correct and the reasons for its formation.Finally, raised a method and a core algorithm for the correction of distortion of linear CCD scan system, writed programs based on the Matlab pr

5、ogramming, and calibration results were analyzed and compared. 5.4 本章小结21结论22致谢23参 考 文 献24附 录261 绪论1.1研究背景及意义CCD即电荷耦合型器件，是一种高性能的半导体光电转换器件。线阵CCD是许多象素单元排列一线，而被摄对象做与CCD线阵垂直方向上的一维相对运动，这样就扫描出了一幅2维的图像1。结构简单、成本低、快速、频率响应高等突出优点使其广泛应用于在无接触实时测量系统、表面缺陷监测系统以及高速运动目标姿态测量系统等方面。但是在实际应用当中，可能因为地理位置等因素使扫描系统不能够均匀移动，而是采用

6、定点扫描的方式。线阵CCD周视扫描成像系统，就是将线阵CCD扫描系统固定在某一位置，进行从左至右的扫描，然后拼接成一幅完整的二维图像。具有广泛的发展前景和较高的应用价值。由于扫描成像系统的镜头大多采用自动变焦方式工作，对于线阵CCD周视扫描，镜头焦距随其偏移对称中心的角度的变化而变化，视场角不变情况下，距离越远，成像范围越广，目标景物相对越小2。使得物体经过线阵CCD周视扫描成像系统成像后，合成图片产生拉伸畸变。若不进行校正，将会严重影响图片的质量，甚至严重影响测量精度。因此,在线阵CCD周视扫描成像系统中,对镜头焦距变化形成的畸变进行校正，具有着重要意义。1.2国内外发展状况1.2.1线阵C

7、CD扫描系统的研究现状20世纪70年代初美国贝尔实验室的W.S.Boyle和G.E.Smith等人提出了电荷耦合这个新概念，很快一维线阵电荷耦合器件的模型也被实验所证实. 线阵CCD是一种新型的半导体成像器件，是在大规模集成电路工艺基础上研制的M型集成电路芯片对它施加特定的时序脉冲时，其存储的电荷便能在线阵CCD内作定向的传输而实现自扫描。 利用数字图像处理技术实现图像畸变校正主要是在实物已经成像后对所成图像使用校正算法进行进一步的校正，使所成图像逼近实物101112。该方法相对于光学处理方式不需要严格的光学工艺，成本较低，而且可根据算法的改进增强其在各种环境下及不同要求下的适应性，因此现在国

8、内外多采用此种方法进行图像桶形畸变的研究。（1）基于平面模板的校正方法该类方法需要先制作，一个已知的特种类型的模板，然后经过有畸变特征的摄像头拍摄后得到畸变图像，同时对比该模板的未畸变图像1314，获取这两幅图像中畸变点和理想点之间的映射关系，最终达到畸变校正的目的。（2）基于参数己知的校正方法此类方法不需要制作模板，仅需要一些特定参数(如焦距)便可实施畸变校正1516。该方法是数字图像处理技术和光学处理技术的折中:利用镜头的某些光学特定参数在拍摄图像中所表现出的特定特征来对图像实施校正。（3）基于图像自身特征的校正方法该方法基于特定类型的图像18，如文本图像，便可根据文本行的畸变信息来提取图

9、像的畸变参数进而对图像进行校正。1.2.4CCD周视扫描图畸变校正的发展趋势综上所述，CCD光电传感器作为一种新型半导体器件，通过光电转换将光信号转换成电信号，转换后形成的电信号便于后续的信号处理，具有广泛的应用前景。而对大视场情况下产生的畸变进行处理，是对扫描图进行进一步的研究以获取更精确的信息必不可少的步骤。CCD周视扫描图畸变校正的发展方向有如下几个方面：一是更高的精度。随着CCD分辨率的不断大幅度提高，扫描系统获得的图像精度必然越来越高。因为更高的精度意味着图像中蕴含着更多、更详细的信息。 2.2定点扫描图像采集系统线阵CCD定点扫描系统主要标准镜头和水平旋转云台两大部件组成系统选用的

10、镜头为俄罗斯ZENITAR 3EHNTAP标准镜头，焦距f为50mm，其光圈范围为：2、2.8、4、5.6、8、11、16、22。首先将标准镜头固定在水平旋转云台，在云台匀速旋转过程中，进行图像扫描采集。水平旋转云台带动图像采集系统旋转扫描而得到图像，云台的旋转转速度必须与线阵CCD扫描速率基本保持一致，才能够得到准确的图像。线阵CCD是逐列（行）对图像进行扫描的，其采集到的一帧数据为单列（行）数据，系统缓慢旋转，逐列采集多帧数据，然后将所采集到的列数据进行拼接，即形成一幅完整的图像。如图2.2所示。图2.2 有明显畸变的扫描图像从图中可以看出，线阵CCD相机在扫描成像过程中，所得到的图像出现了较大的畸变。楼房的上下边缘原本是水平直线，经扫描系统采集成像后变成了向上下突出弯曲的曲线。后文将针对这一畸变作进一步的分析与讨论。2.3 周视图像采集系统选用的镜头为俄罗斯ZENITAR 3EHNTAP标准镜头，焦距f为50mm，其光圈范围为：2、2.8、4、5.6、8、11、16、22，线阵CCD相机作周视扫描采用的是水平旋转云台实现。线阵CCD是逐列（行）进行图像扫描