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《哈尔滨工程大学》 2010年
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全景视觉图像质量优化方法研究

张帆  
【摘要】:全景视觉成像系统是由光敏元件,成像透镜和二次旋转曲面反射镜组成,能够一次获取水平方向360度全景图像的视觉系统。全景视觉成像系统以其“成像一体化、360度大视场、旋转不变性”等优点已经在计算机视觉相关的工程领域中得到了广泛的应用,在视频监控、视频会议、外太空探测、虚拟现实、机器人导航等应用领域中表现出比传统成像系统更大的优越性。然而除了具备大视场外,一个完善成像系统还应具有高质量图像。全景图像质量下降主要表现在:校准精度不足导致系统失去旋转对称性从而产生图像畸变、视场角扩大导致的图像角分辨率的降低,以及光学系统散焦、噪声等因素导致的图像模糊。因此,在全景成像系统机械结构及光学器件确定的情况下,如何提高图像的质量成为一个有意义的研究课题。 论文结合国家自然科学基金项目《全景视觉分辨率增强方法研究》,对全景视觉成像系统的图像质量优化方法进行了系统深入的研究。在深入分析全景视觉成像系统的结构特性和成像机理的基础上,利用数字图像处理理论与方法,从理论与实验仿真的角度出发,探究了全景成像系统产生图像降质的原因,提出了一些改善全景图像质量的针对性方法。 论文的主要工作如下: 1)提出了一种基于单视点约束的全景视觉系统校准方法。基于空间圆的透视投影原理,借助反射镜上端面的边缘设计了用于校准的标定模板。首先利用神经网络校正了图像的光学畸变,然后利用反射镜上端面的像点估计反射镜相对于相机的位置和姿态,并以此指导系统校准使之满足单视点约束。仿真和真实图像实验共同验证了测定方法的精确度和有效性。 2)在掌握了全景图像PSF模型的先验知识和模糊区域分布规律的基础上,提出了一种全景图像径向移变的PSF建模方法。首先利用模糊边界图像的一维剖面曲线来估计图像的模糊尺度,然后通过对模糊尺度径向变化特性的分析,将全景图像分为若干模糊带,最后采用基于边界扩散函数的PSF建模方法辨识出各模糊带的PSF模型。该方法无需大量盲目的图像分割运算,在有限的径向边缘区域建立了全局PSF模型,而且得到的PSF模型不随场景改变。 3)针对全景视觉系统的成像特点,提出了一种基于改进的动态时间规整(DTW)算法的全景图像亚像素配准方法。在分析系统发生旋转或平移前后像点沿周向和径向的运动特点的基础上,考虑到这种局部伸缩的运动特点与语音信号的相似性,提出基于一种经典的语音识别算法的全景图像配准方法。仿真与实验结果表明,基于DTW算法的全景图像亚像素配准方法能够有效地配准具有非线性成像特点的全景图像。 4)根据全景图像的降质模型的空间移变的特性,研究了基于POCS算法的全景图像超分辨率重建方法。鉴于POCS算法容易导致图像出现边缘震荡且对噪声的抑制能力有限,将正则化理论与凸集投影方法相结合,提出了一种改进的POCS算法—Tikhonov-POCS超分辨率重建算法。实验验证了Tikhonov-POCS算法能够很好的抑制图像边缘的震荡伪像和噪声,并且可以有效地恢复成像系统下采样过程中丢失的细节信息。 全景视觉成像系统在工程上的广泛应用前景使其成为计算机视觉领域的一个研究热点,提高全景图像的质量是促进其工程应用快速发展的关键。论文针对全景成像系统,有针对性地提出了一些改善图像质量的研究方法,对推动全景视觉系统的工程应用和理论研究具有重要的意义。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 李永乐;张茂军;娄静涛;王炜;;去散焦模糊的折反射全向成像系统设计[J];光学学报;2012年09期
2 李永乐;王炜;娄静涛;刘煜;彭杨;张茂军;;基于编码孔径的折反射全向成像去散焦模糊技术[J];光学学报;2013年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 李科;移动机器人全景视觉归航技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 姜迈;直升机旋翼共锥度测量方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 徐小妮;基于嵌入式系统的全景钻孔图像展开研究[D];山东科技大学;2011年
2 杨晟;遥自主移动机器人关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 段英丽;基于非球面的折反射全景成像系统设计[D];西安电子科技大学;2012年
4 欧阳敏;RoboCup中型组机器人定位与任意足球检测研究[D];长安大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孟鲁闽,席晶;利用几何校正法进行不同影像间空间配准[J];测绘通报;2003年06期
2 邵凌,丁佩律,张立明,胡波;从多帧低分辨率图像序列中获取高分辨率图像的算法研究[J];电子学报;2002年01期
3 陈立栋;张茂军;王炜;包卫东;金晗婧;;异构双核的高分辨率折反射全景高速处理系统[J];电子与信息学报;2009年04期
4 江洁;邓琼;张广军;;基于小波变换的正则化盲图像复原算法[J];光学精密工程;2007年04期
5 曾吉勇,苏显渝;水平场景无畸变的折反射全景成像系统[J];光学学报;2003年05期
6 周峰,王世涛,王怀义;关于亚像元成像技术几个问题的探讨[J];航天返回与遥感;2002年04期
7 黄华,樊鑫,齐春,朱世华;基于识别的凸集投影人脸图像超分辨率重建[J];计算机研究与发展;2005年10期
8 黄丽 ,庄越挺 ,苏从勇 ,吴飞;基于多尺度和多方向特征的人脸超分辨率算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2004年07期
9 王程,王润生;基于MAP框架的图像序列超分辨率和模板匹配[J];计算机学报;2003年08期
10 邓小明;吴福朝;吴毅红;;一种反射折射摄像机的简易标定方法(英文)[J];自动化学报;2007年08期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 郭晓新;超分辨率重建问题的研究[D];吉林大学;2005年
2 袁小华;超分辨率图像恢复中的方法研究[D];南京理工大学;2005年
3 袁建华;超分辨率重建中若干问题的研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2006年
4 吴显金;自适应正则化图像复原方法研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 周宗思;全方位视觉技术及其在移动机器人导航中的应用[D];浙江工业大学;2009年
2 左小祥;基于三维光路仿真的全景成像机理研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 魏义永;;例析Matlab软件融入光学教学课堂[J];合肥师范学院学报;2011年03期
2 李瑞琪;程乃伟;郭燕;;基于蚁群神经网络火灾信息处理技术研究[J];安防科技;2011年07期
3 金泽安;;夜视技术[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2007年06期
4 蓝海江;;日光光谱的计算机重现与仿真[J];安徽农业科学;2010年14期
5 贺艳辉;袁永明;张红燕;龚贇翀;王红卫;;BP人工神经网络在罗非鱼价格预测中的应用[J];安徽农业科学;2010年35期
6 袁媛;房红兵;;视频图像超分辨率复原技术的分析与研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2008年01期
7 姜丽娜;;单缝夫琅和费衍射光强分布的3种计算方法[J];辽宁科技大学学报;2011年02期
8 李美玲,单筱攸;浅谈光的衍射[J];鞍山师范学院学报;2002年03期
9 刘国英;张长青;王爱民;;一种自适应多尺度分割结果融合新方法[J];安阳师范学院学报;2012年02期
10 李继红;李琳;毕宗岳;张敏;;基于BP神经网络的连续油管焊接热影响区性能预测[J];兵器材料科学与工程;2012年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 祁生文;伍法权;;基于模糊数学的TBM施工岩体质量分级研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
2 李琨;王晓东;刘会景;张云生;苗琦;;瓦斯“冒大数”及其神经网络滤波器的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 王春林;;灰熔点预测建模研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
4 曹波伟;薛青;牛金涛;龚长虹;刘磊;;基于神经网络和专家系统的装备智能故障诊断的研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
5 赵彩凤;郭建中;;基于机械扫描的声波干涉测量研究[A];第二届西安-上海两地声学学术会议论文集[C];2011年
6 李旻珺;杨博;胡静;;星光导航湍流退化星图复原算法研究[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
7 欧建文;姚金波;梁小平;吴畏;;羽毛角蛋白提取工艺参数的BP网络评价法[A];铜牛杯第九届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2009年
8 王廷芳;黄思训;杜华栋;;大气边界层GEM模式参数反演的理论分析及数值试验[A];2008年北京气象学会科技优秀论文集[C];2008年
9 刘瑞霞;师春香;刘杰;;直方变差图理论在卫星产品质量检验空间配准中的应用[A];“2010年北京气象学会中青年优秀论文评选”学术研讨会论文集[C];2011年
10 张旭明;熊有伦;尹周平;;噪声污染运动模糊图像点扩散函数估计[A];图像图形技术研究与应用(2010)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王宇;全景成像的计算机重构技术研究[D];长春理工大学;2010年
2 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
3 秦海华;Helmholtz方程的若干反问题研究[D];兰州大学;2010年
4 陈宇;电容层析成像反问题求解及图像重建算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 赵晓丹;基于非先验函数系的信号识别[D];江苏大学;2010年
6 陈文正;保险公司债券投资研究[D];南开大学;2010年
7 鲁志波;医学图像增强与插值的算法研究[D];解放军信息工程大学;2007年
8 张印辉;多尺度马尔可夫随机场图像分割方法研究[D];昆明理工大学;2010年
9 李琨;监控技术与涌现性分析在煤矿瓦斯灾害防治中的应用研究[D];昆明理工大学;2009年
10 陈国庆;荧光光谱技术在食品安全监控中的应用研究[D];江南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余波;惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统和非线性重建方法研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
3 李娜;基于神经网络的非线性系统H_∞控制[D];广西师范学院;2010年
4 张海丽;非线性抛物型方程若干类反问题的研究[D];浙江理工大学;2010年
5 周丽静;基于小波的全景图像超分辨率重建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 赵妍;基于MAP的高光谱图像超分辨率方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 隋龙;基于DSP的嵌入式高分辨率全景图像处理系统设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 叶东华;基于全景视觉的图像配准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 阳光辉;多普勒全光纤速度传感器的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 梁怀志;基于嵌入式的车型分类系统的设计与实现[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 葛修润,王川婴;数字式全景钻孔摄像技术与数字钻孔[J];地下空间;2001年04期
2 黄登斌;胡伟文;;一种基于粗集理论的直方图均衡化方法[J];兵工自动化;2010年09期
3 汤一平;王庆;庞成俊;朱艺华;;全景立体视觉在海上报靶中的应用[J];兵工学报;2010年11期
4 孙光民;王晶;于光宇;李罡;许磊;;自然背景中交通标志的检测与识别[J];北京工业大学学报;2010年10期
5 董明利;刘镖峰;吕乃光;;基于虚拟靶标的摄像机标定[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2010年01期
6 闫蓓;王斌;李媛;;基于最小二乘法的椭圆拟合改进算法[J];北京航空航天大学学报;2008年03期
7 徐岸,贾云得,王忠立;基于双曲面镜的全向摄像机视觉实现方法[J];北京理工大学学报;2004年01期
8 雷艳敏;冯志彬;宋继红;;基于行为的多机器人编队控制的仿真研究[J];长春大学学报;2008年08期
9 吴伟;刘兴刚;王忠实;徐心和;;多传感器融合实现机器人精确定位[J];东北大学学报(自然科学版);2007年02期
10 吕海霞;陈红林;;改进的SUSAN角点提取算法[J];电光与控制;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 欧阳淑丽;韩冰;贾鑫;刘颖;;多遥操作方式的网络遥操作机器人系统实现[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戚玮玮;光照变化条件下中型组足球机器人目标识别与定位方法研究[D];中国海洋大学;2011年
2 查恩来;钻孔电视成像技术在工程探测中的应用研究[D];吉林大学;2006年
3 史美萍;基于人机协同的月球车路径规划技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
4 王璐;未知环境中移动机器人视觉环境建模与定位研究[D];中南大学;2007年
5 严勇杰;多机器人系统协调与控制研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
6 赵烈烽;高分辨环带成像系统特性及应用研究[D];浙江大学;2008年
7 崔峰;面向虚拟现实和遥操作的移动机器人同步定位与地图创建技术研究[D];河北工业大学;2007年
8 胡铟;基于单目视觉的运动目标检测与跟踪算法研究[D];南京理工大学;2008年
9 尹宏鹏;基于计算机视觉的运动目标跟踪算法研究[D];重庆大学;2009年
10 王海军;未知环境下移动机器人即时定位与地图创建[D];上海大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜峰;某型机器人的路径规划方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 郭瑞;RoboCup中型组机器人定位与足球检测研究[D];长安大学;2011年
3 杜春红;基于主动视觉机器人行为控制技术研究[D];河北工业大学;2004年
4 王磊;井下图像系统软件的研究与实现[D];成都理工大学;2004年
5 曾达幸;中型组足球机器人的视觉识别与视觉定位研究[D];燕山大学;2004年
6 徐晓东;移动机器人几何—拓扑混合地图构建及定位研究[D];大连理工大学;2005年
7 温素芳;基于模糊控制的移动机器人动态避碰的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
8 张昌胜;基于序列图像的全景图生成研究[D];重庆大学;2005年
9 熊海国;基于INTERNET的机器人遥操作系统研究[D];哈尔滨理工大学;2005年
10 侯慧杰;全景环形成像展开算法的研究[D];浙江大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 李永乐;王炜;娄静涛;刘煜;彭杨;张茂军;;基于编码孔径的折反射全向成像去散焦模糊技术[J];光学学报;2013年05期
2 李永乐;娄静涛;张茂军;王炜;熊志辉;;基于全向总变分最小化的折反射散焦模糊图像复原方法[J];光学学报;2013年08期
3 朱齐丹;刘学;蔡成涛;;基于均匀分布特征的机器人归航[J];机器人;2013年05期
4 李亚鹏;何斌;;星载线阵电荷耦合器件错位成像的调制传递函数评估[J];激光与光电子学进展;2013年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 兰里;自动丝网印刷机硬件设计与驱动开发[D];华南理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李志平,谭铁牛,韩光胜,李学恩;移动机器人视觉导航[J];北京工业大学学报;2000年S1期
2 汤一平;叶永杰;朱艺华;顾校凯;;智能全方位视觉传感器及其应用研究[J];传感技术学报;2007年06期
3 李军,周月琴,李德仁;影像局部直方图匹配滤波技术用于遥感影像数据融合[J];测绘学报;1999年03期
4 罗忠,朱重光;正则化数字图象盲恢复的一种新方法[J];测试技术学报;1999年02期
5 余英林,田菁,蔡志峰;图像视觉感知信息的初步研究[J];电子学报;2001年10期
6 邵凌,丁佩律,张立明,胡波;从多帧低分辨率图像序列中获取高分辨率图像的算法研究[J];电子学报;2002年01期
7 廖业宏,林学訚;基于特征脸空间的人脸图像恢复[J];电子学报;2004年05期
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9 邓毅;林学訚;;一种新的快速立体视觉导航算法[J];电子学报;2006年11期
10 赵建业,余道衡;用细胞神经网络实现图像恢复的一种新方法[J];电子科学学刊;1999年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王程;SAR图像相干斑抑制和光学图像序列超分辨率技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 曾吉勇;折反射全景立体成像[D];四川大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王亮;智能移动机器人定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
2 谭志刚;全景环形成像的嵌入式DSP处理研究[D];浙江大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陆军;穆海军;朱齐丹;杨明;;全景视觉在机器人自主定位中的应用[J];计算机应用;2007年07期
2 陆军;孙凌丽;穆海军;朱齐丹;;基于全景视觉的机器人相互定位的研究[J];哈尔滨工程大学学报;2010年04期
3 朱志刚,石定机;多尺度全覆盖视觉导航方法[J];机器人;1998年04期
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5 陆斌;刘波;;动态全景图像在模拟跟踪测量中的应用[J];微处理机;2006年01期
6 赵玉清;孙继银;徐宏波;;柱面全景图像生成关键技术[J];中外企业家;2010年08期
7 王景川,陈卫东,曹其新;基于全景视觉与里程计的移动机器人自定位方法研究[J];机器人;2005年01期
8 张健,段滔,刘爱东;全景图像几何畸变校正的算法研究及其软件实现[J];光学与光电技术;2003年02期
9 胡亚玲;江萍;胡社教;;一种有效的全景图像自动拼接算法[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2006年08期
10 尤水涌;王声钊;;机器视觉中全景图像的非线性测量技术研究[J];计量技术;2008年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 武娜;李小坚;;Mean shift算法在全景视觉中的应用与研究[A];中国计量协会冶金分会2010年会论文集[C];2010年
2 吕源治;王世刚;刘爽;张晓军;;基于陪集分割的全景图像的分布式编码[A];第十五届全国图象图形学学术会议论文集[C];2010年
3 周军;徐卫;刘广存;蔡庆安;;基于达芬奇技术的移动机器人开发平台设计[A];第八届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2007年
4 蒋曜寰;赵龙;;基于全景图像的虚拟导航系统研究及实现[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S09组合导航与导航新方法[C];2012年
5 贺锋;方勇纯;肖潇;王宇韬;;移动机器人全景视觉定位系统设计与实现[A];第25届中国控制会议论文集(下册)[C];2006年
6 谈正;张志军;周建龙;;全景图像的虚拟场景漫游[A];'2000系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2000年
7 顾景文;李丽;;基于全景图像虚拟导游应用的若干问题[A];中国图象图形学会第十届全国图像图形学术会议(CIG’2001)和第一届全国虚拟现实技术研讨会(CVR’2001)论文集[C];2001年
8 连晓峰;窦丽华;陈杰;;基于图割算法的全景图像立体匹配[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
9 平洁;范跃祖;柴旭东;;柱面全景图快速生成算法及其实现[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(上)[C];2005年
10 王国美;陈孝威;;基于分形的全景图像生成算法研究[A];第二届和谐人机环境联合学术会议(HHME2006)——第15届中国多媒体学术会议(NCMT'06)论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 电脑虎、孙少华;把面子挣足[N];中国电脑教育报;2004年
2 赵亚萍;造只“复眼”看世界[N];科技日报;2003年
3 本报驻英国记者 刘海英;你凭什么拍我[N];科技日报;2010年
4 ;山水“刘三姐”是种印象[N];中国文化报;2003年
5 本报实习生 张燕 本报记者 尹华平;神工鬼斧 夜醉漓江[N];广西日报;2003年
6 沪生;上海将推出首部“电子地图”[N];山东科技报;2002年
7 王隽;围观:中国新设计[N];经济观察报;2011年
8 特约作者 黄军洁;VR:神奇的虚拟现实[N];电脑报;2002年
9 胡长青;巴控区上空的“杀手”[N];中国国防报;2002年
10 叶慕曾 编译;机器人“接旨”上路指挥救险[N];大众科技报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张帆;全景视觉图像质量优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李科;移动机器人全景视觉归航技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 吴叶斌;基于全景视觉的移动机器人SLAM方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 姜迈;直升机旋翼共锥度测量方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 肖易寒;基于Contourlet变换的全景图像处理关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 高辉;用于街景重现的平行拼图技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 仲训昱;遥自主移动机器人运动规划与控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 王红霞;基于3D重建的三维全景成像系统的研究[D];北京科技大学;2009年
10 邓春燕;基于RIA的全景虚拟野外地质信息系统[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孟祥杰;基于全景视觉的行人检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 丁鑫;全景视觉泊车辅助系统研究[D];浙江大学;2010年
3 朱睿爽;全景视觉系统标定技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 黄苗;足球机器人全景视觉系统研究与设计[D];长沙理工大学;2010年
5 佘巧燕;基于全景视觉的直升机旋翼共锥度测量系统标定技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 唐超;基于双目全景视觉的运动目标特征检测技术[D];哈尔滨工程大学;2012年
7 孙虹;基于全景视觉的农业移动机器人自主导航研究[D];南京农业大学;2009年
8 金甲;全景视觉图像去噪与增强方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 张静;全景视觉中交通标志的自动定位方法研究[D];合肥工业大学;2013年
10 杨冠雄;基于全景视觉的运动目标检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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