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虚拟环境下相机成像的噪声模拟

张智恒  
【摘要】:相机模拟是图像处理领域的重要技术之一,有望解决生产生活中一系列实际问题,例如,模拟车载镜头拍摄车辆的行驶过程,可用于改进车辆内部软件,使汽车更具有安全性,为无人汽车提供理论基础。当前在各大企业、高校中,相机模拟已经成为虚拟化项目中必不可少的重要部分。在模拟相机成像的过程中,由于噪声可能会使图像失真,例如对各种车辆的检测变得不准确,造成对车间距离的判断产生失误进而出现安全隐患,因此,如要将相机模拟应用到无人智能汽车以及减噪实验的研究中,对噪声的准确模拟至关重要。本文提出了一种在虚拟环境下相机成像噪声模拟的方法,通过分析相机镜头传感器阵列获取图像的原理以及几种相机成像的噪声模拟模型,主要对以下两方面噪声进行模拟:相机内部因素,传感器热噪声;相机外部因素,光子的影响即光子冲击和光谱敏感度噪声。对于传感器热噪声,由于其主要包含相机特性所决定的相机平均噪声水平、时间维度噪声波动、空间维度噪声波动三部分,因此我们在相机平均噪声水平的基础上,对其增加随机波动值,进行传感器热噪声拟合,进而对传感器热噪声进行综合分析,以阐述时间维度和空间维度分别对R、G、B三通道的影响程度,为热噪声的模拟提供理论支持。对于光子冲击及光谱敏感度噪声,我们则通过分析不同通道在一定光照强度下受光子影响程度的不同,对各通道的噪声分别进行细微处理和校正,从而较为准确地模拟了真实的相机噪声情况。为了检验这种噪声模拟方法的准确性,我们进行了噪声实验,并将真实噪声结果与模拟结果进行边缘检测及霍夫变换检测圆,从而证明本文提出的在虚拟环境下相机成像的噪声模拟真实性与可行性。对相机进行传感器热噪声实验首先需要在黑暗条件下,测量传感器的热噪声水平、时间维度及空间维度所需方差值。其次需要在正常光照条件下,使用相机进行拍摄同时设置光照参数,在不同的光照条件下,测试相机的光谱敏感度,最后将这几部分的因素利用实验所示方法进行综合噪声拟合,所得的结果加载到虚拟环境中的原始图像上,以供使用。


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