CCD像素响应不均匀的校正方法研究

在机器视觉的应用中,人们习惯认为CCD输出的像素灰度值反映了目标的图像信息,因此大多数情况中忽略了灰度值的标定,但由于CCD中存在的暗电流和像素的不均匀性,其上的每个像素在同一辐照度下形成的灰度值,并不相同,所以在光学精密测量过程中,需要对CCD各像素的灰度值进行校正,使其在相同辐照度下,输出确定的灰度值,以便反映目标的正确信息。文中通过对造成CCD像素灰度不均匀的原因详细分析,提出了一种基于最小二乘法的CCD非均匀的校正算法,该算法通过求取期望灰度值和辐照度的关系参数,推导出了像素的补正参数。仿真表明,该方法能有效地校正CCD像素的非均匀性。     

CCD像素响应不均匀性的校正方法

从理论上分析了CCD暗电流和光电响应不均匀性产生的原因,根据光电响应模型提出了CCD像素光电响应不均匀性的校正方法,给出了像素光电响应不均匀性的校正系数用以计算校正量;并针对实际情况中干扰光的影响,提出了采用变波长去除干扰方法,对校正方法进行了修正;最后通过仿真对算法进行了验证.结果表明,能量和噪声的不同对算法的影响不大,校正量是随着光信号能量分布变化的,标定过程不受信号的影响,具有自适应性.该校正方法可以有效地减小CCD像素光电响应不均匀性带来的图像噪声.     

复合面阵CCD摄影相机的实验室辐射定标

为消除复合面阵CCD摄影相机全像面辐射定标时存在的严重渐晕现象和解决多片CCD之间相对定标目标值选取困难的问题,提出了一种适用于多片CCD的实验室辐射定标方法。该方法对每个像素进行暗信号标定后,修正渐晕区的像素灰度值,通过选取合适的全像面相对定标目标灰度值,最终实现对复合面阵CCD摄影相机的辐射定标。通过分析渐晕区的灰度分布特征,提出了适用于所有曝光时间和辐亮度下的灰度修正方法。分别计算每片CCD灰度值与输入辐亮度之间的多项式拟合系数,选取全局拟合误差最小的一组系数计算对应辐亮度下相对定标目标的灰度值。通过本方法辐射定标后,复合面阵CCD摄影相机的全像面非均匀性由大于20%降至优于2%,绝对定标精度为4.23%。该结果表明本文提出的辐射定标方法适用于多片面阵CCD的辐射定标,定标精度满足航空相机的辐射定标需求。     

微小型零件边缘光学特征和识别技术

分析了非相干光照明条件下微小型零件的边缘光学特征,传统的边缘检测方法没有考虑微小型零件的边缘光学特征,不能满足显微视觉测量方法的精度要求。针对微小型零件边缘检测的问题,提出一种基于最小二乘拟合的亚像素边缘检测方法。首先找出边缘区域灰度值最大和最小的点,根据灰度值最大和最小的点计算出阈值,然后将灰度值最大和最小点之间的点用直线方程回归,根据阈值的大小求出微小型零件的尺寸。试验结果表明,这种新的方法能够准确地识别出微小型零件的边缘,满足显微视觉测量精度的要求。     

基于像素级偏振相机的超像素校正

针对像素级偏振相机中偏振片单元由于刻划精度和透过率的差异导致偏振片阵列的非均匀性,提出了一种带有角度约束的最小二乘超像素校正方法。建立了带有角度约束的校正优化算法的数学模型,加入了超像素的标量增益和暗补偿参数。最后,搭建了以微偏振片为核心的积分球标定系统,进行了仿真实验和成像实验。结果表明:与最小二乘法相比,本文算法在有效地校正偏振度和非均匀性的同时也校正了超像素内振幅的非均匀性,重建角度的准确度提高了10%。经过插值处理后,边缘表现更为明显,有效减少了插值过程中所产生的噪声,提升了成像质量。     

多输出CCD接缝校正

针对多输出CCD传感器成像存在接缝的问题,提出了一种基于延时积分（TDI）的校正方法。使用TDI的读出方式对均匀光源成像获得了具有亮度线性渐变的图像数据,建立了获得图像的行平均灰度和行曝光时间关系的模型,通过该模型对CCD每路输出特性进行拟合,校正了CCD多输出的不均匀性,解决了图像接缝问题,并在模拟前端（AFE）完成了校正过程。本方法仅使用一次成像过程,避免了辐照度调整精度对校正精度的影响。与传统的两点法和多点法（16点）相比,提出方法的输出非均匀性分别减少了2.428%和 1.052%,校正效果明显提高。实验显示：本方法校正精度高,实验工作量低,可以广泛用于多输出CCD的接缝校正中。     

基于高斯拟合测量CCD灵敏度均匀性

在精密度要求较高的图像测量领域中,CCD灵敏度的不均匀对测量精度有较大的影响。因此,提出了一种基于小孔衍射原理的高斯曲面拟合像面光场测量CCD灵敏度均匀性的方法。由于CCD自身的物理结构设计不均匀性、响应非线性以及暗电流等噪声因素使得光响应偏离实际值,该方法通过对CCD像面上感兴趣光场域进行高斯曲面拟合来确定零点像素的灰度响应。对所有像素测量完成之后通过归一化即可计算出CCD灵敏度均匀性。实验结果表明:对所使用的CCD47-10系列,计算其CCD灵敏度均匀性为2.14%。该测量方法基本满足设计原理简单、稳定性可靠、抗干扰能力强的要求,完成了快速、自动测量。     

用样条插值算法实现集成块引脚的高精度检测

灰度图像边缘检测的精度受到CCD摄像机的采样频率的限制,且CCD为一衍射受限系统,灰度图像的边缘变得模糊.因此,亚像素精度的算法在高精度的边缘检测中受到重视.在此,首先对样条插值法和最小二乘法进行比较和分析,得出了用样条插值法进行边缘检测的合理性.将该算法应用于集成块引脚的边缘检测,实验表明,该算法的重复性很好,分辨率可以达到四十分之一个像素,能够达到工业检测的标准.     

CCD辐射响应函数矩阵的建立与应用

为了能采用物理意义明确的函数式来表述大格式电荷耦合器件(CCD)的性能参数,直观地实现对面阵CCD辐射性能的评价,本文提出利用“辐射响应函数矩阵”概念来表述CCD每个像元的辐射性能参量.首先,分析了该矩阵各元素的物理意义,提出了对CCD每个像元的绝对辐射响应度、响应非线性度、暗噪声、信噪比以及非均匀性的描述方法.其次,对面阵CCD KAI-16000进行辐射性能检测,并利用回归分析计算出各像元的响应系数.最后,以测试结果为例,讨论和描述该矩阵的应用和结果.实验结果表明:该CCD近似成线性响应,通过矩阵函数可以计算出CCD非均匀性为3.1％,暗噪声为3.84.此方法实用,满足对大格式CCD直观表述的要求.     

基于多项式变形法的栅格图像非线性畸变校正

为了减小光电成像测量系统存在的非线性畸变,提高测量精度,提出了一种基于多项式变形法的栅格图像畸变校正方法。提取带有桶形畸变的栅格图像中的栅格交叉点作为控制点,利用光学成像关系推算出栅格交叉点的理想无畸变位置,构成控制点对。对畸变图像和校正后图像的像素位置对应关系建立线性方程组,通过最小二乘法实现两者像素之间的坐标变换,并且采用双线性插值法确定校正后栅格图像中像素的灰度值。对带有桶形畸变的栅格图像进行了畸变校正实验,结果表明,多项式变形法能够自动、有效地校正图像畸变。