【正文】 ............... 3 2. 條紋管激光成像雷達(dá)原理 ........................................................................... 4 單狹縫條紋管的工作原理 .................................................................. 4 條紋管激光雷達(dá)成像系統(tǒng)的基本要求 .............................................. 5 本章小結(jié) .............................................................................................. 6 3. 條紋管圖像處理與構(gòu)建算法研究 ............................................................... 7 MATLAB 概述 ................................................................................... 7 噪聲處理 .............................................................................................. 8 主要噪聲來(lái)源 ............................................................................ 8 降噪算法研究 ............................................................................ 9 背景噪聲抑制算法 .................................................................. 12 特征數(shù)據(jù)提取 .................................................................................... 14 幾種條紋管特征數(shù)據(jù)提取方法 .............................................. 14 處理過(guò)程及結(jié)果 ...................................................................... 15 目標(biāo)重構(gòu) ............................................................................................ 15 條紋管圖像重構(gòu)算法 .............................................................. 16 誤差分析 ............................................................................................ 19 實(shí)驗(yàn)方法帶來(lái)的誤差 .............................................................. 19 本章小結(jié) ............................................................................................ 19 4. 條紋管 圖像處理平臺(tái)構(gòu)建 ......................................................................... 21 Visual Basic 簡(jiǎn)介 ....................................................................... 21 Visual Basic 概況 ............................................................. 21 Visual Basic 語(yǔ)言的特點(diǎn) ......................................................... 21 VB 調(diào)用 MATLAB 編程的實(shí)現(xiàn)幾種方法 ..................................... 22 VB 界面的設(shè)計(jì) ............................................................................... 24 本章小結(jié) ............................................................................................ 28 結(jié) 論 .............................................................................................................. 29 致 謝 .............................................................................................................. 30 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考書目 ............................................................................................................ 31 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1. 緒 論 課題背景 條紋管激光成像雷達(dá) (Streak Tube Imaging Lidar,STIL)是一種新型的閃爍式非掃描激光成像系統(tǒng)，它利用條紋管的時(shí)間分辨能力，獲取目標(biāo)距離像。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。從工作原理出發(fā)，進(jìn)一步整理出條紋管圖像構(gòu)建與處理的整體思路。 然后，利用數(shù)字圖像處理相關(guān)知識(shí)，對(duì)條紋管圖像的噪聲處理、圖像增強(qiáng)、圖像提取、圖像組合等進(jìn)行了理論研究，提出了可行的算法，并用MATLAB 進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 激光主動(dòng)成像技術(shù)是利用主動(dòng)發(fā)射激光照射目標(biāo)，探測(cè)目標(biāo)反射的回波信號(hào)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像。由于 在條紋管工作中由 于各種原因引入了噪聲，因此如何過(guò)濾信號(hào)中的噪聲，并將由高幀頻 CCD 相機(jī)獲取的條紋圖像分析出所測(cè)物體的距離像與強(qiáng)度像，最終得到物體的特征像十分重要。te Associates 的 等人研制了一種基于條紋管的新型四維成像雷達(dá)?，F(xiàn)在國(guó)際比較先進(jìn)的事一種非掃描的閃爍式激光成型技術(shù)，也就是每次發(fā)射一個(gè)激光脈沖，一次獲得目標(biāo)的整幅圖像。只有具有快的處理速度才能及時(shí)對(duì)分析結(jié)果采取應(yīng)對(duì)措施，也才是雷達(dá)具有意義。 本論文主要分四章： 第一章主要是介紹課題背景，說(shuō)明課題研究的目的和意義，分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展情況，指出本論文的主要研究?jī)?nèi)容。 最后是結(jié)論、致謝和參考文獻(xiàn) 。當(dāng)光電陰極上的狹縫部分被 A 所發(fā)出的光脈沖照亮是，這一部分將發(fā)射光電子，其瞬態(tài)發(fā)射密度等于此時(shí)刻這一點(diǎn)的光照脈沖強(qiáng)度。 圖 22 條紋管成像系統(tǒng)工作原理 由條紋管激光成像雷達(dá)的基本原理可以看到，利用條紋管探測(cè)器可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行激光四維成像，而且成像精度和成像幀頻可以達(dá)到很高?？梢灾С值谌降奶幚碥浖绫疚闹芯褪抢昧?MATLAB強(qiáng)大的處理能力由于其在矩陣運(yùn)算的高性能及豐富的圖像處理函數(shù)，對(duì)于圖像處理有非?？斓乃俣?； 但是，基于 PC 機(jī)的處理系統(tǒng)也有其自身的缺陷，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （一）首先基于 PC 機(jī)的圖像處理系統(tǒng)的圖像感知、圖像采集和圖像處理時(shí)分開(kāi)的，處理時(shí)需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和圖像傳輸速率的制約； （二）其次，由于 PC 機(jī)的體積較大，維護(hù)不方便這種圖像處理系統(tǒng)主要用于在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行科學(xué)研究 , 無(wú)法滿足室外應(yīng)用的穩(wěn)定性、可靠性等要求 , 構(gòu)建時(shí)間較長(zhǎng) , 調(diào)試和開(kāi)發(fā)難度較大。 首先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，主要是進(jìn)行降噪、特征數(shù)據(jù)提取，這些圖像的處理實(shí)在 MATLAB 的基礎(chǔ)上 完成的。 噪聲處理 主要噪聲來(lái)源 由于國(guó)內(nèi)的條紋管生產(chǎn)技術(shù)不成熟及條紋管成像系統(tǒng)各部件耦合加上環(huán)境背景的影響，使得雷達(dá)圖像中有很多的噪聲。 內(nèi)增強(qiáng)噪聲主要包括背景噪聲、量子噪聲和增益噪聲組成。 散粒噪聲是一種白噪聲，是 CCD 的固有噪聲，不能夠在后續(xù)的處理中通過(guò)算法進(jìn)行抑制或者消除。 （ 4）激光散斑噪聲 散斑噪聲來(lái)自于物體表面的“位相光柵”效應(yīng)。相對(duì)而言順序統(tǒng)計(jì)濾波器在保留圖像細(xì)節(jié)方面有更出色的表現(xiàn) ,在相同尺寸下比起線性平滑濾波器引起的模糊較少 ③將這 K 個(gè)像素的均值代替原像素值 f(x,y)。 end end 綜合考慮處理速度與處理效果， KNN中值濾波器對(duì)條紋的處理結(jié)果很差，在這里采用 N=7， K=25的均值濾波器。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外的許多文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行了研究。背景和目標(biāo)之間的類間方差越大 ,說(shuō)明構(gòu)成圖像的兩部分的差別越大 ,當(dāng)部分目標(biāo)錯(cuò)分為背景或部 分背景錯(cuò)分哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 為目標(biāo)都會(huì)導(dǎo)致兩部分差別變小。最大類間方差法可以很好的區(qū)分背景與目標(biāo)，而且其用時(shí)是最少的。由于條紋像上縱向位移反應(yīng)了距離信息，所以我們需要對(duì)每一列進(jìn)行掃描，以獲得相應(yīng)的距離信息，這也是條紋管激光雷達(dá)圖與一般圖像的不同地方。但是這種算法的效率不高，而且如果目標(biāo)表面不同地方的反射率不同的話這種方法的誤差非常大，只是適用于反射率相近的目標(biāo)。 目標(biāo)重構(gòu) 條紋管激光雷達(dá)成像的最關(guān)鍵的一部就是通過(guò)對(duì)特征數(shù)據(jù)的提取后，對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行組合得到最終的目標(biāo)特征想。 在此，條紋管激光成像系統(tǒng)演示裝置的各參數(shù)值為： 1r =1000V，0y =269， 2r =， prea 取 01400之間的值，在此文中將把此值取為 0.將這些常數(shù)帶入到公式中，可以得到最終的電壓 位移值關(guān)系式： 將上節(jié)中的相對(duì)位移值帶入式 32中就可以求得偏轉(zhuǎn)電壓的值，此處應(yīng)該注意，由于所用條紋管掃描電壓為負(fù)斜坡電壓，所以條紋管掃描電路工作時(shí) 的掃描電壓均為負(fù)值。 下面的 12幅圖像時(shí)用條紋管激光雷達(dá)對(duì)目標(biāo)從上到下一次橫向掃描得到的條紋管圖像，將這 12幅圖像用上面提到的方法進(jìn)行處理： 圖 34 成像實(shí)驗(yàn)原始圖像 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 得到的距離像與強(qiáng)度像如圖 35所示： a b 圖 35 處理后目標(biāo)距離、強(qiáng)度像 圖 35的 a圖 b圖是目標(biāo)的距離像和強(qiáng)度像，目標(biāo)距離像和目標(biāo)強(qiáng)度像的橫向?qū)?yīng)于目標(biāo)剖面輪廓上各點(diǎn)的目標(biāo)距離和反射率分布情況，圖像縱向?yàn)橐来谓M合多幀順次獲得的目標(biāo)條紋圖像處理結(jié)果而得到的目標(biāo)場(chǎng)景縱向的目標(biāo)距離和反射率分布情況，目標(biāo)距離像和目標(biāo)強(qiáng)度像結(jié)合起來(lái)就得到了目標(biāo)三維空間距離 和一維強(qiáng)度的整體目標(biāo)特性，由于目標(biāo)距離像和目標(biāo)強(qiáng)度像是同時(shí)得到的，因此，條紋管激光成像系統(tǒng)可以同時(shí)獲得目標(biāo) 四維像，相對(duì)于點(diǎn)掃式成像體制，具有更高的成像幀頻和更大的成像視場(chǎng)。下面就將對(duì)誤差的產(chǎn)生進(jìn)行討論。使目標(biāo)上部分區(qū)域回波信號(hào)不能被探測(cè)到，導(dǎo)致重構(gòu)后的目標(biāo)距離像上可能出現(xiàn)斷層，目標(biāo)強(qiáng)度像上可能出現(xiàn)強(qiáng)度失真。 本章的研究工作是條紋管激光成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究的重要內(nèi)容，為條紋管激光成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究工作提供了理論支持，對(duì)于條紋管激光成像系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。 MATLAB語(yǔ)言在各國(guó)高校與研究單位起著重大的作用。 Visual Basic 簡(jiǎn)介 Visual Basic 概況 Vi sual Basic 稱得上是