實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書--圖像

1、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)七、數(shù)字圖像數(shù)據(jù)統(tǒng)構(gòu)建及彩色圖像色彩模型分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 掌握CCD成像器件的SDK；2. 掌握相機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝及示例程序的使用；3. 掌握彩色相機(jī)白平衡及GAMMA校正功能的設(shè)置；4. 掌握提高彩色場(chǎng)景成像質(zhì)量的方法，分析影響彩色圖像成像質(zhì)量影響因素，分析上述設(shè)置對(duì)彩色圖像成像質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)要求：在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)色彩模型計(jì)算獲得設(shè)置參數(shù)與彩色圖像色相及飽合度關(guān)系曲線，分析影響彩色場(chǎng)景成像質(zhì)量的因素。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成圖 1、相機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝 購(gòu)置CCD相機(jī)時(shí)，其攜帶的SDK軟件包中包括：相機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、各種語(yǔ)言的Demo(示例)程序及相機(jī)操作程序、相機(jī)操作及

2、軟件開(kāi)發(fā)說(shuō)明文檔三部分。相機(jī)驅(qū)動(dòng)程序一般有兩種，一種是驅(qū)動(dòng)安裝EXE文件(StCamSWare_x64.exe適于64位操作系統(tǒng)，StCamSWare_x86.exe適于32位操作系統(tǒng))，另一種是只有驅(qū)動(dòng)文件，沒(méi)有可執(zhí)行程序(這一種可通過(guò)在系統(tǒng)硬件的“資源管理器”通過(guò)“更新驅(qū)動(dòng)程序”的方法完成安裝)。 相機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝完成后，從計(jì)算機(jī)控制面板的系統(tǒng)硬件的“資源管理器”中進(jìn)行查看，相機(jī)的安裝項(xiàng)目應(yīng)處于正常狀態(tài)。 2、白平衡與GAMMA校正 “白平衡”是使用彩色相機(jī)時(shí)需設(shè)置相機(jī)采集圖像時(shí)色彩空間坐標(biāo)系原點(diǎn)時(shí)用，也就是告訴相機(jī)“什么是白色”，相機(jī)以此為基礎(chǔ)，識(shí)別色彩并感光成像，采集到較為準(zhǔn)確的彩色。 G

3、amma源于CRT（顯示器/電視機(jī)）的響應(yīng)曲線，即其亮度與輸入電壓的非線性關(guān)系。在視頻系統(tǒng)，線性光Intensity通過(guò)Gamma校正轉(zhuǎn)換為非線性的視頻信號(hào)，通常在攝像過(guò)程內(nèi)完成。一個(gè)理想的Gamma校正通過(guò)相反的非線性轉(zhuǎn)換把該轉(zhuǎn)換反轉(zhuǎn)輸出來(lái)。相機(jī)成像時(shí)，光Intensity與最終采集的圖像灰度值之間也存在非線性，這種非線性直接會(huì)影響彩色CCD采集的RGB三色的灰度值從而影響所采集色彩的亮度、色相和飽合度，從而引起色彩失真，因此采集彩色圖像需對(duì)相機(jī)進(jìn)行GAMMA校正。GAMMA曲線 3、RGB模型向HIS模型轉(zhuǎn)換原理RGB與HIS之間的關(guān)系 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1、將相機(jī)的SDK軟件包拷貝到安裝相機(jī)

4、的計(jì)算機(jī)上； 2、根據(jù)計(jì)算機(jī)安裝的操作系統(tǒng)，確定32位或64位操作系統(tǒng)安裝的驅(qū)動(dòng)程序； 3、將相機(jī)通過(guò)USB接口連接到計(jì)算機(jī)上，運(yùn)行安裝程序(或通過(guò)更新驅(qū)動(dòng)程序的方法)完成相機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。應(yīng)用SDK中的圖像采集程序，完成圖像顯示與采集。 4、在相機(jī)的圖像采集軟件中，完成白平衡設(shè)置，采集圖像；改變GAMMA校正參數(shù)，采集多張圖像。 5、應(yīng)用HIS模型，計(jì)算不同GAMMA校正參數(shù)下彩色圖像的色相H及飽合度S，分析白平衡設(shè)置及GAMMA校正參數(shù)對(duì)圖像色相H及飽合度S。四、實(shí)驗(yàn)儀器彩色相機(jī)及要SDK（帶有白平衡及GAMMA校正設(shè)置功能），計(jì)算機(jī)一臺(tái)；帶有豐富色彩的目標(biāo)物。六、思考題1、影響CCD采集圖像

5、色彩失真的因素有那些，如何在用CCD相機(jī)采集彩色圖像時(shí)，色彩失真盡可能地?。繉?shí)驗(yàn)八、槍械密集度檢測(cè)圖像特征提取算法設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 掌握基于圖像觀測(cè)的光電觀瞄系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟與方法； 2. 初步掌握基于平面目標(biāo)的圖像觀瞄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力； 3. 掌握初步針對(duì)復(fù)雜圖像處理問(wèn)題的算法設(shè)計(jì)能力； 4. 初步掌握編制基于MATLAB平臺(tái)的大型圖像處理程序的能力。實(shí)驗(yàn)要求：安裝有MATLAB的計(jì)算機(jī)一臺(tái)； 要求針對(duì)工程需求，設(shè)計(jì)完成光電觀瞄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)；完成檢測(cè)系統(tǒng)的搭建，標(biāo)定方案的設(shè)計(jì)及標(biāo)定數(shù)據(jù)采集與解算； 編程調(diào)試完成彈孔圖圖像的特征提取結(jié)果； 數(shù)據(jù)分析獲得密集度計(jì)算結(jié)果。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)裝

6、置組構(gòu)圖 完成單攝相機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定，并通過(guò)采集到的靶標(biāo)圖像，識(shí)別平面目標(biāo)上的圖像特征，并反演解算平面觀測(cè)目標(biāo)上的幾何特征。 這種測(cè)量系統(tǒng)在成像系統(tǒng)徑向畸變較少的視場(chǎng)范圍可近似應(yīng)用攝相機(jī)的線性系統(tǒng)模型來(lái)描述。典型的攝像機(jī)線性系統(tǒng)模型之一-直接線性變換法。攝像機(jī)線性模型由式(1)表示如下: 圖1直接線性變換法共線方程示意圖 （1）其中，(,1)為三維立體靶標(biāo)第個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，也就是系統(tǒng)標(biāo)定過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)量所使用的點(diǎn)的空間坐標(biāo)；(,1)為第個(gè)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；為世界坐標(biāo)系向像平面坐標(biāo)系線性變換矩陣的第行列元素。上式包含三個(gè)方程 （2）將式(2)中的第一式除以第三代，第二代除以第三式分別消去后，可得如下兩個(gè)關(guān)于的線

7、性方程： （3）為了減化系統(tǒng)參數(shù)求解難度及測(cè)量平面特征點(diǎn)的解算過(guò)程，選取被測(cè)平面為攝像機(jī)標(biāo)定物方空間坐標(biāo)系的平面。令公式(3)中得公式(4)： (4)上式中有8個(gè)參數(shù)，只需4組特征點(diǎn)對(duì)即可求出系統(tǒng)參數(shù)，因此在標(biāo)定過(guò)程中至少需要4個(gè)特征點(diǎn)對(duì)。 當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定完后，通過(guò)圖像特征識(shí)別的方法識(shí)別出圖像中的彈孔中心特征點(diǎn)(,1)后，應(yīng)用公式4求解彈孔中心在靶面上的坐標(biāo)(,0,1)。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)彈孔靶標(biāo)的大小，設(shè)計(jì)搭建測(cè)量系統(tǒng)；2、在彈孔靶標(biāo)上設(shè)計(jì)標(biāo)定特征點(diǎn)，并用成像系統(tǒng)采集靶標(biāo)特征點(diǎn)圖像(注意：成像系統(tǒng)的視場(chǎng)中心(即像平面坐標(biāo)原點(diǎn))應(yīng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)定靶標(biāo)的中心(世界坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn))；3、應(yīng)用圖像處理技術(shù)

8、識(shí)別靶標(biāo)特征點(diǎn)，并編程完成系統(tǒng)模型參數(shù)的解算；4、應(yīng)用成像系統(tǒng)采集彈孔靶標(biāo)圖像，應(yīng)用圖像處理算法識(shí)別圖像中彈孔中心特征點(diǎn)的坐標(biāo)；5、反演求解靶標(biāo)中彈孔中心的坐標(biāo)，計(jì)算R100及R50等數(shù)值，后對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的精度進(jìn)行分析。四、實(shí)驗(yàn)儀器云臺(tái)及三角架，被測(cè)彈孔靶標(biāo)，成像鏡頭及CCD，標(biāo)定靶標(biāo)及標(biāo)識(shí)，安裝有MATLAB軟件的計(jì)算機(jī)等。六、思考題1、分析測(cè)量系統(tǒng)精度的影響因素，如何提高系統(tǒng)的標(biāo)定精度？附錄1：直接線性變換模型參數(shù)求解程序%本程序完成對(duì)攝相機(jī)線性模型參數(shù)H矩陣的解算clearxxI=-1,1,-1,-1;標(biāo)定特征點(diǎn)X坐標(biāo)，注意對(duì)應(yīng)次序yyI=1,1,-1,1; 標(biāo)定特征點(diǎn)Y坐標(biāo)，注意對(duì)應(yīng)次序

9、crx1=-203,215,-197,200; 標(biāo)定特征點(diǎn)圖像u坐標(biāo)，注意對(duì)應(yīng)次序cry1=214,200,-184,-182; 標(biāo)定特征點(diǎn)圖像v坐標(biāo)，注意對(duì)應(yīng)次序for ii=1:4 U(ii-1)*2+1)=-crx1(ii); U(ii-1)*2+2)=-cry1(ii); endfor jj=1:4A(jj-1)*2+1,1)=xxI(jj);A(jj-1)*2+1,2)=yyI(jj);A(jj-1)*2+1,3)=1;A(jj-1)*2+1,4)=0;A(jj-1)*2+1,5)=0;A(jj-1)*2+1,6)=0;A(jj-1)*2+1,7)=-xxI(jj)*U(jj-1)*

10、2+1);A(jj-1)*2+1,8)=-yyI(jj)*U(jj-1)*2+1);A(jj-1)*2+2,1)=0;A(jj-1)*2+2,2)=0;A(jj-1)*2+2,3)=0;A(jj-1)*2+2,4)=xxI(jj);A(jj-1)*2+2,5)=yyI(jj);A(jj-1)*2+2,6)=1;A(jj-1)*2+2,7)=-xxI(jj)*U(jj-1)*2+2);A(jj-1)*2+2,8)=-yyI(jj)*U(jj-1)*2+2);end B=A'E=B*A;F=inv(E);H=F*B*U'附錄2：彈孔中心坐標(biāo)反演求解程序clear;close all;H=-208.7059 %系統(tǒng)標(biāo)定所求解的系統(tǒng)參數(shù) -0.7004 -6.1920 -3.4360 -193.9263 -10.3242 -0.0050 -0.0060; ximage=-107,122,-11; %從圖像中所識(shí)別的彈孔中心特征點(diǎn)的u坐標(biāo)yimage=63,61,-95; %從圖像中所識(shí)別的彈孔中心特征點(diǎn)的v坐標(biāo)for ii=1:3 C1(1,1)=h1(1)-h1(7)*ximage(ii); C1(1,2)=h1(2)-h1(8)*ximage(ii); C1(2,1)=h1(4)-h1(7)*yimage(ii); C1(2,2)=h1(5)-h1(8)