sCMOS相機的噪聲檢測與校正方法研究

發(fā)布時間：2020-07-27 14:25

【摘要】：sCMOS相機是一款集低輸出噪聲、高靈敏度、高分辨率和高幀頻等眾多優(yōu)點為一體的科學(xué)級相機,在醫(yī)學(xué)圖像診斷、顯微成像、天文觀測和高清智能監(jiān)控等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。顯然,sCMOS相機的高性能不僅取決于其硬件設(shè)計上的技術(shù)優(yōu)勢,也依賴于軟件控制中的算法優(yōu)化。由于sCMOS相機對圖像質(zhì)量有著較高要求,與普通相機相比,它對噪聲也是異常敏感的。圖像噪聲作為影響圖像質(zhì)量的首要因素,在科學(xué)界一直備受關(guān)注,雖然目前有一些濾波方法能夠在一定程度上抑制噪聲的干擾,但這些方法往往會破壞圖像的細節(jié)信息,難以滿足sCMOS相機對圖像質(zhì)量的要求。因此,為了讓sCMOS相機更好地發(fā)揮其在科研領(lǐng)域的作用,開發(fā)一種準確率高、圖像破壞度低、自適應(yīng)能力強的噪聲檢測與校正方法具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。本論文的主要研究工作和研究結(jié)果如下:1、研究了 sCMOS相機的固定模式噪聲自適應(yīng)檢測與校正方法。根據(jù)固定模式噪聲的成因和特點,提出了多幅圖像互相參照的檢測思想,分別設(shè)計了暗場和明場環(huán)境下的固定模式噪聲自適應(yīng)檢測方法�；诠潭Ｊ皆肼暤南鄬Ψ€(wěn)定性,將檢測與校正過程分離,檢測完成后存儲噪聲坐標,后續(xù)僅對坐標點處的像素進行校正。實驗結(jié)果顯示,本方法固定模式噪聲的檢測準確率高達99.13%,與現(xiàn)有方法相比,校正后的圖像峰值信噪比提高了約7%,校正時間縮短了約50%,降至0.5秒以下,有效提高了圖像質(zhì)量和校正速度。2、研究了 sCMOS相機在靜態(tài)場景下的隨機噪聲檢測與校正方法。根據(jù)隨機噪聲的特點以及靜態(tài)場景下高幀率相機連續(xù)拍攝圖像的相對穩(wěn)定性,提出了基于多幅連拍圖像互相參照的隨機噪聲檢測方法。對于目標圖像的每一個噪聲點,設(shè)計了基于統(tǒng)計學(xué)的隨機噪聲校正算法,通過對多幅連拍圖像中相應(yīng)坐標點的數(shù)值進行統(tǒng)計分析,確定準確數(shù)值并用于替代目標圖像的噪聲。與目前常用的濾波算法相比,本方法取得了最優(yōu)的原圖還原效果,在隨機噪聲的校正準確性方面性能突出,更適用于sCMOS相機在靜態(tài)場景下的圖像去噪。3、設(shè)計了 HK_A5100_MINI軟件的二次開發(fā)算法。該軟件能夠與sCMOS相機設(shè)備兼容,具備圖像信息的數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能,實現(xiàn)了兩種可選的噪聲校正模式。采用這款軟件可以極大地方便用戶對圖像信息的獲取與分析,軟件的處理時間可低至0.4秒,對sCMOS相機的功能是一個重要的補充和擴展。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TB852.1
【圖文】：

示意圖,相機,物理模型,示意圖

圖２－５單個像素的數(shù)學(xué)模型示意圖逡逑圖像噪聲的概念與分類逡逑聲在圖像上常表現(xiàn)為引起較強視覺效果的孤立像素點或像素塊。一般聲信號與要研宄的對象不相關(guān)，它以無用的信息形式出現(xiàn)，擾亂圖像信息。噪聲來源有兩個方面：一是在圖像獲取過程中，當圖像傳感器時，由于受傳感器材料屬性、工作環(huán)境、電子元器件和電路結(jié)構(gòu)等引入各種噪聲，如電阻引起的熱噪聲、場效應(yīng)管的溝道熱噪聲、光子電流噪聲、光響應(yīng)非均勻性噪聲等；二是在圖像信號傳輸過程中，由質(zhì)和記錄設(shè)備等的不完善，數(shù)字圖像在其傳輸記錄過程中往往會受到的污染。圖像噪聲的種類是多樣的，其性質(zhì)也是千差萬別的，所以了分類是很重要的。逡逑ＭＶＡ１２８８標準［４６４８］將相機中的噪聲分為兩類，分別是時域噪聲和空域１２逡逑

模擬圖像,固定模式噪聲,模擬圖像,暗場