本文關鍵詞：仿視網(wǎng)膜分布探測器設計及成像特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學》 2015年

仿視網(wǎng)膜分布探測器設計及成像特性研究

王凡  

【摘要】：隨著光電成像技術的迅速發(fā)展，它廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設和科學研究領域，而且應用領域在不斷拓展。但是應用需求的多元化發(fā)展導致傳統(tǒng)的矩陣CCD/CMOS光電成像器件在某些特定場合應用時存在問題，例如：在高速相向運動成像過程中，以像元均勻分布的矩陣探測器作為成像器件時，會產(chǎn)生輻射狀模糊圖像并影響視場有效范圍；視頻傳輸過程中龐大的數(shù)據(jù)量給帶寬和存儲設備都帶來挑戰(zhàn)；利用傳統(tǒng)的矩陣探測器配合魚眼鏡頭實現(xiàn)全景相機時，會產(chǎn)生畸變圖像。然而，前述問題對于人眼而言是十分簡單的任務，同時，研究表明人眼是智能的成像系統(tǒng)。為此，國內外研究者們致力于仿生技術的發(fā)展，該探測器就是一類模擬人眼視網(wǎng)膜感光細胞分布的新型仿生探測器，像元排布在同心圓環(huán)上，整個面陣分為兩個區(qū)域：中心凹區(qū)和周邊區(qū)域。在中心凹區(qū)，像元尺寸相等且在整個面陣中最小，在周邊區(qū)域，像元尺寸逐環(huán)增加。由于其特殊的像元布局，使得該探測器在小數(shù)據(jù)量、大視場范圍和高分辨力之間取得較好的平衡。因此，仿視網(wǎng)膜分布探測器的出現(xiàn)有望解決矩陣探測器在上述應用過程中所存在的問題，對該探測器的研究具有重要的應用價值和現(xiàn)實意義。 盡管仿視網(wǎng)膜分布探測器具有上述優(yōu)勢，但是其像元布局的設計并沒有依據(jù)可循，大量文獻調研，均沒有檢索到針對不同應用需求設計探測器像元布局參數(shù)的研究報，國內，關于仿視網(wǎng)膜分布探測器的設計與制造的研究尚屬空白。本文在深入闡述國外已有仿視網(wǎng)膜分布探測器的研究發(fā)展現(xiàn)狀基礎上，對該探測器的像元布局設計方法以及靜、動態(tài)成像特性分析與性能測試方法進行了深入研究，完成并取得了以下創(chuàng)新性研究成果： 1)針對相向運動成像的特點，提出了一種新的仿視網(wǎng)膜分布探測器像元布局模型，并根據(jù)三種不同的應用要求，將針對不同應用需求設計探測器像元布局參數(shù)的問題轉化為多目標優(yōu)化問題，并利用粒子群算法進行優(yōu)化，得到最優(yōu)的探測器像元布局參數(shù)。算法魯棒性高且優(yōu)化結果接近設計準則； 2)針對仿視網(wǎng)膜分布探測器的空變特性，建立了仿視網(wǎng)膜分布探測器的靜態(tài)調制傳遞函數(shù)模型。模型根據(jù)調制傳遞函數(shù)的定義，針對探測器各空不變的子區(qū)域，計算對應輸出圖像與輸入圖像的頻譜比值，獲得仿視網(wǎng)膜分布探測器的靜態(tài)調制傳遞函數(shù)，用于定量分析包含空變器件的成像系統(tǒng)性能。針對研制的仿視網(wǎng)膜分布探測器成像系統(tǒng)，進行了利用不同周期數(shù)的輻射靶標測量其調制傳遞函數(shù)的實驗，結果表明，實驗測量值與理論值接近； 3)根據(jù)相向運動成像特點，建立了仿視網(wǎng)膜分布探測器在相向運動成像過程中的動態(tài)調制傳遞函數(shù)。利用統(tǒng)計矩的分析方法求解相向運動成像過程中的運動對調制度的影響，并結合仿視網(wǎng)膜分布探測器靜態(tài)調制傳遞函數(shù)，獲得該探測器在相向運動成像過程中的動態(tài)調制傳遞函數(shù)。同時，進行了基于動態(tài)調制傳遞函數(shù)的相向運動成像輸出圖像的半實物仿真實驗，仿真圖像與實際采集圖像的Pearson相關系數(shù)大于0.85； 4)提出了通過旋轉成像實現(xiàn)等效相向運動的實驗方案，并利用自行搭建的實驗系統(tǒng)，，定量對比了仿視網(wǎng)膜分布相機與矩陣相機在相向運動等效實驗中的圖像模糊長度，實驗結果表明，基于本文設計的仿視網(wǎng)膜分布探測器相機具有抗輻射狀模糊的優(yōu)勢。 本文的仿視網(wǎng)膜分布探測器像元布局設計方法可滿足不同應用場合的需求，充分利用仿視網(wǎng)膜分布探測器的像元布局優(yōu)勢解決相關的實際問題。同時，本文對仿視網(wǎng)膜分布探測器的靜動態(tài)成像特性分析及實測方法研究也為進一步設計發(fā)展高性能的仿視網(wǎng)膜分布探測器，提供理論和技術參考。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

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