光子计数成像系统的图像数据处理与算法研究

论文总字数：36410字

摘 要

紫外光图像和可见光图像融合作为紫外检测的一部分，近年来被广泛应用于军事、工农业生产以及科学探索领域。开展对紫外图像与可见光图像融合的研究对推动紫外探测技术的应用及普及具有重要意义。本文对多种成像融合原理进行了广泛调研与深入研究，在此基础上设计了一套基于MATLAB软件的图像融合算法实现了两种光谱图像的精确配准和图像融合。首先，根据前级紫外探测芯片产生的数据格式，使用数据采集卡接收数据。其次，使用MATLAB软件将紫外检测数据转换成灰度图。然后，针对紫外图像特性，利用形态学滤波与中值滤波对紫外图像进行降噪处理并提取光源相关信息。进而使用双目模型对紫外图像和可见光图像实现精确配准，最后使用拉普拉斯图像融合的方式实现紫外光检测结果与CCD相机拍摄的可见光图片的优质融合。通过紫外成像系统测试结果表明采用本文提出的图像配准与融合算法可以实现对紫外目标检测和定位的功能，并与CCD相机的背景图实现精确融合。本文的创新点在于提出了一种基于相机成像原理的配准模型，可以对紫外光图像与可见光图像实现高精度配准，该方法计算速度快、定位目标准、成像融合质量高，该算法可用于紫外发光目标检测与定位，具有一定的实用价值。

关键词：光子计数，图像融合，图像配准，图像处理，紫外探测

Abstract

Ultraviolet and visible image fusion, as a part of ultraviolet detection, has been widely used in military, industrial and agricultural production and scientific exploration in recent years. The research on the fusion of ultraviolet image and visible image is of great significance to promote the application and popularization of ultraviolet detection technology.

In this paper, a variety of imaging fusion principles have been extensively investigated and deeply studied. On this basis, an image fusion algorithm based on MATLAB software has been designed to achieve accurate registration and image fusion of two spectral images. Firstly, data acquisition card is used to receive data according to the data format generated by the front-stage ultraviolet detection chip. Secondly, by using MATLAB software, the ultraviolet detection data are converted into gray image. Then, according to the characteristics of ultraviolet image, morphological filtering and median filtering are used to denoise the ultraviolet image and extract the information related to the light source. Then the binocular model is used to accurately register the ultraviolet and visible images. Lastly, the Laplacian image fusion method is used to achieve the high quality fusion of the ultraviolet detection results and the visible images captured by the CCD camera.

The test results of the ultraviolet imaging system show that the proposed image registration and fusion algorithm can realize the function of ultraviolet target detection and location, and accurately fuse with the background image of the CCD camera. The innovation of this paper is that a registration model based on camera imaging principle is proposed, which can achieve high-precision registration of ultraviolet and visible images. This method has fast calculation speed, high quality of image fusion, and can be used for ultraviolet luminescence target detection and location. It has certain practical value.

KEY WORDS: photon counting, image fusion, image registration, image processing, ultraviolet detection

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状和发展趋势 2

1.3 本文主要研究内容 3

1.4 论文组织结构 3

第二章 光子计数成像数据处理与成像算法设计 5

2.1 光子计数成像原理 5

2.1.1 成像系统原理 5

2.1.2 读出电路芯片原理 6

2.1.3 光机扫描原理 8

2.2 扫描成像数据采集设计 9

2.2.1 数据采集与处理程序 9

2.2.2 进制转换程序 10

2.3 图像融合算法设计 11

2.4本章小结 11

第三章 图像处理与图像配准实现 12

3.1 图像处理 12

3.1.1 图像降噪处理 12

3.1.2 紫外目标提取 13

3.1.3 分辨率重建 15

3.1.4 指示激光点提取 17

3.2 图像配准 18

3.2.1 三种坐标系的转换 18

3.2.2 双目模型建立与公式推导 20

3.3 本章小结 21

第四章 图像融合实现 22

4.1 融合方式选取 22

4.2 高斯金字塔分解 22

4.3 拉普拉斯金字塔分解 22

4.4 图层重建 23

4.5 拉普拉斯图像融合 23

4.6 本章小结 24

第五章 测试验证与分析 25

5.1 数据采集处理 25

5.1.1 探测系统搭建 25

5.1.2 数据采集 26

5.2 图像处理 27

5.2.1 图像预处理结果 27

5.2.2 图像配准结果 29

5.2.3 图像融合结果 30

5.3 测试结果分析 30

5.4本章小结 31

第六章 总结与展望 32

6.1 总结 32

6.2 展望 32

参考文献 33

附录 34

致 谢 42

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