一种基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法，通过线性CCD对被扫描物体进行初步扫描成像，在扫描成像的过程中利用运动传感器记录扫描速度。然后，以扫描速度为基本参数，采用基于自适应区间分割的方法，对变速运动下扫描成像得到的不均匀失真图像进行补偿修正，最终得到在变速扫描下的较为准确的二维图像，从而将线性CCD二维扫描的应用范围扩展到二维变速扫描成像领域。

A Linear CCD Two-Dimensional Variable Speed Imaging Method Based on Image Segmentation

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法
本专利技术属于线性CCD二维动态成像
，更为具体地讲，涉及一种基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法。
技术介绍
线性CCD(Charge-coupledDevice，全称:电荷耦合元件，也可以称为CCD图像传感器)二维动态成像是目前线性CCD应用技术研究的热门领域。由于线性CCD成像过程中逐行成像的特点，使得线性CCD成像结果容易受到扫描成像过程中扫描运动状况的影响。在线性CCD二维成像过程中，扫描频率是每秒钟曝光的行数，扫描速度是线性CCD和被扫描物体之间的相对速度关系，扫描频率和扫描速度之间的关系决定了扫描成像的结果。在扫描频率不变的情况下，扫描速度过快和过慢将造成图像的失真，甚至在扫描速度为变速的情况下，图像将发生不均匀失真。而目前对于线性CCD二维成像的研究中，扫描速度造成的图像失真未引起足够重视。目前，线性CCD扫描成像主要应用于一维成像或者简单的扫描速度易控的二维成像领域。然而，在实际的线性CCD二维动态扫描过程中，由于运动控制精度等原因，可能出现扫描速度不为匀速的情况，在这种情况下，成像结果的图像中混杂着因为扫描速度和扫描频率不匹配而引起的不规则失真，造成图像信息不准确。因此，考虑到线性CCD扫描过程中可能出现一般性的扫描速度为变速的情况，研究一种可以适应扫描速度变化的成像方法是有意义且必要的，这种方法，可以使得扫描成像的结果基本上不受到扫描速度的影响，从而将线性CCD扫描成像的适用范围从一维成像和简单的二维匀速成像，扩展到二维变速成像，提高了线性CCD的实用性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法，利用图像处理的方式，以扫描速度为参数，从线性CCD二维变速成像的图像中尽可能消除扫描速度造成的图像失真。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、初步扫描成像(1.1)、将被扫描物体放置在与线性CCD成像方向垂直的水平平台上的载物台上，线性CCD竖直放置；(1.2)、上位机控制电机转动，从而带动载物台在平台上运动，并确保运动轨迹经过线性CCD的成像区域；(1.3)、当被扫描物体即将运动到线性CCD成像区域时，上位机向线性CCD发出触发信号，并同时向运动传感器发出触发信号，线性CCD以固定扫描频率P开始图像采集，同时记录“速度—时间”离散值，得到初步扫描图像；(2)、初步扫描图像的初次分割(2.1)、对初步扫描图像进行分割；设初步扫描图像的尺寸大小为m*n，其中，m为线性CCD每一行的像元个数，而n为整幅图像的行数；将初步扫描图像等间距分割成大小为m*k的图像块，其中，k远小于n；(2.2)、对“速度—时间”离散值进行区间分割；计算每个图像块的成像时间；T＝k/P从“时间零点”开始，将“速度-时间”离散值按照成像时间T进行区间分割，得到时间区间，再将时间区间进行编号，记为1,2,…,s,…,S；(3)、时间区间内的速度拟合在每一个时间区间内选取的L个“速度-时间”离散值点，然后通过“速度-时间”离散值插值处理，拟合出每个时间区间内的速度曲线；Vs＝A*TTA＝(aL-1,aL-2,…,a0)T＝(tL-1,tL-2,…,t0)其中，A为拟合系数矩阵，T为时间变量t构成的时间矩阵；(4)、时间区间二次自适应分割(4.1)、计算每一个时间区间的平均速度根据每一个时间区间拟合的速度曲线，利用积分的方式得到每一个时间区间的平均速度；(4.2)、比较每一个时间区间的平均速度V′s与阈值V*的大小，如果V′s＞V*，则对该时间区间进行第二次自适应分割，分割成小区间，否则，不分割；(5)、计算自适应分割后各小区间的补偿系数γ；其中，Vis表示第s个时间区间进行第二次自适应分割后的第i个小区间的平均速度，i＝1,2,…,d；V0表示线性CCD以固定扫描频率P进行扫描时不失真的扫描速度；系数ε满足：其中，σ为权重系数，δ为判断速度变化是否过大的权重值；(6)、对自适应分割后各小区间进行插值变换(6.1)、设自适应分割后各小区间的图像Bi的分辨率为m*j，将自适应分割后各小区间的图像Bi按照补偿系数进行插值变换，插值变换后各小区间的图像B′i的分辨率为m*(jγ)；(6.2)、找出图像Bi和图像B′i的对应关系；令P(x,y)为图像B′i中某一点的坐标值，x和y皆为整数，P'(x',y')为图像Bi中对应于点P(x,y)的坐标值，x'和y'为小数；通过补偿系数计算点P'(x',y')和点P(x,y)的关系为：x'＝x/γy'＝y/γ(6.3)、根据图像B′i和图像Bi的对应关系，利用点P'(x',y')求得点P(x,y)的灰度值；在图像B′i中，将点P'(x',y')表示为：P'(i*+u*,j*+v*)，其中，i*和j*为整数部分，而u*和v*为小数部分；计算以点P'(i*+u*,j*+v*)为中心的十六个最近邻点的灰度值的加权平均值作为点P'(i*+u*,j*+v*)的灰度值，然后将点P'(i*+u*,j*+v*)的灰度值作为点P(x,y)的灰度值；(6.4)、按照步骤(6.1)-(6.3)所述方法对每个小区间进行处理，得到每个小区间插值变换后的图像；(7)、图像重组(7.1)、按照时间区间第二次自适应分割时的标号，将各个小区间按照对应标号依次进行串接，得到第二次自适应分割后对应的时间区间；(7.2)、将所有的时间区间按照编号顺序依次串接，重组为一幅完整的图像。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法，通过线性CCD对被扫描物体进行初步扫描成像，在扫描成像的过程中利用运动传感器记录扫描速度。然后，以扫描速度为基本参数，采用基于自适应区间分割的方法，对变速运动下扫描成像得到的不均匀失真图像进行补偿修正，最终得到在变速扫描下的较为准确的二维图像，从而将线性CCD二维扫描的应用范围扩展到二维变速扫描成像领域。同时，本专利技术基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法还具有以下有益效果：(1)、简化了线性CCD扫描成像过程中的运动控制。一般的线性CCD二维成像必须保证速度处于匀速且为标准速度，这使得扫描成像过程中的运动控制较为困难；而本专利技术由于加入了基于扫描速度的补偿修正，因此，可以不严格要求扫描过程中的速度，从而简化了线性CCD扫描成像过程。(2)、提高了扫描效率。由于不严格要求扫描速度，而采用后期图像处理的方式消除速度的影响，因此，在扫描过程中可以较大的提高扫描速度。经过实验验证，在目前的实验环境下，扫描速度可以达到标准速度的30倍左右，依旧可以通过以上算法得到基本准确的图像。(3)、本专利技术涉及的算法，都可以通过软件的方法实现，而不对硬件系统有较高要求，因此使得本专利技术比较具有实用性。附图说明图1是本专利技术基于图像分割的线性CCD二维变速成像原理图；图2是本专利技术基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法流程图；图3是实施例扫描运动的近似速度曲线；图4是标准未失真图像；图5是扫描速度为变速下初步成像图像；图6是经过补偿修正之后图像。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、初步扫描成像(1.1)、将被扫描物体放置在与线性CCD成像方向垂直的水平平台上的载物台上，线性CCD竖直放置；(1.2)、上位机控制电机转动，从而带动载物台在平台上运动，并确保运动轨迹经过线性CCD的成像区域；(1.3)、当被扫描物体即将运动到线性CCD成像区域时，上位机向线性CCD发出触发信号，并同时向运动传感器发出触发信号，线性CCD以固定扫描频率P开始图像采集，同时记录“速度—时间”离散值，得到初步扫描图像；(2)、初步扫描图像的初次分割(2.1)、对初步扫描图像进行分割；设初步扫描图像的尺寸大小为m*n，其中，m为线性CCD每一行的像元个数，而n为整幅图像的行数；将初步扫描图像等间距分割成大小为m*k的图像块，其中，k远小于n；(2.2)、对“速度—时间”离散值进行区间分割；计算每个图像块的成像时间；T＝k/P从“时间零点”开始，将“速度‑时间”离散值按照成像时间T进行区间分割，得到时间区间，再将时间区间进行编号，记为1,2,…,s,…,S；(3)、时间区间内的速度拟合在每一个时间区间内选取的L个“速度‑时间”离散值点，然后通过“速度‑时间”离散值插值处理，拟合出每个时间区间内的速度曲线；Vs＝A*T...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像分割的线性CCD二维变速成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、初步扫描成像(1.1)、将被扫描物体放置在与线性CCD成像方向垂直的水平平台上的载物台上，线性CCD竖直放置；(1.2)、上位机控制电机转动，从而带动载物台在平台上运动，并确保运动轨迹经过线性CCD的成像区域；(1.3)、当被扫描物体即将运动到线性CCD成像区域时，上位机向线性CCD发出触发信号，并同时向运动传感器发出触发信号，线性CCD以固定扫描频率P开始图像采集，同时记录“速度—时间”离散值，得到初步扫描图像；(2)、初步扫描图像的初次分割(2.1)、对初步扫描图像进行分割；设初步扫描图像的尺寸大小为m*n，其中，m为线性CCD每一行的像元个数，而n为整幅图像的行数；将初步扫描图像等间距分割成大小为m*k的图像块，其中，k远小于n；(2.2)、对“速度—时间”离散值进行区间分割；计算每个图像块的成像时间；T＝k/P从“时间零点”开始，将“速度-时间”离散值按照成像时间T进行区间分割，得到时间区间，再将时间区间进行编号，记为1,2,…,s,…,S；(3)、时间区间内的速度拟合在每一个时间区间内选取的L个“速度-时间”离散值点，然后通过“速度-时间”离散值插值处理，拟合出每个时间区间内的速度曲线；Vs＝A*TTA＝(aL-1,aL-2,…,a0)T＝(tL-1,tL-2,…,t0)其中，A为拟合系数矩阵，T为时间变量t构成的时间矩阵；(4)、时间区间二次自适应分割(4.1)、计算每一个时间区间的平均速度根据每一个时间区间拟合的速度曲线，利用积分的方式得到每一个时间区间的平均速度；(4.2)、比较每一个时间区间的平均速度V′s与阈值V*的大小，如果V′s＞V*，则对该时间区间进行第二次自适应分割，分割成小区间，否则，不分割；(5)、计算自适应分割后各小区间的补偿系数γ；其中，Vis表示第s个时间区间进行第二次自适应分割后的第i个小区间的平均速度，i＝1,2,…,d；V0表示线性CCD以固定扫描频率P进行扫描时不失真的扫描速度；系数ε满足：其中，σ为权重重系数，δ为判断速度变化是否过大的权重值；(6)、对自适应分割后各小区间进行插值变换(6.1)、设自适应分割后各小区间的图像Bi的分辨率为m*j，将自适应分割后各小区间的图像Bi按照补偿系数进行插值变换，插值变换后各小区间的图像B′i的分辨率为m*(jγ)；(6.2)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭超，梁明尧，邹见效，徐红兵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51