電氣工程技術(shù)：基于MATLAB透過毛玻璃成像的模糊圖像處理

電氣工程技術(shù)：基于MATLAB透過毛玻璃成像的模糊圖像處理基于MATLAB透過毛玻璃成像的模糊圖像處理摘要通過復(fù)雜介質(zhì)獲取目標(biāo)圖像精細(xì)信息的能力是光電圖像采集和處理的難點，采用CMOS光電圖像傳感器，設(shè)計了CMOS成像系統(tǒng)和后端讀取處理電路，通過毛玻璃對目標(biāo)物體進行成像，采集到的圖像信息傳輸?shù)接嬎銠C進行處理。 該系統(tǒng)是根據(jù)攝像機光學(xué)成像系統(tǒng)的原理制作的。 采用通用CMOS圖像傳感器芯片完成電路設(shè)計，另外采用紅外激光輔助照明拍攝采集圖像，從不同距離對同一物體成像，對成像圖像進行迭代圖像增強算法優(yōu)化，可以解決毛玻璃異質(zhì)性問題，大大提高光源重建精度，獲得可見光圖像清晰輪廓。 與一般CCD成像系統(tǒng)相比，識別率超過95%，遠(yuǎn)大于一般成像系統(tǒng)，成像性能良好關(guān)鍵詞可見光;CMOS圖像傳感器;光電成像;圖像處理AbstractThe ability to obtain the fine information of the target image through the complex medium is one of the difficulties in the photoelectric image acquisition and processing, Using CMOS photoelectric image sensor, The CMOS imaging system and the back-end reading and processing circuit are designed, Images a target object through frosted glass, The collected image information is transmitted to a computer for processing. The system is made according to the principle of camera optical imaging system. The general CMOS image sensor chip is used to complete the circuit design, In addition, infrared laser assisted illumination is used to photograph and collect images, Imaging the same object from different distances, The iterative image enhancement algorithm optimization of the imaging image can solve the problem of frosted glass heterogeneity, greatly improve the reconstruction accuracy of the light source, and obtain a clear outline of the visible light image. Compared with the general CCD imaging system, the recognition rate exceeds 95%, which is much larger than the general imaging system, and the imaging performance is good.Keywords visible light; CMOS image sensor; Photoelectric imaging; Image processing引言毛玻璃又稱霧玻璃防眩玻璃，是一種表面粗糙不平，經(jīng)過金剛砂研磨或化學(xué)處理的半透明玻璃。 毛玻璃表面凹凸不平，光線通過毛玻璃反射，向四面八方射出。 由于毛玻璃表面不光滑平整，造成光線反漫反射，對網(wǎng)視網(wǎng)膜折的折射經(jīng)已經(jīng)不全完全，因此，看到不到玻后璃后面的像圖像。 毛璃玻璃對同不同光成帶成像影的影響異差異較大。 常的見的成光像光帶括包括可光見光，紫光外光，紅光外光，以波及波長短較短的外紫外光。 由吸于吸收大，穿深透深度短，毛璃玻璃常于用于皮等膚等成材像材料。 因有為有少的量的水雜等雜質(zhì)，紫光外光穿毛透毛玻時璃時比見可見光更有更高的收吸收。 因選此選擇過透過率高的見可見光過透過毛璃玻璃成像。 毛璃玻璃表面平整，對見可見光收吸收弱，折射率低。通過毛玻璃成像技術(shù)，通過光電圖像傳感器捕捉視頻圖像，進圖行圖像息信息采集，它以可以獲人得人類覺視覺看到不到的像圖像信息，讓多更多潛的在的信被息被捕捉。 獲的取的圖信像信息能可能受獲到獲取境環(huán)境的響影響。 或或多或少分部分缺失，通計過計算圖機圖像理處理軟件，后理處理優(yōu)使化使圖接像接近實現(xiàn)實。 因此，光成電成像術(shù)技術(shù)的用應(yīng)用可使以使相成機成為別識別更范廣范圍息信息的“人眼”，獲更取更多眼人眼無分法分辨信的信息，并計與計算結(jié)機結(jié)合，快存速存儲顯和顯示攝拍攝到圖的圖像息信息4，彌了補了人視類視覺短的短期接受能力，做到“過目不忘”圖像增強是圖像處理的基本內(nèi)容之一。 圖像增強指是指根特?fù)?jù)特定需要出突出圖中像中的些某些信息，同弱時弱化去或去除些某些不要必要信的息的處措理措施。 其要主要目是的是使理處理后圖的圖像原比原始像圖像更合適合于一某一特應(yīng)定應(yīng)用，處后理后的果結(jié)果使圖像更適合于人類視覺特性或機器識別系統(tǒng)。在獲取圖像的過程中，由于諸多因素的影響，導(dǎo)圖致圖像量質(zhì)量惡化。 通人過人們圖對圖像理的理解，對像圖像的改修改可認(rèn)以認(rèn)為圖是圖像強增強，而略忽略人因為因素復(fù)恢復(fù)原像圖像則圖是圖像復(fù)恢復(fù)。 實上際上，有圖時圖像強增強和像圖像復(fù)都原都是了為了使像圖像真清實清晰，人影為影響所在所難免。 人改為改變像圖像也客是客觀識認(rèn)識圖后像后所取采取的動作，因此兩者的界限并不十分明顯，無需嚴(yán)格區(qū)分。圖像增強是指強調(diào)或銳化圖像的某些征特征，如緣邊緣，輪廓，對度比度等，以于便于顯示，觀或察或進步一步分處析處理。 圖增像增強的目的是:（1）采用了一系列技術(shù)，提高了像圖像的覺視覺效果，提高了像圖像的清晰度。（2）將圖像轉(zhuǎn)換成更適合人或機器分析處理的形式。增強的首要目標(biāo)是使處理后的圖像比原始圖像更適合特定的應(yīng)用。 圖像增強最大的困難是難以定量描述增強果結(jié)果。 圖增像增強有沒有通的用的理論。 這沒與沒有個一個通的用的，客的觀的標(biāo)來準(zhǔn)來衡圖量圖像強增強的量質(zhì)量有關(guān)。 增措強措施往往往具針有針對性，增的強的結(jié)一果一般人以人們主的主管來感來評價。 因此，圖增像增強措施只能有選擇地使用。圖像增強的過程往往是一個矛盾的過程:圖像增強既希望去除噪聲，又希望增強邊緣。 但在增強邊緣的同時，噪聲也會同時增強，濾噪除噪聲在會在一程定程度模上模糊緣邊緣。 因此，在行進行圖增像增強時，往會往會對兩這兩部進分進行衷折衷，尋一找一個的好的代函價函數(shù)，以到達(dá)到所需的強增強目的。 傳的統(tǒng)的圖增像增強法算法往基往基于幅整幅圖的像的統(tǒng)量計量來定確定轉(zhuǎn)函換函數(shù)，如ST轉(zhuǎn)換，直圖方圖均化衡化，中濾值濾波，微銳分銳化，高通波濾波等，這在樣在計整算整幅像圖像的換變換時往往往會為因為某局些局部域區(qū)域?qū)Φ膽?yīng)的細(xì)的節(jié)的影較響較小忽而忽略，從局而局部域區(qū)域的強增強效往果往往理不理想，噪聲濾波和邊緣增強之間的矛盾難以解決。如今許多新的增強算法都充分用利用了圍周圍鄰的域的重信要信息，形了成了許灰多灰度整調(diào)整算進法進行部局部處理。 該施措施主利要利用域鄰域的計統(tǒng)計特性。 自應(yīng)適應(yīng)增的強的研主究主要集中以在以下類三類增算強算法上:第一種是可以平滑和保護邊緣的自適應(yīng)濾波器。自適應(yīng)濾波的基本思想是可以根像據(jù)像素在所在的域鄰域自應(yīng)適應(yīng)地?fù)襁x擇濾器波器的數(shù)參數(shù)，也以可以描為述為加平權(quán)平均波濾波器。 （1）為提了提高算的法的抗性噪性能，文中獻中介了紹了幾措種措施。 這措些措施能都能很地好地平噪滑噪聲域區(qū)域，保突護突出緣邊緣，但圖對圖像節(jié)細(xì)節(jié)的護保護較差。 （2）為提了提高算的法的細(xì)保節(jié)保護力能力，采了用了Saint。 Marc采梯用梯度定確定權(quán)值，以數(shù)指數(shù)形建式建立函權(quán)函數(shù)，較地好地保了護了圖細(xì)像細(xì)節(jié)。 但算該算法脈對脈沖聲噪聲比敏較敏感，模的型的性受能受參影數(shù)影響大較大。 此外，還一有一種向各向異擴性擴散改的改進施措施，需要解求解熱導(dǎo)傳導(dǎo)方程。 這改些改進法算法大側(cè)多側(cè)重權(quán)于權(quán)值自的自適選應(yīng)選擇，但于由于缺自乏自適調(diào)應(yīng)調(diào)整數(shù)參數(shù)，仍不然不能決解決細(xì)保節(jié)保護問題。二是基于圖像建模和估計理論的增強算法。這類算法的基本思想是提出一圖個圖像型模型，如這果這個型模型的數(shù)參數(shù)由一類從估計的參數(shù)中可以算計算出口窗口中的心的灰值度值。 最單簡單的子例子就中是中值濾波器，它對脈沖噪聲很有很好效的效果。 但于由于這算類算法建是建立估在估計論理論基上礎(chǔ)上的，所用采用的計估計措的施的魯棒對性對算的法的性有能有很的大的影響。 估措計措施于趨于復(fù)雜，使算得算法身本身更加復(fù)雜。三是基于模糊集理論的增強算法近年來，模糊集理論在像圖像處中理中得了到了廣的泛的應(yīng)用。 如Yang和Toh1.Knife利模用模糊則規(guī)則改了進了傳中統(tǒng)中值波濾波器濾中濾波窗器窗口度尺度的擇選擇，提高了法算法對高斯聲噪聲的噪抗噪性能，Rusosti提的出的自應(yīng)適應(yīng)模濾糊濾波子算子能更夠更好保地保護像圖像細(xì)節(jié)，濾除高斯聲噪聲，算中法中窗的口的大由小由鄰的域的一性致性程決度決定，該致一致性度程度由個一個模邏糊邏輯則規(guī)則導(dǎo)出，算的法的不之足之處對是對脈噪沖噪聲濾的濾波效果較差。此外，還有其他增措強措施。 例如，為充了充分慮考慮細(xì)節(jié)，在方直方圖衡均衡中入引入了部局部直圖方圖均措衡措施。 近來年來，數(shù)形學(xué)形態(tài)等學(xué)等措也施也被用應(yīng)用于像圖像增強。 需要意注意的是，變域換域增在強在圖增像增強也中也有泛廣泛的用應(yīng)用，如里傅里葉換變換，離余散余弦換變換，小變波變換等，其小中小波近是近年發(fā)來發(fā)展來起來的的新的一種。為了有效地應(yīng)用光電成像技術(shù)，針對可見光成像原理，本文設(shè)計了CMOS成像系統(tǒng)。 在成像系統(tǒng)中增加了輔助照明。 在去除紅外光影響的情況下，進行可見光成像。 通過快速迭代圖像增強算法對采集到的圖像進行處理，實現(xiàn)目標(biāo)物體通過毛玻璃的成像。1 系統(tǒng)方案的選擇與描述如今光電式圖像傳感應(yīng)器應(yīng)用較比較廣泛，主有要有兩類大類:電耦荷耦合件器件(CCD)和補互補金氧屬氧化半物半導(dǎo)圖體圖像感傳感器(CMOS)CCD圖傳像傳感器集成較度較低，在用應(yīng)用中，需要部外部輔電助電路，生成產(chǎn)成本高，內(nèi)的置的圖采像采集處芯理芯片專是專用片芯片，傳器感器體比積比較大，而CMOS圖傳像傳感不器不需要部外部輔電助電路，因生此生產(chǎn)本成本較低。 內(nèi)圖置圖像采集處芯理芯片通為通用片芯片，傳器感器體相積相對小較小，應(yīng)方用方便。 因此，本統(tǒng)系統(tǒng)選用CMOS圖傳像傳感作器作為像成像系的統(tǒng)的圖采像采集器件?？梢姽獬上裣到y(tǒng)主要由CMOS成系像系統(tǒng)計和計算圖機圖像采集與理處理兩分部分組成，系結(jié)統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。圖 1，毛璃玻璃與標(biāo)目標(biāo)的長最長距為離為5厘米，兩對者對齊。 成系像系統(tǒng)毛與毛玻的璃的距為離為20cm25cm。 CMOS成系像系統(tǒng)采集目穿標(biāo)穿透毛玻璃形成的圖像，并將圖像送入計算機進行增強算法優(yōu)化處理圖1 可見光成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，CMOS成像系統(tǒng)的路電路結(jié)主構(gòu)主要括包括時產(chǎn)序產(chǎn)生制控制電路，驅(qū)動路電路，圖傳像傳感器CMOS A/D轉(zhuǎn)電換電路同和同步號信號產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換電路。平行拍攝時，拍攝照的照片可中可以到得到模的糊的物輪體輪廓，側(cè)拍角拍攝時，光穿線穿過玻毛玻璃從后從各方個方向射散射，看清不清毛璃玻璃后目的目標(biāo)。 不是管是15，30，45等角多角度攝拍攝，都加要加入適合適的助輔助照和明和合的適的角才度才能得獲得畫面，所加以加入光的光線必須有強很強的穿透力。沒有添加輔助照明，只室有室內(nèi)光柔光，得了到了輪模廓模糊畫的畫面。 紅激色激光于用于輔照助照明。 在內(nèi)室內(nèi)光下線下，紅激色激光透穿透毛璃玻璃擊目中目標(biāo)，在標(biāo)目標(biāo)上成形成紅光色光圈。 孔無徑無法別識別目輪標(biāo)輪廓，因選為選擇的激光功率太大。毛玻璃的粗度糙度對像成像效有果有很的大的影響。 粗度糙度越大，毛璃玻璃對的光的散程射程度強越強。 網(wǎng)數(shù)格數(shù)在240以上，可得以得到廓輪廓清晰的圖像。與一般成像系統(tǒng)相比，在等同等條下件下，本統(tǒng)系統(tǒng)的別識別率達(dá)可達(dá)95%以上，遠(yuǎn)大遠(yuǎn)大于無需任圖何圖像理處理的CCD成像系統(tǒng)5 結(jié)論本系統(tǒng)采用CMOS光電圖傳像傳感通器通過透穿透毛璃玻璃采集目圖標(biāo)圖像，另利外利用外紅外激燈光燈和內(nèi)室內(nèi)LED燈輔的輔助明照明完可成可見系光系統(tǒng)成的成像。 在像圖像處過理過程中，采迭用迭代像圖像增優(yōu)強優(yōu)化理處理算法，使采得采集到可的可見圖光圖像目與目標(biāo)致一致，能識夠識別不出不同離距離的標(biāo)目標(biāo)，系的統(tǒng)的識率別率可達(dá)95%以上，達(dá)了到了預(yù)期的效果參考文獻1 張佳瑩, 王紅軍, 朱學(xué)亮,等. 毛玻璃轉(zhuǎn)速對干涉條紋成像質(zhì)量的影響J. 光電工程, 2018, 045(001):25-30.2 楚陪陪. 基于集成分類器和隨機森林算法的肺部CT圖像處理應(yīng)用研究D.3 王森, 李洪國, 張德建,等. The Influence of Rotational Speed of Ground-glass on the Quality of Ghost Imaging with Thermal Light%毛玻璃轉(zhuǎn)速對熱光鬼成像質(zhì)量的影響J. 量子光學(xué)學(xué)報, 2015, 021(001):9-13.4 王怡然, 白先勇, 劉四清,等. 基于毛玻璃的全日面太陽像平場測量和改正方法J. 科學(xué)通報, 2017(26):67-76.5 蘇志遠(yuǎn). 基于模糊C均值聚類和字典學(xué)習(xí)的肺結(jié)節(jié)分割D.6 楊暉, 楊海馬, 孔平,等. 一種快速激光散斑血流成像系統(tǒng)和方法:.7 方遲, 陳鸞, 魯威. 一種圖像數(shù)據(jù)的毛玻璃效果處理方法和裝置:.8 趙政康. 帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀:.9 李歡, 賀文, 趙麗琴,等. 數(shù)字體層圖像后處理方法對檢測肺結(jié)節(jié)準(zhǔn)確性的影響J. 中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù), 2011, 27(3):569-572.10 韓建寧, 溫廷敦, 沈軼聞,等. Three-dimensional opto-acoustic imaging system based on acoustic lens and sensor array and method:, 2014.11 杜懈宇. 關(guān)聯(lián)成像照明光場的優(yōu)化研究D.12 李歡. 數(shù)字體層圖像后處理方法對肺結(jié)節(jié)檢測準(zhǔn)確性的影響D.2011.13 張佳瑩. 高精度干涉儀的相干噪聲抑制技術(shù)研究D.14 陳明井, 何玲. 支氣管肺發(fā)育不良的影像學(xué)研究進展C/ 全國第十三次中西醫(yī)結(jié)合影像學(xué)術(shù)研討會全國中西醫(yī)結(jié)合影像學(xué)研究進展學(xué)習(xí)班福建省第八次中西醫(yī)結(jié)合影像學(xué)術(shù)研討會. 0.15 李歡, 賀文, 趙麗琴,等. 數(shù)字體層圖像后處理方法對檢測肺結(jié)節(jié)準(zhǔn)確性的影響%Impact of image processing in digital tomosynthesis on pulmonary nodules detection accuracyJ. 中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù), 2011, 027(003):569-572.16 沈海龍 孫梅雪. 回顧性算法重建技術(shù)在肺部CT平掃中的應(yīng)用J. 中華現(xiàn)代影像學(xué)雜志, 2005.17 Rachel Einarsson, Marshall Haden, Gabrielle DiCiolli,等. 膜片鉗記錄在內(nèi)耳毛細(xì)胞的分離斑馬魚J.18 沈磊. 面向CT圖像的GGO型肺結(jié)節(jié)檢測與肺癌CAD系統(tǒng)的實現(xiàn)D.