低照度固体成像系统的图像降噪与金字塔hdr成像算法

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1、低照度固体成像系统的图像降噪与金字塔HDR成像算法管文2015年12月中图分类号：TN223UDC分类号：535低照度固体成像系统的图像降噪与金字塔HDR成像算法作者姓名管文学院名称光电学院指导教师金伟其教授答辩委员会主席蒋晓瑜教授申请学位工学硕士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月4日ImageDenoisingandHDRImageFusionbasedonLowIlluminationSolidImagingSystemsCandidateName：WenGuanSchoolorDepartment:

2、SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:Prof.WeiqiJinChair,ThesisCommittee：Prof.XiaoyuJiangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢

3、的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要在低照度环境下微光成像系统采集的视频图像由于环境照度较低，使得视频图像中有用信息和噪声混合在一起，使得目标特征不明显，清晰度不高，难于辨别，需要使用数字图像处理技术来降低噪声对人眼识别景物的影响。与此同时，在夜间城镇环境中，由于城市照明光的影响，使得光电成像系统所采集的图像会出现“局部饱和”现象。

4、这时用普通的成像器件去拍摄动态范围较高的场景，得到的图像要么在亮度较高的区域曝光过度，导致该区域丢失许多细节信息，要么在亮度较低的区域曝光不足而导致该区域对比度较低，目标无法分辨。显然，要想采集得到高动态范围图像仅仅依靠普通图像传感器件是不够的。可以通过调整图像传感器的积分时间来控制曝光量，通过改变曝光量，得到一组关于同一场景分别反映真实场景不同亮度区域细节图像；长曝光图像可以保留真实场景低照度区域目标细节信息，而短曝光图像可以反映真实场景亮度较高区域（城市照明光源）轮廓信息；将同一场景不同曝光时间对应的细节信息最丰富的的区域带进行融合

5、，可得到最终能够较好的展示真实场景信息的高动态范围图像（HDR）。本论文主要研究基于时域、空域、变换域的多种视频图像降噪算法，在Matlab等软件平台上进行仿真实现。在时域空间，由于序列视频图像之间相关性很强，故采用递归加权滤波算法，通过对多幅图像平均算法的一种逼近，采用最小均方误差准则求取最佳加权系数，从而使信噪比得到较大改善，并使各幅图像对平滑图像的贡献相近；在空域上，分别采用均值滤波、中值滤波、维纳滤波和小波阈值滤波算法以及基于改进双边滤波等降噪算法。采用不同滤波降噪算法对由低照度CMOS成像系统的视频图像进行了滤波处理及主客观质

6、量评价。研究结果表明基于改进双边滤波算法处理后在滤除低照度视频图像噪声的同时，能较好的保留图像目标边缘细节信息。基于低照度固体成像器件图像存在“局部饱和”这个背景，本论文研究了一种拉普拉斯金字塔HDR成像算法，并在Matlab等软件上面仿真实现达到了低照度CMOS不同曝光时间图像的HDR成像。针对不同融合策略产生的不同HDR融合结果，采用主观评价方法和客观评价方法（平均梯度、信息熵、标准差）来进行HDR成像质量评价。研究结果表明基于拉式金字塔HDR成像算法的融合图像细节保留更加全面，边缘轮廓也更加清晰，图像的局部特征体现的更明显，主观视

7、觉效果最佳。关键词：低照度CMOS；降噪；高动态范围；拉普拉斯金字塔；图像融合IAbstractLowilluminationvideoimageisobtainedwithmorenoiseinthenightwithdarkenvironmentorundertheconditionoflongdistance.Inthisvideo,theusefulinformationandnoisearemixedtogether,sothatthevideofeatureisnotobvious,theclarityisnothigh.I

8、tisdifficulttodistinguishthetargetfromthebackground.Soweshouldusedigitalimageprocessingtechnologytoredu