大气湍流引发图像畸变的校正研究_钱雪彪

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1、第32卷第3期电子科技大学学报Vol.32No.32003年6月JournalofUESTofChinaJun.2003大气湍流引发图像畸变的校正研究*钱雪彪刘永智(电子科技大学宽带光纤传输与通信系统技术国家重点实验室成都610054)【摘要】用CCD(电荷耦合器件)拍摄远距离目标时，大气湍流使得图像发生畸变，导致CCD无法有效的用于远距离目标的识别与监控。由此该文分析了大气湍流的原理及对图像的主要影响，提出了克服大气湍流影响的有效方法，实验证明，取得较好的效果。关键词电荷耦合器件;图像传感;大气湍流;图像畸变;图像校正中图分类号TN911.73文献标识码ARe

2、searchofCorrectImageDistortionCausedbyAtmosphereTurbulenceQianXuebiaoLiuYongzhi(StateKeyLaboratoryofBroadbandOpticalFiberTransmissionandCommunicationNetworks,UESTofChinaChengdu610054)AbstractTheimagewillbedistortedwhenwetaketheobject’spicturewithCCDatlongrangebecauseofatmosphereturbu

3、lence.Wecan’tavailablyrecognizeandmonitorlongdistanceobjectforthisreason.Thisarticleexplainedthetheoryofatmosphereturbulenceandthemainaffectiontoimagecausedbyatmosphereturbulence.Thesolutionwasgiventocorrectimagedistortion.Theeffectofthesolutionisprovedbyexperiment.Keywordschargecoup

4、leddevice;imagesense;atmosphereturbulence;imagedistortion;correct在传感领域基于(chargecoupleddevice，CCD)的图像传感系统是当前研究的一大热点，该系统使用CCD摄取目标图像，通过图像处理得到所需信息，具有非接触、信息量大以及灵敏度高等优点，已经在图样识别、几何尺寸测量、位置测量等方面得到了广泛应用。但是到目前为止其应用都局限于短距离目标监测，而在大桥形变、山体滑坡等远距离监控领域却一直无法得到广泛的开展，这主要是由于CCD在获取远距离目标图像时受到大气湍流的影响，所得图像存在畸

5、变，不能准确的再现目标的各种属性，会给最终的监测结果带来较大的误差。因此研究从受大气湍流影响的低质量图像中准确提取有用信息，并且有效克服大气湍流带来的噪声和误差是拓展CCD在远距离目标高精度监控领域应用的关键，具有相当重要的意义。本文将对大气湍流的成因及由其引发的图像畸变进行了深入的分析，提出了克服大气湍流影响的有效方法。1大气湍流效应对图像的主要影响在大气中，任一点运动速度的方向和大小时刻发生着不规则变化，产生了各个大气分子团相对于大气[1]整体平均运动的不规则运动，这种现象称为大气湍流。大气湍流会引起空气中任意位置折射率的随机变化，导致光束在同一路径的空气中

6、传播却有着不同的折射率，使得接收到的信号存在着闪烁现象。由湍流引起2002年12月24日收稿*男24岁博士生主要从事光通信与光传感方面的研究第3期钱雪彪等:大气湍流引发图像畸变的校正研究3412[2]的信号闪烁d由下式表示s-7/32æöDR22dsn=-3.44ç÷ò(RZCz)d(1)èø202式中R为传输路径长度，D/2为接收孔径，z为离地面高度，C为湍流强度。由式(1)可知当湍流强度很小n或传输路径很短时，影响可忽略不计。但在室外通常存在着较强的大气湍流，当传输路径较长时，就会导致接收到的信号存在着较强的闪烁现象。主要表现为信号的强度和位置的随机闪烁。分

7、析大气湍流对图像带来的影响，可归为时域和空域两方面。在时域内，大气湍流引起接收信号强度随时间随机涨落，导致任意时刻采集到的图像具有不同的亮度，当接收视场比较大时表现为图像本身各个部分的亮暗不均，类似于光照不均匀拍到的图像。空域的影响主要表现为由湍流引起的光束随机漂移，会导致像点的抖动，使得图像整体发生随机的漂移。2图像在时域内受大气湍流影响的克服方法大气湍流在时域内对图像的影响加大了从图像中提取目标的难度。目前的大多数目标提取算法都不能[3]适用，而使用当前在图像分割领域中适应性最强的类别方差自动门限法(Otsu)同样也不能取得很好的效果。这是因为受湍流影响图像

8、的每个部分亮暗不均，不能