数码相机数学模型与图像处理的研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕_1:学位论文摘要数码相机是一种在太空中遥测遥感地面目标的常用探测器，是光、机、电一体化的技术高密集型的尖端产品。它是一个国家技术水平的标志。加世纪五十年代以来，欧美及俄罗斯等国家不惜耗费巨资竞相研制各种用途的数码相机及其虚拟仿真系统。本课题来源于哈尔滨工业大学跨学科交叉性研究基金项目“卫星CCD相机虚拟仿真系统的研究”。本课题的背景是建立一套虚拟相机系统，即建立一整套数码相机系统的模型，包括景物、光学镜头、光电传感器件以及后续图像处理部分。这套虚拟相机系统将分别对上述环节建立模型并仿真，用软件来模拟数码相机实际的

2、工作过程。利用这套系统可以方便地进行数码相机的方案论证、原理验证、性能测试与评估等。本文研究的是整个虚拟相机系统的一部分，包括CCD光电传感器件数学模型的改进，CMOS光电传感器件的建模与仿真以及后续图像处理部分。本文通过对TDICCD光电传感器件电荷包转移过程机理的分析，给出了TDICCD光电传感器件电荷包总转移效率的表达式，改进了CCD光电传感器件的数学模型。CMOS光电传感器件分为两种类型:PPS型CMOS光电传感器件和APS型CMOS光电传感器件。本文通过对这两种光电传感器件各环节(光电变换环节、电压变换环节、噪声产生环节和A

3、ID变换环节等)工作机理的详细分析，建立了这两种CMOS光电传感器件的数学模型，并用Matiab软件对其进行了仿真。仿真的结果验证了各个模型的有效性。亚像元技术是近年来兴起的提高数码相机图像分辨率的一种技术，已广泛应用于各种数码相机产品之中，因而，虚拟相机系统的图像处理部分需要对其进行研究。本文给出了采用这种技术时所得图像重构的四种算法，并对其进行了仿真。通过对仿真所得重构后图像各种指标的评价，给出了在实际设计硬件系统时宜采用的算法。关键词CMOS*APS;数码相机:亚像元哈尔滨工业人学下学硕卜学位论文AbstractDigitalc

4、amerasareakindofdetectorusuallyusedinspaceflighttelemetrytoearthobjects.Theyarehightech.equipmentsintegratingoptics,mechanics,electronicsandsoon.Sincethefiftiethofthelastcentury,Europe,UnitedStatesandRussianFederationetc.havebeenspendingalotoffundsinresearchanddevelopme

5、ntofdigitalcamerasandtheirvirtualsystems.Thisthesisisdevotedtotheresearchproject“ResearchofVirtualSystemsforsatelliteCCDCameras”，whichisfinanciallysupportedbytheinterdisciplinaryresearchfundofHarbinInstituteofTechnology.Thebackgroundofthethesisisestablishingavirtualcame

6、rasystem,whichmeansawholesetofmathematicalmodelsofallthepartsofadigitalcamera,includingmodelsoftheobjects,modelsoftheopticlens,modelsofthephotoelectricalsensorsandmodelsoftheimageprocessingpartsofdigitalcameras.Thentheworkingprocessofdigitalcameraswillbesimulatedusingth

7、evirtualcamerasystemsoftwarewiththesemathematicalmodels.Thevirtualcamerasystemcanbeusedtoargumenttheschemesofadigitalcamera,validateitsprinciple,evaluateitsperformance,etc.Theresearchcontentofthethesisfocusonapartofthewholevirtualcamerasystem,includingtheameliorationoft

8、hemathematicalmodelsofCCDphotoelectricalsensors,thedevelopmentandsimulationofthemathematicalmodelsofCMOSphotoe