用于天空光色度计的线性彩色照相机模型.doc

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1、用于天空光色度计的线性彩色照相机模型，着重于图像传播路径上噪声性能概要：21、介绍22、模型描述33、数字图像传递途径33.1、光学系统和辐射度量学33.2、ccd对辐射相应模型33.3、相机噪声源33.3.1、噪声模块33.3.2、噪声模块的误差传播方程33.4、线性模数转换（ADC）式33.5、拜耳CFA构建和demosaicking43.5.1、BI噪声性能43.5.2、SHTI噪声性能43.5.3、ECI噪声性能43.6、颜色空间转换44、模拟结果44.1、DCM颜色输出44.2、噪声传

2、播方程评估54.2.1、BI噪声传播方程的评估54.2.2、SHTI噪声传播方程的评估54.2.3、ECI噪声传播方程的评估55、结论56、附录A：Demosaickong原理的描述66.1、BI66.2、SHTI66.3、ECI67、附录B：噪声模型的噪声传播方程68、附录C：BI噪声传播69、附录D：SHTI噪声传播610、附录E：ECI噪声传播66概要：为了模拟天空辐射色度计我们设计了一个数字相机模型，基于有ccd成像器的单传感器相机。为了提供彩色图片，传感器上覆盖了一个拜耳颜色滤色片阵列

3、（CFA）。模型的输入是辐射度，用辐射单位表示。CFA的Demosaicking方法是使用3中普通插值方法。颜色表达式使用了3×3矩阵，基于忽略最大值假设或是电脑生成的天空辐射训练集。为了使模型可信，我们包含了复杂的噪声源。我们也把模拟的成像器的许多苛刻特性进行参数化。比如说，温度相关的暗电流生成和像素大小。误差传播分析也进行了，包括Demosaicking原理的分析。色度性能结果、期望的测量精度，和衍生的噪声传播方程的确立都展示出来了。1、介绍污染大气中悬浮气溶胶的存在是造成视程变色和颜色对比

4、度降低主要原因之一。为了定量描述这种趋势，周围大气颜色的测量是需要的。文中我们调查了使用颜色单传感器相机来准确就大气颜色的可行性。天空颜色的测量能清楚估计大气清洁度和低能见度时污染情况，也能提供大气气溶胶的有用信息。虽然用视频或者静态照相机记录天空颜色不是新想法，但是这是用于指导记录天空色相机特性的首次研究。我们也对基于单传感器相机的三色源色度计感兴趣。这仪器打算从无云的天空苍穹多方位测量天空光的颜色，在白天时候包括黎明和黄昏。建立一个数字相机模型（DCM），如果我们研究测量步骤中的限制。噪声源

5、的模拟是关键的。我们也需要估计颜色恢复的准确性和进一步了解噪声在相机输出中的影响。普遍科学研究于测量步骤中的不确定性。本文中，我们对图像传输途径的测量感兴趣，包括传感器热噪声、不确定因素如何影响准确度。此外，图像传播途径阶段序列渐进地选择噪声特征。结果是，一旦一个噪声源进入DCM传播突进中任意一个阶段，就能研究它在剩下阶段误差传播。接下来简介了DCM从不考虑噪声到考虑噪声的发展过程及提出者。然后是DCM工作原理，主要是因为传感器每个像素值记录了一种单独颜色，剩下的颜色必须通过临近的像素进行插值得

6、出，也就是附录A中的demosaicking方法。2、模型描述（figure1）模拟了单传感器DCM图像传播途径。一台线性颜色数字静态相机（DSC）配备RGB拜耳模式。由于芯片上电路较少，CCD被当作线性设备。虽然会有一点点小的非线性，但是线性步骤是能够进行校正的。6第一步是辐射转化为辐照度，第二步是快门控制曝光量，第三步加入噪声，第四步是电压与ADU的线性转换，第五步是使用demosaicking的三种插值方法，最后一步是RGB值转换为三色值XYZ,3、数字图像传递途径3.1、光学系统和辐射度

7、量学（1a）式是亮度与照度关于光学轴线偏转角的方程。Table1是相机参数。3.2、ccd对辐射相应模型（3）式是响应与波长及对应波长的量子效率的方程，图2是佳能KAF—5101ccd相机量子效率与光波长的的曲线图。（4）式是辐射能量关于快门时间的积分。3.3、相机噪声源4种噪声源：DCSN、BDC、DCNU、SSN。3.3.1、噪声模块（6）式暗电流和运行温度关系式。（7）式电荷总量和时间关系式。（9）式不同噪声的数据波动阵列。（10）式噪声合并方程。3.3.2、噪声模块的误差传播方程（11）

8、式是噪声模型标准差。3.4、线性模数转换（ADC）式（12）式（13）式电子到ADUs的线性转变。3.5、拜耳CFA构建和demosaicking3.5.1、BI噪声性能（14）式由附录C得到的BI噪声输出。63.5.2、SHTI噪声性能（15）式由附录D得到的SHTI噪声输出。3.5.3、ECI噪声性能（16）式由附录E得到的ECI噪声输出。3.6、颜色空间转换Table2是912个样本细节。图3（a）式辐射和色度曲线图，实现是普朗克轨迹，虚线是Granada洁净天空管轨迹。箭头指出了约束回归