1、實驗指導書實驗七、數(shù)字圖像數(shù)據(jù)統(tǒng)構(gòu)建及彩色圖像色彩模型分析一、實驗目的：1. 掌握CCD成像器件的SDK；2. 掌握相機驅(qū)動安裝及示例程序的使用；3. 掌握彩色相機白平衡及GAMMA校正功能的設(shè)置；4. 掌握提高彩色場景成像質(zhì)量的方法，分析影響彩色圖像成像質(zhì)量影響因素，分析上述設(shè)置對彩色圖像成像質(zhì)量的影響。實驗要求：在教師指導下獨立完成實驗，并通過色彩模型計算獲得設(shè)置參數(shù)與彩色圖像色相及飽合度關(guān)系曲線，分析影響彩色場景成像質(zhì)量的因素。二、實驗原理實驗系統(tǒng)組成圖 1、相機驅(qū)動安裝 購置CCD相機時，其攜帶的SDK軟件包中包括：相機驅(qū)動程序、各種語言的Demo(示例)程序及相機操作程序、相機操作及

2、軟件開發(fā)說明文檔三部分。相機驅(qū)動程序一般有兩種，一種是驅(qū)動安裝EXE文件(StCamSWare_x64.exe適于64位操作系統(tǒng)，StCamSWare_x86.exe適于32位操作系統(tǒng))，另一種是只有驅(qū)動文件，沒有可執(zhí)行程序(這一種可通過在系統(tǒng)硬件的“資源管理器”通過“更新驅(qū)動程序”的方法完成安裝)。 相機驅(qū)動安裝完成后，從計算機控制面板的系統(tǒng)硬件的“資源管理器”中進行查看，相機的安裝項目應處于正常狀態(tài)。 2、白平衡與GAMMA校正 “白平衡”是使用彩色相機時需設(shè)置相機采集圖像時色彩空間坐標系原點時用，也就是告訴相機“什么是白色”，相機以此為基礎(chǔ)，識別色彩并感光成像，采集到較為準確的彩色。 G

3、amma源于CRT（顯示器/電視機）的響應曲線，即其亮度與輸入電壓的非線性關(guān)系。在視頻系統(tǒng)，線性光Intensity通過Gamma校正轉(zhuǎn)換為非線性的視頻信號，通常在攝像過程內(nèi)完成。一個理想的Gamma校正通過相反的非線性轉(zhuǎn)換把該轉(zhuǎn)換反轉(zhuǎn)輸出來。相機成像時，光Intensity與最終采集的圖像灰度值之間也存在非線性，這種非線性直接會影響彩色CCD采集的RGB三色的灰度值從而影響所采集色彩的亮度、色相和飽合度，從而引起色彩失真，因此采集彩色圖像需對相機進行GAMMA校正。GAMMA曲線 3、RGB模型向HIS模型轉(zhuǎn)換原理RGB與HIS之間的關(guān)系 三、實驗步驟 1、將相機的SDK軟件包拷貝到安裝相機

4、的計算機上； 2、根據(jù)計算機安裝的操作系統(tǒng)，確定32位或64位操作系統(tǒng)安裝的驅(qū)動程序； 3、將相機通過USB接口連接到計算機上，運行安裝程序(或通過更新驅(qū)動程序的方法)完成相機驅(qū)動程序。應用SDK中的圖像采集程序，完成圖像顯示與采集。 4、在相機的圖像采集軟件中，完成白平衡設(shè)置，采集圖像；改變GAMMA校正參數(shù)，采集多張圖像。 5、應用HIS模型，計算不同GAMMA校正參數(shù)下彩色圖像的色相H及飽合度S，分析白平衡設(shè)置及GAMMA校正參數(shù)對圖像色相H及飽合度S。四、實驗儀器彩色相機及要SDK（帶有白平衡及GAMMA校正設(shè)置功能），計算機一臺；帶有豐富色彩的目標物。六、思考題1、影響CCD采集圖像

5、色彩失真的因素有那些，如何在用CCD相機采集彩色圖像時，色彩失真盡可能地小？實驗八、槍械密集度檢測圖像特征提取算法設(shè)計一、實驗目的：1. 掌握基于圖像觀測的光電觀瞄系統(tǒng)設(shè)計的步驟與方法； 2. 初步掌握基于平面目標的圖像觀瞄系統(tǒng)的設(shè)計能力； 3. 掌握初步針對復雜圖像處理問題的算法設(shè)計能力； 4. 初步掌握編制基于MATLAB平臺的大型圖像處理程序的能力。實驗要求：安裝有MATLAB的計算機一臺； 要求針對工程需求，設(shè)計完成光電觀瞄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)；完成檢測系統(tǒng)的搭建，標定方案的設(shè)計及標定數(shù)據(jù)采集與解算； 編程調(diào)試完成彈孔圖圖像的特征提取結(jié)果； 數(shù)據(jù)分析獲得密集度計算結(jié)果。二、實驗原理實驗裝

6、置組構(gòu)圖 完成單攝相機系統(tǒng)標定，并通過采集到的靶標圖像，識別平面目標上的圖像特征，并反演解算平面觀測目標上的幾何特征。 這種測量系統(tǒng)在成像系統(tǒng)徑向畸變較少的視場范圍可近似應用攝相機的線性系統(tǒng)模型來描述。典型的攝像機線性系統(tǒng)模型之一-直接線性變換法。攝像機線性模型由式(1)表示如下: 圖1直接線性變換法共線方程示意圖 （1）其中，(,1)為三維立體靶標第個點的坐標，也就是系統(tǒng)標定過程中的標準量所使用的點的空間坐標；(,1)為第個點的圖像坐標；為世界坐標系向像平面坐標系線性變換矩陣的第行列元素。上式包含三個方程 （2）將式(2)中的第一式除以第三代，第二代除以第三式分別消去后，可得如下兩個關(guān)于的線

7、性方程： （3）為了減化系統(tǒng)參數(shù)求解難度及測量平面特征點的解算過程，選取被測平面為攝像機標定物方空間坐標系的平面。令公式(3)中得公式(4)： (4)上式中有8個參數(shù)，只需4組特征點對即可求出系統(tǒng)參數(shù)，因此在標定過程中至少需要4個特征點對。 當系統(tǒng)參數(shù)標定完后，通過圖像特征識別的方法識別出圖像中的彈孔中心特征點(,1)后，應用公式4求解彈孔中心在靶面上的坐標(,0,1)。三、實驗步驟1、根據(jù)彈孔靶標的大小，設(shè)計搭建測量系統(tǒng)；2、在彈孔靶標上設(shè)計標定特征點，并用成像系統(tǒng)采集靶標特征點圖像(注意：成像系統(tǒng)的視場中心(即像平面坐標原點)應對準標定靶標的中心(世界坐標系統(tǒng)的原點)；3、應用圖像處理技術(shù)

8、識別靶標特征點，并編程完成系統(tǒng)模型參數(shù)的解算；4、應用成像系統(tǒng)采集彈孔靶標圖像，應用圖像處理算法識別圖像中彈孔中心特征點的坐標；5、反演求解靶標中彈孔中心的坐標，計算R100及R50等數(shù)值，后對測量系統(tǒng)的精度進行分析。四、實驗儀器云臺及三角架，被測彈孔靶標，成像鏡頭及CCD，標定靶標及標識，安裝有MATLAB軟件的計算機等。六、思考題1、分析測量系統(tǒng)精度的影響因素，如何提高系統(tǒng)的標定精度？附錄1：直接線性變換模型參數(shù)求解程序%本程序完成對攝相機線性模型參數(shù)H矩陣的解算clearxxI=-1,1,-1,-1;標定特征點X坐標，注意對應次序yyI=1,1,-1,1; 標定特征點Y坐標，注意對應次序

9、crx1=-203,215,-197,200; 標定特征點圖像u坐標，注意對應次序cry1=214,200,-184,-182; 標定特征點圖像v坐標，注意對應次序for ii=1:4 U(ii-1)*2+1)=-crx1(ii); U(ii-1)*2+2)=-cry1(ii); endfor jj=1:4A(jj-1)*2+1,1)=xxI(jj);A(jj-1)*2+1,2)=yyI(jj);A(jj-1)*2+1,3)=1;A(jj-1)*2+1,4)=0;A(jj-1)*2+1,5)=0;A(jj-1)*2+1,6)=0;A(jj-1)*2+1,7)=-xxI(jj)*U(jj-1)*

10、2+1);A(jj-1)*2+1,8)=-yyI(jj)*U(jj-1)*2+1);A(jj-1)*2+2,1)=0;A(jj-1)*2+2,2)=0;A(jj-1)*2+2,3)=0;A(jj-1)*2+2,4)=xxI(jj);A(jj-1)*2+2,5)=yyI(jj);A(jj-1)*2+2,6)=1;A(jj-1)*2+2,7)=-xxI(jj)*U(jj-1)*2+2);A(jj-1)*2+2,8)=-yyI(jj)*U(jj-1)*2+2);end B=A'E=B*A;F=inv(E);H=F*B*U'附錄2：彈孔中心坐標反演求解程序clear;close all;H=-208.7059 %系統(tǒng)標定所求解的系統(tǒng)參數(shù) -0.7004 -6.1920 -3.4360 -193.9263 -10.3242 -0.0050 -0.0060; ximage=-107,122,-11; %從圖像中所識別的彈孔中心特征點的u坐標yimage=63,61,-95; %從圖像中所識別的彈孔中心特征點的v坐標for ii=1:3 C1(1,1)=h1(1)-h1(7)*ximage(ii); C1(1,2)=h1(2)-h1(8)*ximage(ii); C1(2,1)=h1(4)-h1(7)*yimage(ii); C1(2,2)=h1(5)-h1(8)