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1、实验指导书实验七、数字图像数据统构建及彩色图像色彩模型分析一、实验目的：1. 掌握CCD成像器件的SDK；2. 掌握相机驱动安装及示例程序的使用；3. 掌握彩色相机白平衡及GAMMA校正功能的设置；4. 掌握提高彩色场景成像质量的方法，分析影响彩色图像成像质量影响因素，分析上述设置对彩色图像成像质量的影响。实验要求：在教师指导下独立完成实验，并通过色彩模型计算获得设置参数与彩色图像色相及饱合度关系曲线，分析影响彩色场景成像质量的因素。二、实验原理实验系统组成图 1、相机驱动安装 购置CCD相机时，其携带的SDK软件包中包括：相机驱动程序、各种语言的Demo(示例)程序及相机操作程序、相机操作及
2、软件开发说明文档三部分。相机驱动程序一般有两种，一种是驱动安装EXE文件(StCamSWare_x64.exe适于64位操作系统，StCamSWare_x86.exe适于32位操作系统)，另一种是只有驱动文件，没有可执行程序(这一种可通过在系统硬件的“资源管理器”通过“更新驱动程序”的方法完成安装)。 相机驱动安装完成后，从计算机控制面板的系统硬件的“资源管理器”中进行查看，相机的安装项目应处于正常状态。 2、白平衡与GAMMA校正 “白平衡”是使用彩色相机时需设置相机采集图像时色彩空间坐标系原点时用，也就是告诉相机“什么是白色”，相机以此为基础，识别色彩并感光成像，采集到较为准确的彩色。 G
3、amma源于CRT（显示器/电视机）的响应曲线，即其亮度与输入电压的非线性关系。在视频系统，线性光Intensity通过Gamma校正转换为非线性的视频信号，通常在摄像过程内完成。一个理想的Gamma校正通过相反的非线性转换把该转换反转输出来。相机成像时，光Intensity与最终采集的图像灰度值之间也存在非线性，这种非线性直接会影响彩色CCD采集的RGB三色的灰度值从而影响所采集色彩的亮度、色相和饱合度，从而引起色彩失真，因此采集彩色图像需对相机进行GAMMA校正。GAMMA曲线 3、RGB模型向HIS模型转换原理RGB与HIS之间的关系 三、实验步骤 1、将相机的SDK软件包拷贝到安装相机
4、的计算机上； 2、根据计算机安装的操作系统，确定32位或64位操作系统安装的驱动程序； 3、将相机通过USB接口连接到计算机上，运行安装程序(或通过更新驱动程序的方法)完成相机驱动程序。应用SDK中的图像采集程序，完成图像显示与采集。 4、在相机的图像采集软件中，完成白平衡设置，采集图像；改变GAMMA校正参数，采集多张图像。 5、应用HIS模型，计算不同GAMMA校正参数下彩色图像的色相H及饱合度S，分析白平衡设置及GAMMA校正参数对图像色相H及饱合度S。四、实验仪器彩色相机及要SDK（带有白平衡及GAMMA校正设置功能），计算机一台；带有丰富色彩的目标物。六、思考题1、影响CCD采集图像
5、色彩失真的因素有那些，如何在用CCD相机采集彩色图像时，色彩失真尽可能地小？实验八、枪械密集度检测图像特征提取算法设计一、实验目的：1. 掌握基于图像观测的光电观瞄系统设计的步骤与方法； 2. 初步掌握基于平面目标的图像观瞄系统的设计能力； 3. 掌握初步针对复杂图像处理问题的算法设计能力； 4. 初步掌握编制基于MATLAB平台的大型图像处理程序的能力。实验要求：安装有MATLAB的计算机一台； 要求针对工程需求，设计完成光电观瞄系统结构及主要参数；完成检测系统的搭建，标定方案的设计及标定数据采集与解算； 编程调试完成弹孔图图像的特征提取结果； 数据分析获得密集度计算结果。二、实验原理实验装
6、置组构图 完成单摄相机系统标定，并通过采集到的靶标图像，识别平面目标上的图像特征，并反演解算平面观测目标上的几何特征。 这种测量系统在成像系统径向畸变较少的视场范围可近似应用摄相机的线性系统模型来描述。典型的摄像机线性系统模型之一-直接线性变换法。摄像机线性模型由式(1)表示如下: 图1直接线性变换法共线方程示意图 （1）其中，(,1)为三维立体靶标第个点的坐标，也就是系统标定过程中的标准量所使用的点的空间坐标；(,1)为第个点的图像坐标；为世界坐标系向像平面坐标系线性变换矩阵的第行列元素。上式包含三个方程 （2）将式(2)中的第一式除以第三代，第二代除以第三式分别消去后，可得如下两个关于的线
7、性方程： （3）为了减化系统参数求解难度及测量平面特征点的解算过程，选取被测平面为摄像机标定物方空间坐标系的平面。令公式(3)中得公式(4)： (4)上式中有8个参数，只需4组特征点对即可求出系统参数，因此在标定过程中至少需要4个特征点对。 当系统参数标定完后，通过图像特征识别的方法识别出图像中的弹孔中心特征点(,1)后，应用公式4求解弹孔中心在靶面上的坐标(,0,1)。三、实验步骤1、根据弹孔靶标的大小，设计搭建测量系统；2、在弹孔靶标上设计标定特征点，并用成像系统采集靶标特征点图像(注意：成像系统的视场中心(即像平面坐标原点)应对准标定靶标的中心(世界坐标系统的原点)；3、应用图像处理技术
8、识别靶标特征点，并编程完成系统模型参数的解算；4、应用成像系统采集弹孔靶标图像，应用图像处理算法识别图像中弹孔中心特征点的坐标；5、反演求解靶标中弹孔中心的坐标，计算R100及R50等数值，后对测量系统的精度进行分析。四、实验仪器云台及三角架，被测弹孔靶标，成像镜头及CCD，标定靶标及标识，安装有MATLAB软件的计算机等。六、思考题1、分析测量系统精度的影响因素，如何提高系统的标定精度？附录1：直接线性变换模型参数求解程序%本程序完成对摄相机线性模型参数H矩阵的解算clearxxI=-1,1,-1,-1;标定特征点X坐标，注意对应次序yyI=1,1,-1,1; 标定特征点Y坐标，注意对应次序
9、crx1=-203,215,-197,200; 标定特征点图像u坐标，注意对应次序cry1=214,200,-184,-182; 标定特征点图像v坐标，注意对应次序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附录2：弹孔中心坐标反演求解程序clear;close all;H=-208.7
11、059 %系统标定所求解的系统参数 -0.7004 -6.1920 -3.4360 -193.9263 -10.3242 -0.0050 -0.0060; ximage=-107,122,-11; %从图像中所识别的弹孔中心特征点的u坐标yimage=63,61,-95; %从图像中所识别的弹孔中心特征点的v坐标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)*yimage(ii);D1=ximage(ii)-h1(3),yimage(ii)-h1(6);B1=C1;E1=B1*C1;F1=inv(E1);y1=F1*B1*D1;cximage1(ii)=y1(1); %所计算靶标平面中弹孔中心的X坐标cyimage1(ii)=y1(2); %所计算靶标平面中弹孔中心的Y坐标end
