电气工程技术：基于MATLAB透过毛玻璃成像的模糊图像处理

电气工程技术：基于MATLAB透过毛玻璃成像的模糊图像处理基于MATLAB透过毛玻璃成像的模糊图像处理摘要通过复杂介质获取目标图像精细信息的能力是光电图像采集和处理的难点，采用CMOS光电图像传感器，设计了CMOS成像系统和后端读取处理电路，通过毛玻璃对目标物体进行成像，采集到的图像信息传输到计算机进行处理。 该系统是根据摄像机光学成像系统的原理制作的。 采用通用CMOS图像传感器芯片完成电路设计，另外采用红外激光辅助照明拍摄采集图像，从不同距离对同一物体成像，对成像图像进行迭代图像增强算法优化，可以解决毛玻璃异质性问题，大大提高光源重建精度，获得可见光图像清晰轮廓。 与一般CCD成像系统相比，识别率超过95%，远大于一般成像系统，成像性能良好关键词可见光;CMOS图像传感器;光电成像;图像处理AbstractThe ability to obtain the fine information of the target image through the complex medium is one of the difficulties in the photoelectric image acquisition and processing, Using CMOS photoelectric image sensor, The CMOS imaging system and the back-end reading and processing circuit are designed, Images a target object through frosted glass, The collected image information is transmitted to a computer for processing. The system is made according to the principle of camera optical imaging system. The general CMOS image sensor chip is used to complete the circuit design, In addition, infrared laser assisted illumination is used to photograph and collect images, Imaging the same object from different distances, The iterative image enhancement algorithm optimization of the imaging image can solve the problem of frosted glass heterogeneity, greatly improve the reconstruction accuracy of the light source, and obtain a clear outline of the visible light image. Compared with the general CCD imaging system, the recognition rate exceeds 95%, which is much larger than the general imaging system, and the imaging performance is good.Keywords visible light; CMOS image sensor; Photoelectric imaging; Image processing引言毛玻璃又称雾玻璃防眩玻璃，是一种表面粗糙不平，经过金刚砂研磨或化学处理的半透明玻璃。 毛玻璃表面凹凸不平，光线通过毛玻璃反射，向四面八方射出。 由于毛玻璃表面不光滑平整，造成光线反漫反射，对网视网膜折的折射经已经不全完全，因此，看到不到玻后璃后面的像图像。 毛璃玻璃对同不同光成带成像影的影响异差异较大。 常的见的成光像光带括包括可光见光，紫光外光，红光外光，以波及波长短较短的外紫外光。 由吸于吸收大，穿深透深度短，毛璃玻璃常于用于皮等肤等成材像材料。 因有为有少的量的水杂等杂质，紫光外光穿毛透毛玻时璃时比见可见光更有更高的收吸收。 因选此选择过透过率高的见可见光过透过毛璃玻璃成像。 毛璃玻璃表面平整，对见可见光收吸收弱，折射率低。通过毛玻璃成像技术，通过光电图像传感器捕捉视频图像，进图行图像息信息采集，它以可以获人得人类觉视觉看到不到的像图像信息，让多更多潜的在的信被息被捕捉。 获的取的图信像信息能可能受获到获取境环境的响影响。 或或多或少分部分缺失，通计过计算图机图像理处理软件，后理处理优使化使图接像接近实现实。 因此，光成电成像术技术的用应用可使以使相成机成为别识别更范广范围息信息的“人眼”，获更取更多眼人眼无分法分辨信的信息，并计与计算结机结合，快存速存储显和显示摄拍摄到图的图像息信息4，弥了补了人视类视觉短的短期接受能力，做到“过目不忘”图像增强是图像处理的基本内容之一。 图像增强指是指根特据特定需要出突出图中像中的些某些信息，同弱时弱化去或去除些某些不要必要信的息的处措理措施。 其要主要目是的是使理处理后图的图像原比原始像图像更合适合于一某一特应定应用，处后理后的果结果使图像更适合于人类视觉特性或机器识别系统。在获取图像的过程中，由于诸多因素的影响，导图致图像量质量恶化。 通人过人们图对图像理的理解，对像图像的改修改可认以认为图是图像强增强，而略忽略人因为因素复恢复原像图像则图是图像复恢复。 实上际上，有图时图像强增强和像图像复都原都是了为了使像图像真清实清晰，人影为影响所在所难免。 人改为改变像图像也客是客观识认识图后像后所取采取的动作，因此两者的界限并不十分明显，无需严格区分。图像增强是指强调或锐化图像的某些征特征，如缘边缘，轮廓，对度比度等，以于便于显示，观或察或进步一步分处析处理。 图增像增强的目的是:（1）采用了一系列技术，提高了像图像的觉视觉效果，提高了像图像的清晰度。（2）将图像转换成更适合人或机器分析处理的形式。增强的首要目标是使处理后的图像比原始图像更适合特定的应用。 图像增强最大的困难是难以定量描述增强果结果。 图增像增强有没有通的用的理论。 这没与没有个一个通的用的，客的观的标来准来衡图量图像强增强的量质量有关。 增措强措施往往往具针有针对性，增的强的结一果一般人以人们主的主管来感来评价。 因此，图增像增强措施只能有选择地使用。图像增强的过程往往是一个矛盾的过程:图像增强既希望去除噪声，又希望增强边缘。 但在增强边缘的同时，噪声也会同时增强，滤噪除噪声在会在一程定程度模上模糊缘边缘。 因此，在行进行图增像增强时，往会往会对两这两部进分进行衷折衷，寻一找一个的好的代函价函数，以到达到所需的强增强目的。 传的统的图增像增强法算法往基往基于幅整幅图的像的统量计量来定确定转函换函数，如ST转换，直图方图均化衡化，中滤值滤波，微锐分锐化，高通波滤波等，这在样在计整算整幅像图像的换变换时往往往会为因为某局些局部域区域对的应的细的节的影较响较小忽而忽略，从局而局部域区域的强增强效往果往往理不理想，噪声滤波和边缘增强之间的矛盾难以解决。如今许多新的增强算法都充分用利用了围周围邻的域的重信要信息，形了成了许灰多灰度整调整算进法进行部局部处理。 该施措施主利要利用域邻域的计统计特性。 自应适应增的强的研主究主要集中以在以下类三类增算强算法上:第一种是可以平滑和保护边缘的自适应滤波器。自适应滤波的基本思想是可以根像据像素在所在的域邻域自应适应地择选择滤器波器的数参数，也以可以描为述为加平权平均波滤波器。 （1）为提了提高算的法的抗性噪性能，文中献中介了绍了几措种措施。 这措些措施能都能很地好地平噪滑噪声域区域，保突护突出缘边缘，但图对图像节细节的护保护较差。 （2）为提了提高算的法的细保节保护力能力，采了用了Saint。 Marc采梯用梯度定确定权值，以数指数形建式建立函权函数，较地好地保了护了图细像细节。 但算该算法脉对脉冲声噪声比敏较敏感，模的型的性受能受参影数影响大较大。 此外，还一有一种向各向异扩性扩散改的改进施措施，需要解求解热导传导方程。 这改些改进法算法大侧多侧重权于权值自的自适选应选择，但于由于缺自乏自适调应调整数参数，仍不然不能决解决细保节保护问题。二是基于图像建模和估计理论的增强算法。这类算法的基本思想是提出一图个图像型模型，如这果这个型模型的数参数由一类从估计的参数中可以算计算出口窗口中的心的灰值度值。 最单简单的子例子就中是中值滤波器，它对脉冲噪声很有很好效的效果。 但于由于这算类算法建是建立估在估计论理论基上础上的，所用采用的计估计措的施的鲁棒对性对算的法的性有能有很的大的影响。 估措计措施于趋于复杂，使算得算法身本身更加复杂。三是基于模糊集理论的增强算法近年来，模糊集理论在像图像处中理中得了到了广的泛的应用。 如Yang和Toh1.Knife利模用模糊则规则改了进了传中统中值波滤波器滤中滤波窗器窗口度尺度的择选择，提高了法算法对高斯声噪声的噪抗噪性能，Rusosti提的出的自应适应模滤糊滤波子算子能更够更好保地保护像图像细节，滤除高斯声噪声，算中法中窗的口的大由小由邻的域的一性致性程决度决定，该致一致性度程度由个一个模逻糊逻辑则规则导出，算的法的不之足之处对是对脉噪冲噪声滤的滤波效果较差。此外，还有其他增措强措施。 例如，为充了充分虑考虑细节，在方直方图衡均衡中入引入了部局部直图方图均措衡措施。 近来年来，数形学形态等学等措也施也被用应用于像图像增强。 需要意注意的是，变域换域增在强在图增像增强也中也有泛广泛的用应用，如里傅里叶换变换，离余散余弦换变换，小变波变换等，其小中小波近是近年发来发展来起来的的新的一种。为了有效地应用光电成像技术，针对可见光成像原理，本文设计了CMOS成像系统。 在成像系统中增加了辅助照明。 在去除红外光影响的情况下，进行可见光成像。 通过快速迭代图像增强算法对采集到的图像进行处理，实现目标物体通过毛玻璃的成像。1 系统方案的选择与描述如今光电式图像传感应器应用较比较广泛，主有要有两类大类:电耦荷耦合件器件(CCD)和补互补金氧属氧化半物半导图体图像感传感器(CMOS)CCD图传像传感器集成较度较低，在用应用中，需要部外部辅电助电路，生成产成本高，内的置的图采像采集处芯理芯片专是专用片芯片，传器感器体比积比较大，而CMOS图传像传感不器不需要部外部辅电助电路，因生此生产本成本较低。 内图置图像采集处芯理芯片通为通用片芯片，传器感器体相积相对小较小，应方用方便。 因此，本统系统选用CMOS图传像传感作器作为像成像系的统的图采像采集器件。可见光成像系统主要由CMOS成系像系统计和计算图机图像采集与理处理两分部分组成，系结统结构图如图所示。图 1，毛璃玻璃与标目标的长最长距为离为5厘米，两对者对齐。 成系像系统毛与毛玻的璃的距为离为20cm25cm。 CMOS成系像系统采集目穿标穿透毛玻璃形成的图像，并将图像送入计算机进行增强算法优化处理图1 可见光成像系统结构框图如图2所示，CMOS成像系统的路电路结主构主要括包括时产序产生制控制电路，驱动路电路，图传像传感器CMOS A/D转电换电路同和同步号信号产生A/D转换电路。平行拍摄时，拍摄照的照片可中可以到得到模的糊的物轮体轮廓，侧拍角拍摄时，光穿线穿过玻毛玻璃从后从各方个方向射散射，看清不清毛璃玻璃后目的目标。 不是管是15，30，45等角多角度摄拍摄，都加要加入适合适的助辅助照和明和合的适的角才度才能得获得画面，所加以加入光的光线必须有强很强的穿透力。没有添加辅助照明，只室有室内光柔光，得了到了轮模廓模糊画的画面。 红激色激光于用于辅照助照明。 在内室内光下线下，红激色激光透穿透毛璃玻璃击目中目标，在标目标上成形成红光色光圈。 孔无径无法别识别目轮标轮廓，因选为选择的激光功率太大。毛玻璃的粗度糙度对像成像效有果有很的大的影响。 粗度糙度越大，毛璃玻璃对的光的散程射程度强越强。 网数格数在240以上，可得以得到廓轮廓清晰的图像。与一般成像系统相比，在等同等条下件下，本统系统的别识别率达可达95%以上，远大远大于无需任图何图像理处理的CCD成像系统5 结论本系统采用CMOS光电图传像传感通器通过透穿透毛璃玻璃采集目图标图像，另利外利用外红外激灯光灯和内室内LED灯辅的辅助明照明完可成可见系光系统成的成像。 在像图像处过理过程中，采迭用迭代像图像增优强优化理处理算法，使采得采集到可的可见图光图像目与目标致一致，能识够识别不出不同离距离的标目标，系的统的识率别率可达95%以上，达了到了预期的效果参考文献1 张佳莹, 王红军, 朱学亮,等. 毛玻璃转速对干涉条纹成像质量的影响J. 光电工程, 2018, 045(001):25-30.2 楚陪陪. 基于集成分类器和随机森林算法的肺部CT图像处理应用研究D.3 王森, 李洪国, 张德建,等. 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