基于ICX409AK的图像采集光学系统设计及图像复原

摘要

图像是人类视觉的基础，随着科技的飞速发展，数字图像的采集和处理在科学研究、工业生产、医疗卫生和公共安全等领域发挥着越来越重要的作用，因此研究图像采集系统具有十分重要的现实意义和实用价值。光学系统部分在整个图像采集系统中占据了重要地位。光学系统通过光学镜头将外界携带信息的实物成像在CCD的光敏面上，将光信号转换成电信号。光学系统成像质量的好坏直接影响着图像的后续处理，是图像采集系统性能好坏的关键因素之一。
　　 本文简单叙述了CCD图像传感器原理及其应用技术的发展，图像采集光学系统的发展历程，图像复原技术的发展。介绍了非球面透镜的特点，以及它在光学系统中的应用，光学系统中透镜材质的选择，研究了各种玻璃、塑料等不同材料的优缺点。阐述了光学系统的一般设计方法，各种不同的像质评价方法。
　　 然后以图像传感器ICX409AK为例，研究了图像采集光学系统的基本结构、光学特性、设计特点。基于这个光学系统的技术指标，使用ZEMAX设计软件，基于“天塞型”结构，采用塑料/玻璃混合镜头代替全玻璃镜头，引入了两个非球面。使用ZEMAX软件优化，分析像质，成像质量良好，并缩减了系统的长度。
　　 镜头成像在面阵CCD上，将光信号转换成电信号，通过硬件采集系统上传到上位机的过程中，一般都会由于镜头的像差，传输过程中的各种噪声干扰造成图像的模糊或是劣化，必须对图像进行复原，由模糊图像得到原始图像的一个最佳复原效果图像，再对图像进行下一步的处理。图像复原对图像后续的分析提供了一个好的起点，在实际检测中具有重要意义。文章介绍了几种经典图像复原方法，并分析比较了几种算法的优缺点。研究了图像盲复原的发展历史，介绍了目前常用的几种图像盲复原算法。基于边缘检测对图像的边缘部分和其他区域做不同处理的理论，提出了一种基于边缘检测和Weber定律图像盲复原改进算法。