实验方案第一版

辐照环境下摄像头损坏程度实验北京航空航天大学测控技术实验室一、实验原理1、辐射强度本实验辐射源固定，所以影响辐照强度的因素只有两个：1）摄像头与辐射源距离2）辐照时间考虑到摄像头在辐射实验过程中移动不易，拟选取5个同型号摄像头同时测量。这就涉及到两个问题：1）默认5个摄像头性能一致，受辐射后性能变化规律一致。2）实验条件需满足5路视频信号的传输和拾取，最好能保存5路信号的全时段视频，以便用于消噪算法分析。2、标准测试图考虑到图像处理难度，拟选用灰度图作为标准测试图，如下图1所示：图1标准测试图摄像头与标准测试图的距离固定，测试图充满摄像头的整个屏幕，并且保证实验过程中标准图像的位置不会移动。摄像头与标准测试图安装如下图2所示：图2摄像头与标准测试图安装示意图3、清晰度评价方法清晰度评价思路：选取0时刻的视频截图作为图像质量评价的标准图，截取任意时刻的视频截图与标准图对比，根据峰值信噪比(PSNR)或均方根误差(RMSE)，既可判断图像的清晰度。在实际应用中，峰值信噪比(PSNR)是图像处理中最常用的图像质量评价的客观标准，定义如下：221110lg,,MNmnQMNPSNRfmnfmn式中，Q表示图像量化的级数，,fmn是原始图像，,fmn表示处理后复原的图像，M、N为图像矩阵的行列总数，PSNR单位为dB。图像消噪的质量越好，PSNR值越大，即重建后的图像和原图之间的失真越小。也可选用均方根误差(RMSE)作为图像质量判断指标：1/22111,,MNmnRMSEfmnfmnMN其中，均方根误差越小，说明图像去噪后的质量越好。归一化的均方误差：211211,,,MNmnMNMNfmnfmnRMSEfmn二、实验方案1、实验装置的布置辐射源与5个摄像头的位置安排有两种选择：1）分布在等距直线上，这种布置忽略较近摄像头对远端摄像头的遮挡。2）分布在四周，每个摄像头与辐射源的距离等差。这种布置方法比较麻烦。假设最远的摄像都距离辐射源为两米，这5个摄像头的距离分别为：40cm，80cm，120cm，160cm，200cm。2、测试点的截取假设摄像头2小时后彻底损坏，实验中记录5个摄像头2小时内的完整视频。在后期处理中，每隔5分钟截取一副图像，共截取25幅图像用于图像清晰度分析。3、实验数据记录和处理表1不同时刻各测试点视频截图的PSNR值摄像头距离0分钟5分钟10分钟……120分钟40cm80cm120cm160cm200cm表2不同时刻各测试点视频截图的RMSE值摄像头距离0分钟5分钟10分钟……120分钟40cm80cm120cm160cm200cm4、预计实验成果距离辐射源越近，摄像头损坏较快；辐射时间越长，摄像头损坏越严重。而摄像头损坏程度与图像质量成反比。可知图像随着时间的推移，峰值信噪比(PSNR)或均方根误差(RMSE)的数值不断变大。设定一个最大峰值信噪比(PSNR)或均方根误差(RMSE)的阈值，既可作为摄像头使用时限的标准。三、实验改进的一点想法1、如果能在5个摄像头的相同位置各布置一个相同型号的摄像头，拍摄实际货物，则有两方面的好处：1）可以比较同位置同时刻摄像头图像的PSNR值是否一致。2）可以更加直观的判断PSNR值达到什么程度时视频图像不可辨。