大创项目申请书范本.pdf

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1、湖 北大 学大学 生创新 创业训练 计 划 项 目推荐表推荐学院计算机与信息工程学院项目名称车载夜视辅助驾驶系统项目类型创新训练项目创业训练项目创业实践项目所属一级学科名称电子与通信技术所属二级学科名称信息处理技术项目负责人任琦联系电话指导教师谌雨章联系电话申报日期2016 年 4 月 1 日二一五年五月制项目名称车载夜视辅助驾驶及行车记录的嵌入式图像恢复技术研究项目类型（ ? ）创新训练项目 ;（ ）创业训练项目 ;（ ）创业实践项目项目实施时间起始时间：2016 年9 月完成时间：2017 年12 月申请人或申请团队姓名年级学号学校所在学院/专业联系电话E-mail 主持人任琦大二湖北大学

2、计信 /通信工程产业 成员徐 涛焘大二湖北大学计信 /通信工程产业 欧 阳世钰大二湖北大学计信 /通信工程产业 张琴大二湖北大学计信 /通信工程 许 学杰大二湖北大学计信 /通信工程 指导教师第一指导教师姓名谌雨章单位计信学院年龄32 行政/专业技术职务讲师主要成果1、Yuzhang Chen (#)(*)，Junzhe Chen ，Spatial adaptive regularized MAP reconstruction for LD-based night vision，Optik ，2014，125（13）：3162-3165。SCI 期刊论文2、Yuzhang Chen (#)(*

3、)，Kecheng Yang ，MAP-regularized robust reconstruction for underwater imaging detection，Optik ，2013，124（20）：4514-4518。SCI 期刊论文3、Yuzhang Chen (#)(*)，Kecheng Yang ，Edge Regularized Restoration for Laser Bubble Detection ，Journal of Russian Laser Research， 2012， 33 （5） ： 475-482。 SCI 期刊论文4、Yuzhang Chen

4、(#) ，Min Xia，Wei Li ，Xiaohui Zhang，Kecheng Yang ，Comparison of point spread models for underwater image restoration，Optik ，2012，123（9）：753-757。SCI 期刊论文5、Yuzhang Chen (#) ，Kecheng Yang ，PSF-based restoration with edge adaptive regularization for structured light measurement ，Optics and Lasers in Engi

5、neering ， 2011， 49 （910） ： 1210-1215。SCI 期刊论文6、Yuzhang Chen (#) ，Wei Li ，Model-based restoration and reconstruction for underwaterrange-gated imaging ，Opt Eng，2011，50（11）：113203。SCI 期刊论文7、Yuzhang Chen (#) ，Wei Li ，Super-resolution reconstruction for underwater imaging ，Optica Applicata，2011，41（4）：84

6、1-853。SCI 期刊论文第二指导教师姓名单位年龄行政/专业技术职务主要成果一、项目实施的目的、意义：随着人们生活水平的提高，私家车也越来越普及，人们对汽车的安全性能要求也随之变高。而据科学统计，在交通事故中夜间发生的交通事故占据颇大比例。车载前灯的近光灯的照射距离只有二十到三十米，尽管远光灯的照射距离较远，但当两车相遇时却又不易使用。因此，开发一款帮助驾驶员在夜间行车时确认前方路况，保证自己及他人的安全的车载夜视辅助驾驶系统就成为了亟待解决的问题。而如今的夜视红外系统，主动红外车载夜视系统虽然成像清晰，但受光源强度限制，有效成像距离短，无法过滤相同工作波长光线对系统的干扰，当系统面对迎面强

7、光或装备主动红外车载夜视系统的近红外光源时，成像效果差。并且当黑夜中人的姿势成下蹲状类似的姿势时，如今的夜视系统只能显示出一块模糊的团状物，影响驾驶员的判断，因此我们项目的研究能克服车载夜视辅助驾驶系统当中图像退化严重的问题，这对保障人们的夜间驾驶安全有重大的意义。本项目拟通过研究夜视状态下大气介质及湍流等对成像的退化作用，针对退化来改进车载红外夜视图像的恢复算法，修正图像的低对比度，补偿衰减，从而达到提高清晰度和对比度的目的，这对于夜视情况下的辅助驾驶和行车记录具有重要的意义。二、项目研究内容和拟解决的关键问题1.研究内容：1）夜视情况对探测系统退化的模型的研究；2）研究并设计基于退化模型的

8、图像恢复算法；3）行车夜视探测系统的组装和实地实验；4）利用图像恢复算法对摄像机采集到的图像进行分析和处理；5）使用 VC6.0及 android 平台，借助 OpenCV/emCV 库编制图像恢复软件系统。2. 关键问题：目前，夜间交通事故频繁发生，对行人及驾驶员的生命安全造成极大的威胁。如何针对车载主动夜视成像技术受光源强度限制、有效成像距离短和热成像技术对温度过渡环境探测效果差、对高速运动的热的物体和混杂的场景探测不准确、成像过程中图像恢复的不清晰而引发的汽车安全事故的难题，研究基于汽车主动安全的车载红外夜视原理及其方法。三、项目研究与实施的基础条件（包括自身具备的知识条件、学校和合作单

9、位提供的实验实训条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果或前期准备等）目前，夜间交通事故频繁发生，对行人及驾驶员的生命安全造成极大的威胁，针对车主动夜视成像技术受光源强度限制、有效成像距离短，图像退化严重而易引发汽车安全事故的难题，研究基于汽车主动安全的车载红外夜视原理及其方法，这对于改善及扩大驾驶员夜间行驶视野，增加行驶安全距离，协助驾驶员及早地发现潜在的危险并做出正确判断，提高主动驾驶安全性能，都具有重要的理论意义和工程实用价值。在本专业专业课程的学习中，我学习到了LED、C、Java 、VC 平台等；现阶段，跟着老师做了些涉及图像复原的项目， 不仅让我对图像的恢复有了更深入的了解，也让

10、我学习到了matlab 等软件的使用，对软件系统的开发产生了浓厚的兴趣。同时，参加电赛的培训，让我掌握了硬件开发的一些基本知识，为后期样机的制作及测试打下了一个良好的基础。学校也为我们提供了一个良好的学习环境和平台，让我们在学习理论知识的同时参与各种实验及实习、比赛等，增加我们的硬件知识，培养我们独立解决问题的能力。为更好地完成这次创新设计项目，充分做好前期的准备工作，我们查阅了大量相关资料，做好硬件和软件的准备工作。我们小组成员都比较认真好学，并且每个人都有自己感兴趣的方面，有的对软件的应用比较感兴趣，有的想朝着硬件开发的方向努力，有的文字驾驭能力较强，适合论文、文章的撰写。大家都对知识有主

11、动学习的动力，有克服一切困难的决心和勇气。在老师的指导和自己不断地努力下，相信自己能将这次创新项目设计做好。本项目具有广阔的应用前景，与我们的专业课程学习联系紧密，将会对自己的学习和今后进一步的发展有很好的促进和指引。四、项目实施方案（具体内容包括： 1、项目研究背景：国内外的研究现状及研究意义、项目已有的基础，与本项目有关的研究积累和已取得的成绩，已具备的条件，尚缺少的条件及方法等；2、项目研究目标及主要内容； 3、项目创新特色概述； 4、项目研究技术路线； 5、研究进度安排； 6、项目组成员分工）1 .项目研究背景：主动红外夜视技术是指通过红外探照灯照射目标，再经红外传感器接收目标的红外辐

12、射，并将其转变成为可见的光电图像的夜视技术。早在 20 世纪 30 年代中期，世界发达国家就开始了夜视技术的的研究，在此期间， 美国、荷兰和德国先后发明了红外变像管。随着夜视技术发展与成熟，主动红外夜视技术迅速地从军事领域转向民用汽车安全领域。其中，2002 年丰田公司在其生产的汽车上配备了主动红外夜视系统Lexus LX 470 和 Land 与背景，然后通过CCD 红外相机接收目标反射回来的红外辐射和对辐射通量进行光电转换处理，最后将光电转换后的图像投射到挡风玻璃上。 2008 年皇冠汽车的主动红外夜视系统采用液晶显示器来显示图像。在2005 年末上市的 S-Class的主动红外夜视成像系

13、统中，独立的红外光源集成在前大灯总成内，红外摄像设备安装在车内后视镜侧。处理后的夜视图像可以在仪表中间显示。2006 年末我国红旗盛世HQ3 系列装备主动红外夜视系统，其工作原理与梅赛德斯-奔的夜视系统相似，使用主动红外夜视技术，利用前大灯中的近红外线发射器照射车辆前方40-250 米的行人或障碍物，安装在车内后视镜上的近红外线摄像机接收目标与背景的红外辐射和将其映射成光电图像，再通过安装在仪表板上的凹面镜反射，将其转换成在前挡风玻璃上显示的目标虚图像。目前国内外相关企业不仅注重车载前装夜视系统(与整车配套设计 )的开发，而且也大力发展可自行安装的车载夜视系统的研发，譬如国外的博世，国内的夜可

14、视等公司。根据主动红外夜视成像原理可知， 基于主动红外成像的夜视系统具有能够充分利用红灯发出的狭窄光束照明目标， 目标与背景反差大， 所形成的图像与可见光图像相似，能清楚地显示道路的详细信息 (如行人、车辆、车道标志线、交通信号、道路上散落的物体等)，对“无生命”的目标也能探测，成本低的优点。然而，由于其工作需要红外光源，因此，其有效探测距离较短;易受光源强度、相同工作波长光线和有雾的恶劣天气条件影响。2.项目研究目标及主要内容: 基于汽车主动安全的车载红外夜视技术是综合运用主动红外夜视成像来实现在夜间或低亮度条件下， 将不可见目标辐射转变成为可见的目标光电图像，增大驾驶员视野的方法之一。 根

15、据红外夜视图像成像的基本原理可知， 主动红外夜视图像通过将红外探测器接收到的目标与背景的反射红外辐射和自身红外辐射映射成色阶值而转化来的。在这光电图像的转化过程中， 红外探照灯的强度、光电转换元件和热电转换元件性能、目标与背景的状态，以及辐射（包括大气辐射、环境辐射）在传输过程中的衰减等都会对红外夜视图像的质量、制动安全距离产生很大的影响。项目拟研究并克服在夜视情况及暴雨，大雾等恶劣天气下所成图像的严重退化，这是本项目的 主要研究目标 。从光源的光束特性及成像系统包括大气介质对光源光束传输的影响出发，研究光源成像的退化机制，找到退化的因素， 针对红外 LED光束特点，综合考虑红外探照灯的强度、

16、光电转换元件和热电转换元件性能、 目标与背景的状态以及大气湍流影响的LED光束传输特性，以及基于光束传输特性的成像过程退化模型的建立，为图像恢复奠定理论基础，是需要重点研究的第一个内容。LED 成像的主要研究目标是低功耗和微型化，在硬件系统的体积功耗大幅缩减的情况下，软件系统必须要具备实时性和嵌入式的优势，才能与之互补。 因此，图像恢复技术若需在实地环境探测中发挥作用， 必须脱离电脑上的运行环境， 将图像恢复算法通过嵌入式开发技术移植内嵌到探测系统的 CPU 芯片，从而实现将图像恢复处理模块内嵌至LED 成像探测系统， 这是重点 研究的第二个内容 。为了对基于本项目图像恢复技术的LED成像目标

17、探测系统的实际成像能力、目标识别能力、定位算法的实际精度进行检验，还需要研究的内容 是，在夜视条件下，组织行车成像目标探测原理样机的试验研究，通过大量实验，对目标进行实际成像探测、图像处理和识别定位计算，检验本项目的有效性。3. 项目创新特色概述：（1）提出了采用LED 组作为光源，图像传感器作为成像模块，将夜视成像探测系统的体积及功耗大大减小，并结合图像恢复技术，使成像探测系统在体积功耗下降的同时，探测能力不减弱甚至提升；（2）采用并优化设计贝叶斯框架下的基于系统先验知识的图像恢复算法，并采用emcv 技术实现相关图像处理及目标识别的模块，然后将识别图像应用到安卓平台上，大大提升夜视成像探测

18、系统的软件能力；综上，本项目是从硬件和软件同时入手，从硬件方面缩减体积功耗，从图像处理方面改进探测能力，从算法模型方面增强适用性，在减小成像探测系统的体积功耗的基础上，探测效果和分辨率不下降甚至得到提升， 从而为便携高效式高分辨率夜视辅助驾驶及行车记录探测提供解决方案，并研究如何将便携式探测系统应用于各种夜视探测系统。4.项目研究技术路线在单目成像目标识别定位技术中， 照明光场均匀化程度对于成像像质和定位精度有着一定的影响。由于系统采用的照明光源是LED，其出射光场强度分布具有功率损耗大、不均匀的特征，不满足成像中对照明光场均匀照明的要求，因此需要在发射光学系统设计中加入光强耦合及分布均匀化的

19、器件。 同时由于夜视照明光场的范围应该与成像视场大致匹配，即 LED 光束发散角与成像探测器视场角基本匹配。 对于 LED 光束，可以采用椭圆截面柱透镜组进行光束发散角的调整，准直系统和成像透镜组系统需要在实地实验研究时作详细设计和调整。针对夜视大气成像的退化模型，需要研究大气气溶胶、大气湍流、红外探照灯的强度、光电转换元件和热电转换元件性能、目标与背景的状态，以及辐射（包括大气辐射、环境辐射）在传输过程中的衰减等点扩散函数。近红外成像系统框图1 如下：反射红外光处理后的信号视频图像信号图 1 带图像恢复功能的夜视辅助驾驶及行车记录系统本系统主要采用的图像恢复重建处理手段，包含了建立成像模型提

20、取成像系统点扩散函数、图像恢复等技术。对于成像模型，可以根据LED 的光束传播和成像环境建立点扩散模型，获取系统点扩散函数作为图像恢复的先验知识。根据夜视光线传播特点建立成像模型，则可以将图像重建系统适用于夜视探测环境。在贝叶斯框架下将POCS 重建迭代方程与半盲复原迭代方程进行联立，以PSF 作为共同参量同时作为POCS 算法中的限制集合和盲复原算法中的先验条件，以边缘检测作为约束条件，最终求得最优正则(1)( )n?argmax log P ()log()nnfrrffPf（ ）(1)(1)(1)(1)()(*)*(,)02nnninffhghxydivff(1)(1):,1,2,. nn

21、pffCpn针对实地实验，为了验证本项目实验系统的有效性，还可以利用OpenCV 技术设计定位分析算法，对接收器采集到的原始图像进行自动优化处理及特征提取。首先进行目标识别，然后分析计算以获得目标与系统之间的相对位置、方向等信息，最后验证系统的探测能力。本项目拟采用emcv 技术及定位分析算法，对接收器采集到的原始图像进行自动优化处理及特征提取。红外光源障碍物红外摄像机图像恢复模块图像显示存储模块5.研究进度安排：时间安排2016.9-2016.11 查阅关于LED 与图像恢复系统的相关电子文献及书籍。2016.11-2017.1 设计并编写图像恢复程序2017.1- 2017.3 设计并编写

22、目标三维定位探测程序2017.3-2017.5 设计编写基于图像恢复的目标成像定位程序2017.5-2017.7 搭建实验系统，并进行相关实验，撰写论文2017.7-2017.9 将程序应用到实验系统中，撰写部分论文2017.9-2017.12 项目总结，撰写论文及论文发表6.项目组员分工：任琦：硬件系统组装和软件系统设计，及实地实验时系统组装和后期图像处理；徐涛焘 ：光学系统设计及组装；许学杰 ：软件系统外包设计和实验系统组装；欧阳世钰：系统综合调配；张琴：文件的归纳总理，论文的整体构思。五、学校可以提供的条件学校已制定了 湖北大学大学生创新创业训练计划项目管理办法（试行） （校教字2014

23、10号，相关院系和合作单位提供该项目所需实验实训条件，学校予以配套经费、对项目实施过程予以严格规范管理，为该项目达到训练效果提供保障。六、预期成果（从学术论文、专利、产品、调查报告、商业企划书、经济实体、软件等实物，以及实践创新素质能力培养等两方面予以阐述）1）设计出能应用于LED 夜视成像探测的图像恢复系统2）培养自己实践创新的素质和发现问题解决问题的能力3）了解论文书写的格式，学会书写和发表论文的方法，发表一篇核心期刊论文4）通过借助网络搜索有用的资料和信息，培养自己研究问题的步骤和方法5）学会开发基于图像恢复的应用程序6）学会LED 成像系统原理并搭建实验平台七、经费预算（创业实践项目预

24、算不超过20000元， 创业训练项目不超过10000元， 创新训练项目不超过8000元，具体包括： 1、调研、差旅费； 2、项目研发的药品、耗材、元器件、软硬件测试费等；3、资料购置、打印、复印、印刷等费用；4、学生撰写与项目有关的论文版面费、申请专利费等；5、指导费）具体包括：1、调研、差旅费；2、用于项目研发的元器件、软硬件测试、小型硬件购置费等；3、资料购置、打印、复印、印刷等费用；4、学生撰写与项目有关的论文版面费、申请专利费等；开支项目预算金额（元）主要用途1 200 文献查找与下载2 500 资料制作和整理3 4500 软件测试设备和相关硬件的购置4 1500 论文撰写和发表5 800 实验环境和材料费总费用7500元八、导师推荐意见签名：年月日九、院系推荐意见院系负责人签名：学院盖章：年月日十、学校推荐意见：学校负责人签名：学校公章年月日十一、主管部门评审意见：单位盖章年月日