CCD光学遥感器参数选择研究

介绍了由衍射受限非相干成像系统的衍射分辨率引出的截止频率及混叠的概念. 为了对采样成像系统获得的图像质量进行量化, 使用图像质量因子(λF/P)表示探测器对光学系统线扩散函数采样的程度. 进一步分析了光学遥感器参数选择与信噪比的关系. 选择实际的焦距9 m, F 数为18 的空间光学系统, 利用ZEMAX 软件的像模拟功能, 对选择8.75 μm 和13 μm 像元尺寸的CCD 所获得的图像进行了模拟仿真. 仿真获得的结果验证了图像质量因子和信噪比对图像分辨率的影响.      

X射线动态数字图像降噪方法与快速实现

对于X射线动态数字成像系统,为了实现高帧频采集引起的数字摄影(DR,Digital Radiography)图像降质的恢复,采用Anscombe变换将NL-means降噪算法引入到DR图像的降噪中.为了解决NL-means降噪算法计算量大、运算速度慢的问题,利用可编程图形处理单元(GPU,Graphic Processing Unit)并行计算和高速浮点计算特性,将DR图像映射为GPU中的纹理,采用多线程并行计算,使得NL-means算法在GPU中加速执行.实验结果表明,NL-means能够有效抑制动态DR图像噪声.GPU加速方法可以在不损失图像信息的前提下,加速比可达2个数量级以上,满足了实时降噪的要求.     

双能透照模式下涡轮叶片DR图像融合方法

为了提高单帧涡轮叶片DR(Digital Radiography)图像的信息量,首先在2个不同射线能量下对涡轮叶片进行DR成像,以获取不同厚度区域的质量信息;然后将2幅DR图像进行多分辨率小波分解,以最大局部方差为准则对二者的低频子带图像进行融合,以局部梯度的活性因子为尺度对二者的高频子带图像进行融合;最后基于小波融合系数的逆变换获得最终的融合结果.实验结果表明:基于此方法的涡轮叶片融合DR图像携带了更为丰富的细节信息,从而有利于叶片质量信息的快速、准确判读.      

虚拟扩展成像在大视场姿态角测量中的应用

对基于光电准直和针孔成像原理的姿态角测量系统,提出一种虚拟扩展成像面技术,对图像传感器成像面进行复用,虚拟扩大系统的测量视场.基于反射不对称的针孔光阑设计,实现一种光斑模式识别方法,对光斑质心和正反射模式进行识别,并进行虚拟成像面坐标扩展.通过计算机仿真,对识别结果进行了分析验证,表明这种方法对各种光斑模式都能准确识别,成倍扩大了测量视场.      

影像增强器DR/CT系统像场畸变快速校正

以XRS-152/153影像增强器DR/CT成像系统为研究对象,在分析其输出像场畸变特性的基础上,从校正精度和校正实时性要求出发,采用空间坐标多项式变换方法进行畸变校正.同时,为了解决畸变校正算法计算量大、运算速度慢的问题,利用可编程图形处理单元(GPU, Graphic Processing Unit)并行计算和高速浮点计算特性,将图像映射为GPU中的纹理,采用多线程并行计算,使得校正算法在GPU中加速执行.实验结果表明,本方法能有效实现畸变图像的校正,GPU加速方法可以在不损失图像信息的前提下,实现实时校正.     

一种空间视觉测量子系统用半导体 激光器驱动电路设计

针对面阵静态红外地球敏感器的现场标定,提出基于规则小孔平面靶标的现场标定方法.将小孔平面靶标固定放置于面源黑体前方,在光学视场测量空间内,多次调整红外地球敏感器的摆放位置,以采集多幅不同位置、不同角度的红外靶标光点图像.使用等高层最小二乘椭圆拟合方法精确提取靶标红外光点的中心坐标,获得特征点信息.利用红外靶标图像和图像特征点计算面阵静态红外地球敏感器光学系统的焦距和主点坐标.试验结果表明,该标定方法简单灵活有效,便于调试现场操作.目前,该方法已在面阵静态红外地球敏感器研究中得到应用.     

结构光三维视觉检测中光条图像处理方法研究

在结构光视觉检测系统中,光条中心的提取精度直接影响到整个测量系统的测量精度.光条图像的处理是其中重要的一步,尤其是受到严重噪声干扰的图像.探讨了被多种噪声干扰的光条图像的处理和精确提取光条中心的方法.给出了一种消除环境干扰的滤波模板并实验验证了其滤波效果.使用这些光条图像处理方法使整个测量系统在200mm×200mm的测量范围内测量精度达到0.083mm.      

光电跟踪仪光轴一致性测量装置

设计了大口径离轴抛物面镜平行光管光学系统,研制了基于CCD图像采集处理的激光光斑中心坐标提取系统,研制了基于光栅尺的位移闭环控制系统,建立了光电跟踪仪光轴一致性参数测量装置。装置可用来测量光电跟踪仪激光发射轴、电视成像系统、红外成像跟踪系统三轴的一致性,测量不确定度为0.02mrad。     

一种机载遥感成像用分布式POS传递对准方法

针对机载遥感成像用分布式位置姿态测量系统(POS,Position and Orientation System)精确初始对准的问题,结合遥感成像的实际作业情况,在分析影响传递对准精度和速度的误差源的基础上,提出一种利用载机爬升段进行分布式POS传递对准的方法,并与多种机动方式进行对比.半物理仿真结果表明:利用遥感载荷作业现有条件能够获得数学平台失准角和安装误差角的准确快速估计.研究结果可为机载分布式POS传递对准方案的选择和设计提供理论参考.     

基于光场成像的燃烧颗粒粒径与速度测量方法

为实现固体推进剂中金属燃料动态燃烧的精细化表征,提出一种基于光场成像的固体推进剂中燃烧颗粒粒径与速度三维动态同步测量方法。构建固体推进剂燃烧光场成像测量系统,获得金属颗粒动态燃烧过程的光场图像,通过重聚焦算法得到燃烧颗粒场的重聚焦图像;进一步开展光场相机标定实验,获取深度与最佳重聚焦参数的关系曲线;利用图像分割算法对重聚焦图像中的颗粒进行识别和定位,获取燃烧颗粒的粒径大小,并结合三维粒子跟踪技术对颗粒的轨迹和速度进行重构;开展推进剂药条燃烧实验验证研究。结果表明：光场成像技术能够获得不同深度的颗粒信息,跟踪颗粒的动态燃烧过程,并实现对燃烧金属颗粒粒径与三维速度的同步测量。     

复杂背景下红外点目标探测概率估算

红外成像系统对点目标的探测概率在实际应用中往往受到复杂背景的极大影响,而现有的计算方法并不能适用于复杂背景下的探测概率估算.首先从红外成像系统对点目标的作用距离模型出发,分析了探测概率与信噪比、作用距离的关系,推导出单一背景下红外点目标的探测概率估算方法;然后,利用红外成像系统的亮度-灰度函数,通过背景的红外图像灰度信息计算得到其红外辐射亮度;最后,引入概率统计的思想对单一背景下探测概率的估算方法进行了改进,提出了复杂背景下红外点目标探测概率的估算方法.实验结果表明:该估算方法可以有效评估实际应用中典型复杂背景对红外成像系统的点目标探测概率的影响.      

飞秒激光系统图像调焦装置以及方法

飞秒激光直写技术在复杂三维微结构加工领域具有显著优势,而调焦是否精准直接影响了所加工结构的完整度.提出了在光路中临时置入调焦光源和物的图像调焦技术,通过调节物的位置使其成像面与激光聚焦面一致,从而通过清晰可分辨的成像状态间接反映激光聚焦状态.利用Zemax软件模拟分析了原飞秒激光光路与加入调焦光源和物的调焦光路,二者可实现相同加工物镜后工作距离与良好成像质量,证明了该方法的可行性.通过分析得到该过程的成像误差主要由成像镜头焦深(3.9 μm)引起,我们获得的理想调焦精度可达到1/2焦深以内.设计了单层高度为5 μm的二层圆柱结构,通过多次实验验证了所加工元件高度误差在1.5 μm范围以内,与理论分析一致,满足飞秒激光系统的调焦要求.     

新的传感器网络对偶密钥预分配方案

提出了一种新的基于超立方体和多项式的对偶密钥预分配方案,此方案以超立方体的维度和传感器节点编码的汉明距离为参数.方案具有如下特性:当任意两个邻居传感器节点间的汉明距离小于预先设定的门限值时,可以直接建立对偶密钥.该方案的创新在于将传感器节点间的汉明距离参数化,解决了以往方案只能在汉明距离为1时才能直接建立对偶密钥的限制,经过安全和性能的分析说明,当汉明距离门限值增大时,方案通过牺牲抗节点俘获能力可以提高直接对偶密钥建立概率,从而节省了对于传感器网络来说十分重要的能量消耗.     

稻城太阳射电望远镜（DSRT）天线遮挡效应仿真

稻城太阳射电望远镜（DSRT）由313面6 m直径抛物面天线组成。天线接收信号幅值和相位的精确修正是决定DSRT成像质量的关键因素。然而DSRT阵列可能会出现邻近天线相互遮挡的问题，从而改变接收信号的幅值和相位，影响其成像质量。利用电磁仿真软件计算了接收频率为300 MHz（波长λ=1 m）时的相邻两单元与相邻三单元两种情况。三元系统中遮挡效应的影响仅比双元系统中相关影响略为显著。在本文考虑的最严重的遮挡情况（天线边缘的投影间距D = –1λ）下，对于双/三元系统，相对于单天线系统水平和垂直增益分别降低了0.6/0.6 dB和 0.3/0.4 dB，相位偏差分别为–3.3o/–3.871o和–1.744o/–2.244o。此外还分析了其他遮挡情况。研究表明DSRT系统中的天线遮挡效应分析可由双元系统充分描述，在后期数据处理时应适当考虑该效应，尽量提升DSRT数据的利用效率和成图质量。      

基于视频数据的机场跑道外来物检测

提出了一种基于视频数据的机场跑道外来物(FOD,Foreign Object Debris)检测算法,该算法包括几何校正、背景差分、杂波抑制和伪装消除等4个步骤.其中,几何校正排除了摄像头轻微抖动造成的图像差异;背景差分利用每个像素对应的颜色向量信息,建立背景模型并进行定时更新;杂波抑制和伪装消除利用差分图像和原始图像信息,建立马尔科夫随机场和概率统计模型,在降低虚警的同时提高了检测率.将本算法应用于两组不同光照条件下获取的视频图像,检测不同形状和颜色的FOD目标;采用本算法对机场实测数据进行测试,验证了算法的有效性.     

一种电磁定位系统工作空间拓展方法

针对NDI电磁定位跟踪设备工作空间有限且在工作空间内定位精度不一致的问题,提出了一种利用机械臂移动磁场发生器从而拓展电磁定位系统工作空间且保证定位精度的方法。利用NDI系统返回的误差指示值衡量定位精度,当误差指示值超出设定的阈值时,利用机械臂移动磁场发生器使传感器重新位于NDI系统的最佳测量工作区,并将电磁定位系统测量的位姿通过空间变换方式统一到机械臂基座坐标系,从而在保证定位精度的同时也起到扩展工作空间的作用。为验证所提方法的有效性,通过实验验证定位误差与误差指标值及传感器到磁场发生器中心的距离成正相关关系;通过拓展前后的误差分析表明,所提方法能有效降低定位误差,平均位置误差从2.61 mm降低到1.34 mm,平均姿态误差从2.42°降低到1.37°。所提方法可应用于类似血管介入手术导管在大范围移动的器械定位与跟踪。      

Guidepost-based autonomous orbit determination method for GEO satellite

Guidepost-based navigation system is a novel autonomous orbit determination method for the GEO satellite. The system is achieved by using the camera imaging function to obtain the guidepost images and the GNSS signal receiver to obtain the pseudoranges between the GEO and the navigation satellites. Due to the high altitude of GEO satellite and the time-varying sunlight condition in the space environment, it may be difficult to obtain object image points and the distance measurements of GNSS because of the weak visibility of the guideposts. To deal with the problem, a novel integrated orbit determination system is presented. The Earth landmarks, the in-orbit spacecraft and GNSS navigation satellites whose line-of-sights and the distance can be easily obtained are used at the same time as information for the GEO satellite navigation based on the observability conditions analysis. The observability of the GEO satellite navigation system is analyzed through the physical observability, the mathematical observability and the engineering observability through the observing geometry, the rank of observability matrix and the Cramer-Rao lower bound (CRLB) respectively. Besides, the maximum correntropy unscented Kalman filter (MCUKF) algorithm is applied to improve the estimation stability of the system in the presence of non-Gaussian noises. The simulation indicates the feasibility of the proposed scheme.     

Space object material identification method of hyperspectral imaging based on Tucker decomposition

Space object material identification method based on Tucker decomposition is proposed and demonstrated experimentally. Space target generally has a low spatial resolution because of the limitation in detection distance. Hyperspectral imaging (HSI) technology can capture the image from visible light to shortwave infrared continuously while providing the spatial and spectral information of the target, thereby introducing a new space target detection and identification approach. However, the data obtained by the HSI system often contain mixed pixels, thereby causing difficulties in target material identification. In this work, a material identification method of hyperspectral data based on Tucker decomposition is proposed by combining mixed spectral theory with tensor decomposition. The feasibility of the method is verified by using satellite model hyperspectral data with different spatial resolutions compared with the endmember obtained from the non-negative matrix decomposition (NMF), independent component analysis (ICA), tensor singular value decomposition (t-SVD). The average CORR of NMF, ICA, t-SVD and the proposed method is 0.2694, 0.5818, 0.6397 and 0.937, correspondingly. Therefore, the proposed method has demonstrated a more remarkable performance in terms of material identification, the analysis results of the material abundance distribution that used the proposed method.     

基于子目标进化的高维多目标优化算法

多目标优化问题是工程应用中的常见问题,已有的方法在解决3个目标以上的高维优化问题时效果欠佳.如何进行有效的个体选择是求解高维多目标优化问题的关键.针对该问题,提出了求解高维多目标优化问题的子目标进化算法.从理论上证明了多目标优化问题Pareto非支配解的求取,可通过子目标函数值排序,先行选择进化种群中部分非支配解;然后,根据排序信息有选择性地比较进化种群中的元素,减少了比较次数,从而快速获得非支配解集.同时,提出归一化函数差值的Minkowski距离"k近邻"距离计算方法,在进化过程中应用到密度函数中,加速了收敛速度.同当前求解高维多目标优化的算法,在对标准测试函数的计算性能上进行比较,统计结果显示了所提算法在性能上的优势.