环视SAR成像处理中的几何失真校正算法

环视合成孔径雷达(SAR)图像用于导弹精确来制导中的景象匹配处理,需要满足几何精度的要求.校正由雷达平台不规则运动和天线圆周扫描导致的图像几何失真,是环视SAR成像处理中的关键步骤.文中在利用线性距离多普勒算法生成子图像的前提下,提出了一种基于像源与像点映射关系的距离多普勒域图像几何失真校正算法.该算法无需复杂的坐标系转换计算,实现了360°范围内任意波束指向上SAR子图像几何失真校正.地面点目标仿真和实测教据成像结果证明了该算法的有效性.     

基于选择样本自相关阵的高光谱图像约束能量最小化算法

约束能量最小化算法是一种经典的高光谱图像目标检测算法,其在检测大目标地物时,背景自相关阵易受目标信息的干扰,从而影响算法的检测性能。针对此问题,提出一种基于选择样本自相关阵的CEM算法。通过比较高光谱图像每个样本像元与目标信号的光谱相似度,引入光谱相似性阈值,选择与目标信号光谱差异性较大的部分样本像元参与背景自相关阵的构建,使背景自相关阵更好地对背景的统计性进行描述。对AVIRIS获取的两幅真实高光谱图像进行了目标检测实验,结果表明,本算法的检测率有了明显提高,更适合于检测占据一定像元数目的大目标。     

单目视觉车道线识别算法及其ARM实现

首次将ARM技术应用于汽车的自动导航,使用Intel公司生产的基于ARM10的PXA255作为核心处理器,详细讨论了硬件平台与接口的设计.结合单目机器视觉实现了一种基于像素的图像处理算法,该算法能成功地提取道路中的白色车道线,为车辆自动导航提供了准确的图像信息,并将处理时间控制在70 ms以内,取得了很好的实时效果.同时,建立了一种简单有效的透视投影模型,实现图像坐标系与摄像机坐标系之间的映射,不仅为图像处理算法提供了有效的约束条件,而且获取了道路的深度信息.在沪宁高速南京段的实验结果表明该算法的实时性与精确性已基本满足安全行驶要求.     

基于波前探测的视网膜图像半盲解卷积复原

获取高分辨视网膜图像的难点在于是否能够消除成像系统中像差的影响。为了进一步改善图像质量、提高视网膜细胞组织的观察分辨率,提出了结合自适应光学成像技术和视网膜图像后处理算法的方法。通过视网膜成像系统中的自适应光学技术实时校正人眼像差并获取初始视网膜图像,根据成像系统中的残余像差重建光学传递函数作为图像复原模型初始参数估计,最后对视网膜图像进行条件约束迭代半盲解卷积复原,进一步消除像差对成像质量的影响,从而得到高分辨率视网膜图像。实验结果表明:由这种方法处理的视网膜图像质量能得到明显提高,其图像质量客观评价参数(GMG,LS和PSV)比原始图像提高近1倍,在视网膜细胞的空间频率范围内(70～90 cyc/deg),复原后图像的功率谱平均值比原始图像提高了10倍左右,基本能满足观察分辨率要求。     

基于波束锐化技术的SAR图像增强方法

在对给定的合成孔径雷达图像进行增强处理时 ,遇到的主要问题就是相位信息的丢失和对成像系统参数的一无所知。本文将波束锐化技术与合成孔径辐射方向性图的估计相结合 ,为处理此类数据提高图像的视在分辨率提供了一种方法。该处理过程由一个优化的有限冲激响应滤波器构成。滤波器的设计思想基于最小均方误差准则 ,系数对称分布 ,系数取值决定于原图像中孤立强散射点的方位向响应 ,因为此响应可以被近似视为成像系统的合成孔径辐射方向性图。点目标仿真表明雷达角分辨率能够提高近 2倍。实测数据处理结果证明了该方法的有效性     

SAR图像中动目标自聚焦检测的方法改进

构造了各聚焦图像块的对比图像块,对比图像块内的静止背景与聚焦图像块内的静止背景图像保持同步变化,它们的锐度始终相等,而对比图像块内的动目标与聚焦图像块内的动目标图像有很大差异,以聚焦图像块与对比图像块锐度比检测动目标,可排除静止背景锐度下降的影响,提高检测性能。实测数据表明该算法有效。     

线性预测数据外推超分辨雷达成像

距离—多普勒成像雷达的距离分辨力和横分辨力分别取决于发射信号的有效带宽和目标相对于雷达视线(RLOS)在相于处理区间内的转角。本文研究线性预测数据外推离散傅里叶变换(LPDEDFT)超分辨成像方法,旨在突破普通的FFT距离多普勒处理的限制,提高距离—多普勒成像雷达的分辨力。LPDEDFT在概念上和计算上都比较简单,分两步进行,先用线性预测方法把观测数据外推到观测窗之外,然后对外推过的数据进行普通的离散傅里叶变换。文中给出了B—52飞机缩比金属模型微波暗室转台实测数据和飞行中的Boeing-727飞机外场实测数据的成像结果。LPDEDFT与普通的傅里叶方法相比,在相同信号带宽和目标总转角的条件下可以得到更高的图像分辨力,或者可以用较小的信号带宽和目标总转角获得相同质量的图像。     

基于阴影信息的多视角SAR图像识别

传统的SAR图像识别技术主要基于目标的电磁散射特性,而目标阴影信息对SAR图像目标识别具有重要的作用。若能获取同一目标在多个方位角下的多幅SAR图像,可改善目标识别的性能。针对该问题,本文提出了一种基于隐马尔可夫模型及阴影信息的多视角SAR图像识别技术。该技术提取目标阴影形状的链编码作为特征向量,并结合同一目标在不同方位角下的多幅图像的特征向量,生成该目标的特征序列,然后利用HMM对特征序列进行识别。仿真结果表明,该方法可有效实现SAR图像目标识别。     

多序列激光阴影成像技术研究及应用

为获取超高速碰撞过程中弹丸的飞行姿态及碰撞所产生的碎片云特性,开展了多序列激光阴影成像技术研究。利用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大和补偿滤光等技术解决了单色光带来的衍射和干涉噪声以及碰撞瞬间强烈的自发光干扰问题,并先后在碰撞靶上建立了2序列、4序列和8序列激光阴影成像系统。该系统可以获得最小间隔1μs、曝光时间10ns、像素1000万的多个不同时刻的超高速瞬态变化过程图像,并在超高速碰撞靶试验中得到应用,获得了2~7km/s 撞击速度时碎片云的多序列阴影图像,该序列图像清晰地描述了碎片云的轮廓发展变化过程。该技术以低成本的方式实现了超高速摄影机的功能,满足目前碰撞试验粒子的飞行姿态及碎片云显示需要,并可以应用于其它超高速瞬态过程测量及流场结构显示。     

结合局部高清图像的遥感集群目标区域超分辨率重建

近年来,卫星遥感图像的应用场景越来越广泛。但是由于采集设备有限及其成本限制,卫星传感器获取到的图像通常不具备足够的分辨率且分布不够均匀,同时部分目标聚集成群难以分辨,导致低分辨率遥感图像在目标检测与识别等空间语义理解任务上难以满足准确定位和分类所有目标的要求。相比于一次性采集完整高分辨率遥感图像,已有遥感图像通常在局部区域具有相对清晰的高分辨率,且具备足够的细节信息用于分辨目标群,而传统的遥感图像超分辨率重建方法主要关注遥感图像自身的全局特征,通过图像的全局特征进行分辨率和像素扩充,而忽视了遥感图像的细节信息。为了解决这些挑战,提出了一种将遥感图像局部聚集群目标区域的细节特征信息引入到完整遥感图像的采样重建中的方法,通过多层级的神经网络来提取不同尺度的图像特征,并通过残差学习的方式将这些特征进行融合并重建。在实验中,该方法相比主流现有的遥感图像超分辨率重建方法,在视觉效果和测试实验上都取得了更好的结果,证明该方法可以有效借助局部图像的像素信息,显著地提高全局遥感图像的细节效果和优化集群目标区域的分辨能力,提升了遥感图像的质量和可用性。     

基于序列图像的非合作目标自主导航及验证

针对空间自旋或章动运动的非合作目标运动感知与估计问题,给出了一种基于序列图像的运动测量与状态估计方法。所给出的方法由两部分组成:(1)采用立体视觉测量目标三个非共线的特征点,建立目标参考系并实现相对姿态的测量;(2)采用目标运动学和动力学方程,推导了扩展卡尔曼滤波器,实现目标角速度和惯量比的估计。最后,分别给出了数学仿真和物理试验:(1)利用数学仿真验证了所给出的卡尔曼滤波估计算法在不同目标运动情况下的收敛性;(2)利用机械臂模拟目标的自旋运动,利用双目相机采集目标运动图像,试验结果验证了所给出的运动测量与状态估计方法可以连续的给出目标角速度的精确估计。     

从二维图像直线光流场求解三维刚体旋转运动参数

本文将图像直线的三个参数对时间的导数定义成直线光流场,找出了在透视投影模型下运动刚体上的空间直线与其投影的图像直线之间的关系,提出了一种利用单目图像序列中两幅连续图像的三对直线光流场,通过解线性方程组得到刚体旋转运动的算法,同时还可以得到摄像机的一个内参数焦距。由于是解线性方程组,无需迭代和给出迭代初值且所需要的直线数目少,所以该算法简单,运算速度较快,容易实现。     

基于尺度时间均衡的高速风洞视频测量图像闪烁修正方法

高速风洞视频测量试验环境中，复杂的光照条件容易导致采集的图像序列出现闪烁，影响测量结果的精度。在测量图像中，由于照明变化导致的灰度变化和目标运动、变形引起的局部变化耦合在一起，导致基于仿射变换模型（线性或非线性）的修正方法难以适用。尺度时间的直方图均衡方法（STE）利用尺度空间理论，对各图像直方图中每一个灰度值组成的曲线在时间维度上进行高斯卷积得到目标直方图，再通过直方图匹配获得闪烁修正后的图像。针对日光灯照明下的相机标定板图像、存在运动和变形的风洞模型变形测量试验图像和存在油膜形态变化的油流试验图像开展了应用研究。结果表明，该方法适用于图像序列的全局闪烁修正，与基于模型的方法相比，其修正效果不依赖于基准图像，对图像抖动、局部存在目标运动或变形等干扰因素的鲁棒性强，且方法简单，计算量小，具有较高的工程应用价值。     

一种月面采样量的在轨自主测量方法

月面采样量的在轨自主测量是实现月面自主采样的必要环节。本文设计了一种月面采样装置，根据图像信息实现对月面采样量的在轨自主测量。针对图像中目标与背景灰度差较小、背景区域噪声较多的特点，采用了改进型最大类间方差法与连通标记自适应去噪方法，实现了采样区域较为准确的分割。针对单目相机无法直接获取采样区域尺寸的特点，利用已知物体尺寸进行在轨自主标定，结合图像中提取出的采样区域，完成了采样区域尺寸的计算，实现了采样量的在轨自主测量。试验结果表明，在轨自主测量结果与实际结果吻合，本文提出的在轨自主测量方法有效。     

上升段飞行器目标的视频图像跟踪

粒子滤波是一种基于贝叶斯估计理论和蒙特卡罗理论的实时目标跟踪方法，具有较为灵活的并行化跟踪方式，能够较好地维持跟踪目标的假设状态，具有较好的跟踪效果和鲁棒性。上升段飞行器目标飞行视频图像跟踪是火箭等目标飞行监控的重要阶段，但现阶段对飞行器上升段的视频图像跟踪主要依靠人工手动操作云台控制器，实现视频图像中的飞行器跟踪，跟踪图像存在跟踪滞后、画面抖动等现象，跟踪效果受人为因素影响较大。本文提出一种基于粒子滤波方法的上升段飞行器目标视频图像跟踪方法，建立飞行器目标粒子滤波跟踪模型实现对飞行器目标的识别和跟踪，在识别和跟踪的基础上建立云台控制模型，通过对云台的智能控制获得飞行器上升段的高质量图像。采用火箭发射的视频图像作为模型验证的实验数据，检验飞行器目标的跟踪效果。     

Geo-location for Ground Target with Multiple Observations Using Unmanned Aerial Vehicle

In order to improve the target location accuracy of unmanned aerial vehicle(UAV),a novel target location method using multiple observations is proposed.Firstly,the camera intrinsic parameters are calibrated.Then,the weighted least squares estimation is used to improve the localization precision because the traditional crossover method is vulnerable to noise and has low precision.By repeatedly measuring the same target point,a nonlinear observation equation is established and then covered to linear equations using Taylor expansion.The weighted matrix is obtained according to the height of the measurement point and the camera optic axis pointing angle,and then the weighted least squares estimation is used to calculate the target position iteratively.Finally,the effectiveness and robustness of this method is verified by numerical simulation and flight test.The results show that this method can effectively improve the precision of target location.     

航测法提取动态三维深度信息

目前提取三维信息,重建三维图像的研究很多,本文叙述的是仅用一台摄像机利用航测法来提取动态三维信息的方法。假设物体不动,移动摄像机。在移动摄像机前后,即在摄像机移动的相邻两点,可以得到模型的像片对,通过此像片对来实现同名点交会,求得未知点的三维深度信息。为此,首先要进行绝对定向,计算像片元素和确定各个坐标系。然后实现不依赖像片角定向元素的同名点空间交会;或实现利用对应轴系上的坐标进行空间交会。在此基础上,笔者充分利用先验条件和专家知识来确定飞机模型上的同名点,初步得到了飞机模型的轮廓侧视图。     

基于线结构光的冰横截面轮廓测量

为实现冰横截面轮廓非接触测量,提出了基于线结构光的冰横截面轮廓测量方法:将面激光垂直投射在冰块上,利用摄像机拍摄冰块表面变形激光线,并根据事先标定的激光平面与摄像机间几何关系,计算冰面激光线三维坐标点,这些三维坐标点在激光平面上的投影即为冰块横截面轮廓。设计了基于线结构光的冰轮廓测量简易装置,开发了测量程序,并针对冰面激光线反射能量弱导致的激光线图像对比度低的问题,研究了冰面激光中心线提取方法。对冰箱冻结的已知半径圆柱冰块进行了横截面轮廓测量,平均相对误差为0.018,最大相对误差为0.052;还对二元翼型结冰冰块进行了横截面轮廓测量,得到了初步测量结果;为开展结冰试验中结冰生长过程冰形在线三维测量奠定了技术基础。     

微小气泡粒径的测量研究

对用一台CCD摄像机所摄得的微小气泡水图像要识别摄影进深方向的气泡，必须利用图像的像素灰度这一特征。因此获取气泡粒径的常规图像方法不能使用。又气泡对光的反射和折射下有的气泡像的中心部分呈现反转，这也给处理带来了难度。为此建立了保持像素灰度的灰度线段中心辨别法来快捷地识别微小气泡。另外，利用摄影所获得的微小气泡图像，统计出气泡的形心到它的边界的最短距离与最长距离之比来自动分离微小气泡水中的气泡和杂质以及散焦的物像。通过以上方法能快捷地对微小气泡的粒径进行测量。