一种基于图像形态学的深空图像模糊复原方法

针对深空目标与空间相机相对运动造成的图像运动模糊问题,文章提出了一种基于图像形态学的运动模糊复原方法。首先运用图像形态学细化的方法消除图像中的冗余信息,快速提取图像中目标的特征;其次运用最小二乘法直线拟合方法对目标运动方向进行估计,再利用连通域划分结果对目标运动长度进行估计;最后采用约束最小二乘方滤波对退化模型进行逆推导运算来实现目标运动模糊复原。通过实验验证结果表明：文章提出的基于图像形态学的深空图像运动模糊复原方法能够正确估计运动模型参数,通用性强,易于在轨实现,可以处理目标与相机相对运动造成的运动模糊问题,在目标运动方向不一致的图像中取得了良好的复原效果。     

月面探测中的单目相机成像测量方法

针对月面着陆及就位探测过程中各类相机成像的工程实际,文章分析了降落过程单目成像的特定条件,提出了降落相机序列成像单应矫正的大场景高分辨率图像生成方法,在此基础上提出了基于图像匹配的着陆过程飞行器定位方法;针对着陆后就位探测所具备的位姿与场景约束信息,提出了应用单目成像的平面场景内目标测量;对远距离成像提出基于弱透视的目标距离与方位计算方法。这些方法已经应用在"嫦娥三号"任务着陆与就位探测中降落相机、监视相机、地形地貌相机等相机成像的处理,为探测过程提供了及时准确的测量信息。     

应用相位相关法的TDICCD空间相机像移测量方法

空间相机亚像素精度的像移高精度测量是一项技术难题。文章针对高分辨率TDICCD空间相机的成像特点提出一种直接测量像移的方法,该方法利用高速图像传感器获取图像序列,然后采用基于局部上采样的相位相关法来测定亚像素像移变化曲线。Matlab软件的仿真实验结果表明,该方法对图像噪声和灰度变化有很高的容忍度,其测量精度在图像信噪比高于10dB时优于0.1个像元。     

基于图像的高精度实时光学稳像控制系统

针对空间CCD相机由于平台振动造成的成像模糊问题,研制了一套光学稳像控制系统。利用高速CCD帧频高特点,结合基于图像的像移测量原理,设计了像移补偿闭环控制算法,实现了光轴的稳定控制,从而实现了相机稳定成像,提高图像清晰度。实验结果表明稳像控制系统动静态性能稳定,在一定带宽范围内有效减小甚至消除了平台振动对相机成像品质的影响。     

多视场遥感图像虚拟焦面拼接理论误差分析

随着遥感对地观测技术的发展,对大视场、宽幅数据的需求日益增加,经常需要通过多幅遥感图像拼接来满足图像幅宽的要求。由多台相机同轨同时成像并拼接获取大幅宽遥感图像可以解决图像幅宽的问题。目前主要采用基于匹配的图像域拼接方法或根据成像几何关系生成虚拟拼接图像的方法获取宽幅图像。而生成虚拟拼接图像的方法物理意义明确且拼接后图像具有经典成像几何关系,成为图像拼接发展的趋势。文章根据同轨多视场图像虚拟焦面拼接原理,由摄影测量严格共线方程几何定位模型推导了多台相机不同视场图像的理论拼接误差计算公式,得出拼接误差的主要误差源;并仿真实验分析了拼接理论误差对图像拼接的影响,为多台相机拼接获取宽幅图像的设计和应用提供一定参考。     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

基于单像素成像的遥感图像分辨率增强模型

目前对地遥感的最主要途径之一便是通过遥感相机获得目标物信息,然而遥感相机的分辨率直接影响成像质量。结合遥感相机的推扫式成像技术,文章提出了一种基于单像素成像的超分辨增强技术模型,该模型能够简化重建过程,其设计目标是基于单像素超分辨的技术手段将航天遥感相机的图像分辨率增强4倍。为了验证该设计思想及其重建效果,文章设置了超分辨增强仿真试验,最终仿真试验结果表明,基于单像素的超分辨模型可以将图像的信噪比提高1.1倍,且重建的图像具有明显的抑制噪声的效果,起到了良好的降噪功能,相较于其他传统图像分辨率增强方法（如双三次内插、超深超分辨神经网络）具有更高的优越性。该方法可为地理遥感探测、土地资源探查与管理、气象观测与预测、目标毁伤情况实时评估等诸多领域的图像处理和应用提供有力支持。     

大气对遥感卫星图像品质的影响分析

影响遥感卫星图像品质的因素很多,其中包括成像条件中的大气辐射.文章根据遥感成像理论分析了大气辐射对遥感卫星图像品质的影响,计算了大气背景及大气对图像层次和图像对比度的影响.最后,结合遥感相机的特点,给出了减少大气影响、提高图像品质的建议.     

一种空间推扫型光学成像系统几何映射方法

卫星光学遥感器在轨成像会受到颤振的影响,因此图像品质受姿态稳定度的影响很大,而高分辨率图像受到平台误差的影响更加明显。通过研究空间相机的几何模型,提出了一种从地球坐标系到空间光学遥感器坐标系之间的转换关系;分析了在轨卫星的姿态误差和运动源,并在几何模型中加入了内外方位元素特征;然后进行了空间TDICCD相机的成像仿真实验。为了在像面上模拟颤振,分别进行不同模态的颤振仿真,并且对视线范围内多模态综合作用进行仿真。仿真实验是基于三个轴系方向的,并且计算了TDICCD仿真图像的几何畸变量,模型中几何畸变量的测量尺度达到亚像素级,结果有利于指导卫星平台和遥感器的参数设计。     

基于目标可见光散射特性的空间目标成像仿真研究

为使空间目标可见光成像仿真尽可能反映实际在轨工作状态,提出了一种基于目标可见光散射特性的空间面目标成像仿真方法。根据具体试验场景实时求解跟踪星观测相机、目标星和太阳三站间的相对位姿关系,在事先建立的覆盖全过程的目标可见光散射特性图像数据库中查询相应图像,由相机成像模型,实现空间目标的高逼真度可见光成像实时在线仿真。可为天基空间目标探测、识别与跟踪算法的研究提供较接近真实场景的仿真图像。     

一种红外成像引信中的飞机姿态识别方法

红外成像引信可以获得飞机的由完整到局部的一系列动态红外图像，飞机姿态识别对基于导引头信息利用的成像引信确定瞄准点具有非常重要的意义。文中分析了高速交会情况下飞机目标的运动特性，提出了一种飞机姿态识别方法，通过利用遗传算法确定像平面上飞机图像的旋转情况和机头位置，利用测距装置提供的距离信息、飞机图像的长度及红外探测器的系统参数确定飞机的俯仰情况，并利用弹目交会过程中机轴方位角和高低角的不变性重建局部成像跟踪情况下的空间机轴，最后实现了成像引信局部成像跟踪过程中飞机飞行姿态的识别。     

Image based control of the “PINOCCHIO” experimental free flying platform

A free floating platform is realized with a pneumatic suspension system which enables a two-dimensional test of complex space operations, such as rendezvous and docking. The platform is equipped with a IMU and actuated via cold gas thrusters. In addition, an on-board camera is used to acquire a target and its image is processed for evaluating the control actions needed to reach it. A technique for determining the relative position and velocity with respect to target using the same visual device is proposed and realized. The novel algorithms and relevant experimental results are presented. The tested accuracy of the relative navigation system is not very high, but the guidance algorithm, which is image based and has just a weak dependence on the position information, is robust enough to perform a successful maneuver. The error between the final acquired target image and the desired final target image is of the order of one pixel, notwithstanding all the testbed disturbances.     

基于对应直线的飞行器接近角估计

提出了一种新的基于对应直线估计飞行器接近角的方法,对线性方法作归一化变换以提高算法的鲁棒性。用至少4组对应直线计算两图像间的单应矩阵。用序列图像间的单应矩阵估计接近角,无需着陆目标已知。模拟实验验证了算法的可行性。     

星载TDI-CCD推扫相机的偏流角计算与补偿

在星载时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)线阵推扫成像相机中,为使TDI-CCD线阵移动方向与目标像移方向一致,并实现光生电荷包转移速度与目标像移速度的匹配以确保成像质量,提出一种用卫星偏航控制实现相机偏流角补偿的方法。导出了星下点、方位偏移和俯仰偏移成像时相机偏流角,以及目标像移速度的解析计算公式,并对偏流角补偿进行了讨论。     

对空间碎片的相对位姿估计

针对几何、质量特性参数均未知的空间碎片,提出一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的相对位姿估计算法。该算法以单目相机获得的目标图像特征视线信息作为测量输入,以目标姿态、姿态角速度、惯量比、相对位置、相对速度和特征位置作为滤波状态。对算法进行可观性分析,给出两个可以保证算法可观性的条件。分别针对不同条件进行数值仿真,仿真结果表明新算法能够对几何和质量参数未知的空间碎片进行有效的相对位姿 估计。     

TDICCD成像的速度同步分析和实验

模拟星载遥感器的成像条件对靶标进行动态成像 ,分析TDICCD相机的实验室动态成像性能 ,并通过改变运动像的速度 ,研究TDICCD与运动像不同步对成像质量的影响 ,考察相机在推扫成像过程中 ,因推扫速度失配而产生的像移现象对相机成像质量的影响 ,验证相机像移影响计算公式的推导结果。     

非合作大目标位姿测量的线结构光视觉方法

空间机器人与非合作大目标交会接近最终段,单目相机不能获取完整的特征图像而无法完成相对位姿测量。针对此问题,提出基于线结构光和单目视觉的相对位姿测量方法。以非合作大目标上的局部矩形特征为测量对象,首先,建立相对位姿测量模型并给出四个测量坐标系之间的关系;其次,通过相机对不完整矩形和线结构光的约束获得四个特征点在相机坐标系下的坐标;然后,利用四个特征点计算相机坐标系与目标坐标系之间的转移矩阵;最后,将转移矩阵分解得到矩形特征的相对位姿。通过改变影响测量精度的输入误差和标定误差等因素对该方法进行仿真验证,结果表明该测量方法是有效的。     

传输型立体测绘相机几何精度仿真分析

航天传输型立体测绘相机几何精度和稳定性决定了立体摄影成像的精度,对其几何精度测试技术需作专门研究。文章介绍了传输型立体测绘相机几何精度测试方法,推导了基于最小二乘原理进行几何精度测试的主点、主距和畸变误差传递公式,对主点、主距和畸变测试精度进行了全面的仿真分析,仿真结果可以为测绘相机设计和测试人员提供参考。     

Model-based spacecraft pose estimation and motion prediction using a photonic mixer device camera

Determination of relative distances and orientations, as well as motion identification is essential in rendezvous and docking and formation flying tasks. A 3D-image generated by a PMD (photonic mixer device) camera, which employs a phase shift measurement of emitted modulated light to derive distance and color information on each pixel, provides in this contribution the basis for near range motion detection and prediction. A novel algorithm based on rotation- and scale-invariant features commonly used for scan matching in high-resolution images is presented. The performance of the PMD camera and of the proposed data processing is characterized in scenarios, considering factors like relative velocities, rotation dynamics, illumination and optical properties of target surface materials, which are major effects for disturbances in this context.