基于三维激光成像系统的相机标定方法

三维激光成像系统中点云数据与影像数据的融合可以对被扫描物体赋予真彩色.为了获得点云数据与影像数据良好的融合效果,就需要精确的确定载体坐标系与相机坐标系之间的关系.本文针对三维激光成像系统点云模型真彩色处理方法进行研究,提出了一种基于三维激光成像系统的相机标定方法.通过对相机坐标系的标定,建立点云数据与影像数据之间的数学模型.实验结果显示,采用所提出的方法,能够使得三维立体点云数据与影像数据精确融合.最终得到被扫描目标的真彩色3D模型.     

基于光场成像的快照式气膜孔三维测量技术

叶片气膜孔的几何参数对其冷却效率具有十分重要的影响,需采取有效手段对加工的气膜孔几何参数进行检测。基于光场成像原理,初步探索了单光场相机快照式三维测量技术在气膜孔检测上的应用。与其他光学测量技术相比,该技术仅通过一次拍摄,即可快速从捕获的单张原始光场图像中计算得到气膜孔的三维点云数据,其数据采集效率很高。实验中对一组标准量块进行了测量,展示了单光场相机应用于工业级精密测量的潜力。对实际叶片上气膜孔几何参数的检测结果初步表明了该技术应用于气膜孔三维测量的可能性。由于单光场相机成像系统的结构简单,易于操作且便于与其他传感器设备集成,可为气膜孔三维测量问题提供一种新的解决方案。     

面向机器人航天员的球形目标识别与定位方法研究

针对机器人航天员在典型目标识别与定位方面的问题,提出一种球形目标识别与定位方法,利用目标颜色特征和形状特征实现了目标识别,采用空间射影几何方法推导了单目视觉空间球定位公式,建立了硬件试验环境,在此环境下实现了基于彩色相机的单目视觉定位、双目立体视觉定位以及融合TOF相机和彩色相机的视觉定位方法。通过真实试验和仿真实验对这些方法进行了比较分析,得到了各自的适用条件,为工程应用中具体方法的选择提供了依据。     

自旋式飞行器三维SAR成像及测高新模型

 自旋式飞行器由于运动轨迹复杂,不仅不能精确测量飞行高度,而且从未被用做SAR成像平台。通过研究自旋式飞行器的三维SAR成像新模型,将测高与三维SAR成像相结合,提出了一种基于三维SAR成像的测高新模型。首先分析了自旋式飞行器天线相位中心运动轨迹的特点,将具有三维空间分布的半螺旋线天线运动轨迹等效为面阵天线;然后基于等效面阵,利用模糊函数理论,推导了相应的三维成像模型,从理论上证明了模型的成像可行性并分析其成像性能;最后在成像模型基础上,提出基于三维SAR成像的自旋式飞行器测高新模型,并从成像角度分析影响测高精度的因素。针对等效面阵非均匀分布的特点,采用后向投影(BP)算法仿真验证自旋式飞行器模型下三维成像的可行性和测高模型的有效性。     

基于多紫外相机的旋流火焰三维锋面层析重建

旋流火焰锋面可表征火焰宏观结构和燃烧稳定性，其瞬态三维结构测量对旋流燃烧机理研究和旋流燃烧器优化设计具有重要意义。提出一种基于多紫外相机成像的测量方法，构建了基于多紫外相机阵列的化学发光层析成像（Computed Tomography of Chemiluminescence, CTC）系统，实现了低成本、高准确度的旋流火焰瞬态锋面化学发光信息获取；发展了基于预识别技术的联合代数重建算法（Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique, SART），通过光线追踪识别零强度体素，从而减少计算量和重建伪影。开展了数值模拟研究，以验证重建算法的准确性和抗噪性。最后搭建了甲烷-空气预混旋流燃烧实验台，开展了基于多紫外相机的化学发光成像系统标定和低旋流火焰锋面特性实验研究。结果表明，旋流火焰锋面反投影重建精度达到0.97以上，同时计算量减小了59.6%；稳定燃烧工况下，低旋流火焰在喷嘴出口处扩张，锋面呈现涡旋状的碗形结构；随着当量比的增大，火焰推举高度略有上升，火焰体积逐渐增大，燃烧稳定性增强。     

基于光场成像的视差与深度的数值关系研究

光场成像能同时记录光线的强度与方向信息,且具有深度估计的能力。然而,目前的方法仅进行视差估计,较少方法将光场视差转换为绝对深度,以实现三维测量。因此,本文通过对微透镜阵列光场相机的三维成像原理进行分析,建立光场视差与绝对深度之间的数值转换关系。首先,通过对光场成像中的视差原理进行理论分析得到视差与等效基线之间的关系。其次,对微透镜阵列光场相机的成像原理进行分析后得到等效基线与相机结构参数之间的关系,并结合视差与高斯成像公式得到视差与绝对深度之间的数值转换关系。最后,通过标定光场相机以及搭建试验平台验证该转换关系的有效性。试验结果表明,该转换关系能准确地将视差转换为绝对深度,并获得了试验标准件的外形尺寸。     

单相机高温三维数字图像相关方法

高超声速飞行器热防护材料和结构在地面考核试验中高温变形的准确测量一直是困扰相关工程技术人员的测试技术难题之一。建立了基于单个普通相机/紫外相机和组合式平面反射镜相结合的单相机高温三维数字图像相关(3D-DIC)测量系统,该系统采用高亮度单色光照明(蓝光/紫外照明)和带通滤波成像(蓝色/紫外滤波片)相结合的主动光学成像技术克服高温测量过程中的热辐射干扰问题。首先,采用面内和离面平移实验验证了“主动成像”单相机3D-DIC系统的位移测量精度。然后,利用建立的蓝光单相机3D-DIC系统测量了不锈钢和氧化铝陶瓷试验件不同温度下非直接受热面(后表面)的全场变形,实验测得的材料热膨胀系数与航空材料手册参考值一致。最后,利用建立的紫外单相机3D-DIC系统测量了不锈钢材料直接受热面(前表面)的全场变形,测得材料热膨胀系数同样与参考值接近。     

空间自旋目标宽带雷达干涉三维成像方法

空间目标三维成像可为目标的特征提取、分类与识别提供重要依据。基于L型三天线干涉成像原理,提出了一种宽带雷达条件下空间自旋目标干涉三维成像方法。首先,分析了雷达发射线性调频(LFM)信号条件下,空间自旋目标在距离-慢时间平面上的成像特点,建立了基于距离-慢时间平面的空间自旋目标干涉三维成像模型;其次,针对建立的干涉三维成像模型中,不同散射点的回波在距离-慢时间平面上会相互交叠的问题,对回波曲线分离、交叉点处理以及一维距离旁瓣的影响等进行了讨论,并给出了解决方法,从而获得目标三维图像。与已有方法相比,该方法可有效克服单基雷达三维成像无法获得目标各散射点真实三维位置以及在双/多基雷达三维成像时多部雷达回波联合处理较困难的问题。最后,仿真实验结果验证了所提方法的有效性。     

粒子像斑三维定位的透视成像原理和方法

在三维粒子成像测速（ＰＩＶ）方面,可运用体积光照明同时从不同光轴用多个照相机获得ＰＩＶ图像,如何根据这些不同光轴获得的ＰＩＶ图像确定出粒子物点的空间位置是实现三维粒子成像测速的前提。基于此,提出了根据多幅不同光轴的ＰＩＶ图像的粒子像斑实现粒子物点三维定位的透视成像定位原理和方法。精确确定透视平面与透视中心在空间的位置是实现粒子物点三维定位的关键,妆测定透视中心（照相机的光学中心）和透视平面在空间的     

非视域成像系统的研究现状和发展趋势

非视域成像是一种新型针对视线外目标的计算成像技术,它以时间飞行探测技术为基础,通过探测被隐藏在视域之外的物体反射回来的光子利用重建算法来重建隐藏物体的像,在自动驾驶、灾难救援、医学成像和军事反恐等方面有着广阔的应用前景。首先介绍了近年来发展起来的主动和被动非视域成像系统的研究现状,从非视域成像系统的成像装置、分辨率和重建算法等几个方面分析各自的特点和发展趋势。最后,还讨论了非视域成像技术在实际场景应用中所需要解决的一些关键问题,并展望了非视域成像技术的未来发展方向。     

分布式微振动测量及成像质量影响分析

光学遥感卫星的微振动力学环境是影响在轨成像质量的主要因素之一,已成为遥感领域的研究热点.以保证卫星在轨成像质量为目标,分析了成像质量对卫星微振动隔振抑制需求,并采用测量主要光学元件角位移分析微振动对成像质量影响的方法,对某型卫星CMG组开机工作对相机传函的影响进行了分析验证.     

量子成像关键技术及研究进展

量子成像从1995年利用纠缠光源实现至今已有20多年的历史.目前,量子成像已经与压缩感知传感、激光雷达、结构光照明等各个领域形成了多学科交叉.本文回顾了量子成像技术的发展历程,列出了量子成像的关键技术及研究进展,展望了量子成像技术的发展趋势.     

靶场偏振成像技术应用

偏振成像技术不仅能获取目标的辐射强度信息,还能获取到偏振信息,有助于复杂环境下目标的探测识别.靶场现有光电设备主要采用强度探测,通过目标-环境差别来区分目标,因此,在复杂环境下,目标容易湮没在背景中难以探测.通过分析偏振成像原理和技术特点,总结归纳国外在偏振成像方面的试验应用,阐述了偏振成像在靶场应用的前景和优势,提出了一种基于偏振成像的光学成像系统,并对现有设备提出了偏振化改造方案.通过利用目标、环境的偏振特性,利用强度+偏振的组合模式,可提升现有设备的目标探测和成像识别能力.最后,对偏振技术应用和发展进行了展望.     

Ultraviolet 3D digital image correlation applied for deformation measurement in thermal testing with infrared quartz lamps

In thermal-structural testing of hypersonic materials and structures, deformation measurement on the front surface of an object directly heated by quartz lamps is highly necessary and very challenging. This work describes a novel front-surface high-temperature deformation measurement technique, which adopts ultraviolet 3D digital image correlation (UV 3D-DIC) to observe and measure the high-temperature deformation fields on front surfaces directly heated by quartz lamps. Compared with existing blue light DIC techniques, the established UV 3D-DIC, which combines UV CCD camera, active UV illumination and bandpass filter imaging, can effectively suppress the strong disturbing light emitted by the quartz lamps and the heated sample itself during heating process. Two experiments were carried out to verify the robustness and accuracy of the developed technique: (1) direct observation of front surfaces of a hypersonic thermal structure sample heated from room temperature to 1050 °C, and (2) front-surface thermal stain and coefficient of thermal expansion (CTE) measurement of an Inconel 718 sample up to 800 °C. The well matched strain and CTE results with literature data show that UV 3D-DIC system is an effective technique for front-surface deformation measurement and has great potential in characterizing deformation response of hypersonic materials and structures subjected to transient aerodynamic heating.     

航空发动机内部损伤的三维测量与重建

针对航空发动机内部重要部件结构损伤 ,如燃烧室烧伤和腐蚀、叶片裂纹、碰磨及凹坑等的孔探检测问题 ,开发了发动机内部损伤的三维测量与重建系统。该系统利用日本OLYMPUS孔探仪作为系统硬件 ,实现了图像采集、摄像机标定、图像预处理、立体匹配、三维计算及重建等功能模块 ,该系统能够为详细观察和评价发动机内部损伤提供了更为准确和直观的依据。应用实例验证了方法的有效性