空间大口径望远镜稳像系统发展现状及趋势

介绍了目前国际上已发射及正在论证的大型空间望远镜的稳像控制系统,主要包括自由飞行模式的HUBBLE、JWST、ATLAST-8m和ATLAST-9.2m,载体搭载模式的SOFIA和OPTIIX。详细论述了这些空间望远镜稳像系统的组成、工作原理、主要元件、性能指标和控制算法,并对基于磁悬浮技术的无扰动载荷设计概念和机械臂直接驱动空间相机的设计思想进行了介绍。分析表明,基于机械臂和磁悬浮技术的精密稳像及主动振动抑制系统是未来的发展趋势。

针对H.264改进的快速整像素运动估计算法

以视频压缩标准H.264联合开发模型(JM)中的运动估计算法UMHexagonS为基础,提出了一个新的快速整像素运动估计算法来改进压缩编码性能。在起始搜索点预测部分,提出了新的预测运动矢量(MV)检测顺序,以提高起始搜索点的准确度;在全局搜索部分提出了自适应全局搜索方法,根据准确度最高的两个预测MV之间的关系,适当跳过非对称十字型模板搜索和非均匀多重六边形模板搜索,并通过对不同序列的测试,验证了判断准则的可行性与准确性。根据实际序列中最佳MV相对起始点的分布,提出了改进5×5搜索。另外,增加了针对子宏块的提前终止策略,在不增加额外运算量的前提下,进一步减少了运动估计开销。实验结果表明,相对UMHexagonS算法,提出的改进算法使搜索点总数平均减小了83.80%,信噪比平均下降了0.021dB,或输出码率等效增加了0.46%。该算法有效降低了运动估计的运算量,而只带来了很小的编码性能下降,且对不同运动强度的视频序列具有均匀的算法效果。

颜色传递技术的快速彩色图像融合

以红外和可见光图像为研究对象,提出了一种基于颜色传递技术的快速彩色图像融合算法。该算法直接用灰度融合图像和源多波段图像的差异信号构成源YCBCR分量,然后在YCBCR空间运用统计颜色传递技术形成一幅具有与目标图像相似色彩效果的彩色融合图像。算法中利用像素平均融合法和多分辨率融合法作为灰度融合方法,形成两种不同的融合策略以分别满足高实时性和高融合质量的需求。实验结果表明,提出的彩色图像融合算法能够有效地生成一幅具有自然日光色彩效果的融合图像,算法中即使采用像素平均法进行灰度融合同样可以获得令人满意的融合效果。

基于非下采样轮廓波变换的全色图像与多光谱图像融合方法研究

为了同时改善遥感图像的空间分辨率和光谱分辨率,提高遥感图像信息量,提出了一种基于非下采样轮廓波变换的全色图像与多光谱图像的融合方法。首先,对多光谱图像进行HIS变换,获取其亮度分量;分别对多光谱图像的亮度分量和全色图像进行非下采样轮廓波变换,获取其高低频系数;采用脉冲耦合神经网络算法和加权融合对高低频系数进行选取;最后,经过逆HIS变换和逆非下采样轮廓波变换获得最终融合后图像。实验结果表明,本文融合方法处理后遥感图像的光谱失真少,信息量和清晰度都优于其他传统遥感图像融合方法。

空间光学相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数测试与实验

为了精确地测试空间光学相机入轨之前在乃奎斯特频率处的调制传递函数,开展了整机在乃奎斯特频率处的传递函数测试实验。给出了相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数测试链路图;推导了乃奎斯特频率的方波靶标在整个链路中的传递过程和终端靶标图像的精确对比度函数模型;计算了终端靶标图像的对比度与相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数转换关系和理论误差形式。最后,在真空环境下测试了相机在乃奎斯特频率下的调制传递函数,并依据本文推导的结论对结果进行了修正。实验结果表明:某空间光学相机在实验室条件下测得的乃奎斯特频率处的调制传递函数为0.213,经折算时间延迟积分CCD(TDICCD)及处理电路的调制传递函数为0.602,TDICCD外围处理电路的调制传递函数等效衰减系数为0.946,与理论值接近。测试结果表明提出的方法基本准确,能够满足空间光学相机地面研制阶段对调制传递函数测试的要求。

增加航空摄影地面收容宽度方法研究

在实施大面积航空摄影时,常需要单航线飞行获取较大的地面收容宽度以提高效率,但单台航空相机的地面收容宽度是有限的。基于某项目的研制,为实现单航线摄影地面收容宽度不小于5.2 H(H为摄影高度)的指标,提出了采用多台短焦距相机组合使用的方式增加单航线摄影地面收容宽度。论述了采用双并列、三并列、四并列实现地面收容宽度指标的计算方法,通过计算前向像移速度差选择最优方案。该方法已在自然灾害监视及灾后重建普查方面得到广泛应用,文中论述的方法对推扫式航空相机、短焦距面阵CCD及胶片相机都是适用的。

TDICCD相机成像系统地面检测设备设计

针对TDICCD成像系统在研制过程中对地面检测的各种需求,设计了一套地面检测设备,按照功能划分为供电仿真系统、测控仿真系统、485总线监视系统、图像数据采集系统等。设计出的地面检测设备已经成功配合完成了某遥感相机的研制,并交付使用。实验证明该系统工作稳定,灵活可靠,满足了TDICCD成像系统检测的要求。

航天相机1553B总线仿真测试软件设计

为了提高航天相机地面仿真测试软件的多任务实时处理能力与数据管理效率,根据某航天相机地面测试需求,以VC++为开发工具,结合多线程技术与数据库访问技术,设计出了一种有效的1553B总线仿真软件。该软件能模拟卫星平台为航天相机提供在轨工作时所需的参数及指令,并监测相机工作状态;同时提供了良好的人机交互界面与数据库支持。给出了软件设计架构及实现方法,并提出了一种全新的同步消息处理机制与管理方法,提高了软件的实时处理能力。经实际测试证明,软件运行稳定,实效性好,能满足航天相机地面测试要求,具有广泛的工程应用价值。

空间相机连续调焦地面仿真测试系统设计

为使空间相机获得清晰准确的地面目标图像,相机需要依据结构变化对焦面位置进行调整。如果空间相机可以在轨快速对目标景物连续调焦,通过地面下传图像准确判断出最优焦面位置,将会极大提高空间相机的工作质量和效率。为验证连续调焦方法的可行性,提出了一种地面仿真测试方法。采用动态目标发生器和平行光管模拟相机在轨对地面目标成像。应用计算机系统作为目标发生器远程控制、数据处理、信息发送和接收设备,空间相机实时接收飞行器模拟设备发送的命令和工程参数,完成模拟在轨连续调焦。试验结果表明,所设计的系统能够依据图像判断最优焦面位置,满足设计和测试要求。

空间相机图像压缩模拟源的设计与实现

为了解决在CCD与地面实时压缩系统对接时造成的时间和物力的浪费,提高地面实时压缩系统测试效率,文章设计了一种图像压缩模拟源系统,可以模拟CCD相机输出,来代替CCD相机与地面实时压缩系统进行对接。该系统采用FPGA实现模拟源的时序与逻辑控制,利用内部逻辑生成自校图像,或通过USB2.0总线接口与PC机进行数据通信,将模拟源图像通过缓存SDRAM下载到FLASH中。采用同步串行LVDS接口,高速Gbps接口和Camera Link接口,实现数据与压缩存储单元的高速传输。实验表明,该图像压缩模拟源从USB接口下载速度达40Mbyte/s,在与以上3种接口传输数据时,无误码和数据丢失,该系统稳定可靠。

空间遥感器电子学单机热分析

电子学单机是空间光学遥感器电控部分的核心,由一系列电子元器件组成,其性能好坏将直接影响探测系统能否正常工作。热效应是电子产品失效的主要因素,为了保证系统正常工作,必须对电子学系统进行热分析。本文针对某空间光学探测系统电子学单机,结合其工作环境、使用要求及电子元器件分布情况,设计了机箱的热控方式,应用软件ideas模拟了卫星运行轨道及各项姿态参数,计算了电子学单机在轨运行时稳态和瞬态工况下的温度分布情况,最终验证了电子学单机热控设计的合理性。

高速多通道CCD预放电路设计

高速成像应用中,CCD的输出通道数较多,且每个通道的速度也很高。多通道输出需要多个放大器对信号进行放大。当放大器数量较多时,电路板布局时很难使放大器靠近CCD放置。较长的电路板走线产生的寄生电容和CCD输出电阻形成的低通电路严重限制了带宽。因此,在电路设计时采用了高频补偿方法解决了带宽限制的问题。在电路板设计时采用去除运算放大器反馈端地平面的方法避免了放大电路自激振荡。

一种医学图像压缩方法的研究

通过对数字图像压缩算法的分析与研究,提出一种有损压缩与无损压缩相结合的方法,对感兴趣区域的医学图像进行无损压缩,其它部分图像进行有损压缩。并通过实验验证得到了较好压缩质量的医学图像,解决了医学图像对存储空间和传输速度的要求问题,节省了大量的医学图像的存储空间,提高了医学影像的传输速度。

包容要求应用于被测要素评定方法研究

在零件的设计过程中,对自身形状有精度要求的单一被测要素,往往采用包容要求。用最大实体边界来控制被测要素的实际尺寸和形状误差的综合结果,由尺寸公差和形状公差存在的关联性判定零件合格与否,本文由尺寸公差和形状公差存在的关联性提出了一种新的判定方式。实践证明该方式在理解上更加容易接受,计算上更加简便。

基于FPGA和PCI总线的空间相机温控测试电路设计

为在地面精确模拟空间环境对相机主动热控电路和控制策略的影响,测试其性能和可靠性,设计了一种基于FPGA和PCI总线的空间相机温控测试电路。FPGA控制PCI9054高速接收上位机经由PCI总线发送的环境温度变化信息,经解析打包后,FPGA控制多路并行电位计模拟热敏电阻的阻温特性,完成实时闭环仿真测试。分析和试验结果表明,系统能够满足空间相机主动热控的测试需求。

基于VB语言的零位光栅设计

为了防止突然断电时造成数据错误,增量式光电轴角编码器通常采用零位光栅提供绝对零位信号。在对零位脉冲产生原理进行研究的基础上,建立其数学模型,并结合实际应用中的一些客观要求,采用阀值法通过VB语言进行可视化编程与模拟,计算出最佳零位刻线序列。该种方法和传统穷举法相比具有运算量小、编程复杂程度低等优点,同时又能保证得到的零位光栅具有最大光通量和对比度高的特点,满足了增量式光电轴角编码器对零位光栅设计的需要。