临界角法检焦系统的设计

利用临界角法检焦具有分辨力高、损失光能小、结构简单、系统调试容易的特点设计了亚微米级检焦系统。介绍了临界角法离焦检测的基本原理,通过合理假设,利用菲涅尔公式和高斯光学公式得到了离焦误差信号的计算公式。实验采用单光路临界角法,利用He-Ne激光器、临界角棱镜、四象限光电探测器、信号采样电路、数据采集卡等元器件组成离焦检测系统,实现离焦信号的提取;通过数字滤波、归一化处理等技术得到离焦误差信号(FES),以此获得FES的大小和变化趋势与离焦量的关系曲线。实验表明,临界角法探焦系统静态分辨力<15nm、线性范围可达±4μm,满足亚微米级检焦系统的设计要求。

基于FPGA的高速图像传输系统设计（英文）

提出一种多相机的高速图像传输方法,以克服目前采用LVDS方式进行长距离图像传输技术存在的所需线缆数量大、同时需要进行数据中继、系统的复杂度高的缺陷。系统采用FPGA为主控制器,将接收到的高速相机发出的LVDS格式图像数据转换成TTL信号,并分别输入到指定的存储区中。将相应存储区中的图像数据进行打包处理,送入RocketI O中转换为高速串行数据后,利用光纤进行远距离传输。实验表明,该方法在1.6 Gbps的传输速率下,传输数据量为32 Gbit时,误码数为零,且系统设计简单、性能优良,具有较强的可扩展性。

基于Rabbit 2000的远程网络控制系统设计

简要地介绍了Rabbit2000微处理器的功能特性以及Dynamic C的软件开发环境,研发了一套以Rabbit2000微处理器为核心的远程网络控制系统。该控制系统采用了模块化结构,使用UDP协议进行网络通信,通过多种网络数据传输控制算法的综合使用,大大提高了系统的实时性和可靠性,具有较高的性能价格比,在工业控制应用中取得了满意的效果。

科学级TDI-CCD相机噪声抑制及实现

为提高科学级TDI-CD相机的工作性能,简要分析TDI-CCD视频信号的噪声和解决方法;给出TDI-CCD相机视频处理电路各个组成部分的设计,利用FPGA设计科学级TDI-CCD相机并进行动态实验及辐射定标实验。实验结果表明,该视频处理电路在本身引入噪声较小的同时,有效地抑制了TDI-CCD的噪声,获得较好的图像;数据输出速率在55MHz时,整机信噪比(S/N)在51dB以上。

基于ADV212的远程图像采集系统设计

针对彩色高清图像远程网络传输带宽需求过大的问题,提出了基于ADV212图像压缩芯片结合FP-GA的压缩、传输解决方案。设计中以彩色高清Bayer格式CMOS作为图像传感器,使用ADV212实现对图像的快速高质量压缩,通过FPGA实现整个系统的控制逻辑,实现对ADV212的配置、驱动以及压缩前图像的分配和压缩后码流数据的打包处理。实验表明该系统可以保证接收图像具有较高的峰值信噪比,能够长期稳定地工作在36Mbyte/s的图像输入条件下,且该系统具有体积小、使用灵活方便、带宽占用低和压缩率可调等优点。

一种大视场TDICCD相机的多传感器图像配准方法

某大视场TDICCD相机采用多片TDICCD拼接,多通道输出全色和多光谱遥感图像,为了获得良好的融合和拼接效果,本文提出了一种基于双线性插值的空域互相关配准方法。首先,应用双线性插值算法对多光谱各谱段图像进行放大,得到和全色图像相同大小的多光谱图像。然后,采用空域互相关配准方法对多光谱各谱段图像和全色图像进行配准,并对有重叠像元的两通道图像进行拼接。实验结果表明,本文方法快速,抗噪性和鲁棒性较高,使大视场TDICCD相机多通道遥感图像配准取得了良好的效果。

适于CCD相机图像压缩的位平面编码器

针对目前JPEG2000中最优截断嵌入式块编码器硬件实现效率低且占用大量资源问题,提出一种适于CCD相机图像压缩的位面编码器(BPC)。BPC结构思想是基于数据路径详细分析来获得上下文窗口的。另外,使用自主研发的地面检测设备对采用BPC结构设计的JPEG2000图像压缩系统进行实验。实验结果表明,BPC结构CCD图像压缩系统可以稳定可靠地工作,BPC具有较高的工作性能,工作频率达到75 MHz。压缩系统与传统方法相比较,平均PSNR提高了0.91 dB,非常适于CCD相机的应用。

基于改进FAST特征匹配的电子稳像算法

针对机载摄像机视频抖动问题,提出了基于改进FAST的特征匹配方法,去除视频序列的帧间抖动,实现视频序列的电子稳像。提出了尺度空间的FAST特征提取方法,结合了优化的SURF描述算子,利用相邻帧的特征点进行匹配,消除视频的帧间旋转量,得到帧间的局部运动矢量,然后通过RANSAC算法求解出全局运动矢量,最后利用二次线性插值算法逐帧补偿。实验结果表明,稳像后的视频帧间PSNR提高5dB,提出的稳像算法去除了视频帧间复杂抖动,且快速准确并具有一定的鲁棒性。

基于算法状态机FPGA的空间TDICCD相机控制器

针对目前基于数字信号处理(DSP)的空间时间延时积分电荷耦合器件(TDICCD)相机控制器可靠性差、资源耗费和功耗大、程序重调能力差等问题,提出了一种算法状态机现场可编程门阵列(FPGA)的空间电荷耦合器件(CCD)相机控制器。控制器使用FPGA代替DSP,控制程序使用VHDL语言编写。使用自主研发的地面检测设备进行实验,实验结果表明,相机控制器可以稳定正常地工作,控制CCD拍摄的图像清晰,未发生串行现象。整个控制程序占用FPGA资源较少,占用LUTs和Block RAMs分别为38%和20%,满足空间CCD相机应用的需求。

干涉高光谱图像的主分-调制预测无损压缩

提出一种基于主分调制预测的高光谱图像无损压缩算法。将干涉高光谱图像分为空间方向和光程差方向,空间方向采用主分量预测算法来去除帧间冗余;光程差方向采用调制分量预测算法来去除谱间冗余。主分量预测采用两步预测算法,第一步采用四阶预测器得到预测参考值,第二步采用8级查找表搜索预测算法得到实际预测值,然后将参考预测值和实际预测值进行比较得出最后的预测值。调制分量预测采用线性预测得到调制预测帧。最后,根据主分预测帧和调制预测帧得到最终预测帧,从而得出残差帧,利用残差帧进行熵编码。实验结果表明,文中算法的平均压缩码率达到3.05bpp,与传统高光谱图像无损压缩算法比较,平均压缩码率提高了0.14~2.94bpp,有效地提高了干涉高光谱图像无损压缩码率。

适于空间TDICCD相机的图像压缩系统设计

提出了一种适于空间TDICCD相机的复杂度适中、高性能的图像压缩系统。其压缩系统主要分为离散小波变换(DWT)单元和位平面编码(BPE)单元。DWT采用两个并行的9/7整数1D DWT完成2D DWT;BPE单元从扫描方法、并行扫描、转移字存储及并行计算方面对传统CCSDS算法进行了改进,使其更适合CCD空间相机的应用。最后,使用地面检测设备对设计的图像压缩系统进行了试验测试。实验结果表明,该图像压缩系统可以稳定可靠地工作,与传统压缩系统相比,平均PSNR提高了0.97 dB,具有较高的数据吞吐率,在系统时钟频率为50 MHz时数据吞吐率达到12.8 Mpixels/s。非常适于空间TDICCD相机的应用。

空间相机软件在轨重注方法研究与实现

随着计算机技术和软件技术的发展,具有高度自治性和灵活性的实时嵌入式系统在航天领域的应用越来越广泛。对这些嵌入式系统往往具有较高的长时间运行的自治性和可靠性要求,因此,对系统在轨维护能力提出了迫切的需求。针对实时嵌入式系统在轨维护需求,提出了一种基于FPGA的嵌入式系统软件在轨重注方法。

天问一号高分相机成像噪声分析与抑制

在深空探测中,为了充分利用有限的空间和视场,提出了一台相机同时含有三片线阵TDI CCD思路。为了获得高分辨率、高信噪比的遥感图像数据,针对相机成像链路,分析了影响高分相机信噪比的关键因素,提出了成像系统的串扰模型,并针对各种影响要素提出了改进措施。首先,完全独立设计各个通道,减少通道间的电路耦合。其次,调整垂直转移驱动信号的时间常数,以减小TDI CCD芯片内部的串扰噪声。最后,通过三片探测器物理隔离,减小噪声的近场耦合。对天问一号高分相机进行辐射定标试验,试验结果表明:模拟火星轨道条件,在典型工况条件,太阳高角30度、地面反照率0.2时,TDI CCD全色谱段在积分级数为32级的情况下信噪比即可达到最高115.1倍,满足火星探测的指标要求。

带衰减因子优化的压电前馈反馈复合控制研究

为克服惯性传感器中压电驱动器的迟滞非线性,提高系统响应线性度,同时为适应空间环境变化,满足无超调快速响应的控制要求,提出了带衰减因子优化的前馈反馈复合控制方法.前馈环节采用MPI(Modified-Prandtl-Ishlinskii)模型,补偿迟滞非线性;反馈环节采用带衰减因子优化的PID控制器,克服由于积分项带来的滞后及系统超调问题,显著提高动态响应.为了验证所提出的方法的有效性,采用matlab进行仿真,仿真结果表明,MPI逆模型补偿与不补偿相比,迟滞率从18.99%降至0.31%,降低98.37%.带有衰减因子的PID控制算法和传统PID控制相比,迟滞率从1.73%降至0.19%,降低89.02%.因此上述控制方法能够有效地克服压电陶瓷迟滞非线性,改善控制系统的动态特性,提高系统控制精度,满足要求.

无线通信技术在红外成像系统中的应用

针对红外成像系统,提出了一种基于蓝牙的无线监控方法。基于Android平台开发了一款手机端应用软件,利用智能手机作为移动式人机交互终端,通过蓝牙虚拟串口实现与红外成像系统的实时信息交互,进而完成控制指令发送与模拟遥测量实时获取的功能。具有软件界面设计简洁,数据传输稳定等优点,为监控工作带来更大的便利。同时,为进一步增强系统无线通信的稳定性,在通信协议方面选用了Modbus_RTU协议,实际测试表明该手机终端与红外成像系统无线通信稳定,安全可靠。

适于航空面阵CCD相机的H.264编码帧内预测算法

为了提高H.264中帧内预测压缩编码效率,提出一种适于航空面阵CCD相机应用的H.264的新的帧内预测模式。其基本思想为：一个块中的每个像素预测值使用周围像素和权重采用一个N阶线性预测器计算得到,而权重值是由重构像素中与待编码像素的邻近块计算得到,可参考的邻近块使用l1范数评估。而权重值并不需要传输到解码器中而耗用大量时间。在H.264参考软件JM17.6上的实验结果表明,本文提出的帧内预测算法具有很好的率失真（RD）性能,与标准H.264帧内预测算法比较,对于图像而言,PSNR增加了0.57~0.17dB,比特率减少了9.71~3.94%;对于CIF格式视频序列,PSNR增加了0.05~0.14dB,比特率减少了1.23~1.52%;对于720p50格式视频序列,PSNR增加了0.01~0.05dB,比特率减少了0.25~0.47%。因此,本文算法非常适于航空面阵CCD相机的应用。

空间TDICCD相机图像压缩的提升小波变换实现技术

空间时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)相机图像压缩2维(2-D)离散小波变换模块的基于常用硬件实现方法实现效率低,为此提出一种适于电荷耦合器件(CCD)图像的(128,N)快速2-D提升小波实现结构.在CCD图像行方向上,采用16个提出的1维(1-D)行提升小波变换模块快速实现结构并行分解图像,每个模块采用4个延时寄存器的值作为中间值并用2步预测更新步骤融合的结构来计算行小波系数;在行小波系数的列方向上,提出了一种基于多路复用技术的(32,16)列提升小波变换结构,最终实现了2-D提升小波变换.结果表明,2-D提升小波变换模块能快速稳定地工作,分解1帧图像仅需60.198μs,与传统方法相比,节省时间达到49.90%,节省逻辑资源10.71%,节省寄存器资源11.80%,节省存储器资源12.98%,有效地解决了CCD图像压缩小波变换硬件实现效率低的问题.

基于边缘特征的智能车辆字符识别

为了提高智能车辆字符识别算法实时性和准确度,提出了一种基于字符边缘梯度特征的识别算法。通过计算车牌图像的梯度信息对字符曲线进行分类,获取图像的边缘特征,然后根据K最邻近分类算法(KNN)对待检测字符分类实现字符识别。测试结果表明,在车牌识别中边缘梯度特征的算法相比于模板匹配算法对车牌识别率提高了5.23%,识别时间仅为模板匹配算法时间的21.11%。边缘梯度特征的识别算法能够高效准确地实现智能车辆车牌字符识别。