离散噪声图像的光斑质心算法及其硬件实现

针对现有的光斑质心算法无法直接处理含有离散噪声点的图像,提出一种不依赖去噪预处理和噪声点剔除后处理,本身具有抗单点噪声能力的光斑质心定位算法,并通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了该算法。首先分别标记背景像素、噪声像素和光斑像素;然后通过对相邻像素标记的判断,完成对当前像素的标记;同时对属于同一光斑的像素进行质心参数累加,但不累加和存储判断为真正噪声点的像素。与现有方法相比,该方法能够充分利用FPGA的并行处理能力,在图像像素输出的同时完成光斑质心提取和噪声点像素去除,而且不需要存储预处理图像和噪声点像素,节省了存储空间。该方法为由于图像传感器长时间曝光而引起的高亮度离散噪声光斑图像的处理提供了有效的途径。

天空背景光条件下空间激光通信系统粗跟踪光斑提取方法

随着科学技术的迅速发展,人们对信息量的需求不断增大。空间激光通信因其具有通信速率高、通信束散角小、安全保密性高等众多优点,受到越来越广泛的应用。在空间激光通信系统中,天空背景辐射是影响系统性能的主要背景噪声。强天空背景条件下,粗跟踪光斑的提取成为了影响粗跟踪精度的主要难点。首先介绍了几种抑制天空背景光的方法,如采用原子滤光片、减小接收机口径等。在实验条件下,采取Otsu阈值处理和质心算法对粗跟踪光斑进行处理,分析天空背景光对粗跟踪成像光斑的影响。实验结果表明,在天空背景光影响下,这种Otsu阈值处理方法能够准确提取成像光斑,可以有效提高粗跟踪精度。

图像传感器辐射损伤对光通信系统跟瞄精度的影响分析

卫星光通信系统中的图像传感器在空间辐射环境中会因辐射损伤导致成像噪声增大,从而在确定光斑质心时产生偏差,影响系统跟瞄精度。文章基于典型器件地面辐照试验数据分析结果,利用灰度质心算法对不同尺寸模拟缺陷光斑的质心偏差量进行计算,并分析质心偏差对系统跟瞄精度的影响。结果表明:光斑的质心偏移与辐射产生缺陷像素的数量和位置均相关;增大光斑尺寸可减小质心偏差。最后,从抗辐射损伤能力角度为系统光斑尺寸选取提出约束条件要求。

空间激光通信中ATP系统光斑检测方法研究

无线激光通信是利用激光作为载波,通过空间传播信息的一种形式。高精度、高自动化的ATP技术是关系到空间光通信链路能否成功建立以及通信质量好坏的关键技术之一。分析了四象限技术检测技术和面阵CCD检测技术,给出了具体光斑中心的算法,仿真结果表明,对于QD检测,为了抑制背景光可采用音频调制;对于面阵CCD检测,可采用空间滤波消除背景光影响,为光通信链路的建立奠定了基础。

用于离子注入机剂量控制器的质心修正算法

针对圆盘式全机械扫描注入机,分析了传统束斑中心算法的缺陷和问题,提出质心的概念来表征束斑的分布,并提出了一种用于注入机剂量控制器的质心修正算法。对这两种算法进行分析、仿真和验证。结果表明,采用质心修正算法后,有效解决了束斑的不同分布对注入剂量精度、片间均匀性和批次间重复性的影响。

列车轮对内侧距光学快速测量系统设计及实现

列车轮对内侧距的准确、及时测量,是列车检修中必不可少的工作。目前,主要使用专用机械卡尺测量轮对内侧距。由于机械卡尺读数与记录都是人工操作,步骤繁琐。针对以上问题,设计了基于三角测距原理的列车轮对内侧距快速测量系统。首先,采用嵌入式处理器驱动摄像机的方式采集轮对内侧激光点图像,并根据激光光斑在像素平面的移动特征,提出快速搜索光斑初步位置方法,剪裁出含有光斑的局部图片;然后,利用阈值分割法和图像形态学处理法,过滤局部图片中光斑的背景噪声;最后,根据灰度重心法精确提取光斑中心坐标,计算轮对内侧距。为验证该系统的可行性,与轮对内侧距机械测量卡尺进行对比试验。试验结果表明,轮对内侧距光学测量方法准确有效。该系统能够大大缩短轮对内侧距测量时间,提高工作效率,在列车日常维护中具有一定的应用价值。

采用GPU加速的无人机光通信系统对准技术

介绍基于图像预处理的灰度加权算法实现跟踪激光光斑质心的基本理论和方法;采用串行程序并行化、改进存取模式、算法归约化的方法对灰度加权算法进行并行优化;设计无人机跟踪实验对基于本方法所实现的光斑跟踪的实时性和准确性进行验证。实验结果表明:对于相机采集到的1280×1024像素的光斑图片,Jetson Xavier NX在GPU-CPU异构体系结构下完成灰度加权算法,所用时间约3.4 ms,相较于中央处理器所用时间10.9 ms提升了3~4倍;考虑中央处理器读取像素及闭环控制的时间,采用GPU并行加速的光斑质心跟踪帧率可达31 FPS,脱靶量小于0.1 mrad,满足了光通信系统的要求。

提高夏克-哈特曼波前传感器光斑质心的定位精度

提出了一种提高夏克-哈特曼波前传感器光斑质心的定位精度算法,分析了光斑质心的探测误差,采用与光斑尺寸匹配的探测窗口及插值法提高了图像的分辨率,并使用二阶矩算法计算了质心位置。采用该算法对含有噪声的光斑图进行图像处理与计算,并给出了待测件的波前重构示意图。结果表明,相对于传统算法,该算法将质心的探测精度提高了约0.8倍。

基于灰度加权重心法的线阵CCD亚像素细分定位实验研究

利用石英倾斜仪CCD驱动器、高精度电动位移台和光路系统搭建测试平台,对线阵CCD亚像素细分定位中的一种灰度加权重心法进行实验测试。通过噪声漂移实验和分辨力测试实验,验证了灰度加权重心法能够有效抑制噪声干扰,提高CCD像点定位分辨力,实现线阵CCD亚像素细分定位。实验结果,倾斜仪CCD驱动器采用加权重心法将像点定位分辨力提高至了1/3像素。

一种高分七号卫星激光足印光斑质心的高精度提取算法

激光足印光斑质心的精确提取,对于提升国产卫星激光测高平面精度具有重要的实际意义。本文比较了灰度重心法、高斯拟合法和椭圆拟合法三种传统光斑质心提取算法,综合分析后提出了一种利用高斯拟合法和Canny边缘检测设置灰度阈值和距离阈值,并最终使用灰度重心法进行光斑质心提取的算法。对100组仿真光斑进行测试后的结果表明,本文算法提取的质心偏移量的标准差小于0.05 pixel,精度较其他三种算法高。使用本文提出的算法对高分七号卫星获取的某一段连续激光数据进行光斑质心提取,结果显示,高分七号卫星两束激光足印光斑在地面抖动的范围均在0.55 cm以内。本文算法和结论可为后续高分七号卫星激光测高数据的使用和研究提供一定参考。

基于椭圆拟合法的湍流扰动光斑质心提取

由于现有椭圆拟合法在大气湍流扰动下提取光斑质心时存在抗干扰能力差、提取精度差等问题,激光通信系统伺服跟踪精度难以提升。为此,提出一种基于椭圆拟合的光斑质心快速提取方法。首先,根据湍流程度,使用遗传算法优化可变阈值分割并将其与形态学处理、边缘检测等操作结合提取光斑边缘。然后,将边缘特征点构成的集合分成不同大小的子集并将不同子集的散布矩阵叠加得到整个集合的散布矩阵。最后,采用直接最小二乘法求出拟合的椭圆参数,完成光斑质心提取。实验结果表明,在强湍流、掩模半径为120 pixel时,该方法的掩模内平均灰度强度比椭圆拟合法提高1.32 pixel,水平质心偏移降低4.59 pixel。该方法在不同程度的湍流扰动下可有效地实现光斑质心提取,在光斑破碎时依然可以保持高精度,可为空间激光通信的捕获、指向、跟踪系统的光斑质心提取提供技术支持。