采用APD阵列的共口径激光成像光学系统设计

针对机载平台激光3D成像系统的轻小型需求,设计了采用APD阵列的共口径激光收发光学系统。在分析激光成像系统照明方式及其光学系统结构的基础上,给出了激光3D成像光学系统结构框图:激光经衍射元件实现分束照明,采用双工反射镜实现收发光路的耦合。该光学系统用于2 km以内的目标三维成像,根据激光测距方程,确定了接收光学系统的参数以获得满足信噪比的回波能量。为避免造成像素之间串扰,设计了5倍扩束比的发射光学系统。最后,采用偏振片与1/4波片相结合的方式消除杂光,降低了发射光路对接收光路的影响。设计结果表明:接收光学系统弥散斑直径小于120μm,畸变小于0.2%。该光学系统体积小、重量轻,成像质量良好,可为同类激光成像光学系统提供借鉴参考。

全景式航空遥感器TDI CCD精密装调必要性分析及实现方法

为保证全景式航空遥感器的成像质量,对其TDI CCD精密装调展开了研究。首先介绍了全景式航空遥感器及TDI CCD的工作原理;然后对TDI CCD时间延迟积分方向与摆扫像移方向夹角引起的TDI CCD调制传递函数的下降展开理论研究,计算结果表明全景式航空遥感器TDI CCD必须进行精密装调;最后给出了全景式航空遥感器TDI CCD精密装调的实现方法。装调结果表明,该方法可达到很高的装调精度,当级数为200级时,装调误差引起TDI CCD在乃奎斯特频率处的调制传递函数下降为0.999 9,完全满足全景式航空遥感器的使用要求。

航空遥感器平面反射镜系统装调方法

利用平面反射镜进行光路折转以减小航空遥感器体积及质量是一种常用设计手段,而平面反射镜的引入对航空遥感器的装调工作提出了更高的要求。为此本文提出了一种用于航空遥感器平面反射镜系统的装调方法。利用坐标变换法建立经纬仪测量数学模型,推导出单个平面反射镜组件及平面反射镜系统角度偏差(俯仰偏差及方位偏差)与经纬仪测量值之间的对应关系。提出了利用经纬仪完成平面反射镜系统角度偏差测量及装调的方法。最终使镜头光轴与焦平面安装面法线的俯仰偏差和方位偏差均满足不大于2′的指标要求。应用该方法已完成10余套航空遥感器反射镜系统的装调,方法方便高效。同时,该方法可为各种光学仪器中平面反射镜角度标定及装调提供解决思路。

雾天降质图像的快速复原

针对在雨雾霾天气条件下,大气介质的散射和吸收作用导致光电成像系统接收的图像对比度降低,细节模糊不清及颜色偏移,提出通过快速图像复原来解决此类图像退化问题。基于大气成像光学模型,在暗通道先验的理论基础上,提出了一种基于形态学滤波器的快速估算暗通道图像的方法,并采用参数自适应调整方法来抑制暗通道先验不满足时的大片天空/白墙区域的颜色失真现象。实验结果表明,该算法能够有效快速复原雨雾天气条件下的降质图像,对于600×400大小的图像,其Matlab复原仿真时间仅为0.4 s,复原后的图像主观视觉质量明显提升,其大片天空/白墙区域的颜色失真得到有效抑制。

非局部变分修复法去除高密度椒盐噪声

分析了中值滤波及其改进型算法在处理高密度椒盐噪声时效果不理想的原因,采用变分修复方法来去除高密度椒盐噪声,基于现有的全变差修复模型提出了非局部全变差修复模型。该模型利用椒盐噪声特点(均匀分布、灰度值为0或255),将噪声点看成是图像中遗失或是破损的点,首先在图像中寻找与噪声点邻域相似的区域,将相似区域的中心像素作为噪声点新的邻域然后对其插值,把图像降噪问题转化为图像修复问题,从而达到去除高密度噪声的目的。实验结果表明:该模型对噪声密度为90%的彩色和灰度图像去噪后,其峰值信噪比为22.85和28.77,在客观评价标准方面优于中值滤波及其改进型算法。该模型能有效去除高密度下的椒盐噪声并较好地恢复图像细节,为图像去除高密度噪声提供了一种新的途径。

多子直方图均衡微光图像增强及FPGA实现

针对微光图像对比度低,目标难以识别的问题,对微光图像增强算法进行了研究。提出了一种多子直方图均衡增强算法,该算法首先将直方图按面积平均分割成4个子直方图,利用平均像素数量作为阈值切割直方图降低过度增强现象,然后加入尺度因子对动态范围进行调整,最后分别对子直方图均衡得到增强效果。此算法用Verilog语言在现场可编程门阵列(FPGA)上具体实现,并给出了主观和客观的评价,改进算法能产生更清晰的图像,在硬件平台上也能实时显示增强效果,一帧图像处理时延约为0.45 ms。实验结果表明,改进算法不会产生饱和、噪声放大的现象,图像细节保持较好,满足视频图像处理实时性要求,得到了具有较好视觉效果的增强图像。

红外与可见光融合图像的质量评价

为了提高融合图像质量评价中评价结果与人眼视觉特性的一致性,分析了现有融合图像质量评价方法,提出了一种基于图像结构信息复数表示的融合图像质量评价方法,通过计算图像亮度分量的梯度,构成了一种表征图像结构信息的梯度复数矩阵,用该矩阵表征图像的结构信息。考虑到复数无法计算互信息等参数,将分块奇异值分解后得到的矩阵作为度量矩阵,采用该矩阵计算了两种融合图像质量评价方法。实验结果表明,该方法提高了评价结果与人眼视觉特性的一致性,对于融合效果较好的金字塔和小波方法给出了3.748 5和3.722 2的评价结果,与人眼视觉特性的一致性优于传统方法。

改进的盲解卷积技术在远距离激光光斑图像复原中的应用

为了提高外场实验中远距离测量激光光斑位置的精度,提出利用盲解卷积技术对光斑图像进行事后复原来削弱大气湍流对光斑成像的影响。首先,介绍了经典盲解卷积算法,分析了其不足之处,并提出了一种改进的盲解卷积算法。为了提高目标函数的收敛性和收敛速度,在TV(Total Variation)目标函数加入惩罚项,并对交替迭代法进行改进。然后,用数学方法证明了改进的盲解卷积算法的收敛性。最后,进行了仿真实验。与传统算法相比,用改进算法恢复的图像信噪比至少提升了15%。文中给出了外场试验图像的实际复原效果。

利用激光主动探测技术实现光电窥视设备检测

针对激光主动探测时光电设备表现出的猫眼效应，搭建了基于CCD的激光主动探测系统，提出了一套有效的光电窥视设备检测算法。该算法在激光脉冲的间隔，同时采集激光主被动图像，根据窥视目标与普通漫反射物体的回波强度差异，利用背景差法检测窥视目标。实验结果表明，在半径为5m的作用范围内，该激光主动探测系统可有效、快速地将光电窥视目标从背景中检测出来，并且不受场景和光照的限制。通过对光学口径为2mm的光电窥视设备在20个不同场景环境下进行实验，正确检测率达到95％，且每帧的检测时间在0．015～0．021s内，满足了实时性需求，验证了本文系统搭建方案的正确性与软件处理算法的有效性。

应用分块三次多项式的导引头测角精度标定

为减小和消除零件机械加工、装调及传感器误差等对某激光捷联导引头测角精度的影响,提出应用分块三次多项式的导引头测角误差标定方法。根据各项系统误差特点,同时考虑实验过程中随机误差对标定的影响,采用分块三次多项式分别建立探测器输出俯仰角、偏航角到实际指向矢量俯仰角、偏航角的映射关系,实现了测角误差标定。研究结果表明:标定后俯仰角和偏航角误差均值分别由原来的0.1360°、0.3364°降至0.0047°、0.0015°,标准差也分别由原来的0.3820°、0.3752°降至0.0269°、0.0227°;该标定方法在导引头工作视场内具有较高的精度和良好的一致性,且避免了构造复杂的数学模型进行参数识别,简便易行,可推广至类似系统的误差标定工作中。