基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法研究

针对无人飞行器视觉导航系统的需求,提出一种基于直线稀疏光流场的微小型无人机姿态信息估计方法。研究了图像直线稀疏光流场的概念,并推导出该种稀疏光流场的计算方法;在直线稀疏光流场的基础上,建立了地平线投影模型,并提出一种基于直线稀疏光流场的飞行器俯仰角速度、滚转角速度和偏航角速度等姿态信息的估计方法;分别使用文中提出的直线稀疏光流场的计算方法和Horn算法对一组测试图像进行数值仿真,仿真结果显示在图像边缘附近,直线稀疏光流场的计算方法与经典的Horn算法具有相近的精度,但时间开销减小到后者的6%;使用无人机航拍图像序列对于基于直线稀疏光流场的飞行器姿态信息算法进行离线仿真,并对比同时搭载的角速度陀螺的测量结果,结果显示,使用文中所述的基于直线稀疏光流场的无人机姿态提取方法可以估计飞行器的俯仰、偏航、滚转三通道角速度信息,其最大绝对估计误差除滚转通道小于±10°/s外, 其余两通道均小于±5°/s,并对于误差产生的原因进行了进一步讨论。     

基于光流场的序列图像分析

光流场是计算机视觉的一个主要研究方向,微分法是计算光流场的一个常用方法,但由于经典光流场对噪声敏感,算法费时,不利于对目标进行实时跟踪,因此文中采用稀疏光流进行计算,根据特征点相关匹配得到序列图像光流场,并与经典算法进行比较,验证了算法的有效性.     

基于计算流体力学网格的高超声速流场光传输建模研究

光通过高超声速流场时会发生气动光学畸变现象，危害成像质量从而降低制导精度，因此需要研究高超声速流场中的光传输问题。本文根据流场的计算流体力学(CFD)网格节点计算模型，提出了高超声速流场折射率单元格传输的建模研究方法。通过Gladstone-Dale关系将流场密度场映射为折射率场，文中采用光线光学方法，推导出了基于CFD网格的光线传输递推算法，能够有效计算光程差(OPD)、光程长(OPL)以及光线实际偏移量，为波前相位畸变分析提供模型基础。本文计算了在高度、马赫数与入射角不同组合时产生的OPD以及光线实际偏移量，最后讨论了高度、马赫数以及入射角对光在高超声速流场中传输的影响。     

弹载侦察图像质量评价方法研究

针对弹载侦察图像由于受成像平台和条件限制存在多类型混杂失真,为了对图像后续处理和成像系统性能优化提供重要量化依据和指标参考,开展此类图像质量评价研究。分析了弹载侦察图像的特点,针对成像平台的多自由度、多姿态变化情况,提取与相机抖动、结构变化、颜色丢失相关的3类11种图像特征,利用高分辨率测绘图像作为原始图像集,分块提取特征进行多元高斯模型(MVG)拟合获得基准分布特性,对弹载图像也进行分块处理获得对应MVG分布特性,比较其与基准MVG特性马氏距离作为子块质量得分,计算各子块的得分均值作为整幅图像最终得分。以实际弹载成像平台获取的图像进行了实验验证。实验结果表明：与盲图像质量测度算法、基于离散余弦变换的图像完整性测度改进算法、基于失真度识别的图像验证与完整性评价算法、质量感知聚类算法、盲图像质量空域测度算法、自然图像质量测度算法、整体与局部的自然图像质量测度算法7种其他经典方法相比,该算法具有更好的准确度和主客观一致性。     

基于压缩采样的图像序列光流场计算

压缩采样是一个新兴的研究领域,为亚奈奎斯特采样频率进行图像获取提供了一个框架。光流场计算在计算机视觉系统中应用广泛,将压缩采样理论引入图像序列的光流计算问题,提出利用梯度图像的空域稀疏性和傅里叶变换的时移性,直接由测量数据求解光流场,该方法无需重建原图像序列,且在同样检测性能的情况下,所需测量数据少,可以降低采样、通信和存储成本。     

动态射线数字图像序列降噪算法及快速实现

为了实现动态射线数字成像(DR)系统的快速降噪,分析了X射线数字实时成像系统的噪声特点和原始的基于图像序列的NL-means降噪算法的不足,提出了一种改进的NL-means序列图像降噪算法.同时,为了解决NL-means降噪算法计算量大、运算速度慢的问题,利用可编程图形处理单元( GPU)并行计算和高速浮点计算特性,将...     

近程毫米波合成孔径辐射计成像系统分析

设计了一套用于近程被动成像的毫米波合成孔径辐射计( MMW-SAR)系统，由在水平和垂直方向上扫描的一对辐射计以及后端的信号处理系统组成，可对几米内的目标成像。文中给出了成像系统的总体结构和成像算法；并提出近程成像的特点是需要相位补偿；并首次在直角坐标系下推导了合成孔径成像公式，简化了表达式和相位补偿运算；另外在计算相关函数时提出采用多相滤波算法，有效地克制了相关函数虚部的波动，提高了成像质量和系统效率。     

基于HSV的改进彩色图像光流场估计算法

彩色图像光流场计算是光流场计算技术从灰度图像到彩色图像的推广．传统基于RGB颜色模型的方法在方程组中各等式线性相关或图像的梯度量级相对于噪声很小的像素点处失效，考虑到人眼同时利用灰度与颜色信息进行运动估计．将传统的灰度光流估计方法与基于HSV颜色模型估计方法的计算结果相融合．利用矩阵的条件数判断彩色光流估计结果的可靠性．在可靠性较低的点处以灰度光流方法的估计结果替代．从而得到一种新的光流场计算方法。实验表明．该方法可有效提高光流场估计精度及光流密度。     

末制导炮弹阻力特性对比分析

利用 Jameson 有限体积法求解空间流场的欧拉方程,可计算任意飞行器的亚、跨、超音速内外流无粘气动特性。由于采用了笛卡尔网格技术简化了计算流场的网格生成。另外局部嵌套的多重网格,当地时间步长,隐式残差光顺等加速求解算法的引入不仅使得求解流场的速度大大提高,而且可以获得很好的鲁棒性,通过对某末制导炮弹改型前后无控段阻力特性的对比计算和分析,为其改型提供了重要的理论依据。     

基于风洞测试试验图像的湍流场光传输效应统计特性分析

从风洞测试试验图像出发,结合统计理论和谱分析技术,研究了湍流流场对光学成像退化的影响,给出了图像亮度、目标质心抖动、像模糊等退化现象随时间和流场状态参数的变化规律。研究结果表明,光学成像退化与湍流流场结构及其运动特性是密切相关的,具有一定的统计规律,对进一步的气动光学效应校正具有重要意义。     

分块投影匹配在快速序列图像稳定中的应用研究

图像稳定常用于各类序列图像系统的预处理。本文提出一种基于分块投影匹配的快速序列图像稳定算法。该算法将待处理序列图像进行分块,通过投影匹配计算得到各对应分块的运动矢量,提出一种评价准则赋予各运动矢量相应权重,利用改进的随机一致参数估计方法得到全局运动模型参数。试验结果表明,与基于KLT、SIFT等特征点匹配的估计算法相比,在对估计精度没有较大影响的前提下,本文算法具有运算速度快、能实时应用的特点。     

车载微光瞄准镜电子稳像技术研究

针对“下反”稳像火控系统无法对微光夜视图像进行稳定的问题,提出了一种基于陀螺仪和块匹配相结合的实时高精度电子稳像技术。设计了电子稳像系统的总体结构;基于透视成像模型,推导了载体运动与图像运动之间的转换方程,给出了适当的图像运动模型及陀螺仪信号标定方法。在利用陀螺仪对图像运动矢量进行初始估计的基础上,结合块匹配算法对运动矢量进行精确估计;同时针对传统菱形搜索法在高噪声、低对比度微光图像中容易陷入局部极小值点的问题,基于对称校验原理对其进行改进,提高了算法的准确性。     

基于改进的期望值最大化自适应光学图像多帧迭代去卷积算法

为提高自适应光学图像复原的效果,基于期望值最大化理论,提出了一种基于改进期望值最大化（EM）算法的自适应光学（AO）图像多帧联合去卷积算法。通过建立多帧AO图像退化的数学模型,推导出基于相位误差并随时间变化的点扩散函数(PSF)模型,根据图像功率谱密度及约束图像支持域的方法对AO图像进行去噪处理。应用AO成像系统参数与正则化技术相结合对EM算法进行改进,建立多帧AO图像联合去卷积的代价函数及其参数估计的优化模型。利用所建模型对模拟图像和实际观测的AO图像进行图像复原实验验证文中算法的复原效果。实验结果表明,与Wiener迭代盲去卷积、Richardson-Lucy迭代盲去卷积算法相比,文中算法迭代次数减少14.3%,估算精度有了明显提高,辨识出了AO图像的PSF,复原出了清晰的观测目标图像。研究结果对实际AO图像复原有一定的应用价值。     

非下采样轮廓波域混合统计模型红外图像降噪方法

针对红外图像易受噪声污染、成像质量差等问题,提出一种非下采样Contourlet域变换系数混合统计建模的降噪方法。将图像变换到非下采样Contourlet域,对噪声系数、信号系数分别按照高斯分布和广义拉普拉斯分布建模,利用贝叶斯框架下的最大后验估计理论,推导原始信号系数估计公式,并对包含噪声的图像系数进行处理,实现非下采样Contourlet域红外图像降噪。实验结果表明,该方法能够对红外成像过程中产生的高斯噪声实现有效抑制,较完整地保持图像的边缘等细节信息,在峰值信噪比提高与视觉效果上优于部分经典算法。     

基于FCM 聚类的测量图像自适应平台直方图均衡算法

针对测量图像平台直方图均衡算法中平台值选取困难的问题,基于C-值聚类(Fuzzy C-means clustering)理论,提出一种自适应平台直方图均衡增强算法。该算法通过对图像直方图进行C-均值聚类,自适应地选择平台阈值,能够在均衡图像的同时有效保持图像细节。实验证明:该算法对测量图像具有较好地增强效果,能够有效地抑制图像的背景,突出目标细节。     

电子稳像的实时鲁棒性算法

电子稳像的实时鲁棒性算法,首先对采集到的每帧图像建立高斯金字塔.然后在高斯金字塔的顶层进行初估计,采用图像块法得到整像素的运动估计矢量.精估计采用光流梯度法.为提高鲁棒性,运用简化的M收敛法进行梯度约束.最后阶段采用双线性内插对当前帧与参考帧进行匹准.经测试,该算法效果较好,也能实时运行.     

基于满意滤波的目标图像跟踪

针对复杂背景下目标图像跟踪要满足区域极点与滤波误差方差指标约束问题,根据满意控制与满意估计思想[1],利用线性矩阵不等式法将跟踪系统的鲁棒满意估计问题转化为线性矩阵不等式组(LMIs)约束凸优化问题,给出了一种有效的满意滤波设计方法.通过这种方法进行满意波门设计,推演满意滤波算法,并以此对图像目标进行航迹跟踪实验,验证了相关结论.     

基于FPGA 的实时视频边缘检测系统

为解决Canny算法计算量大、耗时长以及在视频边缘检测系统应用中实时性较差的问题,提出一种基于FPGA的Canny算法硬件加速设计.以模板代替卷积运算,以流水线形式对系统结构进行改进和优化,给出实时视频边缘检测系统,并对相机原图、Sobel与Canny处理图进行实验分析.结果表明:该系统能实时高效处理复杂图像的边缘,既能节约硬件资源又能大幅提升处理速度.     

基于梯度图像法的激光雷达图像融合滤波算法

为了有效消除激光雷达图像斑点噪声的干扰,针对单一滤波算法的不足,提出一种基于梯度图像法的激光雷达图像滤波融合算法。分析激光雷达图像的噪声特点,综合Lee滤波和小波滤波的优势,该算法利用图像的梯度图像来判断斑点噪声隶属于信号区域还是边缘区域,在边缘点采用小波阈值滤波的结果,在信号区域选择Lee算法的结果达到最好的滤波目的。仿真试验的结果表明:该算法具有很强的散斑噪声抑制能力,能够在噪声滤波和图像信息保持2个方面都能达到很好的效果。