面阵CCD航空相机斜视图像的几何校正

为增大机载光电侦察系统的视场角,航空相机多采用扫描方式对地摄影成像,文章针对面阵CCD航空相机斜视摄影引起的图像变形进行校正。由于该类相机与载机之间存在方位和俯仰两轴运动,文章同时考虑相机相对载机的旋转角度和载机相对地面的姿态角,建立了更符合该类相机工作状态的六姿态角投影校正模型,推导出同一地物在畸变图像和标准图像上的像素坐标变换关系,采用双线性插值算法对坐标变换后的像素灰度值进行重采样,对航空图像进行自动校正。最后,对某机场的航拍图像进行校正实验,并与基于地面控制点的多项式校正方法以及基于畸变图像和参考图像配准的校正方法进行比较。实验结果表明,六姿态角投影校正模型能够取得比较高的校正精度(可达像素级),当姿态角的测量精度为3′,图像大小为512pixel×512pixel时,图像校正的均方根误差为1.174 7pixel。该方法不需要提供参考图像和野外采集地面控制点数据,便于工程实现,基本满足航空图像处理的稳定可靠、精度高、实时性强等要求。     

改进的联合代数重建法及其有限角投影重建

提出了一种基于联合代数重建法的改进算法（MSART）。该算法将穿过像素的射线长度和灰度值综合考虑进误差分配公式，有效地抑制了联合迭代重建法（SART）的边缘效应，使得重建精度大大提高。即使在少数投影有限角图像重建中，通过选择合适的投影方法，也能达到最大误差不大于5％，平均误差不大于1％的重建效果。     

基于线阵相机的多特征激光焊接焊缝轨迹识别方法

焊缝跟踪是实现自动化焊接的关键，针对激光焊接下的近无间隙焊缝轨迹，提出了基于线阵相机和特征识别算法的焊缝追踪方法。通过线阵相机获取工件表面图像，使用均值滤波对图像进行降噪处理。通过分析图像的灰度值、图像灰度值变化、图像的灰度值梯度、焊缝区域宽度识别焊缝轨迹，实现了无间隙焊缝的识别和跟踪。通过焊接试验测试得到基于线阵相机的焊缝识别方法误差小于0.05 mm。通过对不同间隙的焊缝进行焊缝追踪试验证明了该方法对于间隙小于0.3 mm的焊缝具有良好的识别效果。     

CLEAN算法在机载毫米波综合孔径成像中的应用

该文将非即时u-v覆盖的综合孔径射电天文观测中的CLEAN算法应用到即时u-v覆盖的机载二维被动毫米波综合孔径成像中,避免因空间频率覆盖的不完整而产生对图像质量的影响,以达到消除高旁瓣对图像产生的负面影响。该文主要分析了CLEAN算法中具体处理时的清洁脉冲类型、脉冲半峰值宽度和迭代比例因子对处理后的图像的影响。研究结果表明:当清洁脉冲半宽度峰值等于系统脉冲响应图的半峰值宽度时、迭代比例因子为1/256时以及清洁脉冲类型为高斯脉冲时有利于改善图像的质量,该结论对实际的机载被动毫米波综合孔径成像的工程研究具有重要的参考价值。     

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。     

基于改进Landweber算法的光学层析成像研究

光学层析成像技术由于其非接触性、结构简单、采样率高、安全性高、分辨率高等特性，在工业流体监测以及医学等领域得到广泛应用，同时在学术领域上也具有很高的研究价值。光学层析成像分为扫描阶段和图像重建阶段。在重建过程中，算法的性能往往决定着图像重建的质量。鉴于现有重建算法存在重建速度慢与图像质量不高等问题，提出一种基于预置矩阵的Landweber重建算法。该算法通过引入历史迭代信息、在迭代过程中添加预置矩阵和加速项而加快迭代速度，减小重建图像与真实图像的误差。对圆形测量场内5个特定分布进行实验仿真，对比所提改进算法与传统算法的性能。仿真结果显示，该算法的重建误差在5%左右，同时证实该改进算法相较于传统算法有显著性能提升，重建误差降低48%，图像质量得到显著提升。     

两种改进的盲均衡算法

文献[1]提出了一种适用于PAM、QAM通信系统的盲均衡算法--MMA,该算法虽然克服了CMA收敛后剩余误差大和stop-and-go等算法有待定参数的缺点,但是它的收敛速度比较慢,改进算法1对MMA进行了改进,加快了算法收敛的速度.改进算法2是一种联合信道盲均衡和相位恢复算法--MCMA[2]的改进算法,改进后的算法比MCMA具有更小的剩余误差,同时在迭代过程中能够提供更准确的相位信息,来补偿信道引起的相位误差,从而更加有利于判决器进行准确的判决.两种改进算法都大大减少了使系统误符号率降为0所需的迭代次数.计算机仿真结果表明,这两种算法具有良好的均衡特性.     

航空多光谱相机三坐标无源定位技术

航空多光谱相机采用焦平面探测成像系统，可在全天时、准全天候作业的条件下对机下进行大幅宽高分辨率成像探测。针对航空多光谱相机的三坐标无源定位问题，简介了相机组成及无测距信息辅助情况下的三坐标无源定位原理，梳理了航空多光谱相机的三坐标无源定位关键技术。通过载体的位置姿态精确测量，测角电路设计、测角误差标定与补偿，多传感器安装姿态标定，时间同步设计四大关键技术保证相机的定位精度。飞行试验结果表明，图像拼接精度优于10″，验证了技术方法有效。     

湍流退化红外图像校正算法

针对高速湍流场引起的红外图像模糊问题,提出了一种基于改进增量Wiener滤波的复原校正算法.首先,基于先验知识对湍流退化图像的降晰函数进行辨识并得到复原图像的起始估计;其次,提取起始复原图像中的强边缘并平滑边缘区域;最后,利用改进的增量维纳滤波算法迭代复原图像.实验结果表明:该算法与传统的迭代盲复原算法及基于Fuzzy滤波器的后期去振铃算法相比,复原图像的振铃测度有较大下降,同时提高了复原图像的质量,降低了算法的时间复杂度.     

影响空间相机偏流角估值误差的参数

为了减小TDI CCD空间相机偏流角估值误差,利用齐次坐标转换法推导了偏流角计算的数学模型,运用蒙特卡罗法获取偏流角计算值的误差样本,并统计出偏流角估值误差.对4个误差参数取不同值时的偏流角估值误差进行了比较,分析其对偏流角估值误差的影响.统计及分析结果表明:姿态角速率测量精度从0.005(°)/s提高至0.001(°...     

三折式光学窗口对航空相机成像的影响

基于平行光通过倾斜的平板玻璃会使光线发生平移的现象,从几何光学的角度分析了三折式光学窗口对航空相机成像分辨率的影响,在窗口玻璃厚度为25 mm,窗口玻璃之间的夹角为45,照相距离为5 000m的条件下,对焦距1 000 mm 的相机成像偏移量进行了分析计算,计算结果成像偏移量为3.34 m,大于设计要求的1/3 像元.最后,通过试验检验了成像偏移对相机成像分辨率的影响,分析及试验结果表明,相机焦距、窗口玻璃厚度和窗口玻璃之间的夹角越大,相机照相距离越小,使相机成像分辨率越低,尤其是采用三折式窗口玻璃的长焦距相机,不适宜在较近照相距离下照相。     

折反式红外全景天空相机光学系统设计

利用红外全景天空相机可以获得天空中云的分布和温度信息,从而可对天气状况做出判断。采用等距离投影成像方式,可根据简单的数据转换关系从天空全景图像中任意点的位置坐标得到其对应的空间角度。为了实现等距离投影红外全景相机的设计,提出了一种简洁高效的计算等距离投影反射镜面型的数值方法,并在此基础上设计了8~12 m 长波红外波段全景天空相机。该相机的视场角为360（5~80）,校准畸变量在0.02%以下,MTF 值在探测器Nyquist 频率处高于0.4,非常适用于全景天空观测。     

大视场空间相机侧摆成像时几何参数分析

为了提高大视场空间相机物距、投射角、地面像元分辨率、幅宽等几何参数的计算精度,研究了星下点成像与侧摆成像时上述几何参数的精确计算方法。在全面考虑地球曲率和投射角的基础上,建立了相应的几何模型,改进了大视场空间相机几何参数计算方法。根据仿真分析,对于轨道高度650 km、半视场40的空间相机,当侧摆20时,垂直线阵方向像元分辨率的最大值是最小值的2.31倍,是传统计算方法的1.78倍;平行线阵方向像元分辨率的最大值是最小值的7.16倍,是传统计算方法的4.29倍;幅宽是传统计算方法的1.33倍。因此,传统计算方法存在较大的误差,提出的精确计算方法对于提高大视场空间相机成像质量具有重要意义。     

振动影响航空TDICCD相机像质的集成分析

采用集成建模分析法,研究了航空TDICCD相机的成像质量受到振动载荷激励影响后的变化程度。在振动激励下,光学系统镜面会产生变形和微位移,使光学性能下降。设计了一种采用非球面镜片的航空相机光学系统,建立了航空相机光机系统的有限元模型,对其进行动力学分析,得到振动激励下的各个镜面节点位移量,以Fringe Zernike多项式为接口对镜面变形进行拟合,将拟合得到的12组37项系数输入到光学软件的航空相机光路模型中进行光学性能评价。分析表明,该航空相机光学系统在振动激励下,91 lp/mm分辨率时光学调制传递函数下降了9.7%,像点点列图发生偏移和弥散,需采取相应的减振措施。     

高分辨率空间相机俯仰成像的像移补偿方法

为了使高分率空间TDI（Time Delay and Integration） CCD相机适应卫星大俯仰姿态角,以增强空间遥感的时间分辨率,分析了卫星大俯仰姿态对高分辨空间相机成像的影响,使用光学投影方法,定性分析了俯仰成像时不同视场处的像移速度差异;根据TDI CCD工作方式,提出了横向像移图像生成原理,建立了横向像移图像的恢复模型,并完成了仿真验证和算法精度分析。分析结果表明:卫星俯仰姿态越大时,像面不同视场处横向像移速度差异增大;从仿真实验和精度分析可以看到俯仰成像时采用横向像移图像恢复方法可以得到无横向像移的图像,横向像移图像采集位数越高,恢复后的图像灰度值误差越小。横向像移图像恢复方法增强了空间相机对卫星大俯仰姿态的适应能力,极大地提高TDI CCD空间相机敏捷成像能力。     

低照度宽幅航空相机系统设计

为了满足低照度环境下航空影像信息快速获取的需求,对一种低照度宽幅成像系统进行了研究。基于相机摆扫成像的工作模式,明确了采用大相对孔径低畸变的光学系统,配合真空制冷的低噪声高灵敏度CMOS探测器成像,并通过高速振镜进行扫描像移补偿的技术路线。详细阐述了相机机械构型的设计思路,总结了一套可工程应用的低照度成像能力计算方法。研究了振镜补偿像移的基本原理,并对相机主体框架进行了仿真分析计算。依据该设计和研究结果,完成了低照度宽幅航空相机的加工装配。该相机具有0.1 m （航高1 km）地面像元分辨率, 成像照度适应范围为10~100000 lx,并且在速高比≤0.04时,可实现3倍航高的大收容宽度。系统的成像质量优良,实测镜头在77 lp/mm时,中心视场传递函数大于0.45。实验室和外场飞行试验所获取的图像清晰,对比度和分辨率高,可以满足使用需求。同时,该相机实际包络尺寸为190 mm×140 mm×140 mm,质量仅为2800 g,具有轻小型的特点。     

基于TOPSIS-AHP法的红外航空成像侦察相机综合评价

根据红外航空相机的成像原理,提出了相机评估指标.通过层次分析法(AHP)求解得到各指标的权重向量,并运用逼近理想解排序法(TOPSIS)对相应指标进行计算,最后通过实例验证了该方法的可行性.计算结果表明,空间分辨率和温度分辨率是红外航空相机敏感度最高的两类指标,为今后相机的研制与改进提供了参考方向.     

面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术研究

提出了一种面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术,控制基于马赛克型滤光片分光的画幅式高光谱相机在翼展方向进行扫描实现大视场、高光谱分辨率成像。进行外场飞行试验,获取了像质清晰的大视场、高光谱分辨率对地观测图像,飞行作业效率为8.64 km2/h,较单相机成像,作业效率提高约3.4倍。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在无人机高光谱遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载光谱成像技术向大视场、高光谱分辨率方向发展具有一定的参考价值。     

状态观测器在航空相机中的应用

为了提高航空相机在摆扫方向上的成像分辨率,提出了一种基于状态观测器的加速度反馈控制方法,并对该方法的相位特性以及鲁棒性进行分析研究。首先,对镜筒角速度的测量元件光纤陀螺进行参数标定,采用频域法建立俯角控制系统的数学模型。其次,设计镜筒角加速度状态观测器,并提出了将状态观测器和牛顿预测器相结合的方法,解决了估计算法的相位滞后问题,进一步提高了估计角加速度的响应频带。最后,通过将观测到的角加速度信息构成加速度反馈控制系统,并且应用于某型长焦距倾斜CCD相机的俯角速度控制系统中。实验结果表明:基于状态观测器的加速度反馈控制方法能够显著地提高俯角控制系统的动态响应特性以及稳态精度。当俯角控制系统受到阶跃型的外界扰动时,镜筒的角速度出现了宽度为0.2 s的脉冲型波动,且幅值仅为采用超前-滞后控制方法的1/2。本文所述的控制方法具有较强的鲁棒性,适于工程应用。