外触发方式下相机同步抓拍系统研究

脉冲激光检测系统中,由于激光器发射的激光脉冲频率低,且脉宽仅为纳秒级,所以在远距离测试时,很难控制数字CCD(Charge Coupled Device)相机的精准曝光时刻.为了克服触发信号与激光脉冲信号不同步的问题,本文提出了"光触发,电同步"与"超前预测"相结合的方法.以BD2(BeiDou2 Navigation Satellite System)/GPS(Global Positioning System)模块提供的精确秒脉冲pps(pulse per second)信号作为时钟基准,同时结合FPGA(Field Programmable Gate Array)高速的特点,实现数字CCD相机对激光光斑图像的准确捕获,控制数字CCD相机的最佳积分时间.实验结果表明,该方法不仅提高了数字CCD相机的抓拍精度,也提高了图像的信噪比.     

全景图像实时校正系统的设计与实现

利用FPGA作为可见光全景图像处理器,使用硬件畸变校正系统,以达到对全景图像畸变场景的实时校正.全景图像畸变校正核心问题是像素空间位置校正,以CORDIC算法为基础,设计了全景环形图像展开算法,实现了全景环形图像的展开.设计采用ITU-656标准数字视频格式,用VHDL硬件描述语言实现整个校正算法的FPGA设计,试验结果表明,能实现全景环形图像的360.实时展开.     

火炮跳角测量方法综述

火炮跳角是射角的组成部分,初速矢量与发射前身管轴线之间的夹角称为跳角.跳角是射表的基础数据,对射表精度有重要影响,跳角又是影响火炮射击精度的关键参数之一.靶板法是目前广泛采用的火炮跳角测量方法,在炮口前面给定靶距位置竖立一面靶板,火炮射击,弹丸在该靶板上留下弹孔,弹孔中心与靶板上瞄准中心之间的偏差量就表示跳角大小.由于靶板法不能满足大射角测量和测量效率低等固有缺陷,人们又提出了PSD法、线阵CCD立靶法、陀螺仪法和重叠法等改进方法.因改进方法存在抗过载性能较差、出现漏测、或只能得到相对量等多种缺陷,目前还没有在火炮工程实践中得到推广应用.     

星敏感器中快速星匹配跟踪算法研究

阐述了基于星体中心位置信息匹配的跟踪原理,提出了一种基于匹配的星跟踪方法.采用FPGA实现实时的星点位置信息的获取,解决了传统星跟踪过程中图像数据获取的瓶颈,增加了跟踪星体的个数,加快了匹配跟踪的速度;并且采用先排序后匹配的匹配方法,减少无谓的星体间的比较.仿真测试结果表明,此方法使得匹配跟踪的时间大约降低为原来的10%,提高了整个跟踪算法的计算速度,对星敏感器整体效能的提高也非常明显.     

基于FPGA的水溶膜生产裂纹图像识别

目的针对水溶膜(PVA)生产中出现的问题,设计一种基于FPGA的水溶膜裂纹图像检测系统,实现生产中产品质量的及时反馈。方法结合FPGA自身的优点构建系统硬件组成,设计与之相匹配的图像采集、数据存储、图像处理、图像显示等功能模块。对灰度变换、图像分割等传统图像处理算法进行优化,利用Xilinx公司的ISE软件在System Generator软件平台上对设计做仿真实验,将采集到的水溶膜裂纹图像进行图像处理,通过识别到的水溶膜质量缺陷来验证设计方案的可行性。结果仿真及实验表明,FPGA可以利用高速的数据并行处理方式来进行图像处理,并应用于水溶膜裂纹图像识别。结论该系统为水溶膜裂纹的自动识别提供了新的途经,具有一定的市场价值。     

车载式地照器监测系统标定靶板的设计及其误差分析

车载式地照器监测系统标定靶板是用太阳光做光源 ,模拟 1 0 6μm激光光斑 ,用于检测《车载式地照器监测系统》对靶板上激光光斑能量重心位置的测量精度 ,以完成《车载式地照器监测系统》的验收工作。     

一种基于空间对比度的光斑自动定位新方法

针对具有回射特性的合作目标在图像上所呈光斑的外接矩形区域总是图像中对比度较强的区域这一特性,本文提出了一种全新的基于空间对比度的光斑自动定位方法.鉴于空间对比度作为一种归一化的显著度度量可用于描述人眼对局部图像对比度的感知程度,新方法采用空间对比度作为待识别光斑外接矩形区域的基本特征对其进行定位,通过设定显著阈值及非显著阈值作为提取光斑外接矩形的条件,在计算得到光斑区域的灰度重心的基础上确定光斑的亚像素形心.数字仿真实验结果证明本文方法在各种噪声情况下均能够得到较好的光斑形心提取效果,可以达到与传统相关法相当的精度水平.实物仿真试验表明,由本文方法得到的光斑图像坐标进行双目像机交会计算得到的光斑三维位置的精度较高,且不受光斑位置突变的影响,从拍摄图像到计算得到光斑三维位置整个过程的数据输出率为15～20 Hz,可以稳定得到高精度的结果.与传统的检测方法相比,本文算法概念新颖,易于实现,能够在满足精度要求的基础上同时满足实时性要求,具有较高的工程应用价值.     

基于FPGA的实时边缘检测系统设计

边缘信息是数字图像的重要特征,用于描述图像中物体和背景之间的分界线。随着计算机视觉算法的复杂度不断提高,传统的软件平台逐渐无法满足实时性要求。为了解决该问题,本文提出了一种基于现场可编程门阵列FPGA的实时边缘检测系统设计,利用FPGA可并行处理、运行速度快等优点,对CMOS摄像头实时采集的视频数据进行边缘检测。板级测试结果表明设计达到预期效果,具有一定实用价值。     

准分子激光治疗设备光斑能量密度的可视化分析

提出用于光斑能量密度可视化分析的方法,先通过对准分子激光光斑图像进行预处理,再对光斑波面采用泽尼克多项式进行波前拟合和重构,并利用伪彩色技术将激光光斑的256级灰度图像变换为连续变化的伪彩色图像,通过空间灰度插值运算将离散的图像数据生成光斑的彩色三维模型,实现激光光斑能量分布结构的三维可视化,反映了光斑不同区域能量分布的相对大小和位置,为准分子激光治疗设备质量评判提供重要依据。     

基于FPGA延迟线插入法的半导体激光测距

为了提高系统的集成度,同时兼顾精度,介绍用FPGA延迟线插入法采实现较高精度的脉冲激光测时、测距的原理和技术途径.FPGA延迟线插入法是在直接计数法的基础上,采用FPGA内部延时单元将时间间隔转化为数字量,经高速锁存器锁存后得到代表延时信息的温度计编码值来实现高分辨率的时间测量.提出了一种实用的高速时钟下(400 MHz)延迟线延时信息的锁存方法,并设计了FPGA时间数字转换电路及其延迟单元时间测量电路.测试结果表明,FPGA延迟线插入法可以将单点时间分辨率提高到80 ps,多次测量可达40 ps,对应距离分辨率为毫米级.将其应用于脉冲激光测距系统,进行了测距实验研究,给出了实验数据和测量误差分析,最终得到±10 cm的测距精度.     

小型CMOS太阳敏感器

提出并设计了一种基于FPGA的小型CMOS数字式太阳敏感器.对其光学系统设计参数进行了合理选择,采用了"质心法"求取太阳像光斑中心位置,并用最小二乘法对该太阳敏感器进行了标定.经过测试,应用该技术实现的太阳敏感器样机的视场范围可达到60°×60°,测角精度可达到0.05°,帧频10Hz,质量小于250g,总功耗为750mW.包括处理电路在内的整个结构尺寸为80mm×80mm×35mm.     

一种光幕测速信号的图像处理技术

在光幕靶精密测速系统中,提出了一种基于图像处理算法的信号处理技术,消除随机噪声对光电探测信号的干扰,从而可以精确荻取物体通过前后两光幕靶的间隔时间.该技术将间隔时间的计算转换为图像中目标物体尾部位置的计算.首先去除孤立点、毛刺等图像缺陷,得到只有一个连通区的图像,再用图像面积除以平均宽度计算物体的长度,求出对应的尾部位置.从前后光幕图像的尾部位置分别得到了物体通过前后两光幕靶的准确时间,两者相减最终得到间隔时间.实验表明系统采用该处理技术能够精确荻取间隔时间,实测的速度数据稳定、有效,测量精度可以达到0.05%.     

一种基于亮度阈值的激光光斑中心定位算法

激光光斑图像的光斑中心定位是激光位移检测中的关键技术之一.为提高桥梁挠度测量系统的实时性能,本文针对测量中激光光斑图像的特点,提出了一种确定光斑中心位置的方法.利用激光图像中光斑区域与其它区域亮度差别较大的特点,确定亮度阈值并将光斑图像进行二值化处理,得到一幅仅有激光光斑的图像,根据圆上平行弦的中点连线通过圆心的原理,通过求弦的中点确定圆心.本方法原理简单,计算量小,计算速度快,能够满足测量系统的实时性要求,已在测量实验中取得了较好的效果.     

数字摄像法测量激光近场光斑照度

激光打在漫反射屏上形成直径几厘米的近场光斑,人工使用照度计能直接测量光斑照度,但容易造成误差.本文通过数字摄像法得到相机拍摄的光斑图像的灰度,在Tsai模型基础上考虑漫反射率和相机离轴角的影响,建立了光斑照度映射与图像灰度的数学模型,由图像中的灰度能计算得到漫反射屏上光斑的照度.该方法简单、准确.通过实验和数据分析结果表明:光斑上不同位置目标点的照度映射后和图像对应像元灰度的关系符合CCD响应度的线性关系,从而为研究漫反射屏上照度测量方法提供了新的参考.     

电视图像传感器检测平台的研制

为了准确、客观评价面阵CCD器件和整机多项性能参数,研制了电视图像传感器试验检测平台系统.整套系统装置采用组合式的设计理念,由两部分构成,电视图像传感器性能参数测试系统测量噪声、响应度、饱和照度、阈照度、动态范围、系统信噪比(SNR)、信号传递函数(SiTF)、均匀性等,其测试系统误差为4.28%;电视图像传感器成像系统组件定标与试验检测系统测量系统调制传递函数(MTF)、系统畸变、视场角与焦距、系统分辨率、系统光学同轴度等,其系统误差为4.48%.     

智能化红外成像光斑测试仪的研究

研制成一种集光、机、电、算于一体的智能化的红外成像光斑测试仪。该测试仪以1.064mm的激光光源模拟无穷远的点光源, 利用红外面阵CCD自动寻找测量目标在不同视场角下的最佳像面位置,对同波段红外导引头光学组件的成像光斑进行检测。实时采集的信号通过RS-232串口通讯输入计算机,采用重心法对所采集的光斑信号进行数据处理,分析光源通过被检测系统后,在其焦平面上的成像光斑的质量。所采集到的光斑信号可以三维图形、截面图或数据表的形式进行显示、输出。测试结果表明:系统重复性好(重复性误差小于2%)、可靠性高、自动化程度高。     

圆锥面拟合的太赫兹发散角精密测量研究

针对太赫兹(THz)光束发散角精密测量问题,以单频连续波太赫兹源为研究对象,搭建了基于圆锥面拟合的太赫兹发散角测量装置。通过研究太赫兹光束的传播模式,分析其在空间上的光强分布特性,提出将太赫兹输出光束在远场范围内视作圆锥曲面,利用太赫兹探测器采集光斑图像,根据图像的边缘点坐标构建圆锥曲面,借助间接平差对边缘点数据做预处理并进行参数迭代与圆锥面拟合计算出光束发散角数值。结果表明,被测100 GHz的太赫兹源发散角为2.73°,相对扩展不确定度为3.8%(k=2)。     

畸变测量中应用窗口傅里叶变换载频条纹分析

为了测量光学成像系统的径向畸变,提出了基于伸缩窗口傅里叶变换空间载频条纹相位分析的测量新方法.畸变分布测量转化为调制相位测量.首先,将纵向朗奇基准光栅作为模板,通过成像系统成为变形光栅即畸变像.接着采用伸缩窗口傅里叶变换提取畸变载频光栅条纹中心无畸变点的基频和相位信息,获得理想无畸变像的基频成分,然后对变形载频光栅条纹进行频谱分析,滤波提取基频信息、逆傅里叶变换、相位解包,提取径向调制相位分布,计算畸变图像的径向位置畸变分布.最后利用该径向位置畸变分布规律和双线性插值灰度重建对畸变图像进行校正.详细的理论分析和实验结果证明,该方法是可行的.     

火箭橇试验橇体时空位置全程测试——单台光电经纬仪法

本文针对火箭橇试验橇体时空位置的全程测试问题,提出了单台光电经纬仪时空位置测试法,该方法采用单台光电经纬仪对火箭橇试验橇体全程运动图像进行跟踪拍摄,通过跟踪图像判读获得的测角信息、光电经纬仪站址信息、火箭橇轨道直线方程3者之间的关系,事后处理出火箭橇全程时空位置．同时提出了采用同帧画幅处理与多点标定事后误差曲线拟合的方法对时空位置事后数据进行逐点修正,可大幅提高测试数据精度．     

四边形分片逼近控制点的图像畸变校正算法

针对传统的图像畸变校正算法建模复杂、实时性差且图像信息易丢失等缺点,提出了一种基于四边形分片逼近控制点的图像畸变校正算法.该方法以标准点阵图像作为量测目标,将数学形态学和滑动邻域操作相结合以确定畸变图像像素点质心,采用基于四边形分片逼近的方法来拟合高次多项式校正模型,运用两步一维线性灰度级插值向后映射算法确定输出图像中像素点的灰度.将该算法在TMS320DM6437 DSP上实现,实验结果表明,校正一幅像素为768×494的图像所用的时间为0.036 S,畸变校正的误差在0.31个像素以内,有效地避免了边缘信息丢失、空洞及灰度失真现象.