光学相关法测量空间相机像移的性能研究

为了测量由卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机的亚像元像移,使用了光学联合变换相关器(JTC)对安装在相机焦面上的辅助面阵CCD采集到的相邻两帧图像进行相关运算.给出了使用该方法测量像移的原理,搭建了实现JTC的光学实验平台,对JTC测量相机像移的性能进行了实验研究.结果表明,使用JTC完全可以测量空间相机的亚像元...     

基于光学相关的空间相机像移测量方法研究

为了测量由卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机的亚像元像移,使用了光学联合变换相关的方法对安装在相机焦面上的辅助面阵CCD采集到的相邻两帧图像进行相关运算.给出了使用该方法测量像移的原理,提出对联合变换相关器的输入面采用拉普拉斯卷积核进行边缘锐化,对功率谱相减并以0值进行二值化的处理方法提高像移测量准确度,并使用该方法对不同信噪比下的不同景物进行了像移测量仿真.结果表明:对于信噪比SNR=1的输入图像,当像移范围在 0~55个像元内时,该方法的像移测量误差小于0.2个像元.     

基于线阵CCD空间滤波效应的航空相机像移速度测量方法

基于空间滤波测速原理,提出了利用线阵CCD空间滤波效应进行航空相机像移速度测量的新方法。对线阵CCD输出图像进行隔行采样,模拟了多狭缝的空间滤波特性,实现了对航空相机像移速度的光学非接触测量。通过研究空间滤波器的功率谱密度函数,对影响线阵CCD空间滤波特性的关键因素进行了特性分析,并在实验上验证了利用线阵CCD推扫图像模拟多狭缝空间滤波器测量像移速度的可行性。结果表明,对于5～53.2 mm/s范围内的像移速度,测量误差导致的像移量误差不大于1/3 pixel,能够满足航空相机像移补偿精度的要求。     

相机自热引起像点漂移的实验分析与温度补偿模型研究

为减小摄影测量中温度对测量精度的影响,基于物理实验,对相机自热引起的像点漂移影响机理进行研究,提出一种针对相机自热致像点漂移补偿方法.通过摄像测量技术对不动标志点进行长期连续监测,发现测量系统温度变化确实会引起像点漂移测量误差,其中水平漂移测量误差可达1.11Pixel,竖向漂移测量误差可达2.22Pixel.基于试验...     

航空光电成像系统像移补偿技术研究

航空光电成像系统由于像移的存在导致成像分辨率下降,严重影响航空光电系统的整机性能。采用像移补偿技术可以提高航空光电系统成像质量。分析了移动探测器像移补偿技术原理与运动光学元件像移补偿技术原理,重点研究了基于快调反射镜(FSM)的高精度像移补偿技术。通过工程简化分析,分别推导了快调反射镜位于平行光路和会聚光路的像移补偿随动角度规律,并针对会聚光路中快调反射镜带来的离焦量进行分析,讨论了离焦量对光学系统波像差的影响。仿真结果表明,随着离焦量的增加,波像差呈线性增大趋势。通过分析光学系统波像差对其光学调制传递函数（MTF）的影响,结果表明F数等于8,在奈奎斯特频率处,当离焦量在0.1 mm以内,光学调制传递函数MTF的下降量在26.6%以内。     

空间目标相对运动角参数的天基光学测量精度分析

利用在轨光学相机对空间目标进行跟踪测量,目标相对运动角参数的测量精度决定了空间目标的定轨精度。建立目标相对运动角参数测量计算数学模型,推导出相对运动角参数测量误差传递公式。通过对仿真计算结果的分析,确定出影响目标相对运动角参数测量精度的主要误差源:目标成像焦面坐标提取误差、光学相机视轴转动欧拉角测量误差与测量卫星姿态惯性角测量误差。其中,光学相机视轴转动欧拉角测量误差对相对运动角参数的测量误差影响最大,约占总误差的80%。观测条件对测量精度也有很大的影响,尤其在目标过顶时,相对运动角参数的测量误差显著增大。     

高精度光电混合联合变换相关的亚像元像移测量

为更精确测量出卫星遥感相机因姿态变化和振动等原因引起的亚像素像移,提出了基于光电混合联合变换相关的像移测量方法。该方法通过对采集到的图像序列做光学相关运算,并对联合功率谱做拉普拉斯变换,得到尖锐的相关峰,再用质心法获取相关峰的坐标信息,从而测得更精确的图像像移值。阐述了基于光电混合联合变换相关的图像像移测量原理,搭建了相应的光学实验装置。实验结果表明,该方法的像移测量误差低至0.03 pixel,大大提高了图像像移的测量精度。     

基于联合变换相关的机载航空相机像移测量

为了提高像移测量精度,针对机载航空摆扫相机提出一种坐标变换法和图像相关法相结合的像移测量方法。利用坐标变换法得到初始像移速度,利用图像联合变换相关法对像移速度残差进行补偿。联合图像通过一个面阵CCD获得,该面阵CCD放置在相机焦平面上并与成像线阵TDI CCD平行,其输出的当前图像与参考图像合并构成联合图像进行二维空间联合变换相关运算,得到像移修正矢量。对该矢量分别在相机摆扫方向和载机飞行方向进行分解,从而得到摆扫像移和前向像移的修正量。仿真实验结果表明,在输入图像信噪比为4 dB时,像移测量误差在0.1 pixel以内。     

离焦成像对面积测量的影响及误差修正

针对机器视觉中存在的离焦现象,采用理论与实验相结合的方法分析了离焦成像对面积测量的影响.实验表明,当离焦量(物面偏离对准平面的距离)为10 mm时,面积相对误差达31.3%.根据图像最大梯度值与离焦量之间的关系提出了一种误差修正的方法.首先标定图像最大梯度值与离焦量之间的关系,然后求待测图像的最大梯度值,由最大梯度值求出离焦量,最后根据离焦量对图像面积进行修正.结果表明,当离焦量小于10 mm时,经修正后图像面积相对误差小于3.8%.     

离焦成像对面积测量的影响及误差修正

针对机器视觉中存在的离焦现象,采用理论与实验相结合的方法分析了离焦成像对面积测量的影响.实验表明,当离焦量（物面偏离对准平面的距离）为10 mm时,面积相对误差达31.3%.根据图像最大梯度值与离焦量之间的关系提出了一种误差修正的方法.首先标定图像最大梯度值与离焦量之间的关系,然后求待测图像的最大梯度值,由最大梯度值求出离焦量,最后根据离焦量对图像面积进行修正.结果表明,当离焦量小于10 mm时,经修正后图像面积相对误差小于3.8%.     

Use of a joint transform correlator architecture for study of speckle displacements

The optical speckle–displacement correlation technique (OSDCT) is proposed for study of in-plane speckle displacements. The joint transform correlator architecture is used to evaluate the displacements of speckle subimages of strained surfaces. The procedure of the correlation response producing as a result of cross-correlation of strainless and strained surfaces in a conventional joint transform correlator (JTC) is considered. The convenient techniques for a joint power spectrum transformation are selected. The systematic and random errors of a mean speckle pattern displacement of a rigid body motion calculated by using the OSDCT and the digital speckle–displacement measurement technique are compared. The robustness of some JTC versions (a conventional JTC, a JTC with median thresholding, a JTC with subset median thresholding, and a fringe adjusted filter JTC) to input noise of speckle patterns and output noise of a correlation response is studied.     

基于输入面形态学预处理的条纹调制滤波联合变换相关器

为改善联合变换相关器的相关输出结果,提高图像识别能力,提出了一种将输入面形态学处理与功率谱面FAF处理相结合的方法。首先,介绍了经典联合变换相关器的基本原理;其次,针对联合变换相关器的缺点和不足,提出将输入面形态学预处理和功率谱FAF处理相结合,以改进经典联合变换相关器的相关输出性能;最后,详细分析了上述改进型联合变换相关器的参数选取问题。实验结果表明：当参数选择为 、 时,相关峰很尖锐,峰值为 ,比传统的联合变换相关器互相关峰值提高了 。将输入面形态学处理与功率谱面FAF处理相结合效果好于单独使用其中一种方法,极大地改善了传统联合变换相关器的目标识别能力。     

用联合变换相关器实现灰阶图像绝对差度量光学匹配

将绝对差度量（ＡＤＭ）引入联合变换相关器（ＪＴＣ）,实现了灰阶图像光学匹配的计算机模拟实验,利用循环编码方法,通过联合变换相关器一步绝对差度量,相关后的图像通过取高阈值的分割方法来实现对目标的准确判断,针对高斯噪声干扰情况,分析了阈值选择问题,提高了灰阶目标识别抵抗器材怕畸变干扰的能力。     

Measurement of cylindrical Rayleigh surface waves using line-focused PVDF transducers and defocusing measurement method

Line-focused PVDF transducers and defocusing measurement method are applied in this work to determine the dispersion curve of the Rayleigh-like surface waves propagating along the circumferential direction of a solid cylinder. Conventional waveform processing method has been modified to cope with the non-linear relationship between phase angle of wave interference and defocusing distance induced by a cylindrically curved surface. A cross correlation method is proposed to accurately extract the cylindrical Rayleigh wave velocity from measured data. Experiments have been carried out on one stainless steel and one glass cylinders. The experimentally obtained dispersion curves are in very good agreement with their theoretical counterparts. Variation of cylindrical Rayleigh wave velocity due to the cylindrical curvature is quantitatively verified using this new method. Other potential applications of this measurement method for cylindrical samples will be addressed.     

二次光栅在波前测量中的应用

采用一种特殊的二次光栅用于激光波前测量,它对非零级衍射光束具有不同的聚焦效应,其光栅线为圆弧型而非直线。导出了在会聚光束情况下的两平面成像在单一像平面上的距离关系,实验上实现了二次光栅用于会聚光束的波前测量,测量得到会聚光束具有较大的散焦(-2.93λ)和球差(1.34λ),与该透镜引起波前的离焦像差理论理想值(-2.695λ)基本符合。该技术可以实现波前的高空间分辨力和高精度实时测量,大大减少光学元件数量,降低装置成本。由于大功率激光束的不稳定性,其波前变化非常快,所以该方法的实时性非常适合于这种波前变化的测量。     

Multi-objective strategy to optimize dithering technique for high-quality three-dimensional shape measurement

Dithering optimization techniques can be divided into the phase-optimized technique and the intensity-optimized technique. The problem with the former is the poor sensitivity to various defocusing amounts, and the problem with the latter is that it cannot enhance phase quality directly nor efficiently. In this paper, we present a multi-objective optimization framework for three-dimensional(3D) measurement by utilizing binary defocusing technique. Moreover, a binary patch optimization technique is used to solve the time-consuming issue of genetic algorithm. It is demonstrated that the presented technique consistently obtains significant phase performance improvement under various defocusing amounts.     

Microscopic structured light 3D profilometry: Binary defocusing technique vs. sinusoidal fringe projection

This paper compares the binary defocusing technique with conventional sinusoidal fringe projection under two different 3D microscopic profilometry systems: (1) both camera and projector use telecentric lenses and (2) only camera uses a telecentric lens. Our simulation and experiments found that the binary defocusing technique is superior to the traditional sinusoidal fringe projection method by improving the measurement resolution approximately 19%. Finally, by taking the speed advantage of the binary defocusing technique, we presented a high-speed (500 Hz) and high-resolution (1600×1200) 3D microscopic profilometry system that could reach kHz.     

Fourier-plane encryption technique based on removing the effect of phase terms in a joint transform correlator

We propose a Fourier-plane encryption technique based on a joint transform correlator (JTC). The technique is based on removing the effect of phase terms in JTC and the auto-correlation terms contribute to reconstructing the original image. Computer simulations and optical experiments show the proposed method is very useful for JTC architecture.