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.     

联合变换相关器像移测量试验系统设计

为了测量卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机亚像元像移,设计了基于联合变换相关器的像移测量试验系统。阐述了该方法的数学原理,面阵CCD的安装位置以及输入图像序列的获取方法。根据相关参数确定了试验系统的傅里叶透镜结构和参数,最终设计了试验系统。应用线性插值和像元合并方法获得具有亚像元像移的图像果表明,像移测量的精度不随景物的内容而变化,测量得到的像移误差均方根值<0.2pixel。     

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。     

基于双相位编码联合变换相关器的图像位移探测算法

提出了基于双相位编码联合变换相关器(JTC)的图像位移探测算法.随机产生一相位码对参考图像编码,与目标图像叠加作为输入图像,通过傅里叶变换得到联合功率谱,用同样的相位码对其编码并进行滤波,傅里叶逆变换后得到涉及位移矢量的互相关峰.给出了多帧图像间位移矢量的探测技术.相比传统的相关器探测技术,此算法能更有效地利用输入平面...     

利用分数傅里叶变换相关实现散斑相关测量

提出了一种在匹配滤波相关中利用分数傅里叶变换代替傅里叶变换实现散斑相关测量的方法.利用分数傅里叶变换的指数性质,采用把移变后的散斑图像先进行相位调制,再进行分数傅里叶变换的方法,有效地解决了分数傅里叶变换的移变性带来的谱移问题.编程模拟和拉伸试件位移场测量的结果表明,只要选择合适的分数傅里叶变换级次和相位调制函数,可以得到优于傅里叶变换相关的理想输出.     

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。     

基于数字散斑照相术测量刚体面内位移

数字散斑照相术通常测量刚体的面内位移。从基本原理着手,研究了基于散斑照相术的两种常用方法,即数字图像相关法和傅里叶变换法。论述了数字图像相关法中的亚像素梯度算法,讨论了如何选择子区的大小,优化测量结果;傅里叶变换法通过对散斑图进行傅里叶变换和数学形态学等一系列操作,获得精确的条纹间距,从而更好地计算面内位移。实验结果表明,傅里叶变换法的测量精度要高于数字图像相关法。     

信息光学 光学滤波与频谱分析

O438.22006010284散斑分数傅里叶联合变换相关测量研究=Research on themeasurement of speckle displacement with joint fractionalFourier transformcorrelation[刊,中]/赵玮(第二炮兵工程学院基础部物理教研室.陕西,西安(710025)),王莲芬…∥光电工程.—2005,32(9).—47-50提出了数字散斑联合变换分数相关测量方法,利用分数相关可以锐化相关峰的作用,在数字散斑联合变换相关运算中用分数傅里叶变换代替傅里叶变换,提高了测量精度。通过对散斑图像进行相位调制,有效地解决了分数傅里叶变换的移变性带来的谱移问题。编程模拟和对拉伸试…     

基于相位相关的匀速直线运动模糊图像位移参数估计

为估算匀速直线运动模糊图像的运动参数,提出了一种基于相位相关分析的图像配准方法。该方法利用傅里叶变换的平移特性,对产生平移的目标图像进行傅里叶变换并计算归一化互功率谱,其傅里叶逆变换对应二维脉冲函数,通过计算脉冲函数峰值坐标获取位移图像之间的亚像元级位移量。结合相位相关配准原理和线性空间不变退化模型,给出了匀速直线运动点扩散函数及其光学传递函数的数学描述;讨论了匀速直线运动模糊对相位相关配准结果的影响,证明了图像经过匀速直线运动退化后,位移图像之间归一化互功率谱具有不变性。实验结果表明：动态运动模糊图像最大检测误差为0.489 pixel,标准差为0.16 pixel。     

离焦对光学相关法测量空间相机像移精度的影响

为了研究使用联合变换相关器(JTC)测量空间相机的亚像元像移时CCD离焦对像移测量精度的影响,基于菲涅耳衍射理论,推导了离焦引起的二次相位因子。分别通过计算机仿真和实验,研究了对JTC使用功率谱相减并以0值为门限二值化的处理方法时,离焦对像移测量精度的影响程度。结果表明,当离焦量小于透镜焦距的5%时,由此引起的像移测量误差不大于10%,具有较好的稳健性;继续增加离焦量,则像移测量误差会呈非线性显著增加。研究结果为解决空间相机像移的在轨准确测量问题提供了有益的探索和参考。     

基于数字图像的高精度面内转角测量方法

针对科研与工程中转角测量优于5″的高精度要求,提出了一种用直线做特征标志的基于图像的测量方法。用高分辨率相机采集被测物上长直线标志,通过高精度检测图像上直线的倾斜角度来计算转角。分析了基于图像高精度角度测量中出现的多种原来无需考虑的影响精度的因素。给出了角秒级角度测量时直线的拟合检测算法以及直线标志的成像宽度、长度、与采样方向的角度等参量的选择应满足的条件。仿真和实验结果表明直线宽度5~9 pixel,直线方向避开与采样方向成0°和45°角时角度检测精度达到最优,当直线长度不小于1000 pixel时测量精度优于5″。     

光谱分辨率和信噪比对光谱线指数测量精度的影响

分析光谱分辨率和信噪比对19个Lick原子吸收线指数测量精度的影响。采用高斯卷积方法,将光谱变换到不同分辨率下,通过测量并比较光谱在不同分辨率下的线指数值探究分辨率改变对线指数测量精度的影响;通过向光谱叠加符合不同高斯分布的随机噪声方法,将无噪理论光谱改变到不同信噪下,通过测量并比较光谱在不同信噪比时的线指数值分析信噪比对线指数测量精度的影响。结果表明：改变光谱分辨率能够引起线指数测量值的变化,此变化程度依赖于分辨率的改变程度,且此依赖关系对不同指数呈不同变化趋势;信噪比对线指数测量精度的影响随信噪比的降低而增大,当信噪比高于25时,此影响可忽略。     

高精度数字图像相关测量系统及其技术研究

研制双CCD长距显微数字图像相关测量系统,它融合光电子、数字图像相关方法和散斑技术于一体,具有非接触式、高精度、宽量程、准实时、测试方法简便等优点,它可用于材料力学性能(特别是柔性高分子材料力学性能)测量、低膨胀系数新型材料线胀系数等的测量。若将其用于应变测量,灵敏度优于1με,而传统数字图像相关方法测量应变的理论灵敏度为20με。利用列阵光学元件解决了0.05 mm高衬比度微小标记的方便设置;提出消除了数字图像灰度噪声的时间平均法,使相关测量精度稳定地达到0.01 pixel。还给出金属材料拉应变的测量结果,实验结果与经典理论值相当接近。此外,还阐述数字图像相关测量技术是一种超光学系统衍射极限分辨力的测量技术。     

基于锥形透镜的光线入射角度测量系统设计与研究

为测量光线入射角度，设计了一种基于锥形透镜的新型光线入射角度测量系统。利用光阑、锥形透镜和图像接收装置，获取待测光线通过光阑射入锥形透镜后经过多次的折射和反射，在图像接收装置上得到的复杂光斑图像，通过图像处理得到光斑图像特征信息，进而求解光线入射角度。采用锥形透镜的测量方案，角度测量范围可达80°，精度最高可达 (1×10?4)″。该方案结构简单、体积小且不需要进行繁琐的安装调试。与现有的单光点测量等方法相比，该方案中锥形透镜具有角度放大作用，可大幅度提高测量精度且具有大视场；图像传感器像素分辨率对测量结果影响较小，系统光通量大，容易获得较高的信噪比。     

基于图像处理的莫尔条纹测量的CCD亚像素标定

 Talbot-Moiré技术是目前长焦距测量研究的热点。利用Talbot-Moiré技术测量长焦距时,很多都需要测量莫尔条纹的宽度或斜率,而CCD的标定精度直接影响测量精度,因此需要对CCD精确标定。文中提出采用光栅作为系统的自基准进行标定,再用图像处理的方法标定CCD。为了检验该方法的精度,在MATLAB中生成一个标准条纹图案,用图像处理和灰度拟合对其进行亚像素定位。经过对标准条纹的标定,验证了采用该文的定位方法条纹中心定位误差小于0.1个像素。最后用光栅为自基准标定了CCD,并与量块的标定结果进行了对比,证明该文的标定方法不但简单可行,而且精度较高。     

Study of the deformation characteristics of window security film by digital image correlation techniques

This paper presents a speckle-displacement measurement technique based on the digital image correlation to study the notch sensitivity and crack bridging of window security film. It is used to protect existing glazing against hurricanes, blast and terrorist explosions. The window security film is laminated to the interior side of the glass window by means of a special adhesive. When the glass is breaking, the window film keeps all glass fragments together.The proposed sub-pixel registration of the displacement field is achieved using a calculation technique based on the centre of mass localization of the complex spectrum. This approach increases the computational efficiency for displacements smaller than one pixel and performs with high precision when optimal values of the input correlation parameters are used. In order to achieve a high accuracy of the algorithm, optimization of these input image correlation parameters is offered. For larger displacements an iterative procedure which preserves the precision is successfully implemented.The speckle pattern is created by small white dots sprayed on the previously black painted film surface. As a result, white light illumination can be used which significantly simplifies the experiments.     

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。     

Detection of multi-frequency weak signals with adaptive stochastic resonance system

Aiming at the poor detection rate of multi-frequency weak signals under a strong background of noise, a novel method based on adaptive stochastic resonance (SR) theory is proposed in this paper. The optimal parameters can be obtained automatically via measurement by establishing an adaptive SR system model and using the reverse location method. After passing through the adaptive SR system, the spectrum values of all eight signals greatly improve, the largest spectrum value gain increases from 12.41 to 2033 when the frequency is 0.01?Hz, which is an improvement of a factor of 162.8, and the signal-to-noise ratio (SNR) gain of the whole system is 10.3134?dB. Under the condition of different input noise intensities and signal amplitudes, the mean SNR of the system increases from –13.1136 to –2.7614?dB, which is a 78.9% increase, and the largest SNR gain is 13.4702?dB when the noise intensity D?=?1.2 and signal amplitude A?=?0.11. Compared to the single optimal spectrum value, when defining multiple optimum spectrum values as the SNR criterion, the detection sensitivity is less than 0.35 when the input noise intensity is between 0.5 and 2.5, and the sensitivity value is 6.29 times higher when D?=?2.5. The system successfully realizes the adaptive detection of twelve weak signals, and the SNR gain is 7.9743?dB, which improves the channel capacity of signal detection. The experimental results demonstrate the high efficiency and strong applicability of the system, improving the signal processing efficiency and speed of signal transmission.     

提高基于CCD测量精度的新方法

为了提高基于CCD测量系统的测量精度,对传统的基于CCD的测量方法和测量精度进行了研究。当CCD成像平面与被测物体成一夹角α时,导出空间距离与图像像素之间的非线性关系。提出了通过标定和校准来提高基于CCD测量精度的新方法。实际结果表明,该方法可满足对大尺寸物体的高精度测量。