遥感相机自动检焦技术研究

将基于图像处理的自动检焦技术应用于线阵CCD推扫成像的空间遥感相机中。图像法检焦的关键在于对焦评价函数的选取。通常对焦评价函数是在摄影目标不变的情况下得出的,而推扫成像的线阵CCD相机在任意时刻所拍摄的景物都是不同的,这就给对焦评价函数的选取增加了难度。用功率谱的方法对任意景物在空间频域进行分析表明,功率谱对于自然景物具有一定的不变性。由此建立了基于功率谱的对焦评价函数,采用小波去噪与亮度归一化相结合的图像预处理技术有效地去除了图像噪声和亮度变化对对焦精度的影响。通过对功率谱评价函数进行加权处理,提高了对焦评价函数曲线的灵敏度。仿真实验表明了所构造的对焦评价函数是可行的。     

基于图像自准直自动调焦技术

根据航空相机调焦准确度要求及CCD相机成像特点,提出了一种基于图像处理技术的航空相机自动调焦系统.该系统基于自制分辨率靶标,图像清晰度函数及优化的爬山算法,利用自准直离焦补偿法实现由温度、大气压力引起航空相机离焦量的校正;通过引入飞机高度数据进行离焦量计算,并通过自准直调焦技术实现离焦校正.对本系统进行了自动调焦测试实验,结果表明,该系统对相机的离焦校正误差小于相机的1/2焦深,能够满足航空相机快速、高准确度调焦要求.     

基于图像处理技术的航空相机镜头焦面自准直定位研究

提出基于图像处理技术的航空相机镜头焦面定位的方法,利用光电自准直原理进行焦面定位,并选用两种图像清晰度评价函数实时提取图像清晰度特征,采用优化的爬山算法进行快速检焦。仿真实验结果表明:利用本系统对焦距为750 mm,F数为6.3,CCD像元尺寸为6.8 m6.8 m,成像光谱为500 nm~800 nm的航空相机进行焦面定位精度测定,得到相机的半焦深为0.040 mm,可用于航空CCD相机的焦面检定及航空CCD相机的自动调焦系统。     

基于线阵CCD的空间相机实时检焦系统研究

实时精密检调焦技术是空间相机必不可少的重要组成部分,它直接影响相机的成像质量。如何对焦面位置进行检测是精密检调焦技术的核心。基于线阵CCD的空间相机实时检焦系统是用线阵CCD作为光采样元件,结合特殊设计的精密自准直检焦光学系统,实现对空间相机焦面位置的精确检测,并通过实验验证,达到较为理想的结果。     

一种推扫型敏捷遥感卫星星上自动调焦技术

调焦评价函数的性能是影响推扫型遥感卫星星上自动调焦的重要因素。结合敏捷遥感卫星的成像特点和星上处理单元的计算特性,设计了一种敏捷遥感卫星自动调焦策略,提出了一种改进的灰度梯度函数以作为调焦评价函数。该方法在传统灰度梯度函数基础上,结合图像边缘信息与离焦状态的关系,将灰度标准差作为边缘阈值,提取了有效边缘信息并计算图像清晰度。研究结果表明,所提方法具备高灵敏度、强单峰性和良好的时效性,对调焦成像时的场景变化和噪声具有很高的鲁棒性,相比其他常用灰度域调焦评价函数具有明显优势。     

一种可用于人眼像差哈特曼-夏克测量仪的自动离焦补偿方法

针对目前人眼像差哈特曼-夏克测量仪不能自动补偿人眼离焦的不足,通过分析不同调焦状态下连续采集的哈特曼-夏克光斑图像序列,构造了离焦补偿评价函数,在现有像差测量仪平台上实现了人眼像差自动离焦补偿。算法根据调焦过程中哈特曼-夏克光斑的形态变化,定义了通过光斑图像评估离焦补偿结果的评价标准,并依据评价函数确定最佳光斑图像对应的离焦补偿量,从而确保哈特曼-夏克波前传感器能准确测得离焦补偿后剩余的人眼像差。实验结果表明,本方法对杂散光噪声具有较强的稳健性,可以准确实现调焦系统的自动离焦补偿,为后续像差测量仪精密测量人眼高阶像差提供了十分重要的方法。     

推扫式航空遥感器像面调焦机构设计

为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm,满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。     

空间太阳望远镜在轨自动调焦的最小图像熵判据

由于复杂的发射状态和动态在轨空间环境以及高达0 1″的角分辨率,所以自动调焦技术已成为太阳空间望远镜在轨图像处理中的关键技术。在分析图像离焦时的状态特性的基础上,提出了一种新的更适用于空间相机的离焦判据———最小图像熵判据。最小图像熵合焦判据更适合于低对比度的天体目标。利用计算机仿真程序演示了给定目标经系统成像的过程,计算了不同离焦状态下的图像熵。这一技术将应用于2005年发射的太阳空间望远镜中。     

调焦评价函数灵敏度的影响因素分析

调焦评价函数对离焦图像的灵敏度直接影响着自动调焦的精度。许多对调焦函数性能研究中,都只是对各个不同函数的灵敏度相互比较,忽略了调焦评价函数的灵敏度不仅和函数本身有关,还和调焦选择区域大小以及罔像的空间频率等参量有关的问题。从成像原理基本公式推导出调焦评价函数灵敏度的数学模型。然后根据公式得出在光学系统的焦点附近,调焦评价函数的灵敏度与图像的空间频率成高次正比关系,与调焦区域的面积成线性正比关系,与照明光源的波长和光学系统空间截止频率成二次反比关系。最后实验证明理论分析的正确性。从而为实践中的自动调焦系统设计提供理论指导,以便有目的地选择和控制调焦系统的各个参量进一步提高自动调焦精度。     

基于像散法的线阵CCD相机检焦技术

航天立体测绘相机受卫星发射过程的振动、冲击以及复杂的空间环境的影响,相机的靶面将不同程度地偏离相机的焦平面,导致图像分辨率下降.对于测绘相机,其主点位置和主距变化量直接影响地面目标定位准确度.为了弥补利用编码器进行检焦的不足,提出了一种基于像散量的检调焦方法.该方法采用四象限光电探测器测量相机靶面变化引起的像散量,参照已标定的靶面位置与像散量之间的关系,计算出靶面偏离相机焦平面的实际大小和方向.这种检焦方法包含引起相机靶面离焦的所有因素,试验结果表明,基于像散法的测绘相机调焦机构的分辨率可达0.025mm.     

基于直线的射影不变性和极线约束标定摄像机参数

提出一种用图像对标定摄像机参数的新方法。传统自标定方法需要先由图像特征计算基础矩阵,该方法则是从图像中提取一组未知长度和长度比的平行直线,以图像中心坐标为主点初值,利用直线的射影不变性先求得摄像机焦距、旋转矩阵和平移向量的初值;再由图像对固有的极线约束来优化摄像机的参数,从而得到高精度的主点、焦距、旋转矩阵和平移向量。使用该方法对图像目标进行三维重建,仿真实验表明：该方法对场景要求较少,原理简单,方法易行,标定摄像机参数精度较高。     

四通道可见光光谱相机的设计

随着光谱技术的发展，多光谱相机在农业、医疗、机器视觉、遥感探测等领域都得到了广泛的应用。提出一款小型化四通道可见光波段的多光谱相机，尺寸为107 mm×110 mm×74 mm，质量1 043 g，适合搭载在小型化无人机上进行遥感探测。相机系统采用棱镜分光光路设计方案，避免光程差和光轴偏移；设计开发的四通道可见光多光谱相机，采用一个FPGA控制器同时驱动4个图像传感器，实现4个通道像素级同步采集，曝光完全一致。实验结果显示:在红、绿、蓝3个特定波段及全波段相机可实时输出图像，既可输出某个特定波段图像(60 fps)，也可同时输出4个波段图像(15 fps)，有利于多波段图像同步采集，以及多光谱图像融合的研究。     

调焦辐射层析成像法重建三维发光体辐射场

提出了用一个摄像机重建三维发光体辐射场分布的方法。连续的三维发光体可以看成若干个互相平行的二维发光断层的组合。对发光体某断层进行聚焦摄象,得到的图像是该断层的高斯像和其他断层分别聚焦摄像,可得到组辐射图像,再用图像反汪算法,即可重建各断层的辐射场。实验模拟了具有我断层的三维发光体,获得了初步结果。     

点扩散函数高斯拟合估计与遥感图像恢复

为了减轻或消除航天遥感相机成像过程中图像退化造成的模糊,突出图像的特征目标,对获取的图像进行了恢复处理。首先,采用陷波滤波器在频率域对遥感图像进行了去噪预处理。然后,通过图像中具有刀刃边缘的地物估计成像系统的退化函数,即点扩散函数;同时,利用高斯拟合对估计的点扩散函数进行校正。最后,利用拟合后的点扩散函数,采用自适应维纳滤波对图像进行恢复。实验结果表明：陷波滤波器基本消除了图像中叠加的条带噪声。与原图相比,细节图像恢复后其方差增大4.395,灰度平均梯度增大1.799,Laplacian梯度增大10.014,图像目视效果更清晰。高斯拟合的点扩散函数用于遥感图像恢复,减轻了图像模糊,使图像细节突出,纹理清晰,利于图像的判读和分析。     

Spectral band invariant wavelet-modified MACH filter

Filters synthesized with images of a specific spectral band in general fail to recognize targets in a different spectral band. In this paper, we therefore demonstrate the use of the wavelet-modified maximum average correlation height (WaveMACH) filter for automatic target recognition applications in both the visible and infrared (IR) spectral bands. As any input target appears different when imaged through two different sensors, i.e., a CCD or an IR camera, a WaveMACH filter synthesized using a CCD image shows no correlation with the image of the same target from an IR camera and vice-versa. Hence, separate filters are required to match the input targets from the two sensors. To avoid the synthesis and storage of separate filters, the images from CCD and IR camera are fused using Daubechies wavelet and then the rotation-invariant WaveMACH filter generated with the fused image. In all, 18 WaveMACH filters (each of 20° range) are required for in-plane rotation invariance in both the spectral bands for the full range of 0–360°. Computer simulation and experimental results implemented in hybrid digital–optical correlator architecture are shown for the proposed idea. The same filters have also been used to identify multiple targets in a scene. Performance measures like peak-to-sidelobe ratio (PSR), peak correlation energy (PCE) and correlation peak intensity (CPI) have been calculated as metrics of goodness.     

相位变更方法发展简述

相位变更(Phase diversity,PD)波前传感是一种较新的波前传感方法,它使用相对简单的光学系统,运用最优化计算方法,借鉴图像处理中的一些技术手段,在得到波前信息的同时,还可以得到目标的清晰像。PD方法经过20多年的发展,在理论上和技术上日臻完善,已经在空间望远镜共相位调整,目标成像清晰化处理等多个领域得到了应用。但PD方法也存在计算量大,探测动态范围小等缺点,其在实际光学系统中的应用仍有待于进一步的研究和探讨。     

航天遥感相机动态钳位设计

提出了航天遥感相机的动态钳位方法,该方法通过在相机的模拟前端对大气程辐射值进行减除,实现场景信息的充分量化.建立了航天遥感相机成像链路模型,分析了大气程辐射对图像灰阶范围的影响.研制了动态钳位相机,实现了在相机硬件电路中减除模拟信号.在外场对动态钳位相机进行了实验验证,实验中利用MODTRAN软件计算大气程辐射并转换为相机钳位值.实验结果表明:本文方法可使相机低端信息得到充分利用,图像灰阶范围能够提高62%;在航天遥感相机中设计动态钳位能够利用低端量化信息,用更多的量化位数来表示地物目标信息,并可提高辐射分辨率,保留更多图像的细节信息.     

Implementation of an algorithm for detecting patterns in defocused scenes using binary joint transform correlation

An original method to detect images in defocused scenes by means of a binary joint transform correlation is presented. Defocused images are described in frequency domain as the product between the Fourier transform of the in-focus scene by the optical transfer function of the imaging lens. This function, which presents positive and negative values, introduces sign errors in the joint power spectrum. The goal of this study is to detect the sign of the optical transfer function starting from the defocused image by means of a digital algorithm. Information provided by the algorithm allows to compensate the sign errors in the binary joint power spectrum and to obtain invariant correlations with respect to defocusing. Theoretical analysis and digital experiments to test the procedure are provided.     

基于多尺度均值漂移的高分辨率遥感影像快速分割方法

均值漂移算法是一种特征空间分析方法,广泛应用于自然场景影像和医学影像分割中.但算法较高的计算复杂度成为其在具有海量特性的遥感影像中应用的瓶颈.文章将均值漂移算法拓展到小波域,提出了一种小波域均值漂移快速分割算法.多光谱遥感影像和仿真影像的实验表明:在获得相当的分割结果的前提下,相比单尺度均值漂移算法,提出的分割算法能够...     

Double-pass grating imaging spectrometer

A double-pass grating imaging spectrometer is proposed and demonstrated. The traditional entrance slit is replaced by a middle reflective slit, which is used as a spectral filter rather than a spatial filter. The light from the scene passes through the same dispersive grating twice. The full image of the scene can be obtained with a snapshot. Therefore, the stripe noise and image distortion caused by image mosaicking can be eliminated.Besides, the target is easier to be captured and focused, just like using a camera. This method can be used to obtain clearer spectral images of the scene conveniently and quickly.