星载可见光相机成像仿真建模研究

针对星载可见光相机成像模拟在逼真度和灵活性方面的综合仿真应用需求,研究并提出了一种以三维场景为基础,以光线追踪技术为主要渲染核心,综合考虑卫星轨道和姿态、光照条件、物体光谱特性和周边环境、大气传输、遥感器成像性能等影响因素的全光路成像模拟技术的仿真模型,文中首先从完备性及可扩展性的角度尝试建立了成像仿真系统的综合模型框...     

基于低空成像信息的热红外成像仿真研究

提出了一种由低空飞行获取的以红外图像为数据源的中远红外仿真方法。首先通过大气辐射传输模型计算出测量条件下的程辐射和大气透过率,反演出地面温度,然后再由大气传输模型计算出仿真条件下的程辐射和大气透过率,并仿真卫星高度下的红外图像。以飞艇为平台,并搭载中远红外成像系统进行飞行,对获取的数据进行仿真模拟。试验结果表明,这种利用大气辐射传输模型和基于低空成像信息的遥感图像仿真方法可以用于模拟相同地区相同波段范围的卫星图像。     

基于在轨成像物理机理的立体测绘相机建模与仿真

基于在轨成像物理机理的立体测绘相机成像建模与仿真综合考虑了大气辐射传输、卫星运行平台、光学系统成像、相机辐射响应等各个环节,采用数值模拟技术进行精确建模,可用于进行成像过程端到端的完整分析,评估成像系统设计可行性及成像质量。本文以可见光立体测绘相机为例,采用高精度高、分辨率地表物理模型作为输入源,首先结合立体测绘相机内外方位元素计算正视相机和前视相机CCD光敏面各亚像元区域中心的观测向量,然后根据目标相机的成像参数得到地面目标在相机入瞳处的辐亮度,最后通过光线追迹算法和光学系统点扩散函数模型计算探测器靶面的辐通量,经由探测器辐射响应模型得到数字影像。实验结果表明,正视相机几何物理模型定位精度达124 m,前视相机定位精度达193 m,能够较为可靠地模拟出立体影像,模拟方法可行。     

计算光场成像

光场为三维世界中光线集合的完备表示。通过记录更高维度的光线数据,光场能够准确感知周围复杂多变的动态环境,支撑智能系统对环境的理解与决策。计算光场成像技术围绕光场及全光函数表示,旨在结合计算、数字传感器、光学系统和智能光照等技术,以及硬件设计、软件计算能力,突破经典成像模型和数字相机的局限性,建立光在空域、视角、光谱和时域等多个维度的关系,实现耦合感知、解耦重建与智能处理,具备面向大范围动态场景的多维多尺度成像能力。光场成像技术正逐渐被应用于生命科学、工业探测、国家安全、无人系统和虚拟现实/增强现实等领域,具有重要的学术研究价值和广阔的产业应用前景。然而,伴随着高维数据的离散化采样,光场成像面临空间分辨率与视角分辨率的维度权衡挑战,如何对稀疏化的采样数据进行光场重建成为计算光场成像及其应用的基础难题。与此同时,受制于光场信号的高维数据感知量,光场处理面临有效数据感知与计算高效性的矛盾。如何用光场这一高维信息采集手段,取代传统二维成像视觉感知方法,并结合智能信息处理技术实现智能化高效感知,是实现光场成像技术产业化应用的巨大挑战。对过去20年来计算光场成像装置与算法的研究进行概述和讨论,内容涵盖光场表示和理论、光场信号采集、空间与视角维度重建等。     

基于Vega的红外图像仿真

介绍了红外成像仿真的基本理论,讨论了利用Vega传感器模块将输入的可见目标图像生成红外图像的技术。该技术使用Creator软件进行三维几何建模和纹理映射,使用TMM软件进行红外材质建模;然后,用Mat软件进行大气衰减的计算;最后,用SensorWorks软件进行传感器特性建模,通过光电转换生成红外图像。以阿帕奇AH6直升机为例进行了红外图像仿真,结果表明,利用Vega传感器模块进行传感器建模,建模效果较好,成本低,易于工程实现。     

基于Vega的红外图像仿真

介绍了红外成像仿真的基本理论,讨论了利用Vega传感器模块将输入的可见目标图像生成红外图像的技术。该技术使用Creator软件进行三维几何建模和纹理映射,使用TMM软件进行红外材质建模;然后,用Mat软件进行大气衰减的计算;最后,用SensorWorks软件进行传感器特性建模,通过光电转换生成红外图像。以阿帕奇AH6直升机为例进行了红外图像仿真,结果表明,利用Vega传感器模块进行传感器建模,建模效果较好,成本低,易于工程实现。     

编码摄像

编码摄像通过对光照、光路、传感等进行调制获取编码耦合的场景信息,并利用解码计算与图像信号处理,实现高精度场景重建,从而突破传统光学成像模型和物理器件的局限,有效提升成像系统的信息传递效率。随着光源、光学元件、传感器等成像要素的不断革新以及新型成像方法的出现,编码摄像技术取得了快速的发展,应用前景广阔。本文对编码摄像技术的进展进行了综述,重点围绕光照编码、光路编码和传感编码三个方面进行介绍。     

基于光线追踪的实时可交互计算生成集成成像方法

为提高计算生成集成成像实时交互显示性能和灵活性,构建与集成成像再现系统结构一致的集成光场视见模型,通过该模型为单元图像阵列中每个像素生成一条逆向追踪的光线,使用光线追踪技术并行渲染光线为单元图像阵列像素着色.实验结果表明,顶点数为565 880的点云模型、面数为977 308的含纹理网格模型在透镜数为22×13、视点数为175×175的4K显示系统上显示帧率40fps以上,并实现了缩放、移动、旋转、显示微调等交互功能.该方法摆脱了虚拟相机模型,降低了算法复杂度,利于实现实时交互,能够应用于基于不同分布形式透镜阵列的集成成像显示系统.     

利用QuickBird数据进行热红外遥感成像模拟的研究

针对基于机载热像仪图像或随机产生仿真场景的早期热红外成像模拟系统,提出了对高分辨率QuickBird图像进行星载热红外成像模拟的方法。基于高分辨率QuickBird图像,采用ISODATA法进行非监督分类,得到土地分类专题图,通过地物光谱数据库获得场景地物温度及发射率,从而可获得地面辐亮度图像;利用大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,结合卫星遥感器辐射定标系数,最终可得到卫星遥感器输出图像。仿真结果表明,利用QuickBird进行热红外遥感成像模拟是一种全新而有益的尝试,对伪装效果检验等具有一定的参考价值。     

激光跟瞄仿真系统及两种跟瞄方法

基于OpenGL和大气传输光学分析的3维全数字仿真是激光跟瞄系统的重要研究手段。为提高跟踪和瞄准精度,从激光跟瞄仿真系统整体出发,研究了目标成像中的投影变换、成像与跟踪的关系、高精度跟踪现有算法的控制过程仿真等内容,并提出了基于大视口、目标大气传输图像序列的跟瞄仿真技术。说明了仿真系统中跟瞄精度分析的特点。就某仿真场景,设计了"头部顶点"和"两点提取"两种跟瞄方法,在不同大气湍流条件下得到了它们的跟瞄精度,说明应用该激光跟瞄仿真系统,能够预先设计、测试和验证一些跟瞄方法,帮助进行算法分析和改进,从而提高工作效率和节约成本。     

微光电视成像系统表征方法

 在分析微光电视成像系统的基础上，提出了适用于微光电视成像系统仿真所用的微光场景图像数据的要求及生成方法；针对第二代近贴聚焦系统和第三代像增强系统，建立了微光电视成像系统的能量增益理论模型；引入３维噪声理论模型表征了微光成像系统的噪声；最后，提出了微光电视图像噪声抑制算法的评价方法。仿真结果表明：经微光系统传递后，图像中的高频信息变模糊，加入噪声后，信噪比降低；而经过5帧平均算法后的图像质量明显改善，对比度增加。     

基于自适应无下采样提升框架的Stokes图像获取方法

根据成像偏振探测中stokes参数图像获取的原理和方法，分析了传统求取stokes参数图像方法在保留图像细节信息和处理输入图像微小平移等方面的不足，在此基础上提出了基于自适应平移不变小波分解的stokes参数图像求取方法，并用无下采样的提升框架来执行平移不变小波分解以提高算法的灵活性和计算速度.针对不同的stokes参数图像求取方法，用均值、方差、熵、边界能量对融合结果进行评价和分析.通过仿真，表明本文方法提高了stokes参数图像的质量并改善了stokes参数图像计算方法对输入图像平移的敏感性.     

红外成像仿真中的若干关键技术研究

列举了海洋背景红外热像生成中的关键技术,从目标温度和发射率的确定、背景的辐射、大气传输、传感器建模几个方面阐述了信号注入仿真的特点,最后讨论了用OpenGL生成三维场景的技巧和方法。     

TDI线扫相机光学通道建模与仿真

卫星相机建模与仿真研究不论在民用还是军事领域都具有重要的理论研究和实际应用价值。根据TDI线扫相机的工作原理建立了一个TDI线扫相机光学通道的数学模型,该模型包括从景物到TDI CCD离散图像的几何投影关系和能量传递关系两部分,对于确定的成像系统,给定景物参数和光学系统参数,就可以确定对应图像传感器上的离散图像。为了验证模型,对一幅卫星图像进行了计算机仿真。建立的模型可以用来研究当成像条件改变时对图像的影响,进一步还可以用来发展虚拟卫星相机系统。     

Three-dimensional integral imaging with improved visualization using subpixel optical ray sensing

In this Letter, we propose an improved three-dimensional (3D) image reconstruction method for integral imaging. We use subpixel sensing of the optical rays of the 3D scene projected onto the image sensor. When reconstructing the 3D image, we use a calculated minimum subpixel distance for each sensor pixel instead of the average pixel value of integrated pixels from elemental images. The minimum subpixel distance is defined by measuring the distance between the center of the sensor pixel and the physical position of the imaging lens point spread function onto the sensor, which is projected from each reconstruction point for all elemental images. To show the usefulness of the proposed method, preliminary 3D imaging experiments are presented. Experimental results reveal that the proposed method may improve 3D imaging visualization because of the superior sensing and reconstruction of optical ray direction and intensity information for 3D objects.     

基于分块平滑投影二次重构算法的单像素成像系统

单像素成像系统是通过无空间分辨能力的单像元探测器来获取目标二维分布信息的计算光学成像技术,与传统直接成像技术相比具有高能量收集效率、高灵敏度等一系列优点,在高能物理诊断技术领域有着广阔的应用前景。针对实际单像素压缩感知成像系统在复杂诊断环境中存在的重建噪声较大的问题,提出并实现了基于分块平滑投影Landweber二次重构算法的单像素成像系统。根据算法观测矩阵分布特性以及数字微镜硬件输入要求实现了实际投影观测矩阵的变换,利用二次重构算法实现了单像素诊断的仿真分析与实验测试。仿真结果表明,在采样率为20%～30%的条件下,重建图像峰值信噪比大于20 dB,结构相似性高于0.8。进一步搭建单像素成像平台完成实验研究及验证,实验结果表明,利用二次重构算法模型对目标场景进行恢复的效果优于其余两种传统算法。二次重构单像素成像系统在采样率仅为20%的条件下能够重建出清晰的原始图像,具有较好的噪声抑制特性。     

Omni-total variation algorithm for the restoration of all-focused catadioptric image

In this paper, we present a novel omni-total variation (Omni-TV) algorithm for the restoration of defocus blur to obtain all-focused catadioptric image. Catadioptric omni-directional imaging systems usually consist of conventional cameras and curved mirrors for capturing 360° field of view. Mirror curvature in the catadioptric camera often leads to noticeable blurring artifacts in omni-directional imaging. The problem becomes more severe when high resolution sensor is introduced. In an omni-directional image, two points near each other may not be close to one another in the 3D scene. Traditional gradient computation cannot be directly applied to omni-directional image processing. Thus, an omni-gradient computing method combined with the characteristics of catadioptric imaging is proposed, in which an Omni-TV minimization is used as the constraint for deconvolution regularization. The proposed method is vital for improving catadioptric omni-directional imaging quality and promoting applications in related fields like omni-directional video and image processing.     

Sensor resolution enhancement for remote imaging by synthesizing mask-based camera array images

In this paper, we propose an architecture based on camera array with masks to enhance the sensor resolution of remote imaging system. The sensor resolution is enhanced by multiplexing the sensor images of each camera, in which the angular resolution bandwidth is converted using masks to expand the spatial resolution bandwidth. The improvement of the sensor resolution depends on the number of cameras in the array. The theory of improving the sensor resolution is discussed both in Fourier domain and spatial domain. We verify resolution enhancement of the architecture by ray-tracing imaging simulation. A simulation model is built to verify the resolution-enhancing ability of the camera array architecture. From each camera in the array, we get a resolution-limited image. The reconstructed image is synthesized from all the images of the cameras. The post-synthesized image has finer information details compared with the images of each camera. The resolution improvement varies with the object distance. The optimal resolution improvement of the reconstructed image is equal to the total sensor pixels of the camera array.