一种TDI CCD亚像元图像合成方法

通过分析TDI CCD亚像元相机输出数据的空间和频谱特点,设计了亚像元插值算法,由相机输出的两幅原始图像经过插值融合处理得到一幅比原图像分辨率高的图像.仿真结果表明,该算法较其它算法得到的高分辨率图像的效果更佳,融合之后的图像比原图像分辨率提高至少1.4倍.     

基于B样条插值算法的亚像元技术的研究

亚像元动态成像技术是目前实现卫星相机小型化及提高相机空间分辨率的一种有效方法。在不改变TDICCD相机的焦距、成像距离,以及TDI CCD器件的像元尺寸的前提下,亚像元动态成像技术可以提高相机的空间分辨率。利用B样条插值算法,研究了TDI CCD相机的图像的亚像元动态插值问题,由两幅相机输出的原始图像经过算法得到比原图像分辨率高的图像,并对比了该算法与其它几种算法的效果,分析结果表明,该算法较其它算法得到的高分辨率图像的效果更佳。     

基于分时积分亚像元融合的地球静止轨道平台消颤振技术

相较于低轨卫星线阵扫描成像模式,地球静止轨道面阵成像的曝光时间相对更长,更容易受到平台颤振的影响而造成图像模糊.为了消除由平台颤振引起的像质退化,本文提出了基于分时积分亚像元融合的方法.由于地球静止轨道的凝视成像特性,相机观察区域在长时间内保持不变,因此分时短曝光可以获得多帧目标内容相同,但模糊尺度更低的短曝光图像.然后对多帧短曝光图像采用基于能量区域质心法的相位相关算法进行亚像元图像配准,计算相对偏移量并进行补偿,位移探测准确度可达0.1像元以内,满足卫星平台应用需求.再按亚像元偏移量对多帧图像进行融合,融合的过程可以提升由于曝光时间缩短而降低的单帧图像信噪比,最终可以获得图像清晰度更高、信噪比与原长曝光图像相当、信息辨识度更好的遥感图像.     

基于分时积分亚像元融合的地球静止轨道平台消颤振技术

相较于低轨卫星线阵扫描成像模式,地球静止轨道面阵成像的曝光时间相对更长,更容易受到平台颤振的影响而造成图像模糊.为了消除由平台颤振引起的像质退化,本文提出了基于分时积分亚像元融合的方法.由于地球静止轨道的凝视成像特性,相机观察区域在长时间内保持不变,因此分时短曝光可以获得多帧目标内容相同,但模糊尺度更低的短曝光图像.然后对多帧短曝光图像采用基于能量区域质心法的相位相关算法进行亚像元图像配准,计算相对偏移量并进行补偿,位移探测准确度可达0.1像元以内,满足卫星平台应用需求.再按亚像元偏移量对多帧图像进行融合,融合的过程可以提升由于曝光时间缩短而降低的单帧图像信噪比,最终可以获得图像清晰度更高、信噪比与原长曝光图像相当、信息辨识度更好的遥感图像.     

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...     

航天TDI CCD相机成像拼接快速配准算法设计与分析

为解决卫星灵活机动多模式成像中多片TDI CCD拼接像元失配的问题,提出了一种实现TDI CCD相机成像搭接与错位像元快速拼接配准的匹配算法。通过分析卫星侧摆成像过程焦平面上像移速度矢量变化导致的多片TDI CCD拼接成像像元失配现象,设计了成像速度矢量光线追迹与齐次坐标变换方法,计算了侧摆成像过程中影响图像失配的偏流角、像移速度矢量和两片TDI CCD拼接纵向错位方向和横向搭接方向的像元数目。利用小卫星姿态控制系统半物理仿真平台和TDI CCD原理样机系统对两片TDI CCD拼接像元匹配算法进行实验验证。结果表明:视场角为10°的TDI CCD相机在卫星侧摆30°成像时,经过1个拼接周期后,两片TDI CCD拼接纵向错位和横向搭接像元数目由初始的148.5和50变为137和49,其中横向搭接像元数目与理论计算结果仅有0.1pixel的偏差,纵向错位像元数目与理论计算结果基本一致。经实验和理论对比分析,所设计的纵向错位与横向搭接像元快速拼接配准算法能够解决TDI CCD图像拼接的准确性,确保图像像元匹配进而获得高质量的图片。     

基于异步时序的高帧频相机垂直拖尾处理

介绍一种高帧频相机垂直拖尾影响的解决方法,该方法同时考虑连续采集模式下帧间图像和像元合并（binning）技术的影响。与常用的静态图像拖尾处理的算法如逆向逐行修正算法相比,该算法非常适用于连续图像拖尾处理,特别是经过Binning后获取的图像。在某自主研制的基于异步时序的40 000 帧/秒高速相机中应用该方法,有效去除了拖尾影响。最后,运用该方法处理的图像验证了算法的有效性。     

TDI CCD像元响应不一致性校正算法

线阵TDI CCD遥感相机的不一致性校正对获取高质量的图像来说具有重要意义。主要对TDI CCD像元响应不一致性的校正算法及其硬件实现进行了深入的研究。对CCD的噪声特性进行了详细的分析,给出了像元响应不一致性(PRNU:Pixel-response non-uniformity)的退化模型及校正算法,并对其计算精度进行了分析,在硬件电路上对校正算法进行了验证,详细分析了影响校正效果的各种因素。实测结果表明,校正后图像的信噪比得到显著提高。     

基于图像熵的高动态范围场景的自动曝光算法

自动曝光控制是通过控制曝光量使图像亮度最优化的过程,由于图像亮度与曝光值有着直接的关系,因而图像亮度在自动曝光算法中被广泛应用.虽然熵已用于各种图像处理应用,但是很少应用在自动曝光中.基于图像熵提出一种新的自动曝光算法,不同于传统的主要依赖于图像亮度的算法.首先根据图像熵值大小来判断光照条件,通过图像熵大小的比较,把图像的各区域划分为感兴趣区域与不感兴趣区域.然后由图像熵值大小采用分配权重方法对不同区域分配权重,最后进行准确地自动曝光.由于该算法主要基于图像熵值的大小,所以曝光效果不受图像中对象位置影响,使得该算法更灵活.实验结果表明,该算法对高动态范围场景可以准确地检测出各种光照条件,提高相机系统输出图像的动态范围,同时还增加了自动曝光的准确性.     

亚像元成像系统细胞神经网络插值方法研究

亚像元动态成像技术是实现卫星相机小型化及提高相机空间分辨率的有效方法。采用细胞神经网络(CNN)实现了对亚像元图像的实时插值,对插值的过程进行了详细的分析,并与基于亚像元图像的传统插值方法进行了对比。结果表明,亚像元成像系统细胞神经网络插值方法不仅可以节约系统资源,而且还可以提高系统的运行速度。通过仿真证明了该方法的正确性。     

多角度偏振成像仪遥感图像太阳耀斑区的拖尾校正方法

为了有效校正星载偏振相机成像时太阳耀斑区产生的拖尾,以高分五号卫星多角度偏振成像仪为例,结合多角度偏振成像仪在轨成像特点,理论分析了图像获取过程中拖尾产生的机理.建立了光斑区不含饱和像元情况下能够有效对漏光拖尾进行校正的矩阵法与暗行法校正模型,以及光斑区全像元饱和情况下结合矩阵法与暗行法估计光斑区饱和像元强度的遗留拖尾校正模型,该算法充分考虑了强光饱和条件下太阳耀斑区产生的漏光拖尾与遗留拖尾.利用实验室积分球光源成像光斑模拟在轨运行时遥感图像太阳耀斑开展拖尾校正方法可行性验证实验.实验结果表明,该方法不仅能有效去除图像中的拖尾噪声,提高图像质量,而且能够对光斑饱和像元强度进行有效估计.最后,分析多角度偏振成像仪在轨成像图中耀斑区拖尾对其辐亮度测量精度的影响,分析结果表明,拖尾校正前后,灰度方差由202.69×10^6下降至2.32×10^6,平均梯度由5.08×10^-1下降至2.26×10^-1.     

十亿像素瞬态成像系统实时图像拼接

为了满足工程应用对图像拼接实时性的要求,依据已设计完成的基于同心球透镜与微相机拼接阵列复合结构的十亿像素瞬态成像系统,提出一种基于统一计算设备架构(CUDA)与先验信息相结合的自适应图像拼接并行加速算法。首先,利用高精度四维标定平台对相邻微相机成像重叠区域进行预标定。接着,采用基于CUDA的快速鲁棒特征(SURF)方法检测提取重叠区域图像的候选特征点集。然后,运用基本线性代数运算子程序(CUBLAS)加速基于随机KD-Tree索引的近似最近邻搜索(ANN)算法,用于获取初始匹配点对。最后,提出一种改进的并行渐近式抽样一致性(IPROSAC)算法,用于剔除误匹配点对和空间变换矩阵的参数估计,从而得到拼接图像的空间几何变换关系。实验结果表明,该算法的图像拼接时间为287 ms,与单独采用CPU串行算法相比速度提高了近30倍。     

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。     

Innovative calibration technique for fringe projection based 3D scanner

A new approach to 3D scanners calibration, based on Fourier Transform Profilometry method, is proposed and verified by experiments. Commonly used calibration techniques require that a calibration plane is placed in different and known positions in the scanner measuring volume; an optimization procedure iteratively change the value of some calibration parameters in order to minimize the discrepancy between the height distributions of the measured planes and the reference ones. The main limit of this type of calibration techniques is the necessity to guarantee a high accuracy in the placement of the planes used as calibration references. The innovation of the method proposed in this paper is the complete removal of any device for the accurate plane placement by assigning the task of the plane positions estimation to the camera, which is part of the scanner. The well known camera calibration algorithm proposed by Zhang permits at the same time to calibrate the camera and to estimate the positions and orientations of the plane used for the calibration itself. The knowledge of the plane position allows to use them as a reference of the scanner calibration. The obtained results show that this method provides accuracy values for the scanner parameters estimation comparable with other calibration techniques, but the advantage is that no particular device is needed.     

预测搜索算法在图像相关中的应用

数字散斑相关方法在亚像素测量过程中运算量大,在对实时性要求较高的系统中该方法的应用受到了限制。提出了一种原理简单、搜索速度快、精度高的预测搜索算法,介绍了预测搜索算法的原理,并给出预测位移的公式。通过实验验证了对算法的精度、效率和鲁棒性,说明对数字散斑相关方法进行优化后,既不损失亚像素位移的计算精度又提高了图像处理的效率。     

Profile measurement of a moving object using an improved projection grating phase-shifting profilometry

3-D profile measurement of a moving object using a novel phase-shifting technique is introduced. Digital gratings with two steps phase-shifting are projected periodically onto a measured object surface. The deformed fringe patterns are captured by a frame CCD camera within a short exposure time. By synchronizing the projector and the CCD camera accurately, there is an overlapping part which is the same part of the object among three neighbouring frames. The length of an overlapping part can be controlled as one third of a frame length. Hence the intensity values at the same surface point modulated by three neighbouring gratings can be obtained, and its phase value can be computed by an improved phase-extracting algorithm. The profile of a specimen is detected by the proposed method. Experimental results demonstrate that this method is effective for the profile measurement of a moving object.     

Robust algorithm for determining line centre within a video positional measuring system

The paper presents research into line centre detection using a video positioning system, as part of a measuring system for line scale calibration. In the described approach, the video positioning system processes an image taken by a CCD camera to estimate the position of the observed line's centre. An important part of this research is also an analysis of line scale contamination's influence (scratches, dirt, usage, etc.) on line position determination. The outcome of the research is mathematical models that can be used as a base for developing a positioning algorithm. This algorithm is simple and adaptable to different types of line scales. It also includes a module for increasing the basic scale factor of the positioning as defined by the number of pixels in the CCD sensor, and a module for reducing the influence of contamination on positioning.     

目标跟踪与定位中的视觉标定算法研究

目标跟踪与定位中的一个重要步骤就是摄像机标定,其目的是估计摄像机的外部和内部参数。在严格的几何约束关系之上建立准确的数学模型,提出一种快速得到摄像机中心的方法,然后通过合理的求解次序获得其他摄像机参数,保证了标定参数的精度。利用计算出来的标定参数校正失真图像中的各个像素位置以重新得到像素间原来的空间关系,从而产生精确的不失真图像,并且利用摄像机标定参数对标定模板上的点进行位置计算后,再和实际位置比较进行检验。图像的校正效果实验以及精度验算的结果表明：提出的算法得到了准确可靠的标定参数,和其他算法相比有效提高了精度,能够满足运动跟踪时目标特征位置估计的精度要求。     

彩色数码相机光强传递函数的场景曝光标定

由传感曲线的数学特征表明,有限项多项式完全可以满足传感器函数的拟合及其精度。通过定义相对光强和推导出与传感器函数等价的光强传递函数,建立了场景标定原理。仅改变曝光时间,保持相机的其它参数不变,建立了曝光标定原理。将两种标定原理相结合,形成了关于彩色数码相机光强传递函数的场景曝光标定方法,并对Olym-pus E-20p数码相机进行了标定。     

Full field deformation measurement of centimeter sized objects using optical phase retrieval

Most papers in the field of optical phase retrieval either consider only the intensity (or amplitude) profile of the object under inspection (or scatterer location in the X-ray version), or a uniform tilt/rotation of the object beam. However, phase retrieval is able to recover the phase profile of the object (beam) as well, which theoretically makes the observable interference of phase retrieved object waves possible. In this paper we demonstrate this principle experimentally on centimeter sized deformable reflective objects (as large as 40 mm by 40 mm) and corresponding simulations are also presented. When the CCD camera is moved along the optical axis in the Fresnel region, the interference fringes of the displacement field have low contrast. On the other hand, when an imaging setup is built, and the camera moves near the image plane, high fringe contrast can be obtained. These fringes however suffer from some phase error. In our work the iterative modulus projection algorithm was used as a simply implementable phase retrieval method.