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。     

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.     

TDI-CCD全景航空相机的像移速度场计算模型研究

针对扫描反射镜和电荷耦合器件(CCD)时间延迟积分(TDI)无法完全补偿前向像移和摆扫像移的问题,提出了TDI-CCD全景航空相机像移速度场的计算模型。根据相机结构和像移补偿原理,用坐标变换和共线方程建立了成像几何模型,在此基础上利用微分法推导出像移速度场的解析式。数值分析表明,像点位置越接近CCD靶面的后边缘,扫描角和前向补偿角越大,像移速度越大。对于TDI级数为100、CCD像元数为14000的全景航空相机,当扫描角小于-1.5°、前向补偿角小于4.16°时,可满足最大像移补偿残差小于1pixel的要求。实验结果验证了模型的有效性,该模型可作为定量分析TDI-CCD全景航空相机像移补偿误差的理论依据。     

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...     

远距斜视航空相机获取大场景图像技术研究

针对远距航空相机视场角较小的问题,介绍了目前常用的几种像移补偿技术,并对各种补偿方法进行了比较。采用小面阵相机并结合系统光学元件通过在横滚方向的摆扫实现大场景地面成像,对摆扫过程进行了数学分析,得出了摆扫所需的扫描指令。通过仿真实验验证了推导的数学公式的正确性,仿真结果表明,应用该扫描指令即可通过小面阵航空相机实现地面大场景图像的获取。     

全景式TDICCD摆扫航空相机像面旋转的高精度补偿

摆扫式相机在扫描成像过程中,必须保证扫描机构与像面探测器之间摆扫运动的同步性,如果二者之间出现角度偏差或速度偏差,就会引起像旋转现象,使图像模糊,造成图像质量的下降。以全景式时间延迟积分(TDI)CCD摆扫航空相机为例,利用坐标变换方法建立了像旋分析的数学模型,分析了位置同步误差与速度同步误差对成像质量的影响,提出了基于干扰观测器的同步补偿方法,保证了两个机构之间位置及速度的同步性,实现了调速控制器与同步控制器的独立设计,有利于实际应用。通过实验室静态分辨率成像实验及对外成像实验,对理论分析结果进行验证。实验结果表明基于本方法的位置及速度同步误差分别小于0.0043°、0.0695°/s,均满足补偿精度要求,在成像过程中图像的旋转及失真现象得到了明显的抑制,图像质量获得了大幅提高。     

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。     

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。     

宽覆盖型光学遥感相机侧摆像移速度计算

根据宽覆盖相机的特性,分析了其侧摆成像的几何关系。建立了地面物点到相机像面的空间坐标变换关系,在此基础上,推导了基于圆地球模型的相机侧摆像移速度计算公式,并以像移失配传递函数MTFmismatch作为评价方法分析了相对像移匹配残差对像质的影响。以某宽覆盖型相机为例,计算了不同侧摆角和不同地心角条件下的像面像移速度。计算结果表明：像面各点的侧摆像移速度均不相同,且变化趋势也不相同,远地点处像移速度相对变化量最大。在侧摆角为25°且积分级数为48的条件下,像移失配传递函数的最大值为0.681。外场成像试验结果表明,积分级数控制在16级以内时的相机成像质量良好。     

基于联合变换相关器的像移测量仿真分析

对基于联合变换相关器的像移测量数学原理进行了说明,介绍了面阵CCD的安装位置以及输入图像的获取方法,分析了低信噪比输入图像、相对转动位移对测量精度的影响。应用MATLAB对输入图像进行傅里叶变换得到联合功率谱,对二值化处理的功率谱进行傅里叶变换得到相关输出,用质量中心算法计算出像移量。分析得出,输入图像信噪比大于5dB,测量均方误差小于0.05像素;输入图像相对转动位移在0.1°的范围内,转动位移对测量精度和峰噪比的影响可以忽略不计。综合分析表明像移测量均方误差小于0.05像素。     

单框架控制力矩陀螺转子动不平衡对遥感卫星成像的影响

分析了单框架控制力矩陀螺（SGCMG）转子在高速旋转时产生的动不平衡干扰力矩引起的星体颤振角和颤振角速度对TDI CCD相机成像的影响。通过坐标变换将转子坐标系下的干扰力矩转换至星体坐标系下的干扰力矩,将卫星姿态动力学方程计算出干扰力矩引起的星体颤振角位移和颤振角速度代入TDI CCD相机成像像移补偿模型;利用TDICCD相机像点与物点对应模型的仿真系统仿真了陀螺转子在不同转速下引起星体颤振角位移和角速度对相机成像的影响;最后,利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像质量。仿真显示：SGCMG转子在转速为3 000 r/min时,横向调制传递函数为0.997,图像互相关相似性测度为0.996 1;转速为6 000 r/min时,横向调制传递函数为0.928 3,图像互相关相似性测度为0.974 8。结果表明：SGCMG转子在高速旋转过程中引起的星体颤振角位移和角速度严重影响了TDI CCD相机的成像质量,应依据颤振的影响对SGCMG实施减震措施。     

高精度光学对准测量装置的设计

设计了一套光学对准测量装置,该装置主要由面阵CCD相机、光学镜头、图像处理模块、LED红光光源、球面反光镜组成。介绍了测量原理,测量目标采用等腰三角形排列,通过面阵CCD对目标所反射的图像进行采集,由图像处理模块对该图像进行实时处理,能够同时得到X、Y、Z以及旋转角度等四维坐标数据。推导了光斑图像坐标和被测平面距离等计算公式,并进行了对准精度分析。结果表明,该装置位置误差〈1mm,角度误差为0．24°,实现了高精度、自动、快速对准测量。     

天基光电望远镜空间多目标成像模拟技术研究

提出了一种天基光电望远镜对空间多目标成像的模拟方法。首先由卫星轨道参数向量和三维矩阵变换得到卫星在地心赤道坐标系中的坐标矩阵,然后再通过平移、旋转和比例等变换得到卫星及恒星在望远镜中的坐标矩阵,最后即可得到总模拟图。设计了一种应用在天基光电望远镜上的空间多目标成像模拟数据库,并为数据库提供了几种基本的维护管理功能。给出了该数据库的基本设计方法和目标数据实例,提供了1000余颗卫星的相关轨道参数。计算机模拟了天基光电望远镜对空间多目标的成像。仿真结果表明,该方法可有效地模拟天基光电望远镜对空间多目标的成像。     

橡胶密封圈几何尺寸图像检测技术研究

目前油冷散热器件密封圈尺寸检测使用万工显人工目测方法,工作强度高,测量数据稳定性差。针对这种情况,提出了使用万工显、CCD相机、光栅和计算机搭建自动测量系统,实现了密封圈几何尺寸的检测。采用CCD相机替代万工显的目镜,由光学系统将被测密封圈的边缘成像于CCD靶面上,数字图像通过USB口传入计算机,实现图像采集,由固定于测量平台的光栅尺读取平台移动数据。采集密封圈6幅边缘图像,同时把光栅读数读入计算机。经过中值滤波、阈值分割、边缘检测等图像处理方法,结合光栅读数,经过坐标转换,得到了同坐标系下的所有图像边缘坐标,所有边缘坐标数据采用最小二乘法拟合圆,得出密封圈的半径值。实验数据表明,CCD测量系统均方差为0.0001mm,低于目测系统的均方差值0.0005mm, CCD万工显测量系统测量数据稳定性好。     

高精度CCD室内立靶测试系统设计

针对室内靶道,设计了一种基于双线阵CCD图像采集的立靶密集度测试系统,论述了系统的工作原理和组成。提出了一种新的数学模型,有效地抑制了传统测试方法中对两个相机相对位置的精度要求,配合阵列LED背射主动光源,通过一体化靶架设计,提高了测试精度,极大地减少了系统布靶时间。实弹射击试验验证了系统的工作性能。结果表明,所研制的测试系统布靶快捷,在1m×1m测试范围内,立靶坐标偏差均方根小于1mm,能够实现连发测试。     

基于高速像机阵列的起飞着陆段航迹测量技术

针对GPS采样频率低、动态精度差的问题,为了在飞机起降性能测试课题中获取更高频率、更高精度的位置、速度等参数信息,利用高速像机阵列对飞机的起飞着陆运动过程进行接力拍摄,通过对各站点高速像机拍摄到的图像序列分析处理,利用数字图像处理技术、近景数字摄影测量三维直接线性变换(DLT)等算法,解算出了飞机的位置及速度数据。该方法对其他类似飞行物的轨迹测量具有指导意义。     

A real-time,full-field,and low-cost velocity sensing approach for linear motion using fringe projection techniques

A velocity sensing approach using the fringe projection technique is presented. The moving object is projected with a sinusoidal fringe pattern. A CCD camera located at a different view angle observes the projected fringes on the dynamic object. The long exposure time of the CCD camera makes the fringes blurred by linear motion. The blurred fringes provide additional information to describe the depth displacement, and therefore the velocity vector can be identified. There is no need to take multiple-shot measurements to address the change in 3D positions at a sequence of time. Only one-shot measurement is required. Consequently, there is no need to perform image registration. The full-field approach also makes it possible to simultaneously inspect several objects.     

多台线列CCD相机组合交汇目标脱靶量测量

提出一种新的测量方法 ,在两台线列CCD相机不能满足大尺寸光电靶面的测量需要时 ,由多台线列CCD相机组合交汇测量 ,并给出了两种不同的布站方式。在分析了测量精度的数学模型后 ,分别计算了两种布站方式的光电靶面上不同位置点的交汇测量精度。根据精度分析并结合测量条件 ,给出了适合实际测量条件的最优布站方式