CCD摄像机交汇测量目标脱靶量布站分析

分析线列CCD摄像机交汇测量的原理,以空间虚拟的光电靶代替实特靶来实现对弹丸目标脱靶量的实时获取。在分析了CCD摄像机测你精度与布站方式等影响交汇测量精度的因素后,对光电靶面上不同位置点的CCD摄像机交汇坐标测量精度进行了计算,给出测量精度与布站的关系。     

关于分光计调整方法的分析

本文对自准直调节方法的成像规律和光栅侧向倾斜对测量结果的影响等问题,进行了半定量分析,给出了相关的调节依据和正确的调节步骤     

Near-field effect in optics of small objects composed of dipole atoms

A self-consistent problem of interaction of two dipole atoms separated by an unrestricted distance with the field of a quasi-resonance light wave was solved on the assumption that the investigated atoms are Lorentz linear oscillators and the polarizing fields inside the system consist of the Coulomb and the retarded parts. The solution obtained was investigated for the case where the atoms have the same polarizability and the distance between them is much smaller than the length of the external light wave. Formulas for the electric fields inside a small object and outside it have been obtained. It is shown that inside a small two-atom object there can take place longitudinal and transverse optical vibrations accompanied by corresponding dispersion effects depending on the interatomic distance and the angle between the axis of the system and the direction of propagation of the external light wave. The field outside the small object in the wave zone is linearly polarized when the external wave has linear polarization. However, the direction of polarization of the corresponding waves is largely determined by their frequency. It is also shown that the amplitude of the field outside the small object in the wave zone depends greatly on the frequency of the external field and the interatomic distance. The effects observed are considered as a near-field effect in optics of small objects. This phenomena makes it possible to investigate the structure of small objects with the use of optical radiation. Ul'yanovsk Branch of the Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences, 48 Goncharov Str., Ul'yanovsk, 432700, Russia; e-mail: gadomsky@quant.univ.simbirsk.su. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 66, No. 6, pp. 765–770, November–December, 1999.     

Dimensional Resonances in Biatomic Nanostructures and the Characteristics of Their Holograms

A self-consistent problem of determining the field at the location of atoms in a nanostructural object and also at different observation points beyond a group of atoms (a small object) in the wave and near zones is solved on the basis of a system of compatible equations for the light-wave electric field strength and optical equations for linear dipole oscillators. We proved the existence of two dimensional resonances in the nanostructural object that consists of two identical atoms, with each having a single isolated resonance. We show that the properties of dimensional resonances depend strongly on small displacements of atoms with respect to one another. Formulas are obtained for effective polarizabilities of atoms in the small object. Optical plane holograms of the small object were obtained by interference of the coherent field of the dipoles of the small object and of the reference coherent wave in a certain plane of observation points far from the small object in the wave zone at frequencies corresponding to dimensional resonances.     

基于超限学习机算法的空间目标材质多色测光识别研究

随着各国航天活动的增多,空间目标的数量和种类不断增加,对空间目标进行编目识别是各国空间目标监视领域的重要研究内容。对空间目标进行识别,主要是为了获得其表面材质、姿态、形状、关键载荷等信息,而表面材质信息的获取是开展目标光学特性及状态认知研究的基础。搭建空间目标表面材质多色测光测量系统,整套系统部署在光学暗室内,以减少杂散光对测量结果的影响。光源采用太阳模拟器,光谱等级A级;探测器采用美国ASD公司生产的FieldSpec4地物光谱仪,波长范围350～2 500 nm,光谱分辨率1 nm,光纤置于电控转台上,能对待测样片实现不同观测几何下的测量。利用Johnson-Cousins UBVRI五色分光系统对8种常用表面材质（砷化镓、氧化铝、氧化聚酰亚胺薄膜、黑漆、环氧漆、镀铝聚酰亚胺薄膜、钛青蓝漆、白漆）在不同观测几何条件下的10种色指数数据进行实验测量,每种色指数分别测得30组实验数据。采用传统的1-sigma不确定框方法（即对于给定材质的若干组实验数据,计算其每种色指数的平均值和标准差,以平均值为中心,以标准差的两倍为边长画出色指数不确定框）,在最理想的识别情况下,通过R-I和B-R色指数不确定框能对砷化镓、氧化铝、氧化聚酰亚胺薄膜、钛青蓝漆四种材质进行识别;利用B-V和B-R色指数不确定框可以将环氧漆、白漆识别出来,剩余两种材质黑漆和镀铝聚酰亚胺薄膜无法通过以上色指数进行识别。但是1-sigma不确定框方法存在两个主要问题：一是需要知道待测材质对特定波段敏感的先验信息,来确定所用的色指数类型;二是识别率容易受测试样本数量的影响,可靠性差。超限学习机算法是一种利用随机化隐层节点和和最小二乘求解方式进行训练的机器学习算法,具备学习效率快,泛化性能好,不容易陷入局部最优解等优势,被广泛应用于对数据的分类和回归分析中。因此引入超限学习机算法,将色指数数据按照2∶1的比例随机分为训练样本和测试样本,共进行三次随机试验。在训练样本中,对每种材质按照1∶8的顺序进行编号,即编号1∶8的测试样本分别有20个,分别包含10种色指数数据;在测试样本中同样对其按照已知归属材质对应编号。采用决定系数和计算时间作为判断ELM算法准确性和实时性的判断指标。结果表明：无论是对单一材质进行识别,还是对所有测试材质样本,训练样本决定系数在0.98以上,测试样本决定系数在0.96以上,每次试验中最多有3组色指数数据无法识别;所需总时间最长在0.07 s内完成,甚至可以达到0.002 s,识别效率和可靠性远高于传统的1-sigma不确定框法,表明ELM算法能对空间目标常用材质进行准确快速识别。相关研究可为空间非合作目标的外形、姿态等状态信息反演提供技术支持。     

均匀背景中的动态小目标光谱数据获取方法研究

光谱是一种可以表征物质特性的光学信息,利用光谱成像仪可以获取处于视场范围内的物质的光谱图像,成熟的光谱成像技术均需要通过多次采集才能够获取完整的光谱图像数据立方体,相应系统的时间分辨率比较低,不适用于动态目标的光谱获取。快照式光谱成像在动态目标光谱成像方面具有较大的优势,其中编码孔径快照光谱成像技术是一种将压缩感知计算方法融入到光谱成像过程和图谱重构过程中的光谱成像技术,在采样过程中完成数据压缩,具有高通量优势,可以利用单次曝光的混叠数据,重构出目标光谱数据立方体,实现快照式成像,使得对动态的目标进行监测成为可能。实现监测需要目标的信息满足稀疏性的假设,实际目标很难满足这样的条件,重构误差比较大,不利于对动态的小目标进行监测和识别。针对均匀背景中动态小目标的光谱数据获取,提出一种双色散通道的编码孔径光谱成像方法,系统由两个通道组成,每个通道均包含一个光谱仪,其色散方向互相垂直,并共用一个前置望远镜系统和编码孔径。该系统可以实时观测均匀背景区域中的动态小目标。由于两个通道的色散方向互相垂直,可以从背景中分离出小目标的位置和相对应的编码。假设目标出现在视场中前后,背景的辐射特性变化很小,利用目标出现前的数据计算出背景光谱;目标出现后,通过帧间差分运算,消除背景辐射的影响,提取出目标位置对应色散区域中数据,利用约束最小二乘算法,重构运动小目标的光谱数据立方体。进行光谱数据重构,进行背景光谱补偿后,获得完整的动态小目标光谱数据。文章对成像过程建立了数学模型,并对重构方法进行了仿真验证,结合编码孔径的统计特征,使目标随机出现在不同的位置,统计重构光谱的峰值信噪比概率分布,并调整目标尺寸,分析目标尺寸对重构精度的影响,最后与编码孔径成像系统的两步软阈值迭代算法重构结果进行了对比。结果表明,这种方法在均匀背景中,采用随机编码矩阵进行编码,目标尺寸小于5×5个像元时,相对于编码孔径成像系统,提高了目标的信息重构精度和概率,并且极大的减小了运算量,可以实现对运动目标的实时监测。     

基于改进巴氏指标和模型更新的视觉跟踪算法

传统的Mean Shift算法采用巴氏系数度量模型与候选模型之间的统计特征相似性,但是由于背景特征的影响,有时应用巴氏指标进行匹配得到最优解的位置并不一定是目标的实际位置,在跟踪过程中可能导致目标定位出现偏差。该文提出一种改进的巴氏系数相似度指标,指标由于引入了前景/背景置信值,能够有效抑制待匹配区域中背景特征的影响,突出目标特征的权重,与原始的巴氏指标相比,明显提高了目标匹配的准确性。基于改进的巴氏指标,对目标与背景区域双模型相似度系数进行综合分析,合理地判断干扰目标匹配的原因,从而采取相应的模型更新策略。采用4段具有挑战性的视频序列对5种跟踪算法进行了测试,通过定量实验分析可知,文中算法处理1帧视频所需的平均时间为75.76 ms,实时性仅次于原始的Mean Shift跟踪算法,同时跟踪误差在5种跟踪算法中取得了最优结果。实验结果表明,该算法能够有效抑制背景干扰和避免模型漂移,在不同的复杂场景下都具有一定的鲁棒性。     

全息照相实验的探讨

本文简要介绍了全息照相的基本原理,分析了影响激光全息照相实验的诸因素,并对这些因素进行了深入的探讨。实验中采用有良好散射性能的硬币为被拍摄对象,以RSP-I型红敏光致聚合物全息干板为记录介质,使得学生实验成功率大大提高,取得非常好的实验教学效果。     

基于神经网络的电火花线切割工艺目标建模

利用BP神经网络技术建立了电火花线切割加工工况参数与工艺目标间的预测模型.以脉冲宽度、脉冲间隙、峰值电流、间隙电压及工件厚度等工况参数为网络输入,加工效率和表面粗糙度等工艺目标为网络输出,通过用样本数据对网络的训练,实现了对工艺目标的预测.试验结果表明:所建预测模型能较好地反映线切割机床的工艺规律,实现对指定切割条件下加工效率和表面粗糙度的预测,最大预测误差小于10%.     

基于一维标定物和改进进化策略的相机标定

为了解决运动参数光电探测过程中的相机标定问题,制作一种两端及中间各安装一个红外反光标记球的一维标定物.不需要其它复杂标定装置,只要将这种特制的一维标定物在测量空间内多次随意移动并摄取其图像,即可实现标定.算法首先假定主点位于像面中心附近的某个位置,再求出焦距、旋转矩阵、平移向量和比例因子,最后通过评价函数将相机标定转换成寻找两相机最佳主点对的非线性最小化问题.在传统进化策略中引进个体的自我改进系数、个体间距离等概念,提出了求取子代个体间的欧式距离并排序的方法,设计了搜索最佳主点对的改进型进化策略算法.与传统标定方法相比,基于一维标定物的方法克服了多相机场合的遮挡问题,改进进化策略的引入打破了一维标定物需做某种特殊运动的限制,使一维标定物自由运动时相机内、外参数的同时求解成为可能,改进的模拟退火进化策略改善了算法的全局收敛性能并加快了收敛速度.