平面场景和建筑物成像的几何分析

为了识别采集图像中的平面场景以及建筑物,利用摄像机参数,对平面场景及建筑物成像过程进行了几何分析。首先,根据相机参数以及相机飞行状态分析平面场景成像畸变;然后,对平面场景上的建筑物形状的成像进行几何分析;最后,将相机上采集到的平面场景及建筑物的图像像素数与真实平面场景及建筑物的尺寸建立联系。实验结果表明：已知相机参数及飞行状态的情况下,可以对平面场景及建筑物形状信息进行推导,从而完成目标识别与跟踪。本方法适合在典型建筑物、孤立建筑物、建筑群中具有明显形状特征等情况下对立体目标进行自动捕获与跟踪。     

一种小波多分辨率分析的多算子动态场景目标跟踪算法研究

根据某型号多传感器光电成像设备实际应用的特点,提出了一种基于小波多分辨率分析(MRA)的多算子自适应目标识别跟踪算法,可实现昼夜型光电设备对陆地/海面全动态场景不确定目标的识别跟踪。建立了一种基于帧内、帧间置信度评价的双阈值自适应跟踪预测策略和相似目标辩识准则,有效地提高了目标跟踪的稳定性和鲁棒性。地面仿真及空中实际飞行实验结果表明:该算法能够很好地实现在各种复杂场景条件下的动态场景目标的稳定跟踪。     

一种具有多种成像倍率的电视跟踪测量物镜

在飞行试验中,采用直接成像的电视跟踪系统对飞行目标进行自动跟踪和测量,不仅观察方便,而且更适合于对视频信号数字化和图像处理。电视系统要执行在作用距离内对飞行目标的搜索、跟踪和测量等功能,单靠一种固定焦距的电视物镜显然是不够的。介绍了一种具有三种成像倍率的变焦距电视物镜,着重描述了其结构组成、技术性能及特点。借助于三种成像倍率的变化,系统得以实现形心跟踪、边缘跟踪和相关跟踪等多种跟踪方式,从而完成地多种成像状态下对飞行目标的自动跟踪和测量,如远距离的点目标,近距离体目标的某部位以及复杂背景中的动目标等。     

基于地-气间辐射模型的航天相机自动调光系统

在航天相机的成像过程中,拍摄场景的亮度随着地表目标和大气环境的变化而发生改变,为了保证航天相机输出理想的图像,提出了基于地-气间辐射模型的航天相机自动调光方法。根据地-气间辐射传输特性建立航天相机入瞳处辐照度模型,通过分析大气气溶胶对遥感成像的影响,对该模型进行了改进,并在此基础上提出了航天相机自动调光方法。航天相机自动调光首先根据总辐照度以及地面目标辐照度占总辐照度的比例对自动调光参数进行调节,目的是尽可能提高地面目标信息量,然后根据大气气溶胶光学厚度确定自适应拉普拉斯滤波的参数,增强遥感图像的细节。由实验结果可以看出,自动调光增加了遥感图像的信息量,增强了图像对比度,航天相机的成像质量得到了明显地提高。     

光学卫星在轨动态场景实时匹配方法及试验

针对目前在轨卫星图像动态范围偏窄、直方图集中、灰度层次不够丰富、暗场景图像细节分辨能力不强的问题,提出一种卫星在轨动态场景实时匹配方法。首先,研究云检测和基于直方图特性的大气程辐射预估方法,消除它们对场景高、低动态测量的影响,并结合测光相机与成像相机辐射响应关系的标定,通过测光相机最多2次拍摄地面场景,实现场景动态范围的实时测量;然后,针对地面场景动态范围通常超出相机动态的问题,设计并提出了基于高亮度和低亮度匹配的相机与场景动态范围匹配方案,同时给出了不同情况下相机在轨参数解算方法。最后,通过无人机飞行试验对匹配方法进行了试验验证,结果表明:利用该方法可根据实时拍摄的地面景物合理地设置相机积分级数和增益,实现相机与场景动态范围的最佳匹配,有效灰阶提升优于100%,信息熵提升优于40%。     

基于语义目标匹配的三维跟踪注册方法

提出了一种基于语义目标匹配的三维跟踪注册方法。通过改进的单发多框检测(SSD)深度卷积神经网络对图像进行语义分割,获取场景中不同目标的像素级语义分割结果。在求取相机姿态的目标函数时,融合了图像的灰度约束与几何约束对相机的姿态进行估计。所提方法减小了特征点的缺乏或误匹配问题对三维跟踪注册算法性能的影响,且能够适应不同结构的场景。研究结果表明,该方法的误差不超过2.2pixel,基本满足了实时性的要求。     

大面阵CMOS航空相机双重退化图像恢复

由于采用电子卷帘式快门,大面阵互补金属氧化物半导体(CMOS)航空相机在高速成像时不仅会产生像移,还会引入由卷帘快门(RS)效应带来的几何畸变。传统的将两种图像退化因素分开进行处理的方法,过程繁复,计算复杂度高。针对航空前向飞行带来的线性像移和RS畸变,通过分析各自的数学模型,推导出了二者之间的紧密联系,提出了基于线性像移参数估计的双重退化图像恢复方法。随后设计了航空前向飞行模拟实验,通过直线位移平台控制CMOS相机以不同速度对目标景物成像。实验结果表明,RS效应对像移参数的估计没有任何影响,最终恢复图像帧间变换保真度能提高到27 d B左右。相比分步处理的方法,该方法在获得同样恢复效果的情况下,速度能提高3.5倍以上。     

空间目标天基光学观测的序列图像仿真方法

利用STK和OpenGL,提出了一种能体现空间目标天基光学观测系统真实成像距离和系统性能的序列图像仿真方法。首先建立空间目标的三维模型和轨道模型,利用STK预测目标卫星和观测卫星的相对几何关系,然后在分析相机针孔成像和OpenGL透视投影成像模型关系的基础上,通过设置OpenGL的有关参数生成了包含目标和成像系统信息在内的目标仿真图像,最后生成运动空间目标近距离光学观测的二维图像序列,可为天基空间目标识别研究提供数据基础。     

激光动态光束定向系统的跟踪识别过程仿真

 根据目标和背景亮度计算公式和3维图形开发包,建立了仿真3维场景。基于仿真场景,对激光动态光束定向系统的跟踪识别过程进行了仿真研究。分析了跟踪、瞄准过程中各种误差的涵义,研究了视场大小、目标成像姿态对跟踪过程的影响,通过头部跟踪顶点滑动误差的理论值与仿真实验值的比较校验了仿真场景的建立与图像处理方法的正确性。研究了头部边缘跟踪算法,仿真结果基本满足了激光动态光束定向系统对跟踪精度的较高要求。     

穿透毛玻璃的可见光成像系统

透过复杂介质获取目标物体图像精细信息的能力是光电图像采集处理的一大难点, 选用CMOS光电图像传感器, 设计了CMOS成像系统以及后端读取和处理电路, 透过毛玻璃对目标物体成像, 将采集的图像信息传送到计算机中进行处理。该系统按照相机光学成像系统原理制作, 采用通用CMOS图像传感器芯片完成电路设计, 加之红外激光辅助照明拍摄采集图像, 由远及近不同距离分别对同一目标物成像, 对成像图像进行迭代图像增强算法优化, 可以解决毛玻璃非匀质问题, 使光源重建精度大大提高, 得到的可见光图像轮廓清晰, 与一般CCD成像系统相比, 识别率超过95%, 远大于一般成像系统, 且成像性能良好。     

水平场景无畸变的折反射全景成像系统

基于透视成像模型，建立了一套较完整的水平场景无畸变的折反射全景成像系统设计方法，分析了该系统的近似透视成像性质；设计制作了特殊面形反射镜，建立了水平场景无畸变的折反射全景成像系统，给出了实验图像，并与双曲面折反射全景成像系统的实景图像和透视全景图像进行了比较。     

浅海被动水下偏振成像探测方法

针对传统被动水下偏振成像方法忽略水体对光的吸收效应,成像结果中存在严重的色彩失真,且并未深入发掘利用背景散射光中包含的场景信息的问题.提出浅海被动水下偏振成像探测方法,该方法从水体中背景散射光的传输特性出发,分析场景深度信息与散射光的物理关系,建立基于深度信息的水下Lambertian反射模型,实现无色彩畸变的水下目标场景清晰成像探测.实验结果表明,该方法能够提供接近水下目标真实色彩、符合人眼视觉特性的清晰探测结果,提高水下成像探测能力.     

去散焦模糊的折反射全向成像系统设计

随着高分辨率传感器和大光圈的采用,光圈和反射面曲率造成的折反射全向成像散焦模糊问题越发突出。提出了一种有效去除散焦模糊的折反射全向成像系统设计。理论分析折反射成像散焦模糊的原因,建立全向图点扩展函数与实景空间物点及成像系统虚像位置的关系;在一次曝光成像时间内匀速旋转镜头对焦环,通过累积曝光使全向图散焦模糊核具有期望的空间不变性;利用反卷积算法对散焦模糊全向图进行复原,得到全局清晰的全向图像。该方法较好地解决了折反射全向成像散焦模糊问题,对提高折反射全向成像质量,促进其在相关领域的广泛应用具有重要意义。     

Radial stereo imaging system for three-dimensional reconstruction

In this paper, we propose a radial stereo imaging system for three-dimensional reconstruction of an object. This system uses a novel optical device which consists of a camera and two reflected mirrors. It can reconstruct three-dimensional model of an object by capturing one image. Depending on the reflection of the mirrors, each world point in the scene has a pair of points which sit in the inner and outer of the captured image, respectively. We firstly analyze the imaging constraint of the proposed system, and then derive the geometrical relationship between world point and image point pair to calculate the three-dimensional coordinate values of an arbitrary point on the object, which means that the three-dimensional model of the object can be recovered. Experiments are carried out to prove our design, and the results show that our radial stereo imaging system is convenient and effective for the three-dimensional reconstruction of an object. This system can be used in variety of applications, such as virtual reality and commodity show.     

水平场景无畸变折反射全景成像系统透镜畸变的消除

采用短焦距透镜设计水平场景无畸变折反射全景成像系统,会使系统更加小型化,然而短焦距透镜的畸变会对系统成像产生影响。为此建立了具有径向畸变的相机模型;根据这一相机模型,研究了采用短焦距摄像头的水平场景无畸变折反射全景成像系统中,透镜畸变对系统成像的影响,结果表明短焦距透镜的畸变会对系统成像产生严重影响;为了消除透镜畸变的影响,对反射镜的设计进行了改进,在反射镜面形微分方程中包含了透镜畸变消除的参量;按新的方法,设计了一套由短焦距摄像头组成的水平场景无畸变折反射全景成像系统。     

Color correction for high dynamic range images using a chromatic adaptation method

In the image capturing process using a camera, poor illumination has an influence on the image quality, especially in regards to the contrast and details in the dark regions. Generally, high dynamic range (HDR) imaging techniques are used to match the quality between the real scene and the displayed image. However, in images using the multi-exposure technique or regular photography, the images are limited by the veiling glare, which is scene-, exposure-, lens-, aperture-, and camera-dependent. This study mainly addressed images using the multi-exposure technique and developed a color correction scheme that uses a chromatic adaptation method. In the tone mapping using a Gaussian pyramid, the adaptation level is obtained based on a linear Gaussian filter. The resulting image is then processed through the developed tone-mapping function. This allows the chromatic adaptation method to address the mismatches between the real world and the displayed image. The experiment results show that the proposed method yields a better color correction performance compared to conventional methods.     

双曲面折反射全景成像系统

给出了双曲面折反射全景成像系统的设计方法，推导了系统的逆投影计算公式，建立了虚拟像面内透视全景图像与实际像平面内全景图像的坐标映射关系，为全景视频图像的处理提供了必要的模型和计算方法。提出了全景成像系统设计方法，研制出双曲面反射镜，建立了双曲面折反射全景成像系统。     

桥梁挠度光电成像测量系统的光度学特性分析

根据桥梁挠度光电成像测量系统的要求，分别对实际野外工作条件下，系统的像面照度、成像对比度等光度学特性进行了分析、计算，讨论了系统的发光靶标、背景光、光电数字摄像机等系统参数与环境之间的相互制约关系，并讨论了在强烈日光条件下，用高反射率材料代替发光靶标以提高成像对比度的可能性. 提出了桥梁挠度的光电成像测量系统设计中，系统参数选择的光度学设计准则.     

预成像数字全息测量大物体三维形貌

为了扩大数字全息三维形貌测量的视场,提出了一种预成像的方法.物体先被成像镜头成一缩小的实像,再使用离轴菲涅耳数字全息对此实像进行全息记录.采用倾斜照明光的方法使两次数字全息的再现像之间产生相位差,通过相位去噪和去包裹处理从相位差中提取物体的三维形貌数据.实验证明,预成像方法使测量视场的大小得到了至少一个数量级的提高,采用离轴菲涅耳数字全息降低了测量系统对环境稳定性的要求.