高速红外图像判读系统设计研究

针对实时跟踪领域事后图像判读处理数据量大、时间冗长的问题，提出了一种新型高速图像判读系统．该系统基于多线程乒乓缓冲技术，实现了图像加载、显示及处理三项工作相互独立和并行执行．通过对红外图像进行灰度拉伸，预处理，亚像元插值细分等操作，有效提高了判读准确度．实验表明，该判读系统提高了数字图像判读系统的工作效率，大大缩短了数据处理时向．     

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。     

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.     

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Powell算法的亚像元配准方法

基于Powell优化算法和图像的金字塔分解,提出了一个新的亚像元运动参数估计方法.用参考图像和待配准图像构造的非线性最小二乘公式作为Powell算法的目标函数,并且以运动参数作为变量.由细到粗的多分辨率分解为准确的亚像元参数估计提供了基础.数值实验结果表明,该算法可以用于准确的稳健的亚像元参数估计,其不足之处在于运行时间比较长.     

亚像元动态成像技术中系统的调制传递函数

亚像元动态成像技术是国际上目前实现遥感器小型化非常有效的新方法，因而研究亚像元动态成像系统的调制传递函数（MTF）显得非常必要和重要。本文分析亚像元动态成像系统的MTF模型，并给出亚像元动态成像系统MTF的数学表达式。     

亚像元几何图像成像与超分辨恢复算法

随着光学成像到光电数字成像的转变,如何提高CCD的几何分辨率已成为研制高分辨光电成像系统亟待解决的问题。从研究现状入手,给出了现有算法并指出不足之处`,建立了亚像元超分辨成像数学模型,提出了亚像元的CCD几何超分辨方法:将两片线阵CCD集成在同一器件中,在线阵方向上错开半个像元,同时读出时间减半,最终交织重组图像数据,合成高分辨率图像。利用MATLAB软件对双线性插值方法及亚像元成像方法进行了仿真,并定性定量地分析了两种方法的效果。结果表明:亚像元方法合成图像分辨率约为低分辨率图像的2倍,且两组仿真图像中的峰值信噪比比双线性插值图像分别高出1.4864dB和2.2070dB,该方法可以显著地减轻欠采样引起的图像模糊,且实时性优于双线性插值方法。     

基于FPGA的线阵CCD亚像元边缘检测片上系统

为提高线阵CCD边缘检测系统的精度、速度、集成度,以及系统的可靠性,提出一种集成于单片FPGA、全数字化的亚像元边缘检测系统.根据图像边缘灰度梯度的阶跃特性,通过边缘自动检测算法确定出经过高斯滤波处理的CCD图像的像元级边界,在此基础上应用多项式插值算法对图像边缘位置进行亚像元细分,实现亚像元边缘检测.以FPGA作为系统的处理核心及数字电路硬件载体,利用VHDL语言以及MAX＋plus Ⅱ软件对系统进行模块化设计,设计出集成于单片FPGA的线阵CCD亚像元边缘检测系统.系统仿真和测试表明,所设计的片上系统具有高精度、高速度、高集成度、高可靠性的特点.     

面阵探测器的像点亚像素定位研究

面阵探测器可直接探测点目标图像的位置，但其定位精度受到探测器分辨率的限制。因此，亚像元精度技术得到了发展。它是利用目标像点的灰度分布特性，通过内插细分算法，确定出像点位置。可将定位精度提高1—2个数量级。本文介绍了几种实现目标像点亚像素定位的内插细分算法。对它们的计算公式、特点进行了分析，并进行了实验验证。     

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。     

扫描型亚像元成像处理对热成像系统性能改善的模拟分析

基于光学微扫描的亚像元成像技术是当前国内外迅速发展的一种高性能成像技术,它对探测器单元数较少且探测器单元尺寸较大的热成像系统更为有效。以扫描型焦平面探测器热成像系统FC和GP为研究对象,采用热成像系统性能模拟软件包CFLIR4.0,分析了光学系统的相对孔径、过采样和亚像元成像等对热成像系统性能的影响,包括传递函数MTF、噪声等效温差NETD、最小可分辨温差MRTD以及系统的探测和识别距离。模拟分析表明:过采样成像可提高热成像系统的性能,亚像元成像处理可进一步提高热成像系统的性能,可明显地提高系统的作用距离。研究结果对亚像元热成像技术的发展具有参考意义。     

近自然彩色图像融合算法及其实时处理系统的发展

在军事和生产领域,特别是在极其恶劣的可视条件下,图像融合技术越来越强调融合效果显示的"近自然"感觉,以及人类视觉感知的要求。从彩色图像融合算法的发展概况出发,着重介绍了两种具有代表性的基于视觉特性的近自然彩色图像融合方法,并特别阐述了课题组近期开展的相关算法研究成果。总结了国内外实时彩色图像融合系统的发展现状,概括了课题组已具备的硬件实验基础,综合分析了实时彩色图像融合技术的若干关键技术,如多源图像特征分析、实时图像配准、融合图像后处理等。针对实时图像融合技术的应用状况,提出图像融合系统未来的发展趋势。     

一种双通道夜视图像彩色融合系统

提出了一种双通道夜视图像的彩色融合系统。利用Matrox Meteor-Ⅱ多通道图像采集卡获取双通道微光与红外视频图像．通过仿MIT,BIT．TNO．线性组合和混合结构等图像融合结构实现微光／微光和微光／红外图像的彩色融合处理。系统彩色图像融合处理是在VC++6．0环境下运用采集卡图像函数库实现的。建立的实验平台为彩色夜视融合算法的评价和进一步的研究奠定了基础。     

基于图像融合的动态轮廓线跟踪新方法

红外与可见光传感器是目标跟踪识别系统中常用的两种传感器,对这两种传感器图像进行融合能有效提高系统跟踪检测的准确性。将动态轮廓线模型与图像融合结合,在特征搜索过程中利用特征点准确地完成了图像配准,同时使用了一种新的特征级融合方法,将两种图像中目标轮廓的B样条曲线控制点进行实时微分耦合。这种耦合将Curwen提出的微分耦合机制作了改进,利用图像配准把刚性硬模板改变为实时的变换模板并推导了融合后动态轮廓线的新的动力学方程。这种融合利用了红外图像目标轮廓信息约束可见光图像中动态轮廓线的收敛形状,有效地提高了可见光图像目标跟踪的准确性。对运动人手序列图像的对比跟踪实验表明,这种融合使得可见光图像中动态轮廓线平均跟踪误差减小了60．25％。     

基于成像机理的小波包变换多聚焦图像融合

由于可见光成像系统的聚焦范围有限,因而在成像过程中,除聚焦良好的物体能生成清晰的图像外,该物体前后一定距离外的所有物体都将呈现不同程度的模糊.为了获得场景内所有物体均清晰的图像,在分析了多聚焦图像成像机理的基础上,提出了一种基于小波包变换的融合方法.它是将成像系统先聚焦在一部分对象上,得到其清晰的图像;然后再将其聚焦在另一部分对象上,得到另一清晰的图像;最后把这两幅实验图像加以融合,从而获得场景内所有物体均清晰的图像.实验结果表明,基于小波包变换的融合方法能够将信号的频带进行多层次划分,对高频成分也能进一步地分解,可有效综合多聚焦图像.     

基于图像融合的视频监控系统设计

目前的信息监测和预警系统通常采用可见光摄像机、微光电视和热像仪中的一种探测器单独工作或切换工作,针对３种探测器存在不同的探测死区,单独使用不能克服各自的缺点, 无法完整体现信息监测的需求问题,设计了集这３种探测器于一体的图像融合监控系统。通过分析这３种具有互补性的探测器各自成像机理及特点,给出了系统的总体组成。基于融合图像监控系统的工作原理,设计出前端探测系统的主要结构,使摄像转台能实现＋９０至－３０的俯仰和１７５方位旋转,平行光轴的设计和调校使各光轴夹角不大于０．５ ｍｒａｄ;通过加权平均融合和配准技术对系统进行图像融合试验,图像质量以及系统实时性测试表明:基于图像融合的视频监控系统能实现全天侯的信息监测。     

基于结构相似度的图像融合质量评价

在分析现有图像融合质量评价方法特点的基础上,提出了新型的、基于结构相似度的图像融合质量评价方法.针对不同情况,分别采用平均结构相似度、加权平均结构相似度、结构信息与交互信息量之乘积作为图像融合质量客观评价标准.该方法充分考虑了图像的结构信息和人类视觉系统的特性,可以为不同场合下选择不同的算法提供依据.对不同融合算法的质量评价结果表明,该方法是一种有效的图像融合质量评价方法.     

一种双波段图像实时融合实验系统

针对在紫外检测中可见光与紫外图像融合的实际需要,研究了实时融合技术。建立了一种以高性能数字信号处理器TMS320DM642为核心的双波段图像实时融合实验系统。介绍了系统的设计原理、各组成部分的功能及其特点。结果表明,该实验系统原理可行,能对可见光和紫外图像进行高速采集和实时隔合。