基于无穷单应阵的动态天基弱小目标检测

提出了一种基于无穷单应矩阵抑制动态天基背景的方法,为动态天基背景下的弱小运动目标检测提供了新思路。与以往方法不同,对于由成像卫星运动而造成运动的高频恒星背景,该方法首先利用惯性坐标系下成像卫星姿态及位置的变化,确定卫星平台运动对恒星成像的影响;然后,根据相机对无穷远点的成像原理,计算出不同时刻图像之间的单应矩阵以补偿背景恒星的运动;利用改进的中值滤波抑制低频地球背景,并结合三维时空方向滤波和卡尔曼预测实现对弱小目标的检测与稳定跟踪。实验结果表明,算法能对背景恒星运动准确补偿,抑制背景的效果(图像信噪比增益和背景抑制因子)为传统方法两倍以上,在背景抑制后对弱小目标进行有效检测,定位误差可稳定在半个像素以内。     

红外偏振成像下的弱小目标检测

为了验证红外偏振成像在海杂波中检测弱小目标的可行性,开展了海背景下的红外偏振成像实验。使用未装偏振片和加装偏振片的红外热像仪对海杂波背景下的弱小目标进行了探测,同时采集了相应状态下的数据。为了验证偏振片对海杂波的抑制效果,对采集的数据进行了图像处理。从没有加装偏振片的红外热像仪数据中无法提取测试目标,而从加装偏振片后的红外图像数据中通过图像增强、中值滤波以及边缘检测的图像处理手段提取出了测试目标。     

卫星光通信终端CCD成像光斑弥散圆尺寸选择

利用CCD对自由空间传输的激光进行成像,可得到入射光束的角度信息以实现对发射光束的控制。卫星光通信中,提高对入射光束角度偏差实时测量的精度,可以有效地提高终端的光束跟踪性能,进而有效地保持激光链路的稳定。通过分析角度偏差检测原理,建立了卫星光通信中跟瞄装置测角性能分析模型。分析了测角精度与CCD成像光斑弥散圆尺寸之间的关系,并通过模拟实验进行了验证。结果表明,在卫星光通信系统设计中,综合考虑测角精度要求、终端功耗限制等因素,选择CCD成像光斑相对尺寸在2到3之间为最佳。     

红外激光成像中的弱小目标的准确定位技术研究

由于红外激光成像中的弱小目标,存在信噪比低、无纹理信息和信号弱的特征,使得传统基于背景抑制的目标检测方法,无法将目标从复杂的背景中分割出来,检测准确率低。因此,将基于尺度空间的红外弱小多目标检测算法应用于红外激光成像中弱小目标的定位中,给出了红外激光成像中弱小目标定位硬件总体结构,其由传输控制模块、图像采集模块和弱小目标定位模块组成。采用传输控制模块TMS320F2812传递和处理系统中的图像,依据中央控制单元的命令对红外摄像机进行控制,通过核心芯片为XC95288XL的图像采集模块获取弱小目标图像,依据一定的字节顺序保存在RAM中。通过软件设计中的基于尺度空间的红外弱小多目标检测算法,完成弱小目标的准确定位。实验结果表明,该算法可在不同背景环境中,有效过滤干扰区域,准确检测出实际弱小目标,鲁棒性较高。     

激光锁定成像获取强背景光下的目标图像

提出了一种从强背景光下获取目标图像的激光锁定成像技术。锁定激光成像采用调制激光照明所感兴趣的目标区域,CCD图像传感器同步获取图像,在CCD图像传感器前用光学滤波器和衰减器降低进入CCD的强背景光以避免图像传感器饱和,运用图像鉴相技术对图像进行处理。实验表明,激光锁定成像技术能够从强背景下获取目标图像。     

单帧红外图像弱小目标检测研究综述

远距离广视角场景中由于红外热成像仪成像原理的局限性、大气环境的干扰、远距离传输介质对红外辐射的衰减,检测目标面临巨大挑战。本文在详细分析了图像背景复杂、目标特性弱小、图像对比度低和结构特性缺失等红外弱小目标图像特性的基础上,从基于目标突显和背景预测两大类概述了单帧红外图像弱小目标检测技术的研究现状,并探讨了红外弱小目标检测研究的发展趋势。     

单帧红外图像弱小目标检测研究综述

远距离广视角场景中由于红外热成像仪成像原理的局限性、大气环境的干扰、远距离传输介质对红外辐射的衰减，检测目标面临巨大挑战。本文在详细分析了图像背景复杂、目标特性弱小、图像对比度低和结构特性缺失等红外弱小目标图像特性的基础上，从基于目标突显和背景预测两大类概述了单帧红外图像弱小目标检测技术的研究现状，并探讨了红外弱小目标检测研究的发展趋势。     

基于背景抑制的星空图像目标运动轨迹提取

研究了空间观测CCD图像弱小目标检测与运动轨迹提取技术,介绍了一种基于背景抑制的多目标检测与运动轨迹提取方法。首先,对图像进行阈值处理,滤除图像的背景灰度和噪声;然后生成基于序列图像叠加与形态学变换相结合的背景掩模图像,对序列图像进行屏蔽处理,得到运动目标图像;对目标图像进行交叉投影算法确定目标区域,并进一步精确确定目标质心,进而提取目标的运动轨迹。实验证明所提出的算法不仅能够有效检测星空序列图像中的多个弱信号小目标,而且具有较强的实时性。     

天基光学成像系统空间目标成像模拟技术

提出了一种天基光学成像系统对空间目标和背景成像的模拟方法。首先利用3DMAX软件创建精确的空间目标三维模型;然后根据目标的结构特性建立了目标的光照模型,利用光线跟踪算法计算目标卫星各小面元传递到CCD镜头处的能量值。在此基础上,结合空间环境、空间目标运动特性和成像模型构建了空间目标和背景特性仿真演示系统。仿真结果表明:该方法可有效地模拟天基光学成像系统对空间目标和背景成像。     

复杂空间背景下的弱小目标检测方法

空间环境弱小目标检测是光学成像制导的关键技术之一。当目标与探测器相距较远时,获取的光学图像中目标呈现为无纹理结构特征的弱小点光源。由于各种噪声的干扰,很难把目标与噪声区分开来。介绍了一种基于广义似然比检验的弱小目标检测方法。首先,对空间环境和目标灰度分布特性进行分析,把空间成像目标灰度变化建模为一种强度值围绕固定值发生正弦的变化过程。采用行列均值相减法进行背景抑制,校正探测器响应的非线性,提高图像信噪比。对经过能量累积后图像进行广义似然比判决,从噪声中检测出弱小目标,分析了检测性能,验证模型的合理性。实验证明该算法能够有效检测出空间背景下的弱小目标。     

A biomimetic VLSI sensor for visual tracking of small moving targets

Taking inspiration from the visual system of the fly, we describe and characterize a monolithic analog very large-scale integration sensor, which produces control signals appropriate for the guidance of an autonomous robot to visually track a small moving target. This sensor is specifically designed to allow such tracking even from a moving imaging platform which experiences complex background optical flow patterns. Based on relative visual motion of the target and background, the computational model implemented by this sensor emphasizes any small-field motion which is inconsistent with the wide-field background motion.     

基于面阵CCD拼接的动态目标成像系统

采用面阵CCD作为光电成像元件,设计了一种用于动态目标跟踪的新型面阵CCD成像系统.利用分光棱镜的分光效应,将两片CCD分别放置在空间分离的两个像平面上,从而保证在目标分辨率不变的情况下使视场角增加一倍,满足了大视场搜索目标的要求.整个系统采用现场可编程门阵列(FPGA)作为核心控制器件,利用FPGA片上RAM实现两路图像的缓存与合成,合成图像输出延迟仅为32μs,满足实时跟踪的需要.依据系统辐射定标数据,通过变换增益和偏置实现CCD光电响应度的调整,消除了两幅图像拼接处的接缝.     

CCD成像传感器的降噪技术

系统地介绍了CCD成像传感器降噪技术的研究进展.重点介绍和分析了CCD复位噪声降噪技术和非均匀性校正技术的研究进展.特别介绍了用于克服CCD复位噪声的数字域加权双斜积分技术、基于场景的非均匀性校正技术以及多CCD成像系统的非均匀性校正技术.最后展望并讨论了CCD成像传感器降噪技术的发展趋势.     

线阵CCD遥感器单轴转台的设计

为了在实验室条件下模拟线阵CCD遥感器的飞行成像,并验证其成像效果,设计了一种线阵CCD遥感器单轴转台控制系统.介绍了线阵CCD遥感器单轴转台的工作原理,分析了转台模拟飞行器成像的误差,给出了转台的指标及参数设计.试验结果表明,速度回路控制精度为2％,位置回路稳态精度为6′,对外成像清晰,满足设计要求.     

激光远场功率密度测试系统的设计

针对应用漫反射靶与CCD图像传感器测量激光远场功率密度时,只能获取功率密度相对分布的局限性,提出了一种采用CCD图像传感器与分布式激光探测器相结合测试激光功率密度绝对分布的方法, 对其工作原理、构成及关键技术等问题进行了分析和讨论.实验证明,该系统较为准确地实现了对激光远场功率密度的测量,具有普遍的实用价值.     

用于空间交会和对接的光学敏感器

本文综述了用于空间交会和对接的光学敏感器的技术发展。着重讨论了激光对接系统、CCD成像敏感器和PSD敏感器。提出了“敏感器包”的概念。     

基于CCD标定的微像素精度图像定位技术

基于光电成像器件CCD的点目标定位技术被广泛运用于天文定位、侦察等民用及军用方面。传统点目标定位精度一般为亚像素级,受CCD自身成像误差限制,目标定位精度难以大幅提高。提出通过干涉条纹对CCD进行标定,从而得到CCD频域像素响应函数的精确表达式,由此重构高质量的目标入射光场图像,进而提高光电成像系统对点目标定位的精度。首先建立了干涉条纹标定CCD及目标光场图像重构的理想模型,并通过仿真验证了点目标图像重构效果以及最终点目标的定位精度。仿真结果表明,经干涉条纹标定CCD后,重构的目标光场图像质量得到大幅度的提升,接近于CCD像面前入射光场图像,通过高斯曲面拟合得到点目标形心坐标及其微位移的提取精度均达微像素级别,相比于传统的亚像素定位,定位精度得到了大幅度的提高。     

紧凑型多光谱空间光学遥感器焦平面的设计与拼接

为实现高分辨率、多光谱、宽覆盖的遥感测量,对空间光学遥感器由3片TDI CCD组成的焦面组件进行了设计,并提出了一种新的拼接方法。根据空间光学遥感器采用的多光谱TDI CCD外形尺寸较大、几乎占满整个结构设计空间的特点,对其焦平面进行了紧凑型的机械交错拼接设计;根据紧凑型多光谱焦平面的特点,结合图像处理技术进行了拼接,对由CCD拼接仪产生的图像进行了放大和处理,以尽量消除因人眼视觉误差对拼接精度产生的影响,提高拼接精度;最后进行了拼接验证。结果表明,该方法拼接出的焦面各片CCD之间的搭接误差〈3μm,两排CCD的平行度误差〈3μm,共面性误差〈5μm,满足空间光学遥感器的成像要求。     

基于折射补偿的水下结构光三维测量系统

针对结构光技术在水下三维测量中的应用,提出了一种基于折射补偿的水下结构光三维测量方法。考虑到水下三维测量时,由于光线在不同介质交界处发生折射,采用平面网格靶标对系统进行陆上标定的结果不能直接应用,必须进行折射补偿,补偿被测物体在CCD摄像机靶面上成像点的像素坐标,按所建立的水下三维测量模型进行测量。通过实验证明,本文的折射补偿方法有效地克服了折射对水下三维测量的影响,实现了水下结构光高精度三维测量。     

基于CMOS图像传感器的微型偏振成像遥感器研究

针对探测平台受体积的限制,提出了用CMOS探测器构建微小型偏振成像遥感器的思路,分析了其可行性,研制了一套微型CMOS偏振成像遥感器实验系统.利用该系统进行了野外偏振成像探测实验,结果表明其图像质量与CCD偏振成像遥感器获取的图像质量相当,为微型偏振成像传感器的研制和发展作出了有益的探索.