基于LCTF的大幅面高分辨率多光谱仪光学系统设计

将液晶可调滤光片（LCTF）应用到真彩色多光谱图像采集中,设计了一款大面阵、高分辨率、轻小型的多光谱成像系统。系统利用LCTF 空间分辨率和光谱分辨率高、波长选择灵活、调谐时间短等特点,可实现幅面大小约210 mm148 mm,分辨率达到350 ppi 的多光谱图像采集,工作谱段为420~720 nm,光谱分辨率为10 nm。结果表明,该成像系统在空间频率为91 lp/mm 时,31 个波段处轴上0 视场和轴外1.0 视场的传递函数均0.30,全视场畸变0.1%,成像质量良好,可用于大面阵、高分辨率多光谱图像的采集与分析。     

基于FPGA的大面阵CMOS相机高速率电子学系统设计

目前深空遥感探测多采用CCD作为高分辨率相机的传感器,相较于CCD,面阵CMOS驱动更简单、功耗更低、抗辐射能力更强,是深空遥感探测目前的发展趋势。为此,本文基于CMOSIS公司生产的型号为CMV20000,图像分辨率为5 120×3 840的CMOS探测器,设计完成了一个大面阵CMOS高分辨率相机,图像分辨率为5 120×3 840。详细阐述了以FPGA为核心的电子学系统的整体结构,结合CMV20000的工作模式和时序电路,实现了高分辨图像的高速传输以及数据校正。试验结果表明,设计的相机系统方案合理,解决了CMV20000数据无法对齐的数据校正问题,系统运行稳定可靠,安装光学系统后能够获取高质量图像。     

大面阵红外图像高速传输系统设计

探讨了一种大面阵红外图像高速传输系统的原理、结构及其实现。针对红外成像系统的要求,提出了一种基于FPGA的大面阵红外图像高速传输方法,并利用光纤传输技术与aurora协议来实现。该方案不仅实现了大面阵红外图像的高速传输,而且实现了高速、可靠的指令通信。     

基于GL0816传感器的高速线阵CMOS相机系统设计

为了满足印刷等高端工业检测中物体快速运动,需要大幅面、高行频、高分辨率图像采集等要求,研发了一款微米级高分辨率、高速线阵工业相机。首先,介绍了高行频、高分辨率国产CMOS图像传感器GL0816的功能与特点。然后,基于该芯片设计了一套高速大幅面高分辨率线阵工业相机系统,该系统采用FPGA作为整个系统的控制核心,以DDR3LSDRAM作为图像缓存器,以GigE vision2.0协议为输出标准,以SFP+作为高速图像输出接口。最后,搭建相机系统测试环境,对所设计的相机进行系统测试。结果表明:该相机系统行分辨率为8 192,可连续采集2 000行作为一帧图像输出,行频为50kHz,动态范围为57.32dB,信噪比为40.95dB,具有实时图像采集功能。该相机系统具有大幅面、高帧频、高分辨率、高信噪比、宽动态范围等优点,适用于印刷检测行业快速运动目标捕获成像及图像实时显示。     

红外点元探测器扫描成像方法研究

针对传统红外面阵探测器成像存在分辨率低、视场范围窄、非均匀性的问题,提出一种基于红外点元探测器的扫描成像方法。该方法首先利用微型电机驱动扫描镜依次获取物体表面的红外热斑,经光学镜头聚焦到红外点元探测器,进行光电转换;然后经信号处理板采集、处理后生成红外灰度图像;最后利用多阈值分割的伪彩色映射模型,将灰度图像转换成伪彩色图像。实验结果表明:红外点元探测器扫描成像方法能够实现红外场景的大视场、高分辨率成像,且点元探测器加工制造简单,价格低廉,有效突破了传统大面阵成像的高昂成本限制,更加有利于红外成像技术的推广和应用。     

基于SOPC的红外热成像系统设计与实现

为了满足边海防监控领域对高分辨率非制冷红外热成像技术的需求,本文提出了一种基于GST817VM1E国产非制冷红外探测器的成像与增强显示技术方案。该方案以SOPC为核心搭建硬件平台,采用DDR3SDRAM作为红外图像缓存器,使用SOPC内部集成NiosⅡ软核作为系统控制器,配合SOPC可编程单元实现探测器焦平面非均匀校准、两点校正、盲元补偿、减本底、自动聚焦和自适应图像增强等处理,支持输出PAL、DVI、Cameralink等接口红外视频图像。实验结果表明,本方案可输出14位灰度级800×600分辨率红外图像,帧率可达到60frane/s,支持连续变焦和自动调焦控制,具有大面阵、高分辨率、高帧频等优点,能够满足边海防监控等领域应用需求。     

小型面阵航空相机系统的像移补偿

设计了一种小型面阵航空相机系统.该系统采用大面阵CMOS图像传感器作为成像器件,通过反射镜扫描进行像移补偿的方法,实现无人机飞行状态时清晰地数字成像.实验室前向像移补偿实验结果表明,该系统对于前向像移进行了较好的补偿,达到指标要求,成像清晰.     

面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术研究

提出了一种面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术,控制基于马赛克型滤光片分光的画幅式高光谱相机在翼展方向进行扫描实现大视场、高光谱分辨率成像。进行外场飞行试验,获取了像质清晰的大视场、高光谱分辨率对地观测图像,飞行作业效率为8.64 km2/h,较单相机成像,作业效率提高约3.4倍。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在无人机高光谱遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载光谱成像技术向大视场、高光谱分辨率方向发展具有一定的参考价值。     

基于线阵CCD扫描的车辆图像采集系统设计

为了实现对车牌识别系统对高速行驶车辆图像分辨率的要求,提出了一种基于线阵CCD扫描的车辆图像系统的方案,完成了对线阵CCD芯片驱动电路的设计。该系统的硬件部分完成对线阵CCD芯片的驱动和图像采集,软件部分完成对图像的速度补偿。经实验验证,该系统具有操作简便、采集图像具有高分辨率的特点,达到了设计目的。     

彩色大面阵数字航空遥感相机技术的研究

提出了一种以彩色大面阵CCD探测器作为成像介质的大视场数字航空摄影相机设计技术。采用对称Russar型光学系统,在获得了大视场角的同时最大程度的降低了光学畸变;设计了精确的微位移传动系统移动CCD探测器以补偿前向像移,提高了相机的动态分辨率;设计了一种双叶片的中心式机械快门,获得了宽范围的曝光时间控制,保证了探测器的均匀曝光及合适的图像重叠率。地面及空中成像测试中相机的静态分辨率达到了CCD特征频率的要求,获得了清晰的航拍彩色图像,表明相机的各项技术性能满足要求,该相机技术已应用到国土资源的遥感普查中。     

大视场曲面仿生复眼光学系统设计

为了解决传统成像系统存在的大视场与高分辨率不可兼得的问题,设计了大视场曲面仿生复眼光学系统。首先,针对所采用的间隔型圆周分层微透镜阵列排布方式,建立了一种曲面仿生复眼光学系统成像原理数学模型;再使用微透镜阵列与转像系统相结合的成像方案解决了微透镜阵列所成的曲面像与平面探测器不匹配的问题;并使用光学设计软件对该系统进行仿真分析及公差分析。设计得到的曲面仿生复眼光学系统总视场为152°,组合系统的焦距为61.14 mm,角分辨率为2.304″,系统总长为16.39 mm。相对传统的大视场成像系统而言,此曲面仿生复眼成像系统的畸变更小、分辨率更高。     

一种用于激光告警的PIN面阵探测系统设计

针对激光告警技术中面阵成像探测方式容易产生漏警、虚警以及信号处理难度大的问题,提出了一种基于触发器阵列锁存的PIN面阵探测系统设计方案。该系统以触发器为基本单元,同时在PIN面阵探测电路的输出端设计了信号锁存阵列,可将来自PIN面阵探测器所有通道的输出信号同步锁存,并设计了读取电路将锁存阵列中的面阵数据以串行数据的形式输出。采用FPGA搭建了阵列规模为8×8、角度分辨率为6°的信号锁存阵列和读取电路进行了试验验证,结果表明该方案可以实现高分辨率激光告警功能。     

小型SAR系统设计

在分析线性调频连续波Dechirp成像处理的基础上,设计用于小型无人机平台的小型合成孔径雷达系统。针对调频连续波体制,通过俯仰向宽波束照射及重心自稳定方法省去伺服系统,减小系统的体积和重量;在接收时通过自混频方法进行去调频处理,降低对后端采样系统的要求,简化后续的成像处理;通过数字化信号产生及预失真校正方法提高系统信号性能,保证高分辨成像的要求。试验证明该方案有效、可行,易于工程实现。     

紧凑双光路单像素成像系统（特邀）

不同于使用阵列探测器的常规数码相机,单像素相机使用不具空间分辨能力的单像素探测器对目标进行成像。由于其工作波长覆盖广、灵敏度高,单像素相机在特殊波段和弱光照明等特殊场景中较普通相机更有优势,在遥感探测、显微成像、军事侦察等领域得到广泛应用。提出一种紧凑型单像素成像系统,该系统利用数字微镜阵列的工作特性形成了对称的折叠双光路以快速完成差分测量。紧凑的结构降低了相机系统的体积,使系统可采用标准尼康镜头作为成像透镜。系统具有双光路差分成像、双光路平均降噪、宽谱波段成像、双光路交替采样等多种模式,并且可根据场景对重建图像信噪比、实时帧率、成像波段的不同需求切换应用模式。基于系统样机的实验结果表明其能实现预期的功能、达到相应的性能。紧凑型单像素成像系统的提出是一次较成功的单像素成像工程化尝试,为单像素成像技术后续的实际应用奠定了较好的技术和工程基础。     

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.     

线阵扫描三维成像激光雷达系统

针对小型智能机动平台对三维成像激光雷达小型化、低功耗、高精度、快速成像的特定应用要求,基于集成激光器阵列和APD探测阵列设计并实现了12元线阵扫描三维成像激光雷达系统;基于高速数字处理芯片和高精度时间间隔测量芯片实现了并行高精度激光脉冲飞行时间测量和实时数据处理和传输。详细描述了系统原理、组成部分以及实验结果。实验验证该系统激光脉冲重复频率大于10 kHz,垂直方向激光单元角度间隔小于2.5 mrad,近距离距离分辨率优于2.4 cm,测量数据统计标准差小于1,各通道一致性良好。在高速水平扫描转动平台驱动下实现了室内三维场景重构以及高塔大视场远距离目标探测成像实验。     

Novel calibration method for camera array in spherical arrangement

A camera array placed in a spherical arrangement facilitates a new paradigm for future interactive visual applications, and the calibration of the cameras is a crucial task for such implementation. It is difficult to apply previous calibration methods to this special camera system because opposite features can commonly be found among the opposing cameras used in this system. In this case, a part-by-part calibration may fail in terms of error accumulation. In this paper, we propose an opposite feature based camera calibration method for a camera array in a spherical arrangement. An adaptive scheme is designed on a cube with opposite colour patterns and optimisations in handling the above problem of opposite features being invisible to cameras at opposite positions, based upon which, with our method, a common visible feature point is not required in advance. By applying a practical camera array in a spherical arrangement, and using 3D modelling, the superiority of the proposed method was verified through computer simulations. The results demonstrate that the proposed calibration method can contribute to the imaging system and future visual applications.     

基于Offner凸面光栅星载CO2成像光谱仪光学系统设计

星载CO₂成像光谱仪具有图谱合一、高空间分辨率、高时间分辨、非接触和长期监测的优点,已成为监测全球温室气体变化的重要手段之一。为解决大视场因入射狭缝较大,信噪比低,成像质量不佳的问题,文中对Offner成像光谱仪的光学系统初始结构设计提出了一种新方案。该方案基于在30 mm狭缝处发出的子午光线、弧矢光线在中心波长处相切,提高入射光线在整个光谱范围内的利用率。利用光学设计软件,设计在1594~1619 nm波段范围内,F数为2.5,光谱系统分辨率为0.1 nm的成像光谱仪。设计结果表明,点列图均方根（RMS）半径小于5 μm,系统在33 lp/mm处的传递函数优于0.7。此外,该系统采用像元合并（即扩展像元）的方法,进一步提高光谱信号的探测强度,该设计方案能够满足应用于星载CO₂成像光谱仪大视场、高光谱分辨率和高信噪比的遥感探测需求。     

大型稀疏阵列天基雷达系统分析

天基雷达可以在全球范围内实现运动目标探测和对地高分辨率成像。该文研究了天基雷达系统问题,基于大型稀疏阵列天线,论述了天基雷达的技术体制和关键技术,设计了基于稀疏阵列的MEO轨道X波段天基雷达系统参数并分析了其系统性能,为天基雷达的技术实现提供了一种新的途径。