基于人工神经网的激光三维扫描技术研究

在激光三维测量技术中 ,用摄像机对物体和物体在平面反射镜中的虚像成像 ,用人工神经网技术实现图像坐标系到世界坐标系的映射 ,无须测定摄像机和激光平面之间的相对位置关系 ,自动修正镜头的几何畸变 ,由单视点序列影像就可获得被测物体表面的三维坐标。结论 :盲区小、方法简单 ,变换关系清晰 ,能获得高质量的测量结果。     

激光热处理工件边界的保护及模拟研究

激光热处理应用研究中，当激光作用区临近工件边界时，防止边界熔化并让边界获得满意的热处理是必须认真处理的重要问题。实验研究表明，根据被处理工件的边界形状设计光阑并将光阑放在合适位置，可以有效地避免边界损伤并获得高质量的处理结果。为简化热作用研究，通常可以将被处理材料视为热物性参数为恒量的连续介质，而当处理工件的边界由相交平面边界构成时，可以通过引入适当的像热源来处理边界问题，因此，用这种热处理温度场的半解析计算方法可以满意地获得边界附近的瞬态温度场。提出了一种边界保护的简单方法，并利用激光热处理温度场的半解析计算方法作出证明。研究结果表明，合适选择边界保护宽度，不但能够有效保护边界，并能在边界附近得到深度均匀的硬化带。     

基于近景立体像对的目标纹理提取与自动粘贴技术

三维技术中附着纹理是使三维模型具有真实视觉效果的重要技术之一，文章在立体量测获取三维点信息的基础上,提出一种纹理影象获取方法。该方法利用立体像对中匹配好的一组像点，在量测三维点位置信息的过程中，同步快速提取相应平面矩形的纹理影象，并且在一定的三维建模环境中自动粘贴至模型表面。该方法已应用于实际三维建模工作中。     

用彩色二维编码测量动态物体三维轮廓的方法

用红绿蓝颜色的正方形组成二维编码平面，并针其附着在被测物体表面，作为立体视觉测量中的匹配点。用2套光学成像系统获取被测物体的彩色图像，通过计算机图像处理技术找出2个图像中的匹配点，再根据匹配点的视差来获取物体的三维轮廓信息。这一方法特别适于对人体的运动进行三维跟踪测量。     

非平表面的红外热像测温修正方法研究

利用红外热像仪测温需先设定被测表面的法向发射率,该发射率通常为定值。而当热像仪处于被测点的天顶角大于50°的位置范围时,由于被测点定向发射率的变化,必造成这些点的测温误差。对于非平表面,这样的点大量存在。因此,必须对其测温结果进行修正。本文针对使用单目红外热像仪测量非平表面温度时由于各点定向发射率的变化引起的测量误差进行研究,并依据物体表面定量发射率的变化规律,给出了测量点的温度修正系数。同时,通过点云三维建模,利用热像仪的几何成像原理推导出红外热像图与实际被测表面中点与点的对应关系,给出了通过红外热像仪测量非平表面的温度分布的误差修正方法。实验证明了该方法的有效性。     

基于持续热激励红外检测的风机叶片腐蚀检测

由于海上风电机组检修较为困难,为防止海上风机叶片出现严重故障,提出基于持续热激励红外检测的海上风机叶片腐蚀检测研究,在叶片轻微腐蚀阶段实现腐蚀检测,避免叶片损坏对风机造成更大影响。分析海上风机叶片结构,针对该结构制定海上风机叶片腐蚀检测平台,在被测叶片的表面装置热激励源进行加热,并在叶片外部通过红外热像仪检测加热后的叶片表面温度场变化;采用热传导微分方程,求解持续热激励升温与降温阶段被测区域表面温场,获取叶片正常面与腐蚀面的热激励深度;通过有限元软件ABAQUS依据叶片三维模型,结合热传导微分方程,模拟被测叶片的温度场变化情况,获取叶片腐蚀模拟结果。经实验验证：该方法的红外热成像的测温范围较大,且测温精准度较高,在检测时不会受到检测距离的影响,依然保持较为清晰的检测结果,同时可根据检测得到的腐蚀面温度有效区分腐蚀严重程度。     

狭缝投影位置传感技术及其在精密定位中的应用

提出了一种基于狭缝投影的位置传感技术，阐述了此技术的传感原理及其在精密定位中的应用。准直激光束照明的投影狭缝由一个透镜以掠入射角度投影在被测物体上，狭缝投影经过被测物体表面的反射和另一个透镜的成像在探测双缝上形成投影狭缝像。探测双缝放大成像在双像限探测器上，投影狭缝像透过探测双缝的光强分别被双像限探测器的两个像限所接收，通过检测双像限探测器两个像限上的光强获得被测物体的位置。实验验证了此传感技术的可行性，其位置重复测量偏差小于32nm（1σ）。     

激光倾斜照明法测量钢板厚度

提出了一种激光倾斜照明的方法来测量钢板厚度,利用激光光束斜射到待测板侧面,用工业摄像机将被测板上的激光光斑成像于CCD靶面上,基于光斑像高与被测板厚度的几何关系计算出待测板厚度.由于被测物面不垂直于光轴、钢板沿宽度方向的运动均对测量结果有影响,对此作了分析并进行了修正.实验表明该方法可广泛应用于实际工业在线测量中.     

激光辐照温度场计算中的"像热源"研究

激光热作用研究中 ,通常只能采用纯数值计算方法研究异形工件激光热处理温度场 ,本文介绍轴对称像热源处理边界问题的半解析计算方法并给出实验证明。该方法适用于任意分布光束的热作用计算 ,当工件的局部边界由非正交平面构成时 ,可以获得满意的计算结果     

IECAS高分辨率机载合成孔径雷达几何精度试验

本文以实际地形图数据,用经典的雷达摄影测量的方法,检验了中国科学院电子学研究所(IECAS)高分辨率机载合成孔径雷达的几何精度。结果表明:该雷达影像在单图像修测(对已有地图进行更新测量)条件下,平面位置精度优于4m米;在立体图像量测的条件下, 空间位置精度优于20m。     

基于空间联合的红外舰船目标数据增强方法

针对红外舰船目标图像数据少、获取难度高等问题,结合图像的几何变化以及金字塔生成对抗网络的特征拟合,提出一种几何空间与特征空间联合的红外舰船目标图像数据增强方法。首先,利用基于几何空间的几何变换、混合图像及随机擦除等图像变换方法对红外舰船目标图像进行增强;然后,根据红外舰船图像特点,改进金字塔生成对抗网络（SinGAN）,在生成器引入In-SE通道间注意力机制模块,增强小感受野特征表达,使其更适合用于红外舰船目标;最后,在数据集层面联合基于几何空间的几何数据变换和基于特征空间的生成对抗网络两种方法,完成对原始数据集的数据增强。结果表明:以YOLOv3、SSD、R-FCN和Faster R-CNN目标检测算法为基准模型,开展红外舰船图像数据增强仿真实验,采用增强数据训练的网络模型的舰船目标检测平均精度（mAP）均提高了10%左右,验证了所提方法在小样本红外舰船图像数据增强方面的可行性,为提高红外舰船目标检测算法提供了数据基础。     

导航卫星双基地SAR几何优选及实测边坡成像

基于导航卫星的星-地双基地SAR（GNSS-BSAR）作为一种新型的地表观测手段,具有重访时间短、覆盖范围广、系统成本低等显著优势。当地面接收机与目标场景距离较近时,由于GNSS-BSAR的分辨率较低,导致目标场景的成像结果与其在同一等距离线上的镜像混叠在一起,无法进行图像解译和形变反演处理。针对以上问题,本文提出了一种基于分辨率设计和等距离多普勒特性分析的导航卫星双基地SAR几何优选方法。该方法在选定实验场景的基础上,进行GNSS-BSAR分辨性能与等距离-多普勒特性的多目标联合优化,选定能够避免镜像模糊现象的导航卫星辐射源,实现GNSS-BSAR几何构型优选。基于以上方法,在重庆边坡地区设计GNSS-BSAR实验,成功获取了无镜像模糊的实测边坡成像结果,验证了几何优选方法的有效性。      

基于ISAR图像的中段目标二维几何特征反演方法

该文针对弹道导弹防御系统的目标识别问题,研究了中段目标的2维几何特征反演方法。基于中段目标的外形特征,提出了一种描述目标2维几何结构的稳定特征量,该特征量不受目标姿态变化和雷达工作条件的影响。基于中段目标的电磁散射特性,建立了目标在不同姿态下的ISAR成像结果与目标2维几何特征的映射关系,进而提出一种基于ISAR像的中段目标2维几何特征反演方法,能够稳定地反演出中段目标飞行过程中所有姿态下的2维几何特征。通过电磁计算数据和暗室测量数据验证了所提方法的有效性和稳定性。     

基于包围盒约束光谱聚类的红外目标识别算法

在红外成像过程中,目标边缘模糊化是影响红外目标识别效果的关键因素,也是红外目标识别算法的研究重点,故在光谱图像中合理补偿目标几何特征信息成为研究热点之一。结合包含目标几何特征信息的包围盒作为约束条件,对红外光谱图像进行分层限定滤波,降低原有图像数据中目标几何外形数据的丢失,提高目标可识别性。设计了在包围盒约束条件下的光谱聚类算法,设置参数η表征待测军用车辆目标的几何信息,设置参数m表征待测军用车辆目标的光谱特征信息。实验采用TEL-1000-MW型红外成像光谱仪获取多光谱图像,通过改变m和η值调整光谱特征值个数与包围盒范围,从而获得不同的目标识别图像。并与传统方法对同一幅红外目标图像的识别效果相比较,结果发现采用包围盒约束的待测目标图像几何边界信息保留效果明显优于传统方法,当m=10、η=0.7时,红外图像的目标识别效果最好,同时算法收敛速度也最优。由此可见,该算法在提高红外目标识别能力、避免误判伪目标和漏检目标方面具有很高的实用价值。     

卫星观测火箭尾喷焰红外动态场景生成研究

建立了一种星载吸收波段红外传感器连续观测助推段火箭飞行的场景生成模型。提出了一种基于神经网络生成MODIS数据中第22、23波段高分辨率地表发射率图像的方法,生成了分辨率达到百米量级的地表发射率图像,并利用谱段关联计算了4.18~4.5 μm的地表光谱发射率;同时采用Runge-Kutta法生成火箭助推段的飞行轨迹,利用LOS方法计算尾喷焰气体的辐射传输,生成火箭尾喷焰图像。建立了尾喷焰、地表点和传感器的几何关系,对尾喷焰和背景投影成像,合成了卫星观测火箭尾喷焰的动态场景。对辐亮度图像序列进行分析发现,地面背景的辐亮度得到了压制,同时结合轨迹数据对不同时刻的目标辐亮度对比度和所占像元数进行了分析。此外,分析了不同场景下尾喷焰总辐射强度曲线的差异。结果表明,场景生成方法准确可靠,可为基于卫星图像序列的目标检测跟踪等研究提供数据基础和目标特性支撑。     

基于结构形态几何生长的 模糊红外光谱图像分割

针对局部目标与背景的低对比度、目标边缘模糊红外手印的分割问题,提出了一种基于结构形态几何生长的边缘模糊红外目标提取算法。该算法首先利用最大熵法及阈值扩展将图像进行粗分割;在粗分割的目标区域中提取区域块特征点,构筑手的结构形态;通过区域块特征点寻找种子点,并以种子点与对应特征点的距离关系作为生长判决条件进行几何生长,最终提取得到目标图像。与常用提取算法进行比对实验,结果表明,针对边缘模糊的红外手印图像,本文算法能更有效地提取出完整目标。     

基于毫米波InISAR成像的运动目标探测与定位

介绍了基于运动补偿的运动目标ISAR成像方法,将雷达成像的概念引入到低信噪比运动目标探测的过程中,在成像的同时获取目标的径向和横向运动速度,采用多基线图像干涉处理的方法完成运动目标的定位和横向尺寸估计.建立了运动目标成像几何模型,给出了多天线时分复用接收机的通道间信号补偿方法,以及多基线相位解缠实现不模糊干涉测角定位的方法,分析了信噪比对图像干涉定位精度的影响.利用仿真数据和实际数据验证了本方法的有效性.     

High-frequency RCS of complex radar targets in real-time

This paper presents a new and original approach for computing the high-frequency radar cross section (RCS) of complex radar targets in real time with a 3-D graphics workstation. The aircraft is modeled with I-DEAS solid modeling software using a parametric surface approach. High-frequency RCS is obtained through physical optics (PO), method of equivalent currents (MEC), physical theory of diffraction (PTD), and impedance boundary condition (IBC). This method is based on a new and original implementation of high-frequency techniques which the authors have called graphical electromagnetic computing (GRECO). A graphical processing approach of an image of the target at the workstation screen is used to identify the surfaces of the target visible from the radar viewpoint and obtain the unit normal at each point. High-frequency approximations to RCS prediction are then easily computed from the knowledge of the unit normal at the illuminated surfaces of the target. The image of the target at the workstation screen (to be processed by GRECO) can be potentially obtained in real time from the I-DEAS geometric model using the 3-D graphics hardware accelerator of the workstation. Therefore, CPU time for RCS prediction is spent only on the electromagnetic part of the computation, while the more time-consuming geometric model manipulations are left to the graphics hardware. This hybrid graphic-electromagnetic computing (GRECO) results in real-time RCS prediction for complex radar targets     

基于精细分割的SAR图像舰船目标几何结构特征提取

随着高分辨率星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）系统的研制和使用,利用SAR图像实现快速准确的舰船目标识别分类成为了海上目标侦察监视的重要手段.文中针对SAR舰船目标切片图像,提出一种基于精细分割的SAR图像舰船目标几何结构特征提取方法.首先,采用基于Radon变换的分割方法将舰船目标和成像干扰区域进行分离,对分离出的舰船目标切片进行阈值分割处理,并利用形态学手段处理分割图像,减小旁瓣影响,准确提取目标主区域;然后基于椭圆形状约束进行目标区域的细化分割,解决分割区域"毛刺"现象和区域断裂现象,得到舰船目标的最佳图像分割区域;最后,通过逼近目标区域获得其对应的最小外接矩形（minimum enclosing rectangle,MER）,进而实现目标区域几何结构特征的精确提取.通过对获取的高分三号卫星SAR图像数据进行仿真实验,证明了本文方法提取舰船目标几何结构特征的高准确性和强稳定性,对海上舰船目标的识别与分类具有重要意义.     

粗糙地面上复杂目标的正向散射中心参数化建模研究

为了研究复杂目标与粗糙地面的复合电磁散射,提出了一种粗糙地面上复杂目标散射中心参数化建模的方法.首先对复杂目标进行高精度三维几何建模,同时对地面的三维几何模型进行数值模拟.然后直接从模型出发,采用射线分裂追踪技术对空间射线进行标记与归类,将复杂环境和目标的强散射源进行分离及定量表征.最后基于属性散射中心模型形式,正向确定散射中心模型的参数,构建粗糙地面上复杂目标散射中心参数化模型.文章给出了裸土上坦克的散射中心参数化模型,并将重构的合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）图像与可信的高频算法仿真SAR图像进行对比分析,重构结果与仿真结构具有较好的一致性,验证了对该类目标进行参数化建模的有效性,拓展了正向参数化建模目标适用范围.