激光照射监测系统可见光和红外图像融合方法

激光照射性能监测系统的激光照射命中是评估激光武器系统的重要指标之一。激光照射性能监测系统采用双传感器进行激光光斑和目标靶板的图像采集,提出了一种对所采集图像进行融合的方法:完成了图像中可见光图像与红外图像的配准、红外图像中激光光斑的提取、光斑提取图像与可见光图像的融合。提出的方法实现了视场范围不同、分辨率不同的可见光图像和红外图像的融合,融合后的图像真实再现了光斑照射的情景,图像中目标信息丰富明显、光斑轮廓清晰。     

嵌入式照射激光光斑实时采集系统研究

在激光制导系统中,照射激光光斑命中率精度是激光照射器重要工作性能之一.在光斑图像的采集方面,可为激光照射器照射光斑性能进行定量测量提供有效的技术手段,为激光制导武器性能改进和优化提供技术支撑.为了获取光斑图像,采用短波红外相机、激光回波探测装置和嵌入式系统,实现对经过编码的变频激光脉冲光斑图像的实时采集.为了保证光斑的精确采集,制导武器发射的激光脉冲组的时间间隔一般都是固定的,很可能被敌方截获破解.采用回波探测器实时检测激光光斑信号,这样就可以不定时发射脉冲组激光,很好地解决了这一问题.除此之外对接口进行了设计,可以直接对短波红外相机进行一些简单控制而不需要图像采集卡,使得系统更加便携、小型化.     

异源共光学系统多分辨率图像的融合

在激光照射性能监测系统中,考虑到对成像激光光谱特性、命中率测量精度的要求,为保证图像的探测动态范围,提高光斑命中精度的测量准确度,使用可见光传感器和红外传感器获得图像。采用加权平均法、PCA变换法、金字塔小波变换法,对共光路光学成像系统的多分辨率图像进行融合,通过融合性能评价指标对以上融合方法进行比较。实验结果表明：基于金字塔小波变换的图像融合方法具有更为理想的图像融合效果,可以提供更多、更有效的信息,提高了图像的分辨效果,能更好的识别光斑。     

基于视觉的远场激光光束质量的检测方法

介绍了一种远场激光光束质量的检测方法,可检测远场激光的光斑位置、光斑大小和光强分布。漫反射特性的靶板在远场接收激光,采用视觉系统以一定角度拍摄靶板图像,采用VC++编制软件对图像进行处理,得出检测参数。给出了系统的组成和图像处理算法,并进行了检测精度测试,光斑位置测量误差小于2 mm。实验结果表明,视觉系统不需要标定,测量方便,可在野外现场检测。     

基于投影统计特征与K均值聚类的十字光斑中心定位算法

以光斑中心准确定位为核心问题的激光三角法广泛应用于轧钢平直度检测系统中。针对湿平整后钢板形貌检测中面临的液滴干扰,为保持光斑中心提取的准确性和鲁棒性,提出了一种十字激光光斑中心定位算法。该算法首先采集所有十字光斑像素在多个方向的投影值,投影方向自图像坐标系X轴正方向开始0到π之间均匀分布;然后通过构建频数直方图,利用K均值聚类算法确定光条投影值边界;最后通过坐标变换求得十字光斑中心坐标。通过计算机仿真与实验,比较了该算法与直线拟合法在施加液滴干扰前后,对十字光斑进行中心定位的精度与鲁棒性。结果表明:该算法在液滴干扰下的重复定位结果可靠,置信度为99%的置信椭圆面积大约相当于三种点激光中心定位算法的2%。因此,该算法不仅能够在液滴干扰下准确定位十字光斑中心,而且使十字激光较点激光体现出更好的重复定位精度。     

一种基于模板匹配的远场畸变校正方法

在激光照射性能监测系统跟踪移动目标采集远场图像过程中,由于受主光轴入射角度、相对位移等因素影响,导致所摄图像会产生一定程度的畸变。为了校正图像畸变,提出一种基于模板匹配的远场畸变校正方法。首先制作四个靶板角点模板,利用模板匹配算法跟踪识别畸变图像的靶板角点;依据相机成像模型计算出理想靶板角点的像素坐标;根据四对靶板角点,利用透视投影模型求解畸变校正系数,从而实现对图像的畸变校正。实验表明,该方法可以对远场畸变图像进行有效校正,具有实验条件要求低、校正精确、处理速度快等优点,为激光照射性能监测系统提供了准确的图像信息,在实际工程中具有重要意义。     

基于转台角度的远场图像快速校正方法研究

在激光照射器性能监测系统中,针对靶板的运动特性、连续采集的目标靶板图像有不同程度畸变等情况,提出一种以转台相对角度作为畸变参量对连续远场图像进行畸变校正的方法:在建立世界坐标系和图像坐标系的前提下,利用一张参考图象选取的四个特征点及转台编码器提供的俯仰/方位角,建立远场图像畸变校正的数学模型,实现对连续远场图像的快速校正。通过测试数据表明,该畸变校正方法对运动过程中靶板的校正精度为0.3pixel,为激光照射性能监测系统后续计算提供了准确有效的远场图像。     

基于紫外成像技术的彩色光斑映射识别算法研究

紫外成像检测是一种有效的非接触式放电检测方法，紫外放电图像中彩色光斑的准确分割直接关系到其后续诊断的准确性。因此，提出了一种基于灰度差异的紫外图像彩色光斑区域识别分割方法，旨在准确提取彩色的紫外光斑区域。首先，利用紫外成像仪采集了电气设备紫外放电视频，其中放电光斑区域颜色涵盖了目前紫外成像仪常用的色彩；其次，改进了紫外视频的处理方法，利用高斯函数对紫外图像进行预处理，将光斑区域像素与非光斑区域像素的灰度差异平均提高了2.18倍，进而可利用阈值分割算法对光斑区域进行更准确的分割；最后，提出精度和召回率作为算法应用效果评价指标，将算法应用于1 000张紫外图像帧，其平均值分别为0.963 2和0.982 7。由此可知算法实现了紫外检测图像中彩色光斑区域的准确分割，能够满足后续对紫外放电图像进行可靠诊断的要求，为基于紫外成像的电气设备放电诊断提供了可靠保证。     

基于多区域最优选择策略的声呐图像目标检测

为了解决侧扫声呐图像目标检测受噪声和阴影区域影响，难以准确检测目标的问题，提出一种谱聚类结合熵权法的多区域最优选择策略的目标检测方法。根据先验知识提前设定谱聚类的聚类数，将声呐图像的像素聚类为多个不同的区域；提取每个区域具有的平移、旋转和缩放的不变性特征，用于构建多区域的特征准则矩阵；利用熵权法对该特征准则矩阵计算各特征的权重以及每个区域的综合加权分数，即可得到最终的目标区域。实验结果表明，所提方法不仅能够有效地克服侧扫声呐图像中的噪声和阴影区域带来的不利影响，还可以在图像聚类后的多个区域中实现最优目标区域的选择，验证了所提方法的可行性和有效性。     

激光干涉光斑图像恢复方法研究

应用CCD测量激光参数时,干涉噪声会降低测量数据的精度,影响激光参数的准确性。为解决此问题,提出一种激光干涉光斑图像恢复方法：根据光斑空间分布特性,分析图像梯度信息,利用梯度信息将图像划分为若干区域,在各区域中重新分配高斯曲率与高阶微分的权重系数,建立高斯曲率与高阶微分融合去噪模型,去除干涉噪声恢复光斑图像。实验结果表明：该方法能够自适应地、快速地恢复干涉光斑图像,减小束宽测量误差35.6%,提高激光参数测量精度。     

一种自动检测靶板角点的方法

靶板是立靶调炮速度测量系统的重要组成部分,针对传统的角点检测算法不能自动检测靶板角点的问题,提出了一种基于图像处理技术的靶板角点的检测方法。对CCD采集的靶板图像进行自适应平滑滤波提高图像信噪比,达到去除噪声和细节增强的目的,采用迭代式阈值分割算法分割靶板,通过形态学运算对分割后的像素点进行填充,利用连通域分析和链码法提取目标区域轮廓,利用多边形逼近算法对靶板轮廓进行逼近,利用逼近结果检测靶板角点。在CCD分辨率1280×1024,像元尺寸14μm,焦距50mm,测量距离5m的情况下,检测精度小于1.4mm,在立靶调炮速度测量中具有重要应用价值。     

卫星光通信高速精确跟踪瞄准实现技术

为了实现卫星光通信高速精确的跟踪瞄准,利用模块化思想设计,设计了一套采用目前先进的DSP技术的嵌入式系统,实现卫星光通信精确跟踪瞄准中快速图像跟瞄控制.该系统以TI公司高性能DSP芯片TMS320C6713B为图像实时处理单元,利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)分别对由图像传感器CCD采集的图像数据进行实时采集和显示.在该平台上,运用最大类间方差法求得最佳图像分割阈值,将图像分割后利用质心算法精确计算光斑形心坐标;根据目标的真实运动轨迹对光斑运动趋势进行估计,使系统工作于预测跟踪状态,保证了卫星光通信跟瞄控制的响应带宽要求.实验结果表明,当CCD的视阈为100×100时,系统图像处理速度可以达到625帧/s.     

基于FPGA的高速实时图像采集和自适应阈值算法

提出了基于FPGA的图像处理自适应阈值算法,实现了激光光斑中心的高速实时检测。采用3×3窗口模块和自适应阈值模块,先对CCD输入数据进行处理,判断光斑的范围,然后再运用光斑的质心算法对光斑所占的像元进行运算,得出光斑位置的脱靶量。本文达到了脱靶量帧速3000帧/s、精度2μrad的技术指标,实现了高速率、高精度的跟踪要求。     

激光光束质量测量过程中的CCD噪声影响分析

在激光光束质量的测量过程中,由于CCD的噪声影响以及环境背景噪声的影响,对光斑图像带来一定的影响,从而影响光束质量的测量精度。为此,主要分析了CCD的各种噪声影响,然后提出了针对不同噪声的图像处理算法,实验数据表明该图像处理方法有效地减少噪声对光束质量测量带来的影响,可得到更为真实可靠的激光光斑能量分布,对于后续地评价激光光束质量具有重要的借鉴意义。     

一种基于图像的光学系统测角精度检测方法

测角精度是光学系统的重要技术指标。针对传统的电子经纬仪测角精度检测方法测量数据少、扫描方向单一导致测量结果不准确,提出了一种改进的检测方法。调整电子经纬仪,使电子经纬仪发射的电十字通过光学系统成像在CCD视场中,旋转电子经纬仪以点阵形式,对光学系统各个方向进行扫描,计算机实时采集电十字图像。对采集的电十字图像,通过基于小波变换的变分Retinex算法增强图像对比度,采用OTSU阈值分割背景和目标,采用投影算法及二项式曲线拟合将电十字中心定位到亚像素级。对最终获取的电十字中心点阵数据通过径向基函数进行曲面插值,解算出基于整个CCD像面的测角精度。实验结果表明：该方法的测量精度达到0.1μrad,测得的光学系统测角精度提高了0.01mrad,检测的测角精度更加准确。     

航空发动机叶尖间隙光学影像测量系统

叶尖间隙是影响航空发动机性能的最重要参数之一。国内外大多采用人工塞尺和传感器电路测量航空发动机装配过程中的叶尖间隙,存在测量精度不够高、数据不易保存、操作较复杂等问题。将CCD三维重建技术、自动聚焦光学影像测量技术以及Sobel边缘检测算法应用于叶尖间隙实时测量,可减少人为测量误差。实验结果表明该法测量精度达到了0．02mm,且提高了测量装置的自动化程度。     

激光准直系统在大轴同轴度测量中的应用

激光准直系统的研制是为了提供大轴及轴度测量中需要的一条基准直线。系统中热稳频激光器的使用明显地抑制了激光光束的漂移;ＣＣＤ探测器用于探测光斑的能量分布;而与计算机相连的图像处理卡的使用大大简化了数据处理的过程,其次还讨论了两种确定光斑中心数据处理方法－－对称法和曲线拟合法提出了准直系统线性误差对同轴度测量结果不产生影响的新见解,因此准直系统的精度要求可以适当降低。实验证明该系统能满足测量要求。     

基于DMD成像控制系统的研究

基于数字微镜器件DMD的工作原理,提出一种应用于激光防护的DMD成像控制系统,利用DMD对光的调制作用,来保护光电成像器件CCD不受激光致盲武器的干扰或破坏。介绍了DMD的工作原理,并从整体上分析了DMD成像控制系统的结构。DMD系统控制和CCD图像采集上进行了软件设计,实现了CCD通过Camera Link图像采集卡采集图像数据及干扰激光光斑的识别。在DMD和CCD像素对应问题上,采用了相移莫尔法的调校方法,通过分析莫尔条纹的相位分布来实现像素的一一对应。最终通过DMD调制后的图像可以清晰看出,系统有效地识别了激光光斑及对DMD的控制,抑制了图像产生的饱和现象,达到了排除干扰激光保护光电成像器件的目的。     

深孔管道光学测量装置的研究

火炮身管内膛的检测一直是国内外未能有效解决的难题,针对这个现状,同时结合我国兵器生产,使用和试验的实际需求,采用轮式微型管内移动装置,通过行走装置及光学系统设计,对变径管道进行测量以及缺陷检测.主要利用内膛表面在CCD相机上所成的像,同时实现膛线参数的检测和磨损程度的检测.实验证明该结构简单,运行速度快,对直径变化在25～40(mm)之间的变径管道可以有效进行检测.