大幅宽长波红外变帧频变焦成像

为了验证变焦扫描大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变的矫正效果,并降低扫描镜控制难度。首先分析了变焦成像时扫描镜扫描速度与扫描视场角间非线性变化关系;针对扫描镜变速扫描稳定性低且控制难度大的问题,在结合探测器变帧频分析与实现的基础上,提出采用扫描镜匀角速度扫描结合探测器变帧频变焦成像方法。推导了扫描镜匀角速度扫描时,光学系统焦距、相机实时帧频与扫描成像视场角的关系式。最后基于课题组已有的可连续变焦长波红外光学系统,搭建了一套基于扫描镜扫描成像的大幅宽长波红外变焦实验系统,并利用该系统进行了成像验证。成像结果表明,采用变帧频结合变焦成像方法,可有效抑制大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变问题。变帧频成像方法降低了变焦扫描时扫描镜扫描复杂度,证明了变焦扫描方法具备图像畸变矫正能力。     

长波红外相机在轨扫描成像畸变消除控制策略

为消除长波红外相机在轨扫描成像的地面畸变,研究了变焦扫描成像畸变消除系统控制技术。针对变焦扫描控制的多电机位置同步要求,提出一种高精度多电机位置同步算法。依据设计的变焦扫描成像控制原理,设定每个扫描时刻点变倍组电机和补偿组电机的同步位置。变焦控制系统实现与扫描控制系统的同步计时,根据当前位置和下一时刻的同步位置,每隔0.01s计算出电机的运行速度,实时对电机的速度进行控制。实验结果表明,变倍组和补偿组电机的位置同步偏差分别在±0.003mm、±0.002mm以内;沿轨方向地面分辨率的最大偏差不超过±0.047m。长波红外相机在连续变焦扫描控制过程中成像清晰,达到消除畸变的效果,满足变焦扫描成像的要求。     

补偿器设计中鬼像定量仿真分析

针对定性分析方法无法彻底避免鬼像影响检测的现象,在理论分析的基础之上,提出补偿器鬼像定量仿真分析方法.借助光学分析软件,在设计阶段彻底避免鬼像影响检测,并结合实例,说明定性分析方法的局限性,验证定量仿真分析方法的有效性.该分析方法为补偿器的设计分析提供定量分析方法,提高了补偿器研制的成品率,提高了补偿检验精度,对高精度补偿检验技术具有重要意义.     

基于显著条件随机场的海面目标分割算法

海面目标的分割在军事和民用领域有着重要的价值,但现阶段对光学遥感下海面舰船等目标的研究还较少。针对强杂波干扰海面场景下目标分割精度低的问题,文中设计一种显著条件随机场的目标分割算法。该算法基于背景可分性度量准则,改进了谱残差显著性,并使用全连接的随机场替代一般的邻域模型,利用全图的上下文信息对目标精确分割。实验结果表明,该算法能够有效抑制海面杂波,实现了对像素的精确分割。     

静止轨道对地观测光学系统外遮光罩设计

研究了午夜前后阳光照射对静止轨道三轴稳定对地观测光学系统的系统成像和系统热稳定性的影响.根据光学系统在静止轨道运行时的受照特点,分析了直射入光学系统的太阳光能量,推导出由外遮光罩高度,形状及不同太阳倾斜角确定的无量纲数阳光抑制比K,用以描述外遮光罩对视场外直射阳光的抑制能力并指导各种形状外遮光罩的高度设计.用Monte-Carlo方法编制通用程序计算了各种轮廓形状在不同太阳倾斜角下的抑制比K.在实例设计中取春秋分K=0.5作为设计依据,外遮光罩的高度为底部轮廓东西轴长的1.8倍,此时阳光由遮光罩底部轮廓进入光学系统的时间为3h,设计结果满足卫星载荷尺寸要求.     

基于在线最小二乘支持向量机的变形镜建模与控制

为消除变形镜的建模误差，提出了基于在线最小二乘支持向量机的变形镜建模方法。首先，分析了温度和驱动器非线性等因素对变形镜响应矩阵的影响；然后，介绍了最小二乘支持向量机及在线更新的原理，并将其引入97单元变形镜的集成仿真模型。根据变形镜不断更新的运行数据，最小二乘支持向量机进行在线训练和模型更新，构建当前状态变形镜的等效模型，并输出下一时刻的电压预报值。仿真结果表明:基于在线最小二乘支持向量机的变形镜建模方法摆脱了固定模型的约束，具有自适应更新的特点，稳健性好，控制电压预测精度高，有利于提高自适应光学系统的控制精度。     

重力对星载傅里叶光谱仪动镜系统的影响

分析了太空失重对星载傅里叶光谱仪动镜系统的影响。针对动镜系统受重力影响的两个关键因素,提出了解决措施,并设计了实验室验证方法。考虑空间和地面重力环境的不同,分析了动镜未被驱动时重力对初始定位的影响和动镜被驱动后重力对运动机构回复力矩的影响。设计了精密初始机械限位使动镜从固定起始点开始运动控制,并且采用闭环PID控制与在轨可调整期望运动规律相结合的控制方法来校正动镜机构等效扭转刚度的变化。最后,提出了将整个动镜机构倒置的方式进行地面验证,并设计了动镜正、负位移不对称性偏差以及匀速区速度波动的性能测量方法。实验结果表明,正置和倒置时动镜正、负位移的不对称性偏差可以控制在6μm以内,其匀速区的速度波动均方根值分别为1.4%和1.1%。实验显示提出的解决方法简单可靠,性能指标满足傅里叶光谱仪的要求,为动镜系统的空间应用提供了技术途径。     

基于区域分割与融合的全景稳像算法

车载红外全景扫描成像系统具有每列单独成像、360全方位视场覆盖的特点,从而导致传统的电子稳像算法无法直接适用,因此,提出一种基于区域分割与融合的全景稳像算法。首先,通过局部列偏移调整方法对图像预补偿。接着,以车头前进方向为基准,对全景图像进行区域分割,即前端、右端、后端、左端区域。然后,根据各区域的成像特点,选择不同的稳像模型进行稳像,其中,运动估计环节采用滑窗策略缩短运算时间,运动补偿环节采用未定义区重构方法弥补边界缺失信息。最后,利用局部区域扩展、渐入渐出加权平均融合方式对重叠区域进行区域拼接、融合,保证全景图像无缝拼接。实验结果表明:该算法有效解决了车体行进过程中红外全景扫描系统的稳像问题,稳像关键指标帧间峰值信噪比（PSNR）可以提高14.7%,运行时间可缩短为传统算法的1/10,基本满足了工程应用的需求。     

可见近红外宽波段复消色差高光谱物镜设计

为满足高光谱成像仪在365~1000 nm波段范围的成像需求,设计了一款中等视场角、大相对孔径的复消色差物镜。从初级色差理论出发,分析了可见近红外波段的玻璃材料的色散特性,为光学设计选择玻璃材料提供了理论依据。设计结果表明:通过对低色散氟冕玻璃的合理使用,物镜在宽波段内的色差得到了良好校正,二级光谱仅为0.014 mm。物镜焦距18 mm,相对孔径1∶2.4,视场角30°,成像质量接近衍射极限,满足高光谱成像仪的设计要求。     

二维最小误差分割在红外图像中的快速实现

最小误差分割算法的图像分割性能优异,但一维的最小误差分割算法容易受到噪声的干扰。利用图像的二维直方图,二维最小误差分割算法不仅能够利用图像的灰度信息,同时利用了相邻像素之间的邻域信息,取得更加理想的分割效果。但在实际使用的过程中,二维最小误差算法采用穷尽搜索的算法运算时间长,二维直线型最小误差分割算法无法反映全局最优解,降维形式的最小误差算法复杂度高。本文将结合粒子群优化算法(PSO)将二维最小误差分割算法应用在红外图像上,大大提升了算法的求解速度,能够在实现更低对比度的红外图像分割的同时满足工程中实时检测的要求。