基于SOPC的高帧频数字图像采集显示系统

为了代替PC机对高帧频数字图像进行实时采集显示,使用片上系统(SOC)和可编程片上系统(SOPC)的设计方法,设计了基于NiosⅡ软核的嵌入式图像采集显示系统。依据系统功能需求设计出系统架构,给出了系统各个功能模块的设计方法,对系统中接口模块的信号时序和图像数据缓存处理架构进行了软件编写及仿真。描述了应用该系统所进行的高帧频图像采集显示实验,并分析了系统性能。实验结果表明:对于帧频高达1 230帧/s、分辨率为128×128的图像源,该系统可以对其进行实时的采集显示。满足了降低成本、节约空间、提高系统稳定性和工作带宽的要求。     

基于 Camera Link 接口的高帧频数字图像采集显示系统

设计了基于 FPGA 的嵌入式图像采集显示系统,并对该系统采用的接口协议、匹配端口和软硬件架构进行了研究.给出了系统各个功能模块的设计方法,对系统中接口模块的信号时序和图像数据缓存处理架构进行了软件编写及仿真.实验结果表明:满足了降低成本、节约空间、提高系统稳定性和工作带宽的要求.     

大气相干长度的瞬时测量

由于差分像运动监测法测量大气相干长度需要多帧统计,本文应用波前结构函数法,提出了一种大气相干长度的瞬时测量方法。该方法通过Shack-Hartmann波前探测器测量单帧短曝光畸变波前的Zernike系数;然后减去光学系统初始像差的Zernike系数,去除倾斜项,计算波前结构函数;最后,与满足Kolmogorov湍流理论的大气短曝光理论波前结构函数进行最小二乘拟合,得到瞬时大气相干长度。利用湍流相位板构造了相应的测试系统,并进行了外场实测对比。结果表明:提出的基于波前结构函数法的测量结果与差分像运动监测法的测量结果基本吻合;不同格林伍德频率下,标准差与均值之比小于4.1%,稳定性较好;外场比对累计16个夜晚,得到的平均偏差小于0.45cm。该方法可以实现空间目标大气相干长度的单帧瞬时测量,并可用于观测站点的视宁度、自适应光学系统内部大气湍流强度和地基大口径望远镜主镜视宁度的监测。     

基于FPGA的通用液晶显示控制器的设计和实现

基于FPGA研究了液晶显示的驱动方法,参照液晶显示的逻辑和时序标准设计了可选择分辨率的通用液晶驱动,用Verilog硬件描述语言编写了通用液晶显示驱动控制器,可以实现不同分辨率的清晰动态显示,在不需要修改核心代码的情况下,普遍适用于多种分辨率图像切换显示。经实验验证,该通用液晶显示控制器占用资源少,能够满足液晶显示时序控制的要求;通用性好,可移植性强,在系统外扩高速存储设备后即可作为嵌入式系统的一部分驱动标准高分辨率液晶显示器。     

利用相位差异技术恢复宽带白光图像

研究了用于扩展目标成像的相位差异技术。该技术利用焦面和离焦面上的两幅图像之间的相位差异来估算波前相位畸变,同时对采集的图像进行恢复。设计了白光目标成像实验系统,用宽带白光作光源,在实验室搭建实验平台,模拟无穷远处目标和波前相位畸变。采用直角梯形分光棱镜将光路分为两个通道,在一台相机上同时采集两个通道像面上的图像,消除了相机不同产生的差异,极大地抑制了噪声对图像恢复的影响,分光后系统抗两个通道独立的高斯白噪声的能力为10%。实验结果显示恢复后的图像分辨率提高了19%,表明该技术是适合光电成像系统的图像恢复技术。     

压电智能桁架结构的建模与最优振动控制

为了实现桁架结构振动主动控制,建立了智能桁架结构动力学模型和最优振动控制模型,对动力学建模和最优控制建模方法进行了研究。首先根据有限元理论和Hamilton原理,建立了智能桁架结构的机电耦合动力学方程,方程中含有与作动电压有关的耦合刚度矩阵,采用缩聚变换对动力学方程进行了简化,该动力学方程可用于机械/电荷作用下结构的静动力分析和控制系统设计。然后将推导的动力学模型变换为状态空间方程的形式,根据线性二次型最优控制理论,推导了结构振动控制的数学模型,通过最小化性能泛函,求解黎卡提矩阵代数方程确定了最优控制输入。最后给出了平面桁架结构振动控制算例验证建模过程和算法。结果表明,通过最优振动控制可以使结构振动快速衰减,达到振动抑制的效果。     

傅里叶望远镜成像原理对比验证

为了有效开展傅里叶望远镜成像原理的外场实验,建立了傅里叶望远镜成像过程模型并进行了定量模拟,同时搭建了实验室仿真实验进行对比验证。首先,根据傅里叶望远镜成像原理将成像过程分解为多个阶段。然后,依据不同阶段对探测波面的不同作用建立了相应的波动光学模型,并在确定望远镜配置参数的基础上开展了成像过程的模拟验证。最后,搭建了相同配置的室内仿真实验并完成了对比验证和影响因素分析。结果表明:定量模拟验证与实验室内仿真验证有较好的一致性,在探测波长532 nm、信噪比大于等于100的情况下均能较好地重构出目标图像。对比验证可为傅里叶望远镜后续的外场实验提供参考。     

激光主动照明成像实验研究

激光照明成像系统为主动光学系统。在低照度情况下,使用激光对远距离目标进行照明,最终利用激光回波在CCD上成像。通过对激光经大气传输后回波功率的研究,对激光照明成像系统作用距离进行推导。利用886 nm固体激光器和CCD相机建立实验系统,验证利用激光照明在主动探测中的可行性。     

用空间解析几何法进行天文定位定向的误差分析

为了确定三视场定位定向设备各个误差源对定位定向误差的影响,建立了定位定向的误差分析模型。首先,给出了三视场导航设备采用空间解析几何法进行定位定向的原理。其次,指出影响定位定向的各个误差源,归纳分析了误差源的特性、概率分布以及误差源对定位定向信息对的影响。然后,利用定位定向原理建立起定位定向误差分析模型。最后,利用蒙特卡罗法进行误差仿真分析。仿真结果表明系统的定位均值误差为121.0 m;定向均值误差为7.4,并指出定位定向主要的误差源是水平测量误差,其次是垂线偏差数据的误差。野外实验表明,该系统的定位均值误差为182.12 m;定向均值误差为9.3,水平测倾角的误差对定位定向结果的影响最大。