Golay6稀疏孔径系统成像研究

稀疏孔径系统应用于航天遥感领域可以获得与全孔径系统相当的空间分辨率,而整个系统的体积和重量明显减小.分析典型Golay6结构,给出稀疏孔径光学系统调制传递函数的表达式,分析Golay6稀疏孔径系统的调制传递函数,并进行模拟成像.Golay6结构是非冗余的稀疏孔径结构.     

环形稀疏孔径结构的研究

介绍环形稀疏孔径的结构,分析环形光瞳的填充因子,并推导出环形稀疏孔径调制传递函数(MTF)的解析式。用MATLAB软件对其进行模拟,并利用Zemax光学设计软件设计环形稀疏孔径光学系统,得到调制传递函数图像,与理论推导的结果相吻合。采用标准分辨率板,在不同填充因子的环形稀疏孔径光学系统下进行模拟成像;利用分数阶微分算子对模拟所得的图像进行图像加强,改善环形稀疏孔径光学系统成像质量。     

类Golay6稀疏孔径结构

分析了Golay稀疏孔径结构阵列,在正三角形网格分布的基础上,找出Golay结构子孔径非冗余分布的规律,提出了一种类Golay6新型稀疏孔径结构。按照一维阵列排列及其非冗余分布的规律,类Golay6结构的子孔径在光瞳面上按三角形网格分布在正三角形的边长上,推导出类Golay6调制传递函数(MTF)公式,给出MTF分布,并且与Golay6结构进行了比较。结果显示,类Golay6结构的MTF分布均匀,最大截止空间频率与Golay6结构的相等,实际等效口径比大于Golay6结构9.1%。另外,类Golay6子孔径排列比Golay6结构的简单,是一种非冗余的新型稀疏孔径结构。     

编码孔径和解码孔径的设计

基于光学外差扫描全息术 3D成像的基本原理和编码孔径成像技术 ,设计了用于正在研制的“近红外扫描全息光学层析成像系统”中的编码孔径和解码孔径。当编码函数非负时 ,设计能取正负值的解码函数可以改善系统的点扩散函数 ,使其更接近于理想的二维 δ函数。在点扩散函数分布中的均匀或起伏较小的背景将降低重建图像的对比度。计算机模拟结果表明 ,采用对比度增强技术可以减少菲涅耳波带板和非冗余小孔阵列编码孔径重建图像的背景噪音 ,提高图像的对比度     

均匀稀疏矩阵的全聚焦成像算法研究

超声相控阵全聚焦成像算法作为一种后处理成像技术,虽然具有成像精度高、灵活性好的优势,但由于数据量大、计算时间长等问题,该项技术的实际工业应用受到了极大限制。针对该算法的不足,这里提出了基于均匀稀疏矩阵的全聚焦成像算法,通过减少矩阵数据量来提高成像效率。结果表明：相较于传统全聚焦成像算法,基于均匀稀疏矩阵的全聚焦成像算法极大的压缩了数据规模,计算速度同比提高约38%,为全聚焦快速成像提供了一种参考方法。     

基于集成成像技术的零件孔径位置检测

针对利用霍夫圆检测方法很难定位大尺寸零件上所有孔径位置的问题,本文提出了一种将集成成像技术与霍夫圆检测算法相结合的非接触式测量方法.首先,根据经典成像理论提出了一套集成成像信息获取算法.其次,利用二维平移台和CCD相机搭建了相机阵列实验装置.系统工作时,相机采集的元素图像阵列,可以通过霍夫圆检测和坐标获取算法来实现零件孔径位置的定位.基于上述理论进行了验证实验,结果显示,零件孔径位置的检测误差在0.3mm以内.该方法为集成成像技术应用于高精密位置检测提供了有效的理论支持.     

压缩感知域智能天然气管道泄漏孔径识别

天然气管道泄漏监测正在进入大数据时代,针对传统方法存在的采集数据冗余、特征提取及识别受主观因素影响较大等问题,结合压缩感知与深度学习理论,提出一种在变换域进行泄漏信号的压缩采集、在压缩感知域进行自适应特征提取及识别的智能天然气管道泄漏孔径识别方法。通过随机高斯矩阵获取压缩采集数据,并通过深度学习挖掘测量信号中隐藏的泄漏孔径信息,经稀疏滤波实现特征的自动筛选,最后研究了softmax回归实现孔径的高精度分类识别。实验结果表明,该方法实现了监测数据的压缩,对压缩感知域采集信号的识别性能明显优于传统方法。     

基于稀疏正则约束的子空间视觉跟踪

针对子空间表示跟踪算法处理遮挡问题的能力不足,以及稀疏表示跟踪算法无法满足跟踪实时性要求等问题,本文提出一种稀疏正则约束的子空间视觉跟踪算法。该算法结合了子空间表示与稀疏表示的优势,提升了对于遮挡问题的处理能力,并且降低了算法的计算复杂度。首先,该算法利用PCA子空间基向量集、子空间均值以及表示残差对目标进行表示,同时算法采用L2范数作为表示系数以及表示残差的稀疏约束函数。其次,算法采用了一种分步循环迭代的方法求解表示模型的系数与残差。然后,为了保证子空间基向量与空间均值能够持续准确的描述目标在跟踪过程中出现的变化,算法根据经过开运算处理后的表示残差中非零元素的不同比率构建不同的更新模板,并结合增量主成分分析方法在线学习新的基向量与均值。最后,在实验部分,本文将提出算法在10个实验序列上的跟踪结果与8个现今主流跟踪算法进行对比,同时从定性与定量两个方面对实验结果进行分析。本文算法在全部10个实验序列上的平均中心误差为5.3pixel,平均覆盖率为77%,相比于其他算法,本文算法取得了较高的跟踪精度。本文算法具有更好的鲁棒性,并且满足更多场景下的跟踪需求。     

三维成像载荷共孔径光学系统设计

基于激光雷达高程数据与平面影像数据融合的三维成像技术是三维遥感探测技术的重要发展方向之一。本文设计了基于此体制的共孔径三维成像载荷的光学系统。从受限的空间尺寸出发,以此作为设计输入条件,得到光学系统的初始设计参数,设计了焦距为2 400mm,F数为5.33的偏视场同轴三反系统。采用三镜前置的方式,大大缩短了光学系统的轴向长度,使光学系统的轴向长度仅为焦距的1/4.36,在有限的空间内,实现了长焦距、高分辨率的光学系统排布。采用偏视场设计,避免了系统内的二次遮挡。整个系统的成像质量良好,无色差,畸变小,光学调制传递函数接近衍射极限,同时其相对孔径较大,有效通光孔径较大,能量集中度高,在保证高地面分辨率的同时,满足了激光接收端对能量的需求。     

大孔径面视场PG成像光谱仪的光学设计

针对成像光谱仪通过狭缝进行线视场成像时存在的孔径较小、光学透过率较低等问题,研究了一种基于棱镜-光栅型分光结构的大孔径面视场成像光谱仪。该棱镜-光栅成像光谱仪采用表面浮雕型透射光栅,极大地降低了光栅的制作难度与成本。大孔径面视场的成像光谱仪相较于线视场成像光谱仪有较高光学效率和时间效率。但是面视场成像光谱仪的色畸变与谱线弯曲较难校正。本文将前端望远系统与分光系统进行一体化设计,满足远心光路匹配和孔径匹配,较好地校正了面视场光谱成像系统中的谱线弯曲和色畸变。并且通过加入非球面反射镜及校正镜很好的校正了由于大孔径面视场所引入的非对称性离轴像差。结果表明,设计的大孔径面视场PG成像光谱仪光谱波段范围400~1 000nm,光学调制传递函数达到0.65以上,光谱分辨率达2.5nm,全谱段不同视场的谱线弯曲小于5μm,色畸变小于8μm。     

胶片摄影空间相机动态成像质量评价

对以胶片为图像载体的可见光高分辨率空间相机来说,除光学系统本身的像质和胶片分辨力对相机的最终成像质量产生影响外,相机的像移补偿机构、像移速度控制系统、最佳成像焦面位置的确定等都对相机的最终成像质量产生影响,通过对胶片式可见光高分辨力空间相机整机系统的成像理论进行分析探讨,采用光学传递函数的方法进行相机整机系统的像质评价及像面位置的准确标定。详细给出了空间相机的实验室检测和在轨摄影的动态摄影传递函数及数据分析结果,通过理论值与此方法分析出的传递函数值作对比,证明了胶片摄影刀口阴影经付立叶变换等方法处理所得MTF的方法可以用来评价空间相机的动态成像质量,对用实验室实测的相机动态MTF结果来预估相机在轨动态MTF及在轨摄影分辨力方面做出了有益的尝试。     

空间相机的颤振成像调制传递函数及仿真实验

为实现对卫星平台力学环境的合理约束,研究了空间相机颤振与成像调制传递函数(MTF)下降的关系.通过理论分析,建立了基于统计矩的颤振传递函数的数学模型,实现了在特定函数振动和已知振动曲线情况下对MTF下降曲线的计算.针对某空间相机,利用MATLAB软件的图形用户接口(GUI)编制了颤振成像MTF计算软件,计算了在有随机噪...     

应用压缩传感理论的单像素相机成像系统

采用稀疏二进制矩阵作为测量矩阵完成了单像素相机对不同场景的拍摄。基于压缩传感理论设计的单像素相机,利用数字微镜阵列和单个探测元件实现高分辨率图像的拍摄,将图像采集和压缩合二为一,减少了数据,降低了系统规模、复杂度和成本。对测量矩阵进行了分析,给出了二进制测量矩阵精确重构条件。搭建了硬件实验平台,采用稀疏二进制测量矩阵,对笔划复杂度不同的"中"字、"国"字和复杂实物这3种不同的场景进行了拍摄实验,利用梯度投影重构算法重构出目标图像,图像分辨率为数字微镜阵列大小。实验结果显示,对于3种不同场景,在测量次数为目标图像像素总数的20%～30%时,能精确重构出目标图像,表明单像素相机能实现高分辨率图像的拍摄。     

可在轨溯源的太阳反射波段光学遥感仪器辐射定标基准传递链路

分析了现行光学遥感仪器辐射定标方法的局限性,以满足定量化遥感的精度及多数据融合比对研究的需求。设计了以空间低温辐射计为初级辐射基准,以太阳为光源,包括太阳单色仪、太阳光谱仪、传递辐射计、太阳漫反射板等组件在内的可在轨溯源的光学遥感仪器辐射定标基准传递链路。首先以低温辐射计和太阳光源建立的光谱辐射基准定标传递辐射计和太阳光谱仪;然后利用传递辐射计定标太阳漫反射板,建立对地光谱辐亮度基准;继而将基准传递至地球光谱成像仪作为对地观测标准,从而实现对其它卫星光学遥感器的交叉定标。对光学遥感仪器辐射定标基准传递链路各个环节的分析显示,辐射定标基准传递链路的测量相对不确定度为0.75%。结果表明,以此辐射基准传递链路构建覆盖我国空天一体的遥感定标网络可为建立平行于地面基准体系的空间数据质量保障体系奠定技术基础。     

空间遥感仪器摆动轴承的润滑剂研究进展

空间运动部件的长寿命可靠性是空间遥感仪器发展的关键。介绍空间遥感仪器摆动轴承润滑特点和机制,概述固体润滑剂和液体润滑剂各自的优缺点及国内外研究现状,介绍MACs油脂的特点及其应用情况,指出摆动轴承所需润滑剂的发展方向。     

遥感航天器在轨结构微变形光纤监测技术发展综述

对地、对天观测航天器在深空和极地探测、军事侦查、国土资源测绘、地质与农业灾害监测、海洋观测、气象观测和环境监测等系关国民经济社会发展的重要领域都发挥着关键作用。遥感航天器在轨结构受空间极端温度变化、重力、碎片冲击和疲劳等因素作用会产生微变形,在轨微变形监测对保障遥感航天器功能指标实现和系统可靠性及寿命有重要作用。光纤监测技术被视为最具潜力的遥感航天器在轨监测技术之一,经过近30年来的研究发展,正在从实验室研究向工程应用演进,但是目前存在若干问题限制了该技术的应用发展,亟待探讨解决方法。为此,梳理了遥感航天器结构微变形监测的主要技术,分析了光纤监测的主要技术类型、技术优缺点、微变形场重建算法、在轨适用性和典型应用案例,指出了需要研究解决的关键问题和未来发展方向。     

光电成像系统的性能优化

探讨了光学系统和阵列探测器构成的光电成像系统的整体性能和优化设计问题。针对阵列探测器的不断快速更新换代,研究了如何对光学系统进行改进以优化光电成像系统的性能。从采样成像系统的取样定理出发,研究了光电成像系统的传递函数特性,讨论了采样成像系统的相位平均传递函数,分析了光电成像系统的加工与使用误差对传递函数的影响。同时,给出了光电成像系统的信噪比计算公式。文中提出用于遥感观测的大型光电成像系统的光学系统传递函数的归一化空间频率等于0.5左右可与阵列探测器的奈奎斯特频率相匹配。结果显示,如此设计可在满足信噪比的同时使传递函数在奈奎斯特频率处达到0.1左右,分辨率达到奈奎斯特频率并且不产生频谱混叠效应。     

Characterization of Hazardous Gases Using an Infrared Hyperspectral Imaging System

A rapid algorithm for passive remote sensing of gases with an infrared hyperspectral imaging system is reported that includes approximate and precise measurements. In the former, the spectral region of interest for the analytes is identified. In the latter, fitting calculations in the selected range and for spectral similarity measurements are employed to remove erroneous pixels from the approximate measurement to better characterize the gas sample. The results verify that the algorithm reduced the time for qualitative and quantitative determination of gases compared with conventional approaches.