高速CCD图像数据光纤传输系统

本文提出了一种多路高速CCD图像数据光纤并行传输系统,并应用于空间遥感相机中。设计并实现了单路有效数据率最高可达1.28Gbps的光纤传输通道。阐述了系统设计思想,光纤传输通道结构,并对其中的关键技术高速总线接口、高速串行光电接口等进行了详细分析。实际完成了5通道TDICCD图像数据光纤并行传输系统,总有效数据率高达5.7Gbps。通过实验证明该系统工作稳定可靠,实时传输效果好,无误码,满足了高速多通道CCD图像数据的高速率,远距离传输要求。     

单镜头大视场拼接成像方法及实现

在远距离目标轨迹测量系统中,当前的长焦相机由于CCD尺寸限制一般视场角度较小,无法实现对目标的可靠捕获。在对比当前的几种大视场拼接成像方法后,针对远距离目标测量系统的要求提出了一种通过控制单个相机进行圆锥旋转来模拟4相机阵列实现大视场成像的方法。设计了实验样机对该方法进行验证。首先根据该成像方法设计了相机运动控制方案和相应的机械结构,然后设计了相机的触发控制以及图像数据的传输和处理流程,最后使用该样机进行了实验。实验中样机经校准后采集到了相对位置正确的子视场图像,并拼接获得了大视场图像。使用视场角度为1.02°的小视角相机,实现了4个有一定程度重合的子视场2×2拼接,最终获得了1.93°的大视角。该方法为远距离目标测量系统中的目标捕获子系统设计提供了新思路。     

空间图像存储器NAND Flash的可靠性

针对空间相机中的图像存储器NAND Flash由于坏块和单粒子翻转导致存储数据不可靠的问题,研究了Flash坏块的管理策略和纠错算法.分析了Flash结构和工作特点,提出了基于并行双遍历机制的坏块管理策略,阐述了双遍历机制的设计思想并分析了它的有效性.在分析Flash结构和纠错特点的基础上,提出了在域GF(28)上的缩短码RS(246,240)+RS(134,128)纠错算法,并说明了编解码算法思想和实现电路.最后,在一空间多光谱相机样机的图像存储设备上进行了试验验证.结果表明,管理策略能快速可靠地处理坏块事件,每次操作仅需1个系统时钟周期即可完成坏块判断.纠错算法在2 KB/page内可以纠正27 B错误,编码速度达到72.53 MBps,解码器速度达到54.26MBps.提出的管理策略和纠错算法有效地解决了Flash数据存储的不可靠问题.     

多通道遥感图像光纤高速传输系统

遥感相机一般使用TLK2711接口输出图像数据,地面测试设备不能直接对其采集存储。文中设计了一种多通道遥感图像高速光纤传输系统,可对相机输出的TLK2711图像数据进行采集与缓存,并通过光纤接口传输给存储设备。实现了遥感相机与地面存储设备之间的高速图像数据通信,解决了现有地检存储设备不能直接进行数据通信的问题。系统设计了多通道TLK2711图像采集模块,多路图像数据分时复用处理模块,基于Aurora64B/66B传输协议光纤传输模块等,使相机图像数据稳定可靠地传给地面存储。经过实验测试,系统图像数据采集准确,数据传输无误码。系统效率高,稳定可靠,满足实际使用需求。     

基于千兆网和EMIF的多路轮对图像传输系统

针对轮对磨耗在线检测中图像处理数据量大、实时性要求高的特点,提出了一种基于千兆网和EMIF接口的多路轮对图像传输系统的设计方案,采用FPGA和4路DSP实现,重点研究了千兆网接口、EMIF总线技术和多DSP图像数据传输机制。系统以FPGA作为控制核心,利用千兆以太网传输4路CCD相机采集的图像数据,采用高速EMIF接口实现FPGA与DSP的数据交换。测试结果表明,该系统能够高效、可靠地实现图像数据传输,具有一定的实用价值。     

应用空间编码投影法测量三维大物体面形

三维图像拼接技术是实现大型物体形貌测量的关键.本文在图像控制点约束的基础上,提出了一种实现三维图像拼接的新方法,即将一伪随机空间编码投射到一大型物体表面,然后用CCD在不同视角拍摄不同视场中的物体,利用重叠区域相同的某一窗口特征点进行配准,然后采用四元组法求取坐标转换矩阵,从而实现大范围自由曲面三维形貌的测量.实验结果表明:应用空间编码的图像拼接新方法町以实现大尺度三维面形的测量,拼接数据相对误差＜0.8%.     

基于单心球面系统的九块面阵CCD数字拼接

在研制大视场、高精度光电测量设备过程中,采用多块CCD拼接技术是重要手段之一。本文介绍了一种利用单心球面系统进行CCD拼接的方法,提出建立相机数学模型和安装在球面上CCD的数字拼接算法。并且利用该方法实现了九块面阵CCD23°×17°视场的拼接。     

单道编码CCD细分直线编码器的研究

提出了一种单道编码 CCD细分直线编码器 ,论述了其位移连续码的编码理论及算法。阐述了该直线编码器 CCD细分原理 ,并讨论了其测量精度 (± 1 μm)及测量范围 ( 2 0 0 m)     

多路高清图像组合编解码光纤传输技术北大核心CSCD

针对多传感器视觉设备中高清相机的图像数据流量大、传输带宽要求高的特点,设计了一种基于FPGA的多路高清图像组合编解码器。其采用有限状态机工作方式,对像素数据进行重组编解码,并对多通道图像数据进行通道时分复用编解码,有效利用了光纤传输带宽。另外通过插入一种并行扰码对图像数据进行伪随机码调制解调,提高了光纤串行传输的稳定性。仿真和测试表明:该技术在传输速率达到10.312 5 Gbit/s时,实际有效数据传输速率达到6.6 Gbit/s,传输系统稳定性高,可广泛应用于高清图像数据的远距离传输。     

基于空间编码投影法测量三维大物体面形

三维图像拼接技术是实现大型物体形貌测量的关键技术。本文在图像控制点约束的基础上,提出了一种实现三维图像拼接的新方法,即将一伪随机空间编码投射到一大型物体表面,然后用CCD在不同视角拍摄不同视场中的物体,利用重叠区域相同的某一窗口特征点进行配准,采用四元组法求取坐标转换矩阵,从而实现大范围自由曲面三维形貌的测量。实验结果表明：基于空间编码的图像拼接新方法,可以实现大尺度三维面形的测量。     

空间相机地面实时动态集成测试技术

为了确保空间相机在轨长期、可靠工作,依据空间相机的系统结构和原理,提出了一种空间相机地面实时动态集成测试方法.采用自开发的星上载荷控制系统仿真设备、动态成像目标生成及模拟系统、主控系统仿真测试设备、CCD成像系统仿真测试设备、编码器仿真测试设备、热控仿真测试设备、电源监控系统和图像快视及数据记录系统等作为单元测试设备,...     

高频正交大面阵焦平面快门设计

针对1000 mm焦距透射式光学系统面阵相机,设计了一种高频大面阵焦平面快门.为了满足长焦距航空成像系统高分辨率和宽覆盖的要求,新设计的焦平面快门结构采用单帘幕多缝式设计,通过两个快门正交布置,电机带动齿轮同步驱动,使得两片光学拼接的面阵CCD同时曝光.数字信号处理器(DSP)根据编码器反馈的帘速信号来控制电机转速,保...     

小型光电编码器长周期误差的修正

针对小型光电编码器长周期误差成因及分布规律复杂的特点,提出了一种光电编码器长周期误差修正方法。建立了基于正交三角函数基的傅里叶神经网路误差修正模型,将光电编码器输入输出间的非线性优化问题转化为线性优化问题。误差修正模型以高精度基准编码器输出值作为学习目标;引进模拟退火策略的差分进化算法对网络进行训练,保证了在训练的初始阶段具有较强的全局寻优能力和在训练后期具有较快的收敛速度和较高的精度。运用设计的方法对16位小型光电编码器进行了长周期误差修正处理,实际测试显示：编码器的峰值误差由45"~-17.5"减小到10"~-8.75",长周期标准偏差由修正前20.3"减小到修正后4"以下。结果表明提出的长周期误差修正方法提高了光电编码器的精度。     

利用数字图像处理技术测量直齿圆柱齿轮几何尺寸

研究了采用数字图像处理技术实现对直齿圆柱齿轮几何尺寸的非接触式测量.首先对CCD摄像机拍摄的图像进行畸变校正与滤波去噪,然后对图像进行阈值分割,采用基于数学形态法的四邻域腐蚀来获得单像素宽的图像边缘.针对齿轮的边缘轮廓形状特征,运用重心法、最小二乘拟合、Bresenham画圆法和Hough变换等原理,建立了测量齿轮齿数、模数、中心孔半径、齿顶圆半径、齿根圆半径和变位系数等齿轮几何尺寸参数的测量算法.使用1280×1024的CCD摄像机及黑白采集卡对分度圆直径为50mm的直齿圆柱齿轮进行测量实验,与人工测量值对比,绝对误差小于一个像素,在各测量参数中,最大尺寸的齿顶圆半径绝对误差值为13μm.研究结果表明:因为CCD摄像设备的分辨率越高、被测物体的尺寸越小,则测量精度越高,且为线性关系,所以,使用高分辨率CCD摄像设备并配备光学放大系统,可实现对高精度和微小直齿圆柱齿轮几何尺寸参数的测量.如使用1280×1024像素以上的CCD摄像设备测量分度圆直径5mm以下的直齿圆柱齿轮时,测量精度可在2μm以下.     

最小化预测残差的图像序列压缩感知

提出了一种最小化预测残差的图像序列压缩感知算法以实现高速相机输出图像的实时压缩.首先,在编码端仅使用映射矩阵对原始输出图像进行压缩,将压缩得到的观测向量通过信道传输到解码端.接着,在解码端对相邻帧进行运动估计和运动补偿,得到一幅待重建图像的预测图像,利用压缩感知算法对原始图像和预测图像之间存在的预测残差图像进行重建.最后,用迭代的方法优化预测残差图像的重建结果,直到连续两次的重建结果之差小于设定阈值,从而获得重建的原始图像.采用DALSA公司的CR-GEN0 H6400相机进行的实验表明,该算法可以实现1 000 frame/s图像的实时压缩,并且图像重建质量比独立地重建每张图像至少提高了2～6 dB,有效地实现了对高速相机输出图像的实时压缩与高质量重建.     

航天立体测绘相机调焦机构设计与精度分析

航天立体测绘相机受发射过程的振动、冲击以及复杂多变的空间温度、压力等环境的影响,相机的CCD靶面将产生不同程度的偏移,为保证相机成像质量及后续测绘任务的完成,需将变化的CCD靶面进行补偿。因此本文设计了一种基于凸轮导向的调焦机构,通过传动误差的分析及精度验证试验结果表明,该调焦机构的传动误差为±1.71 μm;CCD靶面的直线性精度X方向11.2〞、Y方向11.8〞;CCD靶面绕光轴的旋转4.7〞,满足用户提出的精度要求。     

增量式光学编码器 IAS 信号误差建模及补偿

增量式光学编码器在制造与安装的过程中不可避免的会出现刻线误差和细分误差,这些误差会降低角度测量的精度并导致瞬时角速度(IAS)信号波动,研究刻线与细分误差的补偿途径有重要意义,但现有方法存在误差补偿效率低,不易现场应用等局限。针对上述问题,本文首先对增量式光学编码器的刻线误差与细分误差进行分析并建立误差模型,揭示了刻线误差、细分误差与IAS信号波动之间的联系。在此基础上提出了一种使用IAS信号对增量式光学编码器刻线与细分误差进行补偿的方法,该方法具有效率高、无需对编码器进行改装等优点。通过仿真分析对本文所建立的误差模型的正确性与误差估计方法的可行性进行了验证,并在RV传动实验台上对伺服电机末端的增量式光学编码器进行刻线与细分误差补偿,最后使用光学旋转平台对增量式光学编码器误差进行测量,通过对比分析验证了本文所提方法的有效性。     

非均匀采样莫尔条纹信号的分析与处理

为了动态、实时地测量光电编码器在变速转动情况下的细分误差,提出了一种莫尔条纹信号的非均匀采样分析与处理方法。利用傅里叶级数原理构造了实际情况下的莫尔条纹信号方程,根据编码器在不同转速下的实时采样,揭示了莫尔条纹信号的非均匀采样特征。鉴于信号采样的非均匀性,采用曲线拟合的最小二乘法重构莫尔条纹信号,利用离散傅里叶变换算法分析重构信号并求出波形参数。通过信号参数与细分误差的关系式,测量了编码器动态细分误差。采用该方法对21位绝对式光电编码器莫尔条纹信号进行了分析和处理,两次测试得到其动态细分极值误差为+3.21″、-4.69″和+3.45″、-4.81″。实验结果表明,该方法可以有效地分析和处理编码器在非匀速转动下产生的变频莫尔条纹信号,精确地测量编码器的动态细分误差,为工作现场编码器误差的实时检测与修正奠定了基础。