导弹飞行姿态测量算法及误差分析

提出了一种由图像间接确定空间目标三维姿态的方法。目标成像后,通过图像处理手段获得目标的轴线特征,利用透视投影及空间几何原理,从多站图像特征推导出空间目标轴线的数学模型。对整个系统中的误差进行了定量与定性分析,给出姿态误差计算模型,针对各误差源给出了其与姿态角误差的分析模型。最后,给出有关仿真结果,验证了方法的正确性及可行性。     

红外成像制导末端局部图像识别跟踪研究

针对红外成像制导末端目标图像充满导引头视场影响目标识别跟踪的问题,提出一种红外成像制导末端局部图像识别跟踪的方法。分析了红外成像制导原理;选取了高亮区比例、灰度标准偏差、长宽比、紧凑度和复杂度等5个特征量作为特征提取和目标识别的依据,提出适合导弹的目标快速识别算法;通过计算红外成像制导末端目标图像,在导引头焦平面上的投影面积的变化情况,分析了弹目距离与相对速度对目标图像变化情况的影响,研究了形心跟踪到局部图像跟踪的转换时机。综合考虑了可靠性和实时性要求,选取飞机机头作为局部图形跟踪的跟踪点;搭建红外成像制导仿真场景,对所提出的方法进行仿真分析。仿真结果表明：该方法能够有效地识别图像中的目标,减小红外成像导引头跟踪盲区,实现红外成像制导末端的平稳跟踪。     

质心干扰场景的无人机位置部署研究

针对旋翼无人机对质心干扰场景拍摄的问题,研究了空中摄像平台的部署位置和镜头指向两方面内容,利用空中旋翼无人机和海上机动目标的位置关系推导出空中摄像平台的相对位置,讨论了两种镜头指向方式下的方案可行性。结合实际应用规定摄像平台位于机动目标的正前方,根据小孔成像原理利用相似三角形构建一种简单的成像几何模型。基于此模型,在图像的帧率、像素、飞行目标飞行时间等约束条件下,计算出摄像平台的部署位置,为实际应用提供参考。通过仿真计算,得到了两种拍摄方式下的无人机平台满足要求的位置点。     

紧凑折反式仿生复眼及图像快速拼接识别算法

针对多相机阵列复眼质量大与图像数据生成量高的问题,开展多通道-单探测器构型的大视场仿生复眼成像系统及其图像快速拼接识别算法的研究。通过光路折反与光程归一的方式,实现多视角子眼共像面与分区成像。根据折反式复眼成像特征,提出特征图级下基于区域结构相似性的图像快速拼接算法。配合目标识别卷积神经网络,实现紧凑空间下大视场全局图像的快速重建与目标识别。所提出的复眼系统有效光学视场角为138°×75°、光学尺寸为29.78 mm×19.74 mm×6.86 mm、全局图像拼接速度为0.011 s。紧凑型折反式仿生复眼具有体积小、视场大、计算开销少的特点,能够为载荷与算力受限的小型无人设备与低速弹箭提供广域视觉成像与快速图像拼接识别能力。     

自动光电/红外传感器图像匹配

图像匹配是自动目标识别中的一个重要环节,特别是对于多传感器系统。匹配的目的是在两幅图像中建立一致性并且测定它们校准后的几何特征。由于光电和红外传感器工作在不同的频率波段,因此它们的图像就有不同的灰色梯度特征。来源于不同传感器的信息紧密结合成一相称的整体有助于目标识别,并且能用来改善自动目标识别系统的探测和跟踪能力。然而,在光电图像中的特征通常与红外图像中的不一样也给匹配带来了困难。因此,光电和红外成像的自动匹配就非常困难。大多数现有的图像匹配算法不能很好地处理光电／红外数据。     

热成像系统中的视在温差研究

温度的差异是决定目标红外图像特征的一个重要因素,热成像系统的主要性能参数也都与温差有着直接的关系,红外伪装效能评估也与温差密切相关。研究热成像中的温差问题对研究目标的红外图像特征、热像仪的实际性能和红外对抗等都有着重要的意义。讨论了大气衰减对辐射温差的影响;通过引入等效环境辐射温度的概念,分析了热成像的原理;得到了热成像中视在温度表达式;推导出了热成像中视在温差的理论计算公式。结果表明热像仪上的视在温差,不仅与目标本身温度和发射率有关,还和目标与背景(或目标不同部位)的温差和发射率差、大气透过率、等效环境辐射温度以及探测器有关。     

弹载SAR大斜视扩展CS成像算法

针对弹载合成孔径雷达大斜视工作模式下图像几何失真和成像匹配过程中的图像失配问题展开研究,通过分析巡航导弹攻击末段飞行特性,提出了一种采用距离向变标处理的扩展CS算法.该算法可以校正因大斜视带来的图像几何失真,能够用于末制导景象匹配.点目标和分布式目标仿真结果证明了算法的有效性,与传统的CS算法的对比证明了算法的优越性.     

智能弹药成像引信对地面车辆定位的算法研究

针对智能弹药对地面车辆的非合作定位问题,提出一种利用目标非合作固有几何特征的成像引信定位算法。建立了快速交会条件下的空间成像模型,结合地面车辆的特点提出了车辆轴线的概念;构建过轴线等特征直线和光心的平面,证明平面相交直线与目标轴线的平行关系,得到目标坐标系3个轴向的方向向量;以待定系数法描述车辆中轴面,通过建立点面距离关系推导实现了弹目相对位置的解算。分析弹目相对姿态对定位精度的影响,并通过仿真实验验证了误差规律。实验结果表明：智能弹药距地高度小于100 m时,定位相对误差小于5%,算法可有效地实现高精度定位。     

一种自然场景的SAR图像模拟方法

分析讨论了一种自然场景的合成孔径雷达成像模拟方法.文中阐述了合成孔径雷达图像模拟的基本原理,建立复杂自然场景目标模型的方法以及合成孔径雷达图像的基本特征,并且详细分析了成像回波信号的组成.最后完成了对自然场景目标的成像仿真实验,比较了不同雷达视角下图像的特征.     

图像末制导导弹寻的仿真分析

建立了图像末制导导弹攻击地面机动目标过程的仿真模型,研究了机动目标在导引头焦平面上的红外图像的运动特性和图像特征,分析了成像导引头性能参数对目标图像特性的影响,可为导引头总体设计和红外目标图像处理算法设计提供参考。     

仿射不变性特征提取在目标识别中的应用

从不同角度、距离获取的图像中提取不受视点因素影响的仿射不变特征,是图像目标识别、图像几何校正、景象匹配、图像检索等领域的共性问题。从仿射几何的角度出发,在对仿射变换、仿射不变性进行研究的基础上,利用仿射几何的不变性提取仿射不变特征量。针对同底面积比基元进行目标识别存在的问题,引入改进局部不变量,并提出3种基元特征提取算法,以排除锯齿点干扰进行角点提取。Matlab仿真分析过程中,对图像进行基元特征提取,采用改进局部不变量进行计算、比较及识别,能够有效建立图像特征值比较模型。实验结果表明:该局部不变量能较好地识别相同目标,用于不同目标间的分类识别时能取得好的分类效果。     

基于组合特征的水下三维目标检测跟踪算法

针对三维成像声呐水下人工目标检测跟踪困难的问题，提出一种基于组合特征的水下三维目标检测跟踪方法。该算法利用声图的强度和距离等分布信息，根据目标出现前后声图能量的变化，利用背景差分的方法提取核函数，并在二维声图相关匹配的基础上，通过关联由前后帧图像的Hu不变矩、目标质心和目标距离组成的组合几何特征，实现二维向三维映射的人工目标检测与跟踪。湖试数据处理结果显示，新算法的跟踪性能提升了约7.15%,消耗时间相比传统方法减少了约60%,验证了算法的有效性。     

Projectile＇s Speed and Attitude Measured by Linear Camera

为测定弹丸的瞬时速度与姿态,利用标定过的线阵像机,在镜面摄像法下从2个视角对运动中的弹丸进行扫描成像.在研究了线阵像机的动态成像方程后,利用若干个目标特征点和对应的图像点,建立测量问题数学模型;通过两步法求解出弹丸的速度、姿态和初始位置8个参数.对不同像机参数下的不同弹丸几何尺寸和不同的运动姿态参数进行了图像仿真和测量实验,结果表明算法的姿态测量误差优于0.4°,合速度的相对测量误差优于2%.利用线阵像机成像模型和最优化算法测量弹丸速度与姿态参数具有较高的精度.     

基于线阵像机的弹丸速度与姿态测量

为测定弹丸的瞬时速度与姿态,利用标定过的线阵像机,在镜面摄像法下从2个视角对运动中的弹丸进行扫描成像.在研究了线阵像机的动态成像方程后,利用若干个目标特征点和对应的图像点,建立测量问题数学模型;通过两步法求解出弹丸的速度、姿态和初始位置8个参数.对不同像机参数下的不同弹丸几何尺寸和不同的运动姿态参数进行了图像仿真和测量实验,结果表明算法的姿态测量误差优于0.4°,合速度的相对测量误差优于2%.利用线阵像机成像模型和最优化算法测量弹丸速度与姿态参数具有较高的精度.     

基于特征点和区域生长的目标图像分割方法

成像探测的运动目标图像中背景复杂并且含有大量的噪声,针对传统的目标的检测和分割方法精确定位困难、且不能完整分割等问题,提出基于特征点和区域生长的运动目标图像分割方法。通过相邻帧图像的绝对值差分图像得到大概的运动区域,利用基于LK光流的角点检测方法提取差值图像中的特征点,采用非最大值抑制对特征点的优劣性进行评估,对好的特征点进行区域生长,最终达到运动目标的分割目的。仿真结果表明:该方法能够对复杂图像序列中的运动目标进行精确定位,得到较好的目标分割结果,并且计算量小,具有较高的鲁棒性。     

目标回波时频分布的几何结构图像形态特征

沉底目标识别的关键在于从混响背景中提取出稳定的目标回波信号特征。目标的棱角散射能够携带目标的几何形状信息,在时频域内具有较规则的分布特性,但是各棱角散射回波声程差小,而且淹没在混响中。已有的时频分析方法局限于其抗混响能力及时频分辨力,为得到一种有效的目标几何特征提取方法,提出将一维几何回波时域信号在二维时频域中的几何分布特征作为图像特征进行特征提取,通过研究几何亮点回波和混响在时频平面上的形态特征,构造与几何亮点时频特性匹配的结构元并对时频分布图像进行形态滤波。通过仿真与湖试数据分析,相比已有方法,文中所提方法能够在实现目标几何亮点结构的识别同时进一步抑制混响。     

基于泽尔尼克矩的红外扫描引信图像识别算法

针对目前红外扫描成像引信在目标识别过程中处理时间慢、对图像尺度和旋转变换敏感的问题,提出了基于泽尔尼克矩和支持向量机的红外扫描图像识别算法。该算法利用不变矩重构了引信探测装置所扫描到的红外图像,求得图像的各阶泽尔尼克矩来构成描述扫描红外图像的特征因子m,最后利用支持向量机对目标与相似物进行分类,实现对目标的识别。仿真验证表明,基于泽尔尼克矩的图像识别算法能够较快实现目标特征的提取和识别,对低分辨率图像也有较好的处理效果,适用于扫描式引信探测系统的简易成像处理和目标识别。     

飞机目标红外图像序列双阈值分割方法

针对飞机目标红外图像序列,提出了一种新型双阈值分割方法.它依据实测飞机目标红外图像序列的统计特性,以及目标在上一帧图像中所占比例,确定当前帧图像中两个阈值的取值范围;再利用最大熵准则和遗传算法搜索最佳双阈值.仿真结果表明,这种方法能够实时地分割出飞机目标和作为目标特征点的尾喷管,可用于工作在成像目标跟踪阶段的红外成像制导、红外型自动目标识别(ATR)系统.     

双波段红外图像融合算法研究

为了对双波段图像达到比较好的融合效果,需要在分析目标辐射传输特性、成像特性和图像特征等在不同波段的异同基础上研究图像融合算法,利用互补信息和冗余信息来增强图像融合效果.文中结合目标背景辐射传输特性,提出了一种基于普朗克定律的双波段红外图像融合算法,实验证明文中算法能够得到比较好的图像融合效果.     

一种红外成像仿真系统

已研制出用于试验安装在移动工作台上的红外成像导引头的一种仿真系统。该系统由一台红外投影仪、一个成像系统(由一台计算机和一台实时图像处理机组成)和一套综合红外特征模拟系统组成。它具有导引头在环路中和开环双重仿真功能。其中,使用液晶光阀的红外投影仪由一台常规阴极射线管激励,投射8～12um的红外图像。脱机红外特征模拟软件与仿真系统完全结合在一起。该软件包括:1)几何目标造型程序;2)交互式几何景像编辑程序;3)热模型;4)基于LOWTRAN6的大气衰减模型。