空间遥感相机的自动检焦技术研究

本文介绍应用图像处理法对推扫成像的线阵CCD空间遥感相机进行检焦研究。以推扫方式成像的线阵CCD遥感相机连续拍摄的两幅图像之间没有重复的部分,这给图像清晰度评价函数的选取增加了难度。本文根据光学传递函数理论建立了基于模糊量估计的粗调焦评价函数,通过两幅离焦位置不同的图像就可以估算出离焦量,从而可直接驱动镜头至准焦位置附近。根据功率谱对于自然景物具有一定的不变性原理,建立了基于功率谱的细调焦评价函数,进一步找到了准焦位置。仿真实验表明,这种粗精相结合的检调焦方法既能保证聚焦精度,又能提高聚焦速度。     

基于方向WPS改进TDI CCD遥感图像清晰度评价函数

在轨调焦是航天相机获取高质量图像的关键技术之一。针对航天相机在发射、在轨期间由于振动冲击及温度气压等环境参数变化引起的光学系统离焦现象,以及TDI CCD遥感相机成像场景实时变化的特殊特点,对基于功率谱的清晰度评价函数进行了研究。根据小波变换的多分辨率和带通特性,提出了一种对FFT功率谱的改进小波功率谱（WPS）估计。针对像移亦会导致TDI CCD图像模糊的问题,提出了方向WPS估计算法。参照功率谱地物无关性及离焦会引起功率谱高频分量损失的思路,设计了基于方向WPS的加权清晰度评价函数。实际外场推扫实验结果表明,提出的新清晰度评价函数能有效反映出实际推扫图像的离焦状态,另外相对于FFT功率谱,对场景差异更不敏感,误判率从0.36降低为0,曲线更加饱和。100个仿真样本的平均误判率仅为0.06,满足系统误差要求。因此文中算法满足单调性、灵敏度高、准确度高原则,更适合TDI CCD遥感相机的自动调焦。     

利用LSF实现推扫式遥感相机的自动调焦

为实现推扫式遥感相机自动调焦,结合推扫成像的特点提出了利用LSF作为图像质量评价函数来指导自动调焦的方法。该方法利用了LSF和MTF的傅里叶变换关系。经过边缘检测后,搜索刀刃边缘区域,提取边缘扩散函数ESF,并通过求导得到像元尺寸级的LSF;然后利用最小二乘法作LSF的曲线拟合得出亚像元尺寸级的LSF,并且由LSF的重要参数σ得到图像质量评价值(IQE)指导推扫式遥感相机的自动调焦过程;通过实验对该方法的准确性和实时性做了验证,并给出了调焦精度的计算方法,最后利用IQE改变步距的爬山坡法实现调焦过程,提高了对焦速度及可靠性。实验结果表明:调焦精度可达到0.1倍焦深,调焦一次动作不超过0.2 s。说明该方法在实时性和准确性的方面都得到了较好的体现,为推扫式遥感相机实现自动调焦提供了可能性。     

遥感相机的智能调焦方法

为了将基于图像处理的智能调焦方法引入到空间遥感相机中,从而提高其在轨调焦能力,提出了采用辅助CCD的遥感相机智能调焦方法。该方法解决了推扫式遥感相机由于图像动态变化导致的比较基准不确定问题,为智能调焦方法在遥感相机中的应用开创了途径。在阐述基本调焦原理的基础上,给出了实际应用中多片CCD级联时评价区域选择依据和算法,并以Variance函数为评价函数对调焦过程进行了仿真模拟,实验结果表明:该方法能够可靠、自动地搜索到最佳聚焦位置,获取清晰图像,适用于遥感相机使用。     

激光对推扫相机的干扰

针对激光对推扫相机干扰效应及其干扰机理等疑难问题,构建了一套推扫相机激光干扰实验系统.描述了实验系统组成、实验方法和步骤,开展了激光对推扫相机干扰实验,给出了实验结果.从线阵CCD探测器的结构和图像处理层面出发,对出现的干扰现象进行了机理分析,利用实验数据拟合出了相机入瞳激光功率与干扰面积的对应关系,分析了影响推扫相机输出图像上激光干扰面积的主要因素,并与激光对凝视相机的干扰进行了比对分析.该研究成果可应用于激光对推扫相机干扰效果评价和相机激光防护研究等方面.     

红外透镜检测中的自动聚焦技术

为了精准且快速的检测红外透镜的性能,设计了一套基于图像处理的快速红外CCD自动调焦测量系统,采用波长范围为3.7~4.8 m的中波制冷红外CCD相机,对透过红外镜头产生的像自动聚焦进行二次成像,通过图像的快速处理和分析,以检测镜头对称性和焦距等性能。重点分析了目前常用的自动对焦技术,针对该检测系统提出了灰度熵与统计学函数有机结合的自动聚焦方法,并通过大量的检测结果进行验证。实验结果表明系统重复定位的位置精度达到10 m。     

一种实用化的机载线阵推扫成像光谱仪

在航空遥感中,线阵CCD传感器的应用越来越广泛,但是由于航空平台的姿态变化比较剧烈,导致线阵CCD传感器影像很难处理和应用。详细描述了自行研制的一种实用化的线阵推扫成像光谱仪系统,并对飞行实验影像进行了处理,结果满足设计要求。     

基于图像处理的自动调焦技术研究

随着自动调焦技术的快速发展,在成像系统中得到了广泛的应用。基于图像处理的自动调焦能够进一步满足各种成像设备的智能化自动调焦需求。基于图像处理的自动调焦的关键在于图像的清晰度评价函数,本文在对评价函数进行分析的基础上提出了梯度阈值评价函数,实现了调焦的实时性、抗噪性方面的提升。     

简析光学系统自动调焦的方法

自动调焦技术已经广泛应用于各种光学仪器中。常见的调焦方法,从基本原理上可分成基于物方测距的主动式和基于像检测法的被动式两大类。主动、被动式自动对焦方式各有千秋,主动式由系统主动发出光波,可以在低反差、弱光线下对焦,但当被摄体能吸收或反射光或波时对焦困难。被动式直接接收来自景物自身的反光,对具有一定亮度的被摄体能理想地自动对焦,自身不要发射系统,耗能少,有利于小型化。被动法中的以数字图像处理作为调焦检测函数的方法,理想的评价函数要求无偏性、单峰性、能反映离焦的极性、对噪声敏感度低等。为提高效率,往往还希望计算量尽可能地小。文章介绍了目前应用于光学系统的几种基于光电测试和图像处理的自动调焦方法。     

采用线阵TDICCD相机的实时自动增益控制算法

动态范围是遥感器的一项重要性能指标,动态范围过窄会在图像中出现高端饱和、丢失信息或高端闲置、信息压缩在低端的情况.为提高相机的动态范围,需要根据成像景物和光照的实时变化调整信号增益,以最大程度地发挥相机的性能,提高相机成像质量.在深入研究线阵TDICCD的成像原理的基础上,提出了一种基于线阵TDICCD相机的实时自动增...     

衍射谱位相恢复——一种测量波像差的新方法

1.通常用干涉方法测量光学系统的波像差,但由于干涉法需要参考波面,因而在实际应用中有一定限制.Sarnik提出了一种通过恢复点扩散函数(PSF)的位相半反演空间望远镜波像差的方法.但由于在像点附近能量高度集中,探测器易于饱和;并且对高分辨率光学系统(例如高倍显微物镜),常规探测器的分辨率不易满足需要.本文提出一种简单的用衍射谱分析光学系统波像差的方法,可以避免干涉法的一些缺点.并且由     

基于数字摄像技术的能见度检测

为了更好地进行能见度的自动检测和全程检测,采用一种基于数字摄像技术的能见度检测方法：读入图像经过预处理设置＂兴趣域＂,提取出对比度大于亮度对比感阈的人眼可分辨像素点,然后通过建立摄像机参数模型,计算出这些点到摄像机的距离,取其最大值即为能见度值。在自行研制的高速公路视频监控系统上,采集某段高速公路上的视频监控图像,进行能见度检测实验,得到923组的观测实验结果。实验结果表明,该算法与人眼观察一致,并对噪声有较好的鲁棒性。     

基于平行光管的CCD相机标定新方法

阐述了一种由二维精密转台、平行光管和CCD相机构成的光学实验室相机标定的方法.首先通过Hough变换和最小二乘模板匹配方法得到平行光管十字丝钣孔在CCD相机焦平面上的成像交叉点的位置,然后根据相机畸变模型,由最小二乘回归解算出内方位元素和畸变参数,实验证明该方法标定结果满足空三处理和测图精度的要求.     

基于线阵CCD的多表面焦点偏移测量

在显微成像过程中,焦点偏移对长时间的活细胞观测等应用有很大影响,自动对焦技术是解决该问题最有效的技术手段之一。反射式的主动式表面偏移测量是显微镜实现自动对焦的关键,但是在存在多个表面反射的情况下如何进行准确的焦点偏移测量仍是需要解决的一个问题。本文提出了一种针对多表面反射的焦点偏移测量方法,该方法采用线阵CCD对反射光斑进行成像,不同表面反射回来的光斑在线阵CCD上可以很好的区分,通过窗口加权质心法够精确地测量所需要的表面反射光斑在CCD上的位移,从而精确测定焦点偏移,在样品干燥和样品湿润的情况下测量精度分别达到106 nm和111 nm。     

伪装材料的偏振散射光谱研究

采用多波段偏振CCD相机在光学与红外波段测试了镜面反射方向伪装材料的偏振特征.研究了不同入射条件下具有粗糙表面的伪装材料的偏振散射过程,得到了材料的偏振散射光谱.在镜面反射方向,伪装材料表面具有高的线偏振度,而草地背景的线偏振度很低.利用Kirchhoff近似理论分析了粗糙表面的偏振散射过程,分析结果与实验测试的偏振光谱相一致.由于伪装材料与背景的偏振散射光谱不同,因此利用偏振信息成像能够识别复杂背景中的伪装目标.偏振遥感在伪装目标识别方面具有重要的军事应用价值.     

TDI-CCD全景航空相机快速自动检调焦方法

为了提高航空相机的实时侦察能力,提出了一种针对时间延迟电荷耦合器件(TDI-CCD)全景航空相机的快速自动检调焦方法。在检焦过程中,焦平面上的靶标图案经相机自身光学系统成像在TDI-CCD上,同时调焦反射镜沿光学系统主光轴在镜头后截距给定范围内连续快速移动,利用TDI-CCD的全帧转移工作模式,对经光学系统调制后的靶标图案进行高速采集,结合精密调焦驱动结构对采集到的图像进行高空间分辨率的定位。采用梯度算子、拉普拉斯算子、傅立叶变换、小波变换等7种聚焦评价函数对采集的调制靶标图案进行了比较分析,给出了各种算法的检焦精度。实验结果表明,本方法的检焦时间小于1s,采用小波变换作为评价函数的检焦重复性精度优于9.6μm,满足成像系统对离焦量允许值的要求。     

Linear relation for vergence control of parallel stereo camera

The geometry between the horizontal and vertical shifts of a lens to the CCD plane is introduced for the automatic vergence control of a parallel stereo camera. Under conditions where the disparity of a stereo image remains constant, the horizontal shift of the camera lens which is causing the stereo disparity, and the vertical shift responsible for the focus, have linear geometry     

Nighttime Vehicle Distance Measuring Systems

In this brief, a nighttime vehicle distance measuring system using charge-coupled device (CCD) cameras is proposed. The authors use the proportionality of similar triangles to measure the distance between a CCD camera and taillights of a vehicle in front. At night, the taillights form two bright spots in the CCD image, therefore producing two measurable signals. A circuit for counting the number of external clock pulses between the two bright spots is employed to calculate the interval between them in the video image. Due to the proportionality of similar triangles, there is a linear relationship between the actual distance and the interval of the two taillights. Thus, the actual distance from the CCD camera to the vehicle can be calculated from a simple formula. One does not have to use an expensive high-speed digital signal processing microprocessor to identify the taillights of the vehicle or use pixels to measure distance, but just use simple circuits to identify the taillights at night and use a simple formula to measure distance. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed system