新型多功能目标模拟器光学系统的设计

针对现有目标模拟器不能用于多传感器光电设备调焦调轴过程、无法满足其装调需求的问题,设计仿真了一种新型多功能目标模拟器光学系统。本文确定了该目标模拟器的光学方案,采用了中波红外、长波红外、激光、可见光多波段共孔径复合形式,对各分系统进行了详细设计和仿真。作为多传感器光电设备焦距调试以及各波段光学系统光轴一致性调试过程中的核心设备,该目标模拟器可以为其提供调焦和调轴基准并提高调焦和调轴精度,该目标模拟器集成度高、结构紧凑、小巧便携,便于后续自动化扩展。     

航空光电遥感器高精密紧凑型调焦机构的设计

针对航空光电遥感器在不同工作环境下会产生离焦这一问题,采用移动镜组方式进行调焦,以保证其成像质量。该调焦机构采用消间隙丝杠螺母副作为传动机构,采用六个精密轴承及弹性预紧组件作为导向机构,同时采用一对电涡流传感器及一个菱形被检测件作为测位移传感器,在有限包络尺寸下最大程度保证其调焦精度。从传动误差和传感器组件误差两方面对调焦机构进行精度分析,并且搭建实验平台对其进行了传动定位精度实验和晃动精度实验。实验结果表明,该调焦机构的传动定位精度在±6 μm以内,晃动精度在±4″以内,满足光学系统提出的调焦精度设计要求。     

经纬仪调焦机构设计

调焦机构是变焦距镜头中重要的组成部分,为了满足经纬仪测量中对变焦距镜头的要求,针对目前对变焦距镜头的调焦主要采用凸轮机构的变焦方式体积大、效率低、精度差缺点,本文提出了采用直线驱动的方式进行调焦的原理与方法,介绍了一种应用系统,主要由步进电机、直线导轨、直线位移传感器、DSP控制器等组成,由步进电机驱动,通过齿轮变速和精密丝杠速比变换机构,利用直线位移传感器作为检测元件,带动镜组前后移动来进行距离调焦和温度调焦,从而改变了传统的调焦机械结构。具体给出了测量系统的组成结构和实验结果,并进行了精度影响因素分析。实验结果表明,测量精度可保证在0.005mm内,满足经纬仪测量所需要的结构紧凑、位移精度好的要求。     

经纬仪分离透镜法自动调焦模型建立与分析

为实现经纬仪实时自动调焦,设计了一种用于经纬仪的分离透镜法自动调焦方案,建立了相应的数学模型并作分析。物光经放置在经纬仪第一像面后的两块分离透镜后,在CCD上成像,形成两光斑,以对焦准确时CCD上两光斑间距为基准,给出了离焦量与光斑间距变化之间的关系,据此进行调焦。同时分析了跟踪中心漂移、发散角等对调焦精度的影响。与经纬仪传统调焦方案相比具有精度高、算法简单、受环境温度变化影响小、结构简单等优点。初步实验结果显示其调焦精度优于0.056mm,满足经纬仪工程实际的需要。     

基于立体视觉技术的实时测距系统研究

双目立体视觉测距系统由于计算量大、受限于硬件水平等原因,通常无法做到实时测距,为解决这一问题,对双目立体视觉的关键技术进行研究与分析后,采用预标定方法,通过选取一种快速的立体匹配算法,对其各参数进行优化,并以动态视差搜索的方式,结合目标跟踪算法,实现了对目标的实时跟踪与测量。经实验验证,该系统成本低、可行性高,能实时对目标进行跟踪与测量,并在一定范围内具有较高的精度,且有一定的应用价值。     

基于GDOP的红外跟踪系统双站交汇测距能力分析北大核心CSCD

分析了红外跟踪系统双站交汇测距理论,引入GDOP作为交汇测距精度评价指标,对红外跟踪系统测距精度进行了仿真,得到了不同条件下测距误差。结果表明:双站交汇测距误差与红外跟踪系统自身的测角精度、目标位置、目标距离密切相关。给定条件下,方位角20°时,5 km~60 km范围测距误差在1.5%~24%之间逐渐增加;方位角90°时,5 km~60 km范围红外跟踪系统测距误差在1%~8%之间逐渐增加。     

结合视觉感知的调焦窗口构建

为使靶场光测设备在进行基于图像的自动调焦过程中建立适当的调焦窗口以降低计算量并克服背景干扰,提出了结合视觉感知机制的调焦窗口构建方法。对图像进行金字塔分层获得多层子图;采用Gabor滤波器和基于高斯差分(DoG)的模型模拟人类大脑视皮层细胞功能,对子图层进行信息提取和特征融合,获得基于视觉感知的特征图;对该特征图进行阈值去噪,以减少干扰,并以边界扩展法建立适合于后续处理的矩形调焦窗口。实验结果证明,对于各种调焦状态下的图像,尤其是深度离焦状态,都能快速、准确地针对目标构建适当的调焦窗口,处理720pixel×576pixel的目标图像耗时小于130ms。该方法能够满足靶场的实际要求,为整个调焦过程实时建立稳定、准确的调焦窗口,具有广泛的工程应用价值。     

航空红外相机自动调焦设计

为克服恶劣复杂的航空环境给系统带来的失焦现象,系统中引入自动调焦模块。通过采集、分析不同程度失焦的中波红外图像序列,对空域内几种调焦评价函数的灵敏度、无偏性、稳定性、计算速度等指标进行测试和验证,最终得到适合于红外成像自动调焦系统的调焦评价函数。为了提高该调焦评价函数的信噪比,提出了一种基于图像预处理的信噪比改善算法,保证函数在正焦面两侧呈单调性。最终制定出粗细结合的快速爬山搜索策略,先以大步距进行粗略调焦缩短时间,再用低于半倍焦深的小歩距精细调焦保证精度。基于640×512中波制冷探测器,搭建了一个焦距为300 mm、F/2的卡塞格伦折反式红外光学系统。试验结果表明该自动调焦模块可以保证实时性和准确性,满足具有较大噪声的红外成像系统的需要。     

双孔光栏调焦法及其应用

从工程光学的实际情况出发，提出了一种能够弥补一般调焦方法在某些情况下不能适用这一不足之处的高精度调焦方法－双孔光栏调焦法，并根据几何光学理论介绍了该调焦方法的基本原理，即利用双孔光栏将成像物光束分割为对称的两束成像细光束，从而将调焦过程转化为合像对准过程，使得调焦精度大大提高，文章还分析了双孔光栏调焦法的调焦误差，并根据误差因素推导出将本方法应用于望远系统时的最大调焦差和调焦中误差（均方差）表达式     

模糊控制在光测设备视频调焦中应用的探讨

本文探讨了模糊控制算法在光测设备视频调焦中的应用,介绍了模糊控制器的原理及设计。     

光电经纬仪调焦行差对测角总误差影响的分析

基于光电经纬仪靶场校飞试验测角总误差的误差修正中,其调焦行差对光电经纬仪的测角总误差的影响,以GW-1208光电经纬仪为例,讨论了其光学系统中存在的调焦行差,并定量分析了调焦行差对光电经纬仪方位和高低测量数据的影响,通过对靶场校飞试验数据的分析,在测量数据处理中对光电经纬仪的调焦行差进行了修正.结果表明,修正后测角总误...     

基于遗传算法的柱面光栅测角技术研究

高精度角度测量装置是保证旋转设备精度和性能的关键, 广泛应用于测量跟踪仪器中, 特别是对于大尺寸坐标测量仪器, 测角相比于测距是制约坐标测量精度的瓶颈。在精密一维轴系平台上, 采用高精度柱面光栅及四个读数头构建测角装置, 对传感器本身、安装及轴系跳动等误差因素对测角精度的影响进行了详细分析。基于角度测量标准器具校准角度测量误差, 对误差数据进行谐波分析。基于遗传算法提出了一种参数优化方法, 建立误差补偿模型, 对测角误差进行了补偿。实验结果显示, 补偿后柱面光栅测角误差减少为0.7, 证明了误差补偿算法的有效性, 显著地提高了角度测量精度。     

基于DSP处理器的红外电视调焦控制器设计

本文以DSP为核心处理器,配合FPGA和外围电路,设计了一套光电跟踪测量系统红外电视调焦控制器,实现了根据目标距离和环境温度等参数对电视焦距进行自动调整。通过数据分析与实践检验,该系统能够满足红外电视的调焦控制要求。     

基于遗传算法的目标轨道测量数据融合处理方法

雷达与光测设备是一种重要的外弹道测量设备,利用雷达与光测设备联合跟踪测量飞行目标,再对测量数据进行融合处理,可以得到高精度的目标轨道参数.本文利用约束样条函数样条理论讨论了多测量设备的误差模型方程,提出了一种改进的遗传算法,利用该算法对多传感器测量的数据融合求解方法进行了阐述,给出了具体的计算步骤.仿真数据实验表明,利用该方法处理多传感器测量的目标轨道数据,可以分离各测量设备的系统误差,降低了随机误差对目标轨道精度的影响,提高了数据处理结果的精度.     

基于红外结构光的三维人脸建模

在基于结构光的双目三维人脸重建中,容易丢失细节处数据和建模精度较低,导致三维人脸数据完整度不高,对三维人脸识别较差.本文研究了基于红外条纹的双目三维照相机系统,通过投射红外条纹结构光,根据相移法将生成包裹相位,利用三频法得到绝对相位,生成视差图,得到三维人脸模型.实验表明,基于红外的哑铃规球心测距误差在0.1％以内,人...     

基于梯度能量函数的调焦窗口构建方法

光电跟踪取证系统对运动目标进行跟踪拍摄时需要进行变焦和调焦,目标姿态和位置改变而产生调焦窗口偏离是导致传统自动调焦方法失效的主要原因.针对该问题,提出了一种针对跟踪目标动态建立调焦窗口的方法.该方法利用梯度能量评价函数提取目标特征,通过相关性处理和边界扩展建立调焦窗口,能克服调焦窗口偏离的缺陷.实验结果证明,对704×576像元不同离焦状态的图像都可以在20 ms内根据目标的位置和大小,构建准确有效的调焦窗口,满足光电跟踪取证系统对运动目标进行实时自动调焦的特殊要求.     

变焦对光学经纬仪测角精度的影响分析

阐述了光学经纬仪的调焦系统的组成及结构原理,采用模拟脱靶量和高低角的变化,仿真了方位角和高低角的测角误差,给出了变焦对测角精度的影响的规律,为经纬仪研制单位提供了经验借鉴,为光学经纬仪的靶场验收提供了依据.     

大尺寸视觉测量系统结构参数分析与试验研究

研究了基于大尺寸视觉测量系统的结构参数优化问题,图像传感器CCD外部姿态的优化布局可以提高测量精度。建立双目视觉测量系统结构的数学模型,对有效视场约束条件进行了数学描述。利用Matlab软件对不同结构参数进行仿真计算,结果表明被测点越靠近有效视场中心测量误差越小,而基线距越大以及基线与光轴夹角越大所产生的误差越大。最后,通过试验验证了摄像机外部姿态的误差影响特征正确性,从而为双目视觉测量系统的现场布置方法提供了依据。     

面向机器视觉测量的液体透镜调焦系统标定方法

高性能光学成像器件是机器视觉测量的重要基础,液体透镜作为一种结构紧凑的快速电控调焦器件,在机器视觉测量领域中具有明确的应用前景。针对液体透镜调焦器件在视觉测量中性能易受环境干扰、系统内参难以准确标定的问题开展研究。首先,构建了基于Optotune液体透镜器件的机器视觉测量系统,分析了液体透镜器件电控调焦工作机理,提出了调焦系统的电流-焦距数学模型,研究了影响液体透镜调焦系统参数的温度、重力因素作用机理,分别提出了温度-焦距、重力-主点位置影响量传递与补偿数学模型;然后,将上述各系统模型与针孔相机成像模型相结合,提出了液体透镜调焦系统的函数化内参表达式,设计了求取表达式全部系数的标定装置与标定流程,并进行了系统内参标定实验,验证了文中内参标定方法的可行性;最后,利用标定所得的内参对边长30 mm的棋盘格靶标进行了测量实验,通过尺寸测量精度反映内参标定精度。实验结果表明,文中方法能够得到比现有插值法更准确的内参标定结果,其中图像角点空间映射位置误差均值为0.10 mm,棋盘格边长测量结果最大相对误差为0.68%,两项误差比插值法所得内参的测量结果分别减小了27.2%和54.4%。     

长焦面空间相机调焦机构分析与验证

为了补偿空间相机由于地面定标环境和在轨工作环境不同及发射时振动冲击引起的焦面离焦,保证空间相机在轨成像质量,设计了焦面调焦机构。首先,针对尺寸超长焦面,采用增设调焦内框来增加焦面基板刚度,通过蜗轮蜗杆传动驱动丝杠运动实现机构自锁。其次,利用有限元分析软件patran/nastran建立了调焦机构的有限元模型,用mpc模拟导轨连接,对调焦机构进行模态分析。最后,对调焦机构进行了力学试验验证和精度测试。试验及测试结果表明:设计的调焦机构动态刚度高,一阶计算模态为228.7Hz,而试验得到一阶模态为223.9Hz,两者相差2%;调焦灵敏度达0.25m,调焦精度达到6.3m,焦面基板两端同步误差达到4m,满足航天相机对调焦机构高分辨率、高精度、高可靠性的要求。