红外零位走动量测量中的相机姿态自适应补偿

为提高红外零位走动量测量精度,针对测量过程中相机姿态变化误差引起的图像定位精度不高问题,提出了一种CCD相机姿态小角度变化自适应补偿方法。通过理论分析,推导出相机姿态解算公式,建立了CCD相机姿态解算数学模型,然后基于某型红外瞄具零位走动量测量系统,分别针对三种相机姿态,对瞄具分划线在参考坐标系中的坐标进行了对比实验。结果表明,测量精度优于0.01 mil,能减小相机倾斜对红外瞄具零位走动量测量带来的误差,为提高零位走动量测量精度提供了一种相机姿态自适应补偿的新方法。     

高精度瞄准镜零位走动量检测研究

为了解决高精度瞄准镜性能检测难点——检测各种环境试验条件下的零位走动量,设计了基于CCD图像检测技术的测试系统,该系统通过对高精度瞄准镜连接座上定位点试验前后位置测量,获得定位点位置差量,依据位置差量调整枪镜固定基座,使瞄准镜的连接座上的定位点复原至试验前位置,进而测量、计算出零位走动。通过对平行光管、CCD光学系统焦距的计算和系统精度分析,并经实际工程应用可知,测量精度不大于2.16",测量范围不小于4320",达到检测指标要求。结果表明,该测试系统检测方法正确可靠、检测精度高,为高精度瞄具零位走动的检测提供了方法。     

一种测试零位走动量的新方法

针对热像仪光轴稳定性及瞄准精度的高精度战术指标要求,提出了一种测试零位走动量的新方法.通过对零位走动量常规测试方法的分析研究,总结出了影响测试零位走动量的主要不确定度,新方法基于计算机图像视觉分析技术,采用特殊的软件算法,将来自热像仪的图像信息进行分析处理,建立热像仪光学视场与电视场之间的等效换算关系,最终精确计算出目标点的零位走动量.     

基于PCI Express总线的红外图像实时采集与显示系统及其界面设计

由于红外图像的夜视显示功能,并且能远距离观测目标,所以常常应用在枪械的狙击瞄具上。但是红外瞄准具首次安装在枪械上时,需要校准零位,把红外瞄准具的十字分化准心与枪械狙击时的目标靶心重合。经过零位校准的红外瞄准具,在狙击时才能准确击中目标,如何进行自动高效的零位校准,是每一台红外瞄准具在初次使用时必须要解决的问题。本文调研了目前主流的零位校准方法,进行了分析对比,并且提出了一种基于单键触发的高效自动校枪的方法和流程,简化了校枪的流程,提升了校枪的效率,在工程应用中解决了红外瞄具在初次使用难以校准,校准慢的问题,同时大大提升了用户使用体验感。     

光电经纬仪动态误差修正方法

针对光电经纬仪红外相机测量系统动态测量精度低的问题,提出了一种通过修正各分系统之间延时时间从而提高动态测量精度的方法。首先介绍了光电经纬仪红外相机测量系统的组成和测量原理,分析了大地坐标系下物像空间的对应关系,指出了影响光电经纬仪红外相机测量系统的原因是相机内方位元素的准确性和光学畸变校正效果。分析了影响光电经纬仪红外相机测量系统动态测量精度的原因,提出了采用各分系统根据工作参数采用不同延时时间的误差修正方法。实验结果验证了该方法的正确性和准确性,标定结果与精度比对实验结果表明,经过动态测角修正的方位角与高低角测角误差均方根值分别由27.89与17.67提高到10.07与8.56,该方法有效地提高了动态测量精度,并且对其他光电测量设备具有参考价值。     

红外瞄具温度应力可靠性检测系统研究

为了检测红外瞄具在高低温恶劣环境下对不同波长的红外目标成像可靠性,利用黑体和平行光管组成的光学系统模拟无穷远红外目标,红外瞄具置于高低温环境下,CCD采集红外瞄具对红外目标所成的像,从而判定高低温下红外瞄具成像质量。所设计的平行光管视场大,各波长对应焦平面处在20 lp/mm空间频率下的MTF均高于0.2。同时为了实现快速准确地在检测系统中提供稳定的-55~70℃的高低温实验条件,采用一种基于自适应模糊PID温度控制技术。采用自适应因子将模糊推理器和PID控制器相结合,通过在线自调整控制参数,进一步提高了PID控制器的性能和系统的控制精度。实验表明该方法提高了常规PID控制的动态响应过程并保持无静态误差,其控制精度可达0.05℃。     

基于红外相机积分时间的辐射特性测量精度分析

在进行辐射特性测量时,红外相机积分时间的选取是影响特性测量精度的重要因素。针对该问题,以辐射特性测量实验数据为基础,对同一温度、不同积分时间下的红外图像对比度、信噪比以及辐射特性测量精度进行了分析。结果表明,积分时间通过影响红外图像的对比度和信噪比进而影响了辐射特性测量精度。适当延长红外相机的积分时间,可以增强图像的对比度和信噪比,从而提高辐射特性测量精度。该结果对红外辐射特性测量系统相机积分时间的选取具有指导意义。     

机载稳瞄系统稳定精度与视距关系的研究

直升机在飞行过程中由于发动机和旋翼的强烈振动给机载稳瞄系统带来强烈扰动,严重影响光电系统的作用距离。在稳瞄系统伺服控制的补偿下,残余的扰动量可以用稳定精度来表示,稳定精度所表示的残余扰动量对视距的影响仍然不可忽视。稳定精度和作用距离是机载稳瞄系统的关键技术指标,找到稳定精度与作用距离之间的关系是机载稳瞄系统设计的关键。本文基于红外系统作用距离计算的原理,建立红外成像系统动态调制传递函数和动态最小可分辨温差的数学模型,并设计一套实验装置和实验方法,通过实验模拟直升机载稳瞄系统的扰动状态,测试红外成像系统的动态最小可分辨温差,根据最小可分辨温差曲线计算不同扰动量下红外成像系统的作用距离,最后分析出机载稳瞄系统稳定精度与作用距离之间的关系,为机载稳瞄系统稳定精度的设计奠定了坚实的理论基础。     

微光夜视瞄准镜检测系统光路分析与设计

基于多环境试验条件下的微光枪瞄检测技术一直是军备生产所关注的问题。由于振动、射击、冲击、跌落和高低温环境等载荷作用下,使微光枪瞄机械、光学和电性能结构及参数发生改变,导致微光枪瞄不能正常工作。为此设计了多环境试验条件下的微光枪瞄检测与测试系统,对测试系统的光路进行了规划,给出了由CCD组成检测系统的工作原理,分析了系统成像的详细过程。通过对平行光管和CCD变焦镜焦距的计算,并结合实际工程应用,其测量精度≤0.05 mil,测量范围≥40 mil,达到项目要求。     

基于EPNP算法的单目视觉测量系统研究

利用计算机视觉进行姿态测量的方法已广泛应用于现代控制、导航、跟踪等多个领域中。研究并设计了一种基于P4P矩形分布的平面靶标和EPNP算法结合的单目视觉姿态测量方法。首先,利用单相机获取平面靶标图像,经图像处理后得到四个特征点的像素坐标,并使用EPNP算法进行姿态解算;其次,对姿态角测量误差进行了仿真分析,为提高姿态测量精度提供了理论指导和依据;最后,提出一种与高精度二维转台结合的坐标系配准方法,利用该方法对三个方向姿态角精度进行验证。实验结果表明:当绕x和y轴的转动角度在[-6,6]时,姿态测量误差小于0.1,可以满足测量应用需求。     

基于自适应滤波的头部姿态跟踪方法研究

针对视觉式头部定位系统存在着噪声统计特性掌握不充分的问题,设计了一种新的基于自适应滤波的头部姿态跟踪方法,其综合了视觉测量算法和自适应滤波算法。在获取n对2D/3D(图像点/空间点)匹配对的基础上,先利用正交迭代算法(OI)解算头部姿态,然后应用自适应滤波器估计精度更高的头部姿态,最后针对带有时变噪声且噪声统计特性掌握不充分的测量值,应用头部姿态跟踪方法进行了仿真测试,结果显示该方法的测量精度有很大提高,并且验证了所设计的头部姿态跟踪方法是合理且有效的。     

火力压制试验弹丸落点脱靶量测试方法研究

本文针对传统地面炸点测试系统受地形及机动条件约束无法满足试验火力压制科目中落点脱靶量测量的问题,提出研制一套在无人机上安装自动指向摄像系统的高空拍摄装置。利用地面设置的外定标完成摄像系统内部参数修正,通过像面修正和目标位置提取,实现弹丸地面落点的高精度测试坐标的获取。实验结果表明,利用本文建立的系统,相机的成像大小为727.9m×352.7m,成像精度能够满足弹丸散布范围纵向100m及横向300m的测试需求;在探测器像元数为4096×2048的情况下,相机的成像精度较高,满足测试精度的试验要求。本文方法具有重要的理论意义及应用价值。     

基于光电位置传感器的发射轨道空间几何坐标一致性校正系统设计

在现代发射轨道空间弹丸飞行姿态研究中,通过轨道上的多组阴影相机基站瞬态捕捉弹丸姿态图像数据,对图像数据进行处理计算可以获得弹丸的飞行轨迹数据。因此,阴影相机的空间坐标校正对飞行姿态数据的获取以及测量精度有着重要的影响。针对传统悬线型基准系统校正误差大以及因每组相机间独立校正而导致的空间几何坐标校正一致性低的问题,基于光电位置传感器和光学杠杆原理,设计了新型阴影相机空间几何坐标校正系统。阐述了该系统的理论背景、组成以及调校方法,并对该系统进行了实验分析。实验结果表明,采用该系统校正阴影相机俯仰角精度优于10″,单组相机校正实验测量结果误差不超过0.06mm,多组相机校正一致性误差不超过0.1mm。     

压力传感器零点温漂的两种补偿方法比较

压阻式压力传感器在实际应用中普遍存在零位偏离和零位温度漂移现象,这就降低了传感器的测量精度,因此需采取适当的补偿方法对这两种现象产生的误差进行修正,从而提高测量精度。文中分别通过电桥臂一串一并的硬件补偿方法及基于规范化多项式拟合算法的软件补偿方法同时实现平衡零位与补偿零位漂移。由模型推导分析及实验最终得出,通过规范化多项式计算方法拟合出的数据精度较高,补偿效果好于一串一并的硬件补偿方法。     

面阵CCD航空相机斜视图像的几何校正

为增大机载光电侦察系统的视场角,航空相机多采用扫描方式对地摄影成像,文章针对面阵CCD航空相机斜视摄影引起的图像变形进行校正。由于该类相机与载机之间存在方位和俯仰两轴运动,文章同时考虑相机相对载机的旋转角度和载机相对地面的姿态角,建立了更符合该类相机工作状态的六姿态角投影校正模型,推导出同一地物在畸变图像和标准图像上的像素坐标变换关系,采用双线性插值算法对坐标变换后的像素灰度值进行重采样,对航空图像进行自动校正。最后,对某机场的航拍图像进行校正实验,并与基于地面控制点的多项式校正方法以及基于畸变图像和参考图像配准的校正方法进行比较。实验结果表明,六姿态角投影校正模型能够取得比较高的校正精度(可达像素级),当姿态角的测量精度为3′,图像大小为512pixel×512pixel时,图像校正的均方根误差为1.174 7pixel。该方法不需要提供参考图像和野外采集地面控制点数据,便于工程实现,基本满足航空图像处理的稳定可靠、精度高、实时性强等要求。     

光电瞄具多光轴平行性检测系统的设计与研究

为了精准地测量光电瞄具多光轴的平行性,采用大口径离轴抛物面反射镜平行光管的多光轴检测方法进行了理论分析,并设计了完整的测量系统(包括光学成像系统、控制系统、图像采集与处理系统)。该系统采用离散余弦变换系数作为评价标准,实现了高精度的自动对焦;采用大口径离轴抛物面反射镜满足不同型号瞄具的测量,实现了可见光、近红外和远红外3种光学系统的光轴平行性的自动检测。结合一种光电瞄具成品进行了实际测试,当光轴之间偏差角为0.04mrad~0.08mrad时,相对误差在13%以内,此范围可认为是系统检测角度的下限。结果表明,该系统减小了人为读数等主观原因造成的误差,通用性强、检测效率高,精度满足需求。     

基于红外热图像灰度修正的辐射测温

基于红外热像仪的测温精度依赖于大气温度、相对湿度、大气透射率、翻转表像温度等参数的测量精度。为了减少这种依赖性和提高测量精度,提出了一种基于红外热图像灰度修正的辐射测温方法。首先基于高精度面源黑体建立了红外热图像灰度修正模型,然后通过灰度修正模型对实测的目标灰度进行修正,最后通过基于加权最小二乘法建立的热像仪辐射定标模型等计算出修正后的目标亮度和温度。在实验室环境下,分别基于红外热像灰度修正辐射测温法和直接用热像仪测温对目标进行了测量。结果表明,在实验室环境下,前者的平均测量精度较后者提高了3.6%。该方法对实验室环境下红外测温有较好的实用价值,对外场红外测温也有一定的借鉴意义。     

光电跟瞄系统瞄准精度测试技术

为了提高多传感器光电跟瞄系统瞄准精度,提出了多传感器光电跟瞄系统瞄准精度测试的3种方法:像纸法、CCD法和靶标法。系统采用宽光谱大口径平行光管,结合光电跟瞄系统的激光、红外和电视分系统,实现激光与红外/电视瞄准线高精度测试。详细介绍了每种测试方法的工作原理和主要误差来源,建立了实验测试环境,分别用像纸法、CCD法和靶标法对同一光电跟瞄系统红外、电视、激光传感器的瞄准线之间的偏差进行了测试和误差分析。结果表明,靶标法测试误差源少,精度能够达到4″,适用于高精度光电跟瞄系统瞄准精度测试。     

基于线特征差分投影的空间目标姿态估计方法

空间目标姿态估计是有效实现基于ISAR图像空间目标识别的重要前提。本文针对利用线特征二维投影进行姿态估计时,线特征投影的检测误差会严重影响姿态估计精度这一问题,提出一种基于线特征差分投影的空间目标姿态估计方法。该法利用DP算法检测线特征在ISAR图像中的投影,通过建立线特征在实测ISAR图像和姿态估计值下的仿真图像中的二维差分投影,将线特征投影检测的绝对误差转化成相对误差,有效减小了线特征投影的检测误差对姿态估计的影响;同时,利用差分投影求取姿态估计的修正量,形成姿态估计的优化迭代过程,不断提高姿态估计精度。仿真实验验证了方法的可靠性与有效性。      

一种机载红外跟瞄器动态跟踪精度测试方法

针对红外跟瞄器在机载大角速度运动条件下的使用要求,提出实验室内目标跟踪精度的动态测试方法。利用原有“静态测试”的方法,结合红外跟瞄器的特点,对“目标信息”的生成和测试系统数据通讯进行详细设计,实现多源数据的有效交联。对测试原理和测试系统进行了简要介绍,并对数据进行了详细分析,实验结果表明,利用提出的动态跟踪精度测试方法可在实验室条件下实现对红外跟瞄器动态跟踪精度性能参数的有效测试,为客观评价机载红外跟瞄器的目标跟踪性能提供了有效的测试方法。