全局参数估计的水下目标偏振复原方法

水体介质对光的吸收和散射是导致水下成像退化的两大主要影响因素。针对水下目标成像,本文提出了一种全局参数估计的水下目标偏振复原方法,利用构建的精简水下目标偏振重构模型,通过自动估计全局最优偏振信息重构参数,复原出水下目标图像,降低水体对图像质量的影响。在估计重构参数的过程中,首先,采用偏振中值滤波方法和基于亮原色原理的方法,分别估算水下背景光偏振度信息和无穷远处水下背景光强值;再利用基于最小互信息原则对估计的背景光偏振度信息进行优化;然后采用水下目标偏振图像增强算法将得到的水下目标重构图进行细节增强处理,最终获得复原后的水下目标辐射信息图。实验结果表明,在性能评价指标方面,相较于水下原图和其他水下复原方法处理图,利用本文方法处理后所得的图像增强测量值EME平均提高了120%,图像质量得到了明显的改善。该方法解决了人工取景估计参数不佳的问题,提高了复原目标图像的对比度,可以用于浑浊水下的目标探测与识别。     

基于偏振分束的磁光成像技术研究

针对现有磁光成像技术的测量结果难以量化且受光源波动影响较大的问题,提出了一种基于偏振分束的磁光成像新方法.根据偏振光的琼斯矢量描述方法推导出偏振分束法测量旋光角度的模型,并由此模型分析得出,从旋光物质出射的偏振光经偏振分束装置后输出的平行分量和垂直分量进行“差除和”的结果与入射光强无关,只和旋光角度值相关;由此原理,设计了基于CCD的检测平台,对旋光角度场进行了测量实验,又采用归一化互相关和“差除和”算法对测量图像进行了处理;最后,进行了基于该方法的磁光成像应用实验研究.实验结果表明,与传统磁场成像方法相比,该方法操作简单,结果易于量化,不受光强波动影响,误差降低约3倍,且稳定性较好.     

消光比与探测器噪声对基于纳米线栅偏振成像系统偏振精度的影响

消光比和探测器噪声是决定纳米线栅偏振成像偏振精度的两个重要参数。为解决两参数在系统优化时的取值问题,本文建立了两参数与偏振噪声的数学模型,采用像元组接收光电子数作为衡量探测器噪声与系统偏振噪声的桥梁量化了两者关系。仿真分析比较了两参数在入射光偏振态变化时对偏振噪声的作用。然后搭建消光比和曝光时间可调的偏振成像系统精度实验平台,验证该数学模型和仿真结果。仿真与实验共同表明,系统消光比大于20后,通过提高像元组接收的光电子数以抑制探测器噪声要比继续提升消光比对提高系统偏振精度的贡献大。     

快速旋转式偏振成像探测装置的设计

为了获取更快的偏振成像探测速率,本文对现有的机械旋转式偏振成像装置进行了改进,设计了连续旋转检偏器的成像方式,并改进图像处理过程,进一步提高了偏振成像速度。该装置克服了传统机械旋转式偏振成像装置体积大、成像速度慢、效率低的不足,利用电机带动检偏器快速匀速旋转,并与相机的曝光同步,能够快速便捷地实现偏振图像的获取。同时为了实现更高的偏振图像采集速率,对偏振图像采用了流水线式的处理方式,利用每相邻的3幅强度图解算得到偏振图像,使偏振图像与强度图像具有相同的成像速率。经过测试,该装置能够很好地完成偏振图像的采集,获取被测目标的偏振度和偏振角,在稳定工作状态下平均获取一幅偏振信息耗时0.033 s,且具有较好的工作稳定性。本文所做工作提升了机械旋转式偏振成像仪的工作效率,也为进一步提升机械式偏振成像仪的成像速度、实现对运动目标探测打下了基础。     

复杂空间目标的天基激光雷达三维成像仿真

成像仿真可以为天基成像激光雷达系统的方案设计提供参考,方便直观的评价激光雷达的设计好坏,预测激光雷达的性能.为了解决天基激光雷达仿真中复杂目标距离矩阵获取困难的问题,本文提出了借助空间场景交互运算技术求取目标距离矩阵的新方法,详细介绍了基于图形开发软件OSG的目标距离矩阵的求取方法,详细给出了建模方法和仿真流程.通过对某卫星目标进行天基雷达系统成像的仿真实例证明,文中给出的仿真方法能快速有效的实现对复杂目标的仿真,对雷达成像仿真提供了一种新的有效的方法.     

基于偏振成像的低光照强背景噪声下的目标位姿估计

物体位姿信息在航空、航海、室内机器人定位等领域都有着十分重要的地位,越来越多的研究表明偏振是某些生物进行导航以及在低光照下拥有视觉的关键.本文提出了一种基于偏振成像的低光照强背景噪声环境下的物体位姿求解方法.该方法通过在普通光源前设置偏振片,使非偏振光转变为偏振光源.通过偏振相机对偏振光源进行偏振成像,利用计算机视觉技...     

兼具高次谐波抑制的三镜偏振器

为了抑制同步辐射光通过光栅单色器后出射的单色光在长波段的高次谐波以及提高光源在该波段的偏振特性,计算分析了三镜偏振器Au_Si_Au的偏振特性及其对长波段高次谐波的抑制效果.比较了Au-Si_Au,Au_SiC_Au和Au_Be_Au 3种不同材料的偏振镜抑制高次谐波的能力和对偏振度的提高.计算分析表明,Au_Si_A...     

基于特定偏振态成像的水下图像去散射方法

为了实现对浑浊水下模糊图像的去散射处理,建立了水下偏振成像的物理模型,研究了水下散射对偏振光传输的影响,提出了一种基于特定偏振态的水下图像去散射方法.首先,使用偏振相机进行了浑浊水下的成像对比实验.然后,通过优化算法选定了特定的偏振度和偏振角的最优成像区间,从而获得了去散射后的目标图像.最后,对不同情况下目标图像进行主...     

三次NURBS曲线的插值与应用

N URBS方法已经被广泛地使用在 CA D中。本文将通过三次 NU RBS曲线的矩阵表示给出三次NU RBS曲线插值方法 ,即反求三次 N URBS曲线控制顶点的算法 ,并给出数字算例和三次 NURBS曲线插值方法在船舶型线设计中的一个应用     

利用长波红外偏振成像与光强图像融合的实验研究

为解决红外迷彩对传统热成像系统的干扰问题,达到在战场上识别红外伪装目标的目的,进行了长波红外偏振成像与光强图像融合的实验研究。采集了典型战场背景的长波红外偏振图像,利用MATLAB编程对红外偏振图像处理得到了长波红外偏振度图像,进一步对偏振度图像和光强图像进行了融合。实验结果表明,红外偏振度图像比原始红外图像的灰度均值提高了53%,灰度标准差提高了90%,平均梯度提高了2.04倍;融合后的图像比红外偏振度图像的灰度均值提高了15%,灰度标准差提高了4%,平均梯度提高了17%。     

基于偏振成像的方位测量误差建模与分析

为了提升偏振成像定向传感器的测角精度,建立了基于斯托克斯矢量的偏振方位测量误差传播模型。对该模型受到的主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜等误差因素进行研究。根据斯托克斯矢量偏振测量原理推导出天空偏振方位角解算方法。将主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜、灰度响应不一致等因素对方位测量的影响进行讨论,利用蒙特卡洛方法进行偏振成像方位测量误差分析,通过仿真和天空偏振成像实验分析所建模型的正确性。实验结果表明:CMOS灰度响应不一致对方位测量误差的影响最大,当灰度响应不一致在(-6,+6)pixel时,测量误差在0.11°内,角度均值整体有0.12°偏移;在主点偏移(-1.5,+1.5)pixel,镜头畸变(-1,+1)pixel,CMOS平面倾斜(-0.5°,+0.5°),CMOS灰度响应不一致(-6,+6)pixel的共同影响下,太阳子午线的方位测量误差为0.236 3°(σ)。该误差传播模型能够反映误差源定量影响方位测量精度,为偏振成像定向传感器的优化设计提供依据和参考。     

考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型

常用的偏振成像理论模型大多基于理想偏振片假设,即偏振片的消光比为无穷大且主方向已知,而实际偏振片的非理想性会对偏振成像系统的测量精度产生明显的影响,为降低这种影响,对考虑偏振片非理想性的偏振成像模型进行研究。以基于斯托克斯矢量的偏振成像模型为基础,通过分析实际偏振片对入射光偏振态的改变,提出了一种考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型,给出了考虑实际偏振片性能及主方向误差的偏振度、偏振角修正公式。利用分时偏振成像系统对线偏振光的偏振度进行测量,实验结果表明:当偏振片消光比为100:1时,理想模型的线偏振光偏振度测量的平均相对误差为5.53%,修正模型的偏振度测量的平均相对误差降低到3.62%。应用该修正模型可在使用低消光比偏振片时达到与高消光比偏振片相当的偏振度测量精度,使偏振成像系统能够拥有更大视场,成本降低。     

偏振场景目标探测的建模与仿真

针对用光学遥感技术探测复杂场景下的目标时,真实环境下的目标、背景反射以及大气气溶胶辐射之间具有相当大的互干扰性,本文研究了偏振场景目标的建模与仿真技术。介绍了偏振场景仿真的光学理论与偏振模型基础,对Priest-Germer模型进行了数值仿真与分析。基于Priest-Germer模型,开发了偏振视景目标探测仿真软件,给出仿真软件的设计思想和软件框架。介绍了偏振双向分布反射函数模型,给出其偏振形式的Stokes表达式并进行数值仿真分析。给出了两种目标模型分别赋予两种不同表面材质时在440nm和600nm波长辐照条件下的4组偏振仿真实验及偏振图像的灰度直方图,并进行比较和分析,结果表明:基于Priest-Germer模型的偏振仿真软件对目标、辐照波长、材质具有较高的敏感性,能够提供较好的分辨和识别能力。     

双胶合透镜的三维成像研究

应用标量衍射理论分析了双胶合透镜的三维超分辨成像特性。对于所设计的双胶合透镜,数值模拟表明,焦平面上主瓣的强度是第1旁瓣的57.14倍,是单一个透镜主瓣强度的2.25倍,而主瓣的半径则是单一个透镜的0.49倍;轴线方向上,主瓣与第1旁瓣的强度之比与单一个透镜的基本相同,但是双胶合透镜的焦深则比单一个透镜的小0.25倍。说明双胶合透镜在横向和轴向同时具有较强的超分辨能力。通过与加圆环光瞳或加相位光瞳的方法比较发现,双胶合透镜具有较好的三维成像能力,可以作为共焦3-D成像和近场光学记录的理想光学器件。     

基于三次NURBS曲线的凸轮轮廓插值方法

本文提出了一个用三次NURBS曲线插值凸轮轮廓的新方法,该方法首先推导出三次NURBS曲线的矩阵形式,然后根据积累弦长参数法确定节点矢量,最后运用MATLAB软件算出凸轮轮廓的控制点及其权因子.     

空间相机在轨成像模式的建立

提出空间相机在轨成像模式的概念,研究了建立空间相机成像模式的方法。首先,根据太阳高角和地物反射率,使用MODTRAN软件计算相机入瞳前的辐射亮度,分析相机的辐射定标数据,包括每种成像模式的响应度、辐射亮度范围,积分时间关系等。然后,分析相机测摆成像与平飞成像时的积分时间关系,获得相机在各侧摆角下,每种成像模式的辐射亮度范围。最后,依据成像模式的辐射亮度范围和各太阳高角下景物的辐射亮度范围,建立了太阳高角和相机侧摆角组合下的成像模式表。空间相机成像时,依据成像模式表查找对应的成像模式,即可按该模式成像。该方法已多次应用于遥感相机成像实验中,获得了较好的成像效果,图像质量的满意度由65%提高到99.9%。结果表明:依据该方法建立的空间相机成像模式,获得图像效果较好,图像既包含全部景物信息又具有丰富的图像层次。     

基于星载光电成像跟踪测距的空间目标定轨

以获得空间未知目标的轨迹运动信息为目的,研究了一种基于星载光电成像跟踪测距方式的空间目标定轨技术。该技术从测量学角度出发,利用星载光学测量系统获得目标的相对运动信息,利用角度传感测量系统获得卫星的姿态角变化和跟踪架的角随动信息,最后通过坐标变换解算出目标在地球惯性坐标系中的绝对运动信息。文中依次从物理模型、坐标体系、基本原理等方面对该项技术进行了描述和推导,获得了目标在地球坐标系下的状态方程和观测方程。最后,在对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、目标特性及光学成像测距模型进行分析后,建立了具体的数学模型,并对计算结果进行了分析讨论。得到的结果显示理想模型的目标轨迹测量精度优于0.5km。     

G~2连续的三次有理Bezier样条插值曲线

有理插值问题至今没有得到完善解决。本文探讨了局部有理插值 ,给出了利用每个型值点处的曲率 k1 为调节参数 ,来得到 G2连续的保凸插值三次有理 Bezier样条曲线的方法     

基于双节点插值的刀具干涉检查算法

介绍了基于双节点插值的刀具干涉检查的算法。首先构建数字化模型,利用离散三角片代替原始曲面,通过数字化网格节点的竖直线与三角片的刀位面和保护面求交,并取Z值最大的交点为无干涉刀位点;然后再用双节点插值检查因走刀步长不合适而产生的干涉问题,保证生成的刀位轨迹是无干涉刀位轨迹。该算法完全采用几何求交运算,过程简单且精确度高。