用于激光雷达成像仿真的动态场景模型

基于激光雷达成像的基本原理,结合目标表面的空间反射特性,在图形处理器架构下,借助其强大的并行计算能力,建立了激光雷达场景动态仿真模型,实现了不同入射、观测位置条件下目标表面空间辐射亮度分布的计算．针对典型场景进行了模拟实验,并将实验结果与实际激光雷达系统采集到的图像数据进行了对比分析．实验结果表明,模拟结果与实测图像数据在基本特征上是相似的; 定量分析结果表明,模拟图像与实际图像在主要特征上是相符的．     

调姿时间对敏捷成像卫星任务规划影响仿真

任务间卫星观测姿态调整时间是敏捷成像卫星任务规划最为重要的一个约束。对姿态调整时间的影响因素进行分析,建立空间运动学模型计算任意时刻卫星对目标的观测摆角。在此基础上,给出一种姿态调整时间的计算方法。通过仿真实验,对不同调姿模式和调姿开始时间条件下姿态调整时间的变化及其对最早可观测时间的影响进行了分析,旨在为敏捷成像卫星任务规划提供支持。     

高光谱亚像元图像仿真与异常检测应用

为满足高光谱异常检测研究所需的大量地物高光谱图像需求,提出利用待观测地物的高光谱特性仿真数据及背景特性数据生成高光谱图像的方法,开展了典型飞机流动与传热模型、红外辐射特性模型、高光谱图像仿真模型研究;以实验测定的飞机反射率为输入开展目标特性计算,结合实际观测的背景起伏图像,在特定遥感器光谱响应特性、遥感器相对定标误差、随机加性噪声等条件下,生成了不同像元丰度、不同信噪比的高光谱图像,并应用经典的RX算法、CEM算法检测了仿真图像的异常像元。研究结果表明:建立的模型可以根据遥感器的性能指标参数、目标丰度要求生成亚像元高光谱仿真图像。图像可以反映目标飞机像元丰度、信噪比对检测结果的影响,通过调节输入参数可以高效建立针对亚像元异常检测的高光谱仿真图像;应用仿真图像进行RX算法检测高光谱仿真图像时,噪声会对检测结果产生较大影响,当信噪比低至10 dB时,RX算法难以检测出丰度0.4以下的异常像元,采用光谱匹配检测的CEM算法可以在较低像元丰度和信噪比下检测异常,提高检测概率。     

光学遥感卫星凝视成像姿态规划及快速仿真方法

目前,遥感卫星凝视成像姿态规划通常只考虑横滚轴和俯仰轴,导致仿真图像出现小,角度旋转,降低了视频成像质量;仿真过程多数未考虑仿真实时性,仿真时间过长,难以满足工程应用.针对上述问题,进行了修正图像旋转的偏航补偿,并提出了一种针对平坦地形的凝视成像快速仿真方法.首先,推导了对地凝视成像时航天器三轴姿态的计算公式;然后,基于中心投影建立了凝视成像的几何模型,并运用二维拉格朗日插值方法进行地球局部曲面重构;最后,进行了针对平坦地形凝视成像的仿真实验.仿真参数设置如下:轨道高度为526 km,相机焦距为1.45m,像元尺寸为5.5nm.仿真结果表明,此仿真条件下姿态规划误差小于0.004 m;在不考虑高程变化的情况下,使用本文方法对地形平坦的目标区域进行成像仿真时,误差小于0.031个像素;相比于逐点计算的直接法,仿真时间减少了87％.     

非均匀介质退化图像快速仿真模型的建立

针对非均匀介质成像仿真速度较慢的问题,提出一种获取近似退化图像的快速仿真模型.按视场将图像分为若干子块,计算得到各子块中心位置的点扩散函数矩阵,建立与像素大小对应的成像退化矩阵.近似认为各子块内成像满足等晕条件,分块卷积快速得到各子块退化图像,并采用少量重叠的方法实现整个视场的无缝拼接,加入畸变信息得到最终的退化图像.建立仿真成像系统,做了多组对比实验,并对光追法得到的精确退化图像和该模型得到的近似退化图像进行相似度的比较.结果表明,在一定相似度的要求下,对于512×512像素的图像实现毫秒级的处理速度.     

空间目标的激光主动成像系统性能分析

针对空间目标探测,介绍了激光主动成像系统的组成,详细分析了空间目标及背景的辐射特性;根据成像分辨率、调制对比度、最小可探测功率、系统信噪比等参数,分别给出作用距离模型,并对激光主动成像系统性能进行分析和仿真计算;仿真结果表明：利用激光主动成像探测系统可对一定距离的空间目标进行成像探测。     

红外焦平面阵列补偿方法计算机仿真

研究补偿红外焦平面阵列固定图形噪声的计算机仿真方法 .建立了红外焦平面阵列输出信号的数学模型 ,推导出使用参考辐射源的补偿算法并设计了仿真程序 .补偿过程图像验证了响应率和偏置的非均匀性对固定图形噪声的影响 .研究结果表明用计算机仿真方法研究焦平面阵列补偿技术是可行的 ,所产生的图像及方法可用于图像识别研究     

一种基于卡尔曼滤波器的彩色目标跟踪方法

提出了一种基于卡尔曼滤波器的彩色目标跟踪方法。该方法首先在YCbCr颜色空间使用高斯模型构建目标颜色模型,根据该颜色模型在图像中进行目标检测,获取目标中心,然后利用卡尔曼滤波预测目标中心在下一帧图像中可能出现的位置,以该位置为中心建立搜索区域,在搜索区域内进行目标检测,计算目标中心位置,同时以该位置作为观测值,进行下一帧预测。实验结果表明,该方法具有较好的实时性和鲁棒性。     

基于微扫描的焦平面阵列成像特性研究

在分析微扫描成像原理的基础上,利用固有奈奎斯特频率处的采样平均传递函数作为度量因子,定量表征了不同微扫描模式对焦平面成像系统成像质量的改进程度,得出微扫描模式与探测器占空比的最优对应关系;以一幅768×768的辐条图像作为原始目标,针对100%,50%两种占空比的探测器,采用像素处理方法,仿真了不同微扫描模式的成像过程,结果证明微扫描成像仿真效果与理论分析的一致性.     

融合边界条件的电阻抗图像重建仿真研究

结合成像目标的边界结构信息,提出一种新的改善电阻抗图像重建质量的方法．在生物医学电阻抗断层成像中,将传统采用圆形场域的重建模型改进为与人体胸腔边界近似的八边形场域,建立正问题数学模型,求解得到灵敏度系数矩阵,经等位线滤波反投影算法获得感兴趣区域的仿真分布图像．针对成像目标在场域中的不同分布情况,采用面积占空比对两种重建模型下的成像效果进行评价．图像及数据分析结果表明,改进方法重建图像伪影明显减少,面积占空比也更接近真实分布,提高了图像空间分辨率,达到了改善电阻抗重建图像质量的目的．     

基于微焦斑源X射线传播的相衬成像模拟

从标量衍射及部分相干光衍射理论出发,结合硬X射线特点,建立基于微焦斑X射线源的衍射成像模型.该模型将Fresnel积分运算转换到空间频域,利用快速傅里叶变换计算衍射光场.根据部分相干光理论分析,有限大小光源的物体衍射光场为光源光强分布与点源所形成的物体衍射光场的卷积,将卷积运算转换到空间频域并利用快速傅里叶变换算法提高运算速度.模拟衍射结果表明,物体到X射线源的距离、X射线光子能量以及X射线源焦斑尺寸均影响自由空间传播相衬成像系统的图像衬度.研究结果有助于X射线相衬成像系统的设计和性能优化.     

空间光学遥感器柔性支撑结构设计

为了在保证空间遥感器系统结构刚度的同时,使结构具有良好的热尺寸稳定性,设计了一种应用于空间光学遥感器的正交双向柔性支撑结构,有效解决了影响反射镜成像质量的力和热两个关键环境约束之间的矛盾,从而保持光学系统组件的有效位置,为遥感器能达到良好的成像质量提供了保证.对柔性铰链结构参数进行分析,并对铰链结构进行设计和性能的有限元仿真分析.结果表明,柔性支撑结构在力和热两种主要环境约束下能有效地保持结构的稳定性.     

基于Kinect传感器的机器人室内环境检测方法

针对移动机器人室内环境检测问题,提出了一种基于Kinect传感器的目标物体检测方法.利用Kinect传感器采集的视频图像和深度数据来实现对机器人工作环境中已知特征目标物体和完全未知目标物体的检测及定位.对于已知特征目标通过颜色特征分析来完成检测,而对于完全未知的物体则通过深度地面消除算法和提取深度图像的轮廓来进行检测.利用传感器成像模型对检测出的目标区域进行三维空间定位,从而获取目标物相对于机器人的空间位置信息.基于移动机器人平台进行实验,结果表明,该方法能够有效地实现室内环境信息的检测及定位.     

空间光学遥感器反射镜柔性调节结构设计

针对空间光学遥感器圆形反射镜结构刚度高、热尺寸稳定性差的状况,设计了一种温升变形柔性调节结构,旨在保持结构刚度满足力学要求的同时,使反射镜具有良好的热尺寸稳定性.对柔性结构进行了合理的结构设计,对其力学模型及铰链参数进行分析,并对反射镜组件进行有限元仿真.结果表明:在柔性结构的调节作用下,反射镜在力和热两种环境约束工况下,面形PV值均远小于63.2 nm,满足成像质量要求.证明这种柔性调节结构在实际结构设计中是合理可行的.     

基于边界单元技术的航天遥感器温度场分析

为提高航天遥感器温度场的分析精度,解决轨道环境热传导与热辐射的综合处理问题,提出在航天遥感器温度场分析中采用边界元求解技术.经理论推导,建立了不同体单元的边界元间辐射热导率表达式和边界元与体单元间的热传导率表达式,解决了轨道环境温度场分析中热传导与热辐射的综合处理问题.应用I-DEAS软件,以某航天遥感器为例进行了具体计算.结果表明,基于边界元技术进行温度场分析能够有效解决热传导与热辐射的综合处理,求解精度较高,遥感器反射镜稳态分析温度分布和在轨瞬态分析温度曲线变化清楚,可以作为进一步精密热控设计的依据.     

塔里木河流域遥感波段及重构向量的特征空间分析

遥感波段及其重构向量的特征空间研究是遥感模型构建的基础,针对塔里木河流域下垫面,研究了波段之间、Ts-NDVI、Ts-Albedo、Abedo-NDVI及植被指数之间在特征空间中的表征,并对其物理、生态学意义进行了分析.研究结果表明:某些特征空间中的点位分布存在一定的规律,这为地物信息提取提供可能,同时也为遥感技术更深一步研究提供借鉴.     

航天遥感器的辐射度精度分析

辐射度精度是评价航天光学遥感器辐射度性能的一个重要指标。针对测量的目标辐射度与目标绝对辐射度之间的差异,建立一种航天遥感器的辐射度精度公式,对航天光学遥感器的辐射度性能进行分析。在辐射度精度的分析过程中,分析了星上定标源的辐射、偏振、杂散辐射、谱段外响应和波长漂移等因素对遥感器辐射度的影响。     

基于天基光学探测信息的GEO目标识别研究

分析了地球同步轨道（geosynchronous,GEO）目标的分布规律,根据目标表面的散射特性,建立目标的高次余弦散射模型,推导出空间目标在天基光学相机入瞳处的光度模型。在仅能获得目标光度数据的天基光学观测情况下,分析观测相角和目标姿态对目标光度变化的影响,实现了对GEO目标的识别。仿真表明,该方法能够有效地实现对GEO目标工作状态和同类目标形状结构的识别。     

基于偏振技术的水下探测器光学系统设计

为了实现探测水下物体并区分材质的需求,研制了一套水下激光偏振探测设备,并设计出光学系统。偏振度是通过光学方法区分物体材质的重要参数之一,只要已知被测物体反射光的Stokes矢量,就可以求出偏振度。光学系统中共有两种方法来实现对Stokes矢量的测量:在焦面放置光电二极管直接测光强,或者放置CCD成像,通过分析图像灰度值得出光强信息。结合技术指标,在Zemax软件中运用小像差互补原理,优化设计了具有良好成像质量的光学系统。设计结果为焦距109.9mm,视场为5.2°,F数达到2.1,满足光学系统指标要求并且可以实现高精度的测量。系统仅使用5片球面透镜,结构简单紧凑,易于加工制造。将该光学设备加工出来,进行了简单的实验,证明了该光学系统的可行性。     

基于MATLAB/GUI的无人机遥感图像分类系统设计

为了提高无人机遥感图像分类技术在复杂地形中的勘察效率,设计了一种基于MATLAB/GUI的无人机遥感图像分类系统,实现了图像分类的可视化操作。采用K-Means聚类与Otsu阈值分割相结合的方法对无人机遥感图像进行分割与分类处理,并对初分割结果进行边缘检测、噪声滤波和形态学优化等图像处理,精确提取各类地物边界,提高图像分类精度;对分类处理后的结果进行矢量化输出,提高了本系统与其他软件的交互性;根据航拍高度、镜头焦距和传感器尺寸等信息,可计算每一类地物的实际面积,实现区域面积大小的快速统计,促进了无人机遥感技术在公路地质选线中的应用。