航空光学成像与测量技术新进展

航空光学成像与测量技术具有高时效、低成本、高分辨、易判读等突出优势。作为一种不可或缺的光学遥感手段得到了广泛地应用。由于受到航空飞行的影响,光学载荷需要在有限的体积、重量和功耗约束下解决气动力(矩)干扰、振动、温度和气压的急剧变化等问题,从而获得更加清晰的光学影像和更精确的测量结果。面对本领域对航空光学成像与测量的新技术、新方法、新理论的需求,组织了航空光学成像与测量专题,在精密光学、精密机械、精确控制以及图像处理等方面介绍了一批优秀的研究成果。从理论引领和工程参考价值的角度,推动相关研究的进一步发展。     

基于多尺度多特征视觉显著性的海面舰船检测

为了精确地检测到舰船目标,提出了一种基于多特征、多尺度视觉显著性的海面舰船目标检测方法。该方法首先利用多尺度自适应的顶帽算法抑制云层、油污的干扰,然后提取双颜色空间特征以及边缘特征构成双四元数图像进行舰船显著性检测。由于充分利用了双四元数图像,故可对多个特征尺度进行处理,并保证不同尺度特征之间关联性。该方法还利用人眼对不同用大小的图像关注目标不同的特点对图像进行上下采样以避免漏检和检测重叠。在得到显著图后利用自适应图像分割(OTSU)算法确定舰船所在的区域,并在原图上标定、提取舰船目标。在多种海面情况下进行了实验分析,结果表明:该算法可以排除多种干扰,精确地检测到舰船目标,真正率达97.73%,虚警率低至3.37%,相较于他频域显著性检测算法在舰船检测方面有明显的优势。     

飞机大坡度转弯对航空相机成像的影响

飞机姿态变化是影响航空相机成像质量的关键因素,尤其是飞机进行大坡度转弯将影响航空相机照相分辨率和重叠率。采用公式推理、坐标旋转变换等方法详细分析了飞机大坡度转弯对相机照相分辨率和重叠率的影响,并以摆扫型全景相机为例,给出了飞机大坡度转弯时相机的像移模型,分析结果表明:飞机大坡度转弯过程中相机产生的最大前向像移量接近4个像素,需要进行像移补偿;而垂直飞行方向上的最大像移量小于1/8像元,对成像分辨率影响不大。依据分析结果对像移模型进行了简化,为像移补偿提供了理论依据。针对飞机大坡度转弯对照相重叠率的影响,提出了依据转弯半径和转弯角速率调整曝光时间的方法加以解决。上述分析为摆扫相机在大坡度转弯时获取高质量图像提供了理论依据。     

单目智能车道偏离预警系统

车道偏离预警系统是继安全气囊之后的汽车安全辅助系统,该系统主要任务是采用基于机器视觉的方法提取车道线并进行预警决策。文章利用TMS320DM642视频处理器作为中央处理器,设计出基于DM642的车道偏离预警系统硬件架构,算法方面对图像进行灰度化、二值化和边缘提取做预处理,然后设置感兴趣区域(ROI),利用基于相位编组的改进Hough变换(RHT)进行车道线检测,根据车道偏离预警条件进行预警决策,当车辆在驾驶员非意识时偏离车道线的情况下实施报警。试验结果证明,本系统能够提前2.5s进行车道偏离的预警工作,并能够排除路面标记的影响,满足车道偏离预警系统实时、鲁棒的性能要求。     

基于位平面的嵌入式超光谱图像压缩系统

针对超光谱图像压缩系统实时性差的缺点,提出一种基于位平面的嵌入式超光谱图像压缩系统。对高位位平面首先采用DPCM去相关,然后再进行游程编码,对低位位平面首先采用四叉数分割,然后再进行LZW编码,最后混合码流进行数据输出。结合实际应用,以高性能DSP芯片TMS320C6455作为中央处理器,结合现场可编程门阵列FPGA构成外围电路逻辑控制,搭建了嵌入式高速图像压缩处理平台。基于该平台用真实图像验证了文中提出的算法,实验结果表明,该系统在保持较高重建精度的同时,有效降低了算法运行量,减少了算法运行时间,能够满足工程项目的要求。     

国外航空光学测绘装备发展及关键技术

为了深入开展航空光学测绘装备的研制,通过文献调研对该领域主流装备系统的产品性能、系统配置、发展趋势以及关键技术进行研究。研究表明,5~6μm的5~20 k大面阵多光谱数字相机是目前测绘相机的主流配置。机载LiDAR(light detection and ranging)已发展成为航空测绘装备系统的重要一员,数千米工作高度下的测量精度可达厘米级别,最大测量速度优于250 kHz。为满足更多新兴测绘任务需求,达到优势互补效果,测绘相机与机载LiDAR相结合已成为必然趋势。以30~50 k超大面阵测绘相机为主,机载LiDAR、高光谱成像设备相结合的多传感器测绘平台,是未来的重要发展方向。在高性能多传感器航空光学测绘平台搭建中,存在LiDAR数据效率提升、视场拼接、像移补偿、数据处理等多项关键技术。     

一种抗信息丢失的稳像系统

针对二维电子稳像补偿全局运动矢量后会出现大量 的空白区域,提出了一种不需要采用单应性模型明确估计全局运动矢量的快速平滑特征轨迹 的稳像算法。首先,采用改进的快速鲁棒特征(SURF)提取图像局部特征点;然后,利用空间 运动的 一致性连接帧与帧之间匹配的特征点得到特征点轨迹;最后,建立同时考虑特征轨迹的平滑 度和视频质量退化程度的目标函 数平滑特征点轨迹,得到稳定的视频。实验结果表明,用本文方法稳定的视频比Matsushita 方法处理后的视频丢失的区域减小 了30%左右,更满足人眼感官需求,减轻了费时的运动修复任务;同时 消除了运动估计中帧间匹配的累积误差,对前景存在较大局部运动的视频仍能表现较好的稳 像效果。     

一种光谱仪器波长定标电控系统设计

为实现对200～400nm光谱波段,光谱分辨为0.02nm的光谱仪器波长定标,设计了一套电控系统。描述了系统所采用的测量方法,并提出采用波长驱动器、光谱数据采集器和人机交互软件三个功能单元构建系统。采用TMS320F2812为做为光谱仪器波长机构驱动器的控制器,使用KEITHLEY的6517A型静电计采集光谱数据,通过操作人机交互软件控制波长机构驱动器和光谱数据采集器实现光谱仪器波长定标。测试结果表明,系统有很好的稳定性,其波长驱动重复性为±0.005nm,可满足对该光谱仪器波长定标的使用要求。     

航空光学成像气动光学传输效应计算研究综述（特邀）

随着更高的需求和科技发展推动航空飞行器工作速度的提高,航空光学成像的机动、灵活等特点显现更加突出,但实现高质量、高分辨率成像的技术难度也极具挑战性。飞行器与高速气流之间的复杂作用产生气动光学效应,光波或光束经过复杂流场与光学窗口时受到强干扰,为此吸引了众多科学家开展多学科交叉融合的相关研究工作,取得了大量的研究成果,为试验测试和工程实践提供了有力支撑。文中从气动光学流场与光学窗口两方面的计算研究入手,详细综述了气动光学传输效应的研究进展,归纳总结了相应的计算方法,综合当前技术发展趋势给出航空光学成像气动光学传输效应计算研究的思考和建议。     

并联自解耦二自由度微位移平台的研制与测量

针对传统串联式微位移机构具有的结构不紧凑和刚度较低等问题,本文设计了一种结构紧凑、具有高分辨率和高刚度的并联式自解耦二自由度微位移平台。该平台采用了4个对称布置的嵌套式平行导向机构,使得平台具有刚度对称和自解耦等特点。本文还对嵌套式平行导向机构的工作原理进行了分析。通过有限元方法仿真分析了微位移平台在不同受力状态下的变形情况,并对其进行了模态分析。经实验测量,证实了该平台具有自解耦功能,并得出了微位移平台的实际行程,且其输出位移也被证实具有较为良好的线性度。