行间转移型面阵CCD成像系统设计

采用行间转移型面阵CCD KAI-1020作为图像传感器,以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制器,设计并实现了一个完整的成像系统。FPGA产生驱动时序、控制CCD上电顺序、调节曝光时间,并实现数据缓存。CCD模拟视频信号经过预处理,通过同轴电缆传输到CCD专用视频处理器进行相关双采样和模数转换,以10位像素深度输出到FPGA,数字视频信号经过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）格式输出到数据采集卡。集成化视频处理电路提高了系统的信噪比,改善了成像质量。实验表明,CCD成像系统工作稳定可靠,像素读出时钟为10 MHz时,帧频为10帧/s。设计的CCD成像系统性能好、可靠性高、实现周期短,具有很强的可扩展性。     

生乳体细胞数检测方法的研究

研究了酯酶分析法检测生乳中体细胞数的方法。对不同样品体细胞计数,拟合了三段标准曲线,分别对应不同的体细胞数,相关系数分别为0.9376,0.9484,0.9633,0.9556。对拟合的标准曲线进行精密度和准确度分析,方法变异系数均小于10%,与直接镜检法无显著差异。结果表明,酯酶分析法是生乳中体细胞数快速检测的有效方法,而且可以应用在奶牛乳房炎的诊断方面。     

基于精密星敏感器的航天器高精度姿态测量标定方法

为提升卫星定姿精度,采用NOIP1SN025KA型CMOS探测器设计了一款完整的观星相机。在辐照环境温度24℃、测试环境温度24℃、测试环境湿度37% RH的环境条件下利用60Co-γ辐射源进行了抗辐照实验。然后,设计了焦距为500 mm、F数为4、视场角为2.4°的光学系统。电子学系统以FPGA作为核心控制器件,控制CMOS输出数字信号,并通过TLK2711将信号传回卫星数传系统。机械结构部分主要由主镜组件、次镜组件、校正镜组件、遮光罩、支腿等部分组成。采用计量筒（殷钢）支撑次镜的设计方案,保证主次镜间隔变化在温度变化工况下满足公差要求。反射镜组件设计有径向和轴向柔性,保证光学表面在力热环境下的面形精度。校正镜组件采用压圈切向压紧镜片的安装方式,对镜片的应力小,对中性好,耐冲击和振动,能够保持良好的结构稳定性。整机通过主镜背板与卫星连接。星载观星相机具备成像和传输星点的阈值和坐标信息两种工作模式。通过外场成像实验可知,该相机成像质量良好、移植性强、可靠性高。视场角范围内,可以拍摄到约10颗星,同时可以观测到9等星,可有效辅助星敏感器工作。     

基于改进的K-L变换的多光谱图像压缩算法

融合离散小波变换(DWT,discrete wavelet tran sform)与Karhunen-Loeve变换(KLT),将图像的能量集中到少数系数上,以达到更好的 压缩效果。首先将多光谱图像的每个谱段进行快速9/72D DWT,消除多光谱图像的大部分 空间冗余;然后对所有谱段产生的小波系数进行改进的KLT,来消除光谱冗余和残存的空 间冗余;最后对所得谱段产生的小波系数进行改进的KLT,来消除光谱冗余和残存的空间冗 余;最后对所得系数进行熵编码,得到压缩码流。实验结果表明,在码率为0.25～2.0bit/ pixel范围内,平均信噪比(SNR)高于41dB,同时缩短了运 算时间,从而提升了多光谱图像压 缩算法的性能。     

一种实时视频压缩系统设计及硬件实现

针对可见光相机CMOS输出大数据量时出现压缩系统 实时传输困难的问题,提出了一种基于ADV212的实时视频压缩方案。 首先根据CMOS视频格式以及ADV212工 作原理,提出利用Custom-specific工作模式为各种格式的视频提供接口,并通过FPGA内部 的块RAM以 及SDRAM的乒乓操作对数据进行缓存,显著地提高了工作效率;之后,为了适用于不同应用 场合,本文 方法实现了码流的存储后传输以及直接传输之间的切换,并通过纠错编码极大地提升了闪存 的纠错能力; 最后,为了验证方法的可行性,基于压缩板以及解压板进行了实验验证。结果表明,压 缩系统可实现 实时稳定的工作,通过软件设置,系统可以实现极高的压缩比,压缩比为80∶1时的平均峰值信噪比(PSNR) 为28.238dB,压缩比为150∶1时的PSNR为26.165dB,解决了在大数据量下压缩系统硬件实现困难以及实时传输困难等问题。     

SAR实时成像光学处理器光机系统设计

为了进一步提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)面对海量回波数据的实时成像处理能力,基于4f光学结构对SAR实时成像光学处理器进行了光机系统设计和分析。首先,设计了适用于滤波算法的入瞳直径21 mm、视场角7°、焦距172 mm的傅里叶变换透镜,并对4f光学系统采取紧凑化设计。然后,利用集成优化方法优化了4f光机结构中的柔性镜座,并对整体结构进行了模块化设计和分析。分析结果表明：4f光学系统成像质量趋于衍射极限,傅里叶变换透镜的MTF在55 lp/mm处优于0.57,4f光机系统在常温1g重力工况下透镜面形RMS值小于λ/50,整体结构基频大于100 Hz。4f光学处理器整体尺寸为405 mm×145 mm×92 mm,质量约为2.94 kg,其体积、质量分别仅是同等SAR数据处理水平的斜平面光学处理器的30%、48%。通过数据的模拟仿真,表明系统设计满足星载或机载的实时成像使用需求。     

多任务衍射神经网络系统设计与实现

为探索利用衍射神经网络执行多任务图像分类识别的可行性,本文设计并搭建一种衍射神经网络系统。该系统采用空间光调制器（Spatial Light Modulator,SLM）做衍射神经网络的相位及振幅权重的调制以及网络层的光学全连接,并利用CMOS相机实现衍射神经网络中各衍射层输出的光电非线性激活与输出图像识别结果判别。设计的系统模型在MNIST和Fashion-MNIST图像分类识别中正确率达到94.1%和92.1%。最终通过搭建光路系统,光学实验正确率分别为91%和81.7%。所设计的衍射神经网络系统可满足多种图像分类识别应用需求,为衍射网络的设计与构建提供了新的思路。     

空间相机图像复原的实时处理

提出了一种基于有效提取点扩散函数(PSF)的图像实时复原方法来提高空间相机成像性能。从典型的图像复原原理出发,分析了实时复原的关键问题。将PSF与典型的线性复原滤波方法相结合计算出实时复原的反卷积算子,通过空间域卷积计算的方式进行实时复原,并以现场可编程门阵列(FPGA)为核心器件设计了具备图像实时复原计算性能的硬件系统。利用上述设计在硬件平台上对空间相机的遥感图像数据进行了实验验证,并与经典图像复原方法的效果进行了对比。结果显示,采用该平台对单片CCD像元数为12 000的空间相机图像进行复原后,灰度平均梯度由3.788 7提升到8.229 6,拉普拉斯和由15.456 7提升到43.907 5,达到了经典图像复原的性能。在模板尺寸为19pixel×19pixel时,实时复原处理延时为1.9ms,复原后的相机调制传递函数在Nyqyist频率处从0.1提高到0.23,有效地提高了空间相机系统的成像性能。