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- 基于图像匹配的航空相机大速高比测量技术研究
- 作者： 许伟伟 来源： 中国科学院研究生院（光电技术研究所） 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 速高比 像移量 图像匹配 成像质量 像移补偿
- 描述： 本文的主要研究内容是采用图像匹配的方式对航空相机飞行过程中的载机瞬时速高比值进行精确测量,并应用于像移补偿工作以提高航空相机成像质量。现有的航空相机像移补偿装置在载机飞行速高比值较大的情况下对图像进行像移补偿后的成像质量无法达到项目的精度需求,导致该现象最主要的原因是速高比值测量精度过低,因此本课题的研究重点是在大速高比值情况下实现其精确测量。课题研究过程中综合分析了传统机械式速高比值测量方式依据的工作原理和存在的问题,指出满足航空相机现阶段发展需求的速高比值测量方式应该具备体积小、重量轻、功耗小、集成度高、实时性高等多种特性。论文采用基于图像匹配的数字式测量方式对航空相机瞬时速高比值进行精确测量,工作原理为取连续拍摄的两幅航空图片进行匹配得到帧间像移量,利用两图像的相对移动距离计算出速高比值。论文首先对基于图像匹配的速高比值测量方式进行了系统的理论分析和误差分析,选定相机参数,依据理论分析计算速高比测量误差及像移补偿误差验证该测量方式的理论可行性;然后对几种经典的图像匹配方式进行了分析论证,并对灰度相关算法和相位相关算法进行了仿真对比验证,通过分析对比验证结果决定采用相位相关算法作为本文选用的图像匹配算法;同时为提高该测量方式的测量精度和使用范围,对相位相关算法进行了一定的改进:在原有算法的基础上增加了对数极坐标变换和插值算法以解决旋转图像的匹配和图像的亚像元精度匹配;最后搭建实验平台,验证速高比值测量精度能否达到理论分析的精度水平,并使用测量得到的速高比值计算航空相机像移补偿误差,实验结果证明使用该方式测得的速高比值进行航空相机像移补偿后的图像质量可以满足航空相机成像质量要求,验证了该测量方式的实际可操作性。论文最后指出了基于图像匹配的速高比测量方式的待改进之处及下一步工作展望。
- 基于图像处理的航空相机自准直检调焦技术研究
- 作者： 汪旋 来源： 中国科学院研究生院（光电技术研究所） 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空相机 离焦 自准直
- 描述： 数字航空相机出厂前，需要将CCD安装在相机物镜焦面处，但是在空中执行任务时，由于温度、压力等环境因素的影响，物镜的焦面会发生移动，当移动量超出半焦深时，拍摄的图像会变得模糊不清，最终导致任务失败。为了避免失败的发生，航空相机需要具备自动检调焦能力，国内外航空相机主要采用的检调焦方式有程序控制法、图像处理法和光电自准直法。本文在详细分析各种常用方法优缺点的基础上，结合数字航空相机成像的特点，提出了一种基于图像处理的光电自准直检调焦方案，并对相关理论进行了深入研究。根据图像模糊理论，清晰图像比被模糊的图像有更丰富的细节信息，即高频分量，所以可以通过衡量图像包含高频信息的多少来判断图像离焦与否，基于图像处理的自动调焦技术应运而生。本文阐述了图像评价函数应具备的特点，并对现有图像预处理理论进行详细分析，而后，利用matlab分别对空间域、频率、信息学和图像熵中的经典图像评价函数进行了仿真，结果表明：对于光栅图像序列，能量梯度函数具有显著优势。结合光栅图像特有的性质，提出了4种基于线阵CCD检调焦的方法，分析比较了各自的优缺点。窗口选择直接影响到调焦过程的复杂度、计算量和精确度，本文结合光栅调焦的特点，通过比较窗口大小对评价函数特性的影响，提出基于中心的40×32窗口满足系统要求。聚焦策略对于自动调焦系统而言同样至关重要，本文在详细分析现有搜索算法的特点的基础上，提出8点4阶曲线拟合和改进爬山相结合的算法，分别在良好情况和恶劣情况下进行动态调焦实验，获得了良好的实验结果。理论需要实验来支撑，本文利用光机电算的知识，基于科勒原理设计均匀照明系统，在对调焦组件的设计中，对步进电机速度控制进行了研究，并基于DSP2812实现了的步进电机速度控制。在对上位机总控系统的设计中，对基于MFC多线程设计进行了研究。误差是不可避免的，本文在对实验相关数据分析之后，对高度和斜视离焦进行了详细分析，并创新性的对CCD和光栅的安装位置进行了研究，研究发现，位置安装误差线性的影响调焦精度，进一步提出了特种目标的方法。理论应用于实际是需要变通的，本文的最后为全文研究的理论给出了几种新的应用形式，大大的拓展了应用范围。本文针对利用光栅图像处理的方法实现数字航空相机自动调焦的问题，进行了深入的理论和应用研究，为相机在轨调焦提供了方法依据。
- 航空相机光机热分析与热控技术研究
- 作者： 樊越 来源： 中国科学院研究生院（光电技术研究所） 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空相机 光机热分析 热网络 灵敏度分析 模型修正 热控设计
- 描述： 航空相机作为高效获取地面信息的一种重要设备，在军用和民用领域得到广泛应用。随着应用的深入，各领域对航空摄影图片的分辨力要求越来越高，如何提高航空相机的成像质量成为研究人员所面临的重要课题之一。在航空相机所处的复杂多变的环境中，温度扰动是影响其成像质量的关键因素。因此研究不同温度场分布对光学系统的影响、设计合理可靠的热控系统对于航空相机获取高分辨力的地面图像和提高使用效率具有重要意义。结合航空相机的结构和环境特点，运用光机热集成分析方法和热光学灵敏度分析方法，分析了温度水平变化和温差对航空相机成像质量造成的影响，从而确定了航空相机能高分辨力成像的温度指标。根据航空相机的实际温度分布进行了初步热控设计，并以此为基础设计了试验航空相机，为了改善被动热控效果，着重设计了框架隔热结构。为了研究航空相机的热学特性，以试验航空相机为物理原型建立了其热网络数学模型。利用模型分析了光学系统的漏热路径和漏热率，并根据分析结果对光学系统的加热回路和加热功率进行了优化设计。分析了光学系统温度对模型中的不确定性热网络参数的灵敏度，确定了关键热网络参数及其最佳取值范围，并以此为依据对被动热控设计进行了优化。对试验航空相机进行了瞬态热试验，利用试验数据修正了热网络模型的结构。运用误差分析技术对试验数据的可靠程度进行了评估。探讨了最小二乘法、蒙特卡洛法和遗传算法在热网络模型参数修正中的应用，肯定了遗传算法的优势。通过对航空相机光学系统热惯性的分析，提出了飞行工况和低温工况下光学系统的热控策略，对热控系统进行了优化设计，并利用热网络模型进行热控仿真。设计了航空相机热控试验系统，利用试验航空相机进行热控试验。试验结果表明所设计的热控系统在飞行工况下将光学系统温度控制在20℃±2℃范围内，低温工况下将光学系统温度在一个小时内从-55℃提升到-20℃，并将温差控制在温度指标范围内。由此证明了热网络分析的有效性和热控设计的合理性。