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抛物线运动点目标的单目测量

光学学报 2013年第6期33卷 188-195页

作者：吕耀文王建立曹景太王昊京刘维中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 吉林大学通信工程学院吉林长春130033

针对点目标的抛物线运动,提出了一种使用已标定单目摄像机测量点目标三维坐标的新方法。算法分三个步骤:通过计算悬垂直线在摄像机平面上投影直线的交点得到重力方向的消失点;使用Sampson近似计算抛物线运动轨迹的投影二次曲线,并利用... 详细信息

针对点目标的抛物线运动,提出了一种使用已标定单目摄像机测量点目标三维坐标的新方法。算法分三个步骤:通过计算悬垂直线在摄像机平面上投影直线的交点得到重力方向的消失点;使用Sampson近似计算抛物线运动轨迹的投影二次曲线,并利用抛物线的射影几何性质计算抛物线支撑平面的旋转矩阵;通过地平面的单应矩阵计算世界坐标系和摄像机坐标系之间的平移矢量,以得到抛物线支撑平面的单应矩阵,并确定抛物线运动点目标的三维坐标。通过仿真实验和真实实验证明了算法的正确性和可行性。实验结果表明:所给出的方法对点目标的抛物线运动测量具有易于实现、测量简便的优点。

关键词：机器视觉单目测量点目标抛物线运动

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智能移动视频监控系统的设计与实现

智能移动视频监控系统的设计与实现

作者：曹景太吉林大学

学位级别：硕士

智能移动视频监控是计算机视觉领域一个备受关注的前沿课题,是计算机科学、移动通信、图像处理、嵌入式技术、模式识别及人工智能等多学科高科技的结晶。它能够解决被动监控、监控点固定、自主识别目标能力差等问题。目前,移动网络数... 详细信息

智能移动视频监控是计算机视觉领域一个备受关注的前沿课题,是计算机科学、移动通信、图像处理、嵌入式技术、模式识别及人工智能等多学科高科技的结晶。它能够解决被动监控、监控点固定、自主识别目标能力差等问题。目前,移动网络数据传输多采用服务器转发方式。为了保证信息安全可靠,本文提出一种基于P2P方式的智能移动视频监控方案,并对其核心技术进行深入分析,引入动态地址解析的概念,在此基础上阐述了具体的嵌入式实现方法。本文分别从移动监控和智能监控两个技术环节进行分析。对于移动监控技术,以GPRS网络为例给出实现方案。针对视频压缩、传输协议及交互控制方式问题提出应对策略。通过对主流视频编码方式进行比较,选择M-JPEG编码方式以适应移动网络特性。结合RTP协议及自定义的控制协议解决窄带移动网络视频数据点对点传输问题。对于智能监控技术,本文提出智能预警和目标捕获跟踪相结合的智能监控方案。分别采用差影法和模板匹配法实现预警及跟踪。利用投影法和小波变换技术及最小二乘法对模板匹配算法进行优化,并给出相应的仿真结果。在嵌入式实现方面,本文分别给出了嵌入式视频服务器和手持终端软件实现方法。首先,基于TI公司的DM642芯片设计了嵌入式视频服务器硬件平台,介绍了系统结构,电路板设计及具体调试步骤。然后,阐述了基于DSP|BIOS和RF5的嵌入式视频服务器软件实现流程。着重说明了视频压缩、传输协议、预警及跟踪等算法的移植过程,并给出线程调度策略。对于手持终端软件开发,本文实现了基于JAVA的移动视频客户端设计。完成了移动视频数据接收,视频解码回放及反馈控制等功能,并给出程序流程图及效果演示图。实验结果表明,系统达到预计设计目标,在现有移动网络条件下可完成智能移动监控任务。随着移动通信及嵌入式技术的发展,智能移动监控系统将具有更广阔的应用空间。

关键词：动态地址解析智能预警目标捕获及跟踪小波变换 JAVA

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基于全息术的无计算波前传感方法

光学学报 2013年第12期33卷 75-80页

作者：姚凯男王建立吴元昊王斌曹景太汪宗洋刘维中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 吉林大学通信工程学院吉林长春130012

为提高波前传感器的波前探测速率,研究了基于全息术的无计算波前传感新方法。在薄全息图近似下,推导出基于快速傅里叶变换(FFT)算法的数值模型,并数值模拟了全息波前传感器对低8阶Zernike项像差的探测过程。结果表明,波前探测误差均方根... 详细信息

为提高波前传感器的波前探测速率,研究了基于全息术的无计算波前传感新方法。在薄全息图近似下,推导出基于快速傅里叶变换(FFT)算法的数值模型,并数值模拟了全息波前传感器对低8阶Zernike项像差的探测过程。结果表明,波前探测误差均方根值(RMS)为0.24rad。搭建实验平台对数值模拟的结果进行了验证,波前探测误差RMS值达到0.29rad。实验结果表明,基于全息术的无计算波前传感方法可以高效探测低阶Zernike像差。

关键词：自适应光学全息术波前传感器无计算

基于CNN-SPGD算法的相干光通信像差校正方法研究

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光学精密工程 2022年第6期30卷 743-754页

作者：刘维徐珺楠金玳冉石文孝曹景太吉林大学通信工程学院吉林长春130012 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

为了降低大气湍流对自由空间光通信系统传输性能的影响,建立了一套自适应光学校正系统来校正高阶像差。对该系统的混频效率,误码率和迭代次数等参数进行研究。首先,将图像的Zernike系数划分为8个大类,256个小类,通过CNN模型预测输入光... 详细信息

为了降低大气湍流对自由空间光通信系统传输性能的影响,建立了一套自适应光学校正系统来校正高阶像差。对该系统的混频效率,误码率和迭代次数等参数进行研究。首先,将图像的Zernike系数划分为8个大类,256个小类,通过CNN模型预测输入光斑的大类。对于每一小类的像差,取每一阶系数范围的中点作为标准点形成一个标准Zernike系数向量,按照其对应的标准电压作为初始校正电压进行校正。实验结果表明:随机并行梯度下降算法使混频效率达到0.80、0.85和0.9需要的迭代次数分别为110次、161次和280次;在使混频效率达到相同值的前提下,CNN-SPGD(Convolutional Neural Networks-Stochastic Parallelism Gradient Descent)算法所需的迭代次数分别为4次、37次和141次。而在相同的迭代次数下,CNN-SPGD算法在系统中的混频效率更高,误码率更低。CNN-SPGD算法与SPGD算法相比,像差校正速度更快。该CNN-SPGD算法可以大幅度减少传统自适应光学系统的迭代次数,满足激光通信的各种需求。

关键词：自由空间光通信无波前传感混频效率误码率

混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信中继系统

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光学精密工程 2022年第5期30卷 536-544页

作者：刘维王静怡马鑫洋石文孝曹景太吉林大学通信工程学院吉林长春130012 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130012

为准确评价混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信(millimeter Wave Radio Frequency/Multiple Input Multiple Output-Free Space Optical,mmW RF/MIMO-FSO)中继系统的性能,利用Meijer-G函数推导出混合mmW RF/MIMO-FSO中继系统端到端中断概率、误码率以及遍历容量的闭合解析表达式。该混合系统的中继采用固定增益方案、接收端采用等增益合并方式合并多路信号。mmW RF信道服从Nakagami-m衰落,FSO信道服从Gamma-Gamma分布。数值仿真结果显示,MIMO技术可以有效缓解由于大气湍流强度的增强而导致的混合中继系统性能降低。随着激光发射器和光电探测器相对应的收发孔径数目的增加,混合中继系统性能逐渐增强,但与此同时系统的复杂度也不断提高。综合分析可知,当激光发射器发送的激光信号束与光电探测器使用的接收孔径数相等且都为2时,MIMO-FSO链路的性能达到最佳状态。

关键词：空间光通信混合射频/自由光通信中继系统毫米波多输入多输出固定增益

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基于物联网的温湿度与风速信息采集系统设计与实现

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液晶与显示 2016年第10期31卷 936-942页

作者：徐白冰王建立曹景太中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为了应对日益增长的城市供暖节能压力,解决由供暖引起的废气排放问题,本文设计并实现了一种基于物联网的温湿度与风速信息采集系统。介绍了系统的总体结构,设计完成了以ARM微处理器为核心、以EC20模块为通信媒介、外接多路温湿度传感器... 详细信息

为了应对日益增长的城市供暖节能压力,解决由供暖引起的废气排放问题,本文设计并实现了一种基于物联网的温湿度与风速信息采集系统。介绍了系统的总体结构,设计完成了以ARM微处理器为核心、以EC20模块为通信媒介、外接多路温湿度传感器和风速传感器的硬件电路和嵌入式软件程序。通过真实场景测试,系统实现了通过3G网络实时、定时发送当地温湿度和风速数据至中心服务器的功能,控制中心根据设定的环境标准控制供暖锅炉调节供暖量,完全满足供暖调节的实际需求。同时,系统经过一定改进还可以应用到气象监测、档案管理、食品药品储存、工农业和交通等其它方面。尤其在物联网领域,本系统有着非常广泛的应用前景。实验结果证明了该系统的通用性和实用性。

关键词：物联网嵌入式设计节能控制 ARM

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基于FPGA的自适应光学系统波前处理机

光学精密工程 2011年第8期19卷 1716-1722页

作者：贾建禄王建立赵金宇王鸣浩曹景太中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

针对大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理规模的需求,设计了基于现场可编程门阵列(FP-GA)的高速大单元自适应波前处理系统,给出了设计方案,实施过程和测试结果。提出的基于FPGA的自适应光学系统波前处理机,在软件上采用... 详细信息

针对大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理规模的需求,设计了基于现场可编程门阵列(FP-GA)的高速大单元自适应波前处理系统,给出了设计方案,实施过程和测试结果。提出的基于FPGA的自适应光学系统波前处理机,在软件上采用FPGA对整个系统进行数据配置和调控,实现多路D/A数据同时传输和转换。同时,采用FPGA作为波前处理运算中的图像预处理和波前子孔径斜率计算的核心器件,在满足波前处理精度的前提下,缩短了波前处理延时,提高了波前处理能力,波前处理可达2 000 frame/s。在硬件上,采用波前处理主板与可扩展的波前处理子板相结合的形式来提高系统的输出能力。每块波前处理子板的校正量输出为120路,波前处理主板的最大扩展能力为10块,整个系统可实现1 200路校正量的输出。

关键词：自适应光学系统现场可编程门阵列(FPGA) 波前处理机

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应用抛物线运动估计摄像机姿态

光学精密工程 2014年第4期22卷 1078-1085页

作者：吕耀文王建立王昊京刘维吴量曹景太中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100039 吉林大学通信工程学院吉林长春130033

根据抛物线运动特有的射影几何性质,提出了一种应用抛物线运动估计摄像机姿态的新方法。首先,计算不同位置自由落体运动轨迹在摄像机图像平面上投影直线的交点,并证明该交点即为地球重力方向的灭点。其次,使用Sampson近似计算抛物线运... 详细信息

根据抛物线运动特有的射影几何性质,提出了一种应用抛物线运动估计摄像机姿态的新方法。首先,计算不同位置自由落体运动轨迹在摄像机图像平面上投影直线的交点,并证明该交点即为地球重力方向的灭点。其次,使用Sampson近似计算抛物线运动轨迹在摄像机平面上的投影二次曲线方程。最后,在摄像机内参数已知的条件下,利用抛物线投影二次曲线中隐含的关于灭点和灭线的射影几何性质,完成摄像机姿态的估计。通过数值模拟和实际实验验证了提出算法的正确性和可行性。结果表明:与传统的棋盘估计方法比较,本文算法估计旋转矢量的轴平均误差为0.017rad,角平均误差为0.007rad,平移矢量方向的平均误差为0.071rad。得到的结果显示该方法可以应用于计算机视觉中摄像机的姿态估计。

关键词：计算机视觉摄像机姿态估计抛物线运动射影几何

基于FPGA的Camera Link输出编码设计

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液晶与显示 2015年第2期30卷 269-274页

作者：刘彪王建立吕耀文曹景太中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为了Camera Link摄像机的小型化和集成化,设计并实现了基于FPGA的Camera Link接口的编码输出功能。输出编码分为3个步骤:首先,完成图像像素数据到Camera Link PORT的映射;其次,根据DS90CR287的数据编码要求对PORT数据和同步时钟信号进... 详细信息

为了Camera Link摄像机的小型化和集成化,设计并实现了基于FPGA的Camera Link接口的编码输出功能。输出编码分为3个步骤:首先,完成图像像素数据到Camera Link PORT的映射;其次,根据DS90CR287的数据编码要求对PORT数据和同步时钟信号进行编码;最后,通过FIFO和并串转换功能模块完成图像数据和时钟编码信号的LVDS信号输出。使用ModelSim软件,对像素时钟为40 MHz的BASE模式进行了仿真,同时在实物实验中,完成了像素时钟为40 MHz的FULL模式的实验,通过以上两方面实验验证了设计的Camera Link输出编码方案的正确性和可行性。提出的编码方案稳定可靠,可以应用于不同模式下的Camera Link编码输出,具有很高的灵活性和应用价值。

关键词：输出编码 Camera Link FPGA 摄像机