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光学技术 2001年第1期27卷 71-73页

作者：韩绍坤赵跃进刘明奇北京理工大学北京100081

简单介绍了电子稳像技术的基本概念及产生、发展过程 ,重点分析了几种典型的电子稳像系统 ,在此基础上给出了其原理工作框图。

关键词：稳像图像处理电子稳像

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大口径高倍望远系统的机械稳像平台设计

大口径高倍望远系统的机械稳像平台设计

作者：王平宇西安工业大学

学位级别：硕士

大口径高倍双目式望远镜(以下简称大倍率望远镜)的观察效果是普通望远镜所不能比拟的,由于口径偏大(100mm以上),所以具备相对的大视场、大出瞳、分辨率高的特点,观察的效果非常好。同时由于体积、重量都比较大,在使用上存在一定的局限... 详细信息

大口径高倍双目式望远镜(以下简称大倍率望远镜)的观察效果是普通望远镜所不能比拟的,由于口径偏大(100mm以上),所以具备相对的大视场、大出瞳、分辨率高的特点,观察的效果非常好。同时由于体积、重量都比较大,在使用上存在一定的局限性。在实际运用领域,准军事部门(边防武警和海事、水警)对它都有一定的需求。特别是在海上作业,由于环境的问题,舰船在行动过程中避免不了颠簸,这样实现在运动中对远距离的观察非常有限。本课题是从实际出发,解决民用领域中,在姿态不稳定载具上实现远距离、高倍光学观察的要求。本文主要针对大倍率望远镜的工作条件—体积和重量大,观察精度相对要求低的特点,来选择合适的结构方式和伺服系统,实现稳像的功能,在整机结构和伺服系统的选择方面提出一些初步的解决方案和思路。

关键词：民用高倍望远镜不稳定载具伺服系统稳像

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红外成像导引头稳像系统设计与实现

红外成像导引头稳像系统设计与实现

作者：耿亚光哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

在过去二三十年间,红外成像导引头因具有抗干扰能力强、区分多目标能力、灵敏度高、导引精度高、准全天候工作能力等特点。受到各国的关注。目前各国都在重点发展以红外成像制导为基础的各型导弹。目前红外成像导引头普遍采用斯特林制... 详细信息

在过去二三十年间,红外成像导引头因具有抗干扰能力强、区分多目标能力、灵敏度高、导引精度高、准全天候工作能力等特点。受到各国的关注。目前各国都在重点发展以红外成像制导为基础的各型导弹。目前红外成像导引头普遍采用斯特林制冷的焦平面阵列器件,由于导弹在飞行过程中受气流扰动、发动机振动、机动过载等因素影响,使弹载设备受到较大振动,超出探测器所能承受的振动量级。所以最大的问题是如何对斯特林制冷焦平面阵列器件减振同时使获得红外视频图像满足稳像精度要求。本课题结合国内装备需求,从红外成像导引头的特点出发,主要做了以下研究工作:首先进行了红外成像导引头的设计。分析了其工作原理、组成、特点和受到振动时对图像的影响,根据其特点选取了将探测器置于内环、对二维框架整体减振的减振方式,减振器采用对称布置的三向等刚度金属减振器,使探测器受到的振动量级、框架的角位移满足指标要求,控制系统的设计和减振系统相适应,采用双直流力矩电机直接驱动的方式,陀螺采用速率陀螺,以得到较高的稳像精度。其次建立了被动减振和控制系统的数学模型并进行了仿真分析,指出通过加大减振器的距离和减振器对称布置、被减振物体惯量尽量小等技术措施,能够减小角位移。分析了双电机驱动的数学模型,指出双电机驱动对减小机电时常数、提高系统的快速性有好处。同时对主要受力部件的刚度、机械谐振频率、陀螺的噪声等主要因素对稳像精度的影响进行了估算。最后对稳像系统进行了试验验证,减振效率、角位移大小基本满足要求,隔离度达到1.5%,检验了原理的正确性,对试验结果及测试手段进行了分析,明确了下步工作。

关键词：红外导引头稳像被动减振探测器建模

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基于视频图像序列的稳像和目标跟踪技术研究

基于视频图像序列的稳像和目标跟踪技术研究

作者：曾清乐大连理工大学

学位级别：硕士

当今,视频图像序列稳像技术和目标跟踪技术成为学者们研究的热点。随着移动电子设备日益广泛使用,手持摄像机、车载船载摄像等拍摄的视频由于相机的无意运动而引起抖动。抖动的视频不仅影响视觉观看,还会对后期处理造成困难,例如：目标... 详细信息

当今,视频图像序列稳像技术和目标跟踪技术成为学者们研究的热点。随着移动电子设备日益广泛使用,手持摄像机、车载船载摄像等拍摄的视频由于相机的无意运动而引起抖动。抖动的视频不仅影响视觉观看,还会对后期处理造成困难,例如：目标跟踪、视频压缩等。因此,去除视频中的不规则抖动具有重要的应用价值。目标跟踪技术在视频监控,人机交互等领域有广泛的应用,本文后续对目标跟踪做了一些研究。视频图像序列稳像技术主要包括两个模块：运动估计和运动补偿。其中运动估计模块是最重要的部分,它通过不同算法分析图像的内容,获得图像帧间的全局运动参数。本文首先研究了几种常见的运动估计算法,提出了一种基于图像特征块的运动估计算法。首先在图像中提取纹理特征比较明显的点,以特征点为中心点构造特征块,在参考帧中搜索最优的匹配块;然后利用距离约束准则剔除误匹配点和局部运动物体上的点;最后代入运动模型求解得到全局运动参数。运动补偿是通过运动滤波得到运动补偿矢量。根据运动补偿矢量,将图像反方向补偿,去除抖动分量,本文研究利用比例积分控制器实现运动补偿。在目标跟踪方面,本文在粒子滤波的框架下,采用改进的颜色空间模型作为目标的观测模型,计算目标模板颜色直方图与粒子的颜色直方图巴氏距离,最后确定待跟踪目标的准确位置;在直方图的统计方面,本文根据快速积分图像原理,利用积分直方图方法快速统计搜索区域的积分直方图,要计算候选目标的直方图,只需要通过加、减运算就能快速得到。经实验证明,本文提出的稳像方法和目标跟踪方法有较好的效果,能达到实时。

关键词：稳像目标跟踪积分图像颜色-空间

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红外热像仪的稳像研究

红外热像仪的稳像研究

作者：黎新群长春理工大学

学位级别：硕士

红外成像技术处于迅速发展中，图像稳定问题成为当前国际上光学工作者关注的科研课题。由于大多数热像仪装载在运动载体上，载体的随机振荡直接影响到热像仪的光学性能，因此载体上的热像仪必须是一个稳像系统，才能达到要求的高分辨率... 详细信息

红外成像技术处于迅速发展中，图像稳定问题成为当前国际上光学工作者关注的科研课题。由于大多数热像仪装载在运动载体上，载体的随机振荡直接影响到热像仪的光学性能，因此载体上的热像仪必须是一个稳像系统，才能达到要求的高分辨率。动态光学理论是光学稳像的基础，可应用到各种类型热像仪稳像系统的设计中。采用动态光学理论解决稳像问题，物理概念清楚，计算简便。论文介绍了图像稳定的理论基础、稳像技术的发展、各类稳像基本原理及特性，并概述了光学稳像的基本原理。论文结合动态光学理论讨论了平面镜稳像方式的物像共轭关系，推导了稳像方程;结合红外线的特性以及红外光学系统的特点，研究了平面镜稳像的红外热像仪光学系统。得到的结论是热像仪采用平面镜稳像的方案是合理可行的。最后研究了测试稳像热像仪稳像精度的原理、测试系统的构成及计算方法。

关键词：稳像光学稳像动态光学红外热像仪红外光学系统

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三波段连续共变焦稳像光学系统设计

三波段连续共变焦稳像光学系统设计

作者：杨芝艳西安工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着科技水平的进步以及社会需求的提高,单一波段变焦系统已远远不能满足现代信息获取多元化、便捷化、实时化的要求。双波段甚至多波段的变焦系统,因其可探测目标范围较广、获取目标信息全面以及可对目标进行连续观测等优点,越... 详细信息

近年来,随着科技水平的进步以及社会需求的提高,单一波段变焦系统已远远不能满足现代信息获取多元化、便捷化、实时化的要求。双波段甚至多波段的变焦系统,因其可探测目标范围较广、获取目标信息全面以及可对目标进行连续观测等优点,越来越多地受到光学设计工作者的青睐。另外,应用环境的日趋复杂也要求光学系统可以抵抗外界不稳定环境对成像所造成的的干扰,这就需要对光学系统进行稳像设计。因此,将多波段变焦与稳像结合起来,设计出具有稳像功能的多波段变焦系统已成为当今光学系统设计研究的前沿热点。目前,绝大多数的多波段变焦系统都是由多个独立的通道拼接而成,这就导致系统体积较庞大、结构复杂;且具有稳像功能的也多为单波段的望远系统,可以实现稳像的多波段变焦系统仍然鲜有报道。针对上述问题,本文设计一款三波段连续共变焦光学系统,系统变焦比为10×。系统采用共口径方式同时接收可见、中/长波红外三个波段的光波;利用直接变倍比差补偿法补偿三个波段间的变倍比差,使三个波段的变倍比相同且在任一变焦位置焦距相等。另外,在系统中加别汉棱镜使进行稳像,使系统具备稳像功能。设计结果表明,该系统变焦范围8.6～86 mm,在整个变焦过程中,三个波长间焦距的最大差值小于0.005 mm。可见光工作波段为0.38～0.76 μm,其调制传递函数值在空间频率80 lp-mm-1处达到0.4以上;中/长波红外工作波段分别为3～5 μm、8～10μm,这两个波段调制传递函数值在频率为20 lp-mm-1处达到0.35以上。设计所得到的系统比传统的多通道拼接而成的多波段变焦系统体积小很多,在反应速度和实时性上都有很大的提高。系统具有稳像功能,能够在运动状态下正常工作。

关键词：三波段共变焦变焦比差补偿稳像

航空远距离倾斜摄影相机扫描稳像及像移补偿技术研究

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航空远距离倾斜摄影相机扫描稳像及像移补偿技术研究

作者：李福东哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着地空导弹作用距离的提高以及高危环境的侦察需求,侦察系统的安全性变得尤为关键,现有的侦察方式主要分为四种类型:深入目标上空垂直侦察、临近目标区域的倾斜侦察、远距离倾斜摄影侦察和卫星侦察。远距离倾斜摄影侦察时,侦察区域位... 详细信息

随着地空导弹作用距离的提高以及高危环境的侦察需求,侦察系统的安全性变得尤为关键,现有的侦察方式主要分为四种类型:深入目标上空垂直侦察、临近目标区域的倾斜侦察、远距离倾斜摄影侦察和卫星侦察。远距离倾斜摄影侦察时,侦察区域位于飞机的侧面,有较大的遥感距离,为飞机提供了安全飞行的保障。其具有的广域搜索能力、点目标采集能力、目标跟踪能力及立体成像能力的提高能够快速有效地对大范围分散目标成像,降低飞行时间,最大化保证飞行安全,因而,近年来远距离倾斜摄影逐渐成为最佳的侦察技术。本文主要研究航空远距离倾斜摄影相机的扫描稳像及像移补偿方法。本文主要包括以下方面内容:首先,对遥感相机中常用的扫描成像方法进行了分类说明,介绍了每种扫描成像工作原理、优缺点及适用情况,详细介绍目前最常用的稳像及像移补偿方法,给出了每种扫描成像、稳像及其像移补偿方法的工作原理,结合工程实践,对稳像及像移补偿的精度需求进行了分析。其次,对倾斜成像状态下的前向像移、俯仰像移、偏航像移和横滚像移计算公式进行了推导,给出了像移速度与航高、航速、斜视俯角以及平台扰动速度之间的计算公式,为倾斜摄影相机像移补偿方案设计提供基础。第三,结合航空远距离倾斜摄影相机总体技术方案,提出了一种扫描稳像及像移补偿设计方案,对扫描稳像系统的组成及工作原理进行了详细说明;对扫描稳像机构的在不同俯角状态下的工作参数进行了详细分解。最后,扫描稳像控制回路建模与仿真。建立了扫描稳像控制回路的仿真模型,对扫描稳像及像移补偿机构的性能进行了初步仿真分析,根据仿真结果可以得出该扫描稳像机构能够实现扫描稳像的功能,满足总体提出的扫描稳像技术指标要求。

关键词：远距离倾斜摄影相机扫描稳像像移补偿

基于PID控制的Gm-APD激光雷达稳像实验研究

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基于PID控制的Gm-APD激光雷达稳像实验研究

作者：郑宇峰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,Gm-APD激光雷达广泛应用于各个高科技探测领域中,其成像系统平台在实际工作过程中往往受到各种噪声的干扰,从而出现激光雷达成像不稳定的情况。因此对于激光雷达成像系统的稳像研究是非常有必要的。本文基于PID控制算法针对激光... 详细信息

近年来,Gm-APD激光雷达广泛应用于各个高科技探测领域中,其成像系统平台在实际工作过程中往往受到各种噪声的干扰,从而出现激光雷达成像不稳定的情况。因此对于激光雷达成像系统的稳像研究是非常有必要的。本文基于PID控制算法针对激光雷达的稳像系统平台进行了研究:首先,介绍了Gm-APD激光雷达稳像理论,研究了激光雷达稳像系统平台的结构组成及其工作方式,研究了PID控制算法的原理以及PID算法的环节选择和参数调节方式,指出了稳像系统的设计指标,并介绍了常见的几种激光雷达图像清晰度评价方法。其次,对Gm-APD激光雷达稳像控制系统进行了模型搭建,对控制平台中电机、电机驱动器、传感器等关键器件进行了传递函数计算及优化,确定了速度和位置环的双闭环控制方式,分别运用了PI、PD、PID三种常用PID控制算法对系统速度环进行了算法仿真,运用了P控制器对系统位置环进行了算法仿真,并对仿真后的稳像系统加入了噪声干扰以进一步对比分析了三种控制算法的特点,同时针对稳像系统中陀螺仪输出的不稳定性,利用Allan方差法对陀螺仪噪声进行了分析,并利用卡尔曼滤波对陀螺仪的真实输出数据进行了噪声滤除,针对卡尔曼滤波算法中噪声协方差阵难以估计的特点,引入改进自适应卡尔曼滤波对陀螺仪真实输出进行了噪声滤除,并与卡尔曼滤波的去噪效果进行了对比。最后,将PID控制算法和陀螺仪滤波算法写入了DSP嵌入式平台中,对PID控制算法进行了指向跟踪功能测试,确定了PID控制的算法环节和参数,并进行了真实Gm-APD激光雷达稳像实验,对激光雷达成像系统平台施加了正弦波振动干扰,利用PID控制、PID+卡尔曼滤波控制、PID+改进自适应卡尔曼滤波控制三种方法进行稳像,通过对稳像过程中的图像实时漂移像素数与最值法成像图像的清晰度的分析,将三种稳像方法的稳像效果进行了对比分析,结果表明PID算法和自适应卡尔曼滤波算法对激光雷达成像系统具有良好的稳像效果。

关键词： Gm-APD激光雷达稳像 PID 卡尔曼滤波

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基于块匹配的数字视频稳像系统

基于块匹配的数字视频稳像系统

作者：宋李亚大连理工大学

学位级别：硕士

人类获取的信息百分之八十来源于眼睛视觉。随着多媒体技术和信息处理技术的发展,数字图像处理在实际中得到了广泛应用。在便携式图像产品中,视频图像采集时常产生晃动,从而使得视频图像模糊不清,为此,需要采用稳像技术来提高图像质量。... 详细信息

人类获取的信息百分之八十来源于眼睛视觉。随着多媒体技术和信息处理技术的发展,数字图像处理在实际中得到了广泛应用。在便携式图像产品中,视频图像采集时常产生晃动,从而使得视频图像模糊不清,为此,需要采用稳像技术来提高图像质量。根据视频稳像采用的硬件设备以及技术手段不同,可将稳像技术划分为三类：机械平台稳像技术、机身光学稳像技术和电子稳像技术稳像技术。数字视频稳像是借助计算机,通过数字图像处理相关算法,对动态视频帧进行运动估计,判断与去除随机抖动,以输出稳定的视频帧序列。数字视频稳像具有精度高、速度快、方法灵活等优点。本文主要研究数字视频稳像技术,重点研究了运动估计模块中的块匹配算法、灰度投影算法和特征角点算法,并基于块匹配全搜索法提出一种基于运动预判的改进算法。在运动补偿模块,对卡尔曼滤波、曲线拟合法、低通滤波补偿法和阻尼系数补偿法进行研究,选取卡尔曼滤波作为运动补偿模块对全局运动偏移量进行高频去抖,给出了自适应卡尔曼滤波方法。本文在VC++编程框架下,实现了上述数字视频稳定技术,并用三种不同运动模式模拟实际拍摄进行了测试。实验结果表明,从时效性考虑,灰度投影法实时性强,块匹配法次之,特征值法计算量最大,且基于块匹配改进的算法在保证稳像效果基本不变的前提下,可减少15%-30%计算量。此外,改进的自适应滤波运动补偿算法具有更好的跟踪性能。

关键词：数字视频稳像运动估计块匹配卡尔曼滤波

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会聚光路中的三轴稳像棱镜组

光学学报 1992年第8期12卷 749-754页

作者：赵跃进连铜淑北京理工大学工程光学系北京100081

本文以反射棱镜共轭理论为基础,提出了在会聚光路中用二块棱镜实现三自由度稳像的方案,并推寻了相应的公式.借助于计算机使用优化方法对简化公式进行了修正.为多自由度稳像提供了新的途径.

关键词：反射棱镜稳像棱镜组多自由度