1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国第一汽车集团有限公司研发总院，吉林 长春 130013
为了提升无人机机载光电吊舱在特殊工况条件下的自主侦察能力，本文结合实际工程项目研发了适用于机载光电吊舱的目标定位技术，并在嵌入式GPU（Graphics Processing Unit，型号为Jetson-TX2i）上实现了功能验证。首先，提出一种改进的SURF（Speeded Up Robust Features）算法与GPU加速数字图像处理方案，对不同焦距下获取的两幅图像进行实时特征检测与匹配。接着，利用几何交比不变性校正图像边缘畸变特征点的位置信息。最后，使用最小二乘法估计目标深度信息并结合四元数空间模型确定目标姿态信息，从而实现目标定位。实验结果表明，改进的SURF算法在特征匹配方面，精度和速度都优于经典的SURF算法。若角点特征位置误差控制在一个像素以内，深度误差不超过2%，方位角、俯仰角和滚转角的角度误差分别小于4°，5°和2°，这一误差满足机载光电吊舱的目标定位准确性需求。此外，处理一组（两帧）分辨率为1080P的图像，利用GPU加速可以将处理时间提升至74 ms，这一速度满足机载光电吊舱数据处理的实时性需求。
特征提取 特征匹配 目标定位技术 姿态 feature extraction feature matching targeting technology attitude
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 驻长春地区第一军事代表室，吉林长春1300
针对可见光和SAR遥感图像存在非线性辐射差异和几何差异，加之SAR的斑点噪声，使得可见光和SAR图像配准十分困难的问题。本文提出了一种基于改进相位一致性的可见光和SAR图像配准方法。首先，分别计算相位一致性的最大矩和最小矩，将二者叠加，利用Harris算子在叠加图上提取特征点，得到稳定的角点和边缘点作为待匹配的特征点；接着，分别构建相位一致性的方向图和基于多尺度融合的最大幅值索引图，借助于（Histogram of Oriented Gradients， HOG）模板，利用相位一致性方向对基于多尺度融合的最大幅值索引图进行投票，建立一种新颖的局部特征描述符；最后，利用欧式距离作为特征向量的度量，计算最近邻比率实现特征匹配，采用快速采样一致性算法剔除误匹配点。在四组图像数据上的实验结果表明，本算法相比于基于梯度的OS-SIFT算法具有更多的正确匹配点对和更高的匹配精度，正确匹配点数分别提高了11，8，15和11对，均方根误分别提升了57.5%，57.9%，23.5%和58%。
可见光和SAR图像 辐射差异 图像配准 相位一致性 optical and SAR images radiation difference image registration phase congruency
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为实现无人机机载光电设备对多个目标的准确定位, 提出了基于数字高程模型的多目标定位系统, 建立了一种基于目标矢量的多目标定位模型。通过目标检测得到视场中各目标的像素坐标, 解算出各目标的视轴矢量, 融合无人机和光电侦察平台中各传感器的测量数据, 计算出各目标的地理位置信息。实验结果表明, 在3 000 m飞行高度下, 对主目标的定位误差约为16 m, 对次目标的定位误差约为26 m。分析了改进的滤波模型的效果, 滤波后主目标定位误差减小到7 m, 次目标定位误差减小到约11 m。通过飞行实验验证, 证明工程效果与仿真实验结果基本一致。该方法具有定位实时性好, 误差小, 便于工程应用的优势。
多目标定位 目标矢量 机载光电平台 无人机 误差分析 滤波 multi-target positioning target vector airborne optoelectronic platform UAV error analysis filtering 光学 精密工程
2020, 28(10): 2323
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
根据现有无人机光电定位方法对动态目标定位的局限性，借鉴光电经纬仪角度交会定位方法，提出改进的基于机载光电平台的双机交会定位系统.介绍了交会定位系统的构成及其工作原理，构建辅助坐标系，对视轴向量进行齐次坐标转换，建立双机交会定位模型.研究了交会定位中载机相对目标位置对定位精度的影响，给出了理想的测量位置，得到最优定位位置，最优交会角为69.984°.最优位置下，当目标距离双机基线20 km时，定位均方根误差为38.043 4 m.分析了卡尔曼滤波对定位结果的影响，建立合适的滤波模型，滤波后的定位均方根误差减小到13.584 2 m.
无人机 机载光电平台 交会定位 坐标转换 精度分析 交会角 卡尔曼滤波 Unmannedaerialvehicle Airborne optoelectronic platform Intersection localization Coordinate transformation Accuracy analysis Intersection angle Kalman filtering
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
针对变焦距航空摄像机斜视成像产生的几何变形，提出一种同时校正斜视梯形失真和变焦距镜头非线性畸变的自动校正方法。根据直线透视投影不变性原理，利用单参数除式模型通过变步长优化搜索方法得到不同焦距对应的镜头畸变系数和畸变中心坐标; 研究了焦距变化对畸变的影响规律，校正了镜头畸变使其满足针孔成像模型; 引入飞机位置、姿态和摄像机视轴指向方位等因素，将航空图像重投影到地图坐标系中，对坐标变换后的像素亮度值进行重采样得到校正斜视变形和镜头畸变后的正射投影图像。对不同焦距和位置姿态下拍摄的地面靶标畸变图像和实际航空变焦距斜视图像进行了校正。结果表明，该方法能够有效准确地校正图像的几何变形，当飞行高度为2 500 m时，在文中给定的位置姿态精度下的图像几何校正均方误差约为2 m，较好地满足了后续图像拼接需求。该方法效率高，便于自动化实现，对提高图像拼接精度和实现目标精确定位与实时稳定跟踪具有重要意义。
变焦距斜视成像 几何校正 镜头畸变 除式模型 摄像机标定 zoom squint imaging mode geometric correction lens distortion division model camera calibration 光学 精密工程
2015, 23(10): 2927
1 杭州电子科技大学通信信息传输与融合技术国防重点学科实验室, 杭州 310018
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
为充分利用红外图像的目标指示信息, 本文提出了一种基于分形特征和导引滤波的可见光与红外图像融合算法。该算法首先采用分形特征对红外图像中的人造目标进行增强, 通过阈值分割得到目标分布图。待融合图像经过一层分解得到近似图像和细节图像, 基于目标分布图利用导引滤波分别得到可见光与红外近似图像与细节图像的融合系数。实验结果表明, 融合后图像充分结合了可见光图像的背景信息与红外图像中的目标信息, 有利于后续的目标识别任务。
图像融合 分形特征 导引滤波 目标分布图 image fusion fractal feature guided filtering object distribution picture
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 中国科学院 研究生院, 北京 100039
建立了空中高帧频图像测量吊舱系统, 用于飞机校飞和导弹离梁、下滑及飞行姿态等关键阶段的观测。为了保证系统中可见光与红外同视轴以及吊舱具有良好的气动外形, 系统采用可见光与红外共光路设计。以光学标校配准法进行图像的配准, 提出能够提高标校精度的处理方法, 并对光学标校配准法的特点进行总结。比较分析了在时域内能达到实时性的几种图像融合方法及效果。最后, 探讨了可消除不同分辨率的异源图像融合后的边缘痕迹的方法, 提出采用窗函数法既可以保留融合的效果又可以消除融合后的边缘痕迹。实验结果表明: 基于共光路设计并采用光学标校配准法处理100 frame/s的异源图像, 配准率可达到99%, 稳定性为95%, 配准耗时为2 ms。所述方法基本满足空中高帧频图像测量吊舱对图像配准与融合精度, 实时性和抗干扰性的要求, 适合工程应用。
光学测量吊舱 共光路设计 双波段 高帧频 光学标校配准 图像融合 optical measuring gondola common-path design dual-band high frame rate optical calibration registration image fusion
