变分光流是当今光流处理算法中的热点之一, 根据光流算法存在的主要问题, 对原有光流算法提出改进, 并提出了一种新的变分光流算法。对数据项的改进策略是在TV-L1算法灰度守恒的基础上引入梯度守恒, 同时采用LK局部估计方法, 并利用结构纹理分解和双边滤波技术。改进策略可以提高处理光照变化能力以及处理噪声的能力, 提高算法的鲁棒性。改进的平滑项将TV-L1算法中的线性扩散, 改成图像驱动与光流驱动相结合的扩散方式, 对边缘的控制更加灵活。同时在处理大位移运动时, 采用由粗到精、多分辨率的金字塔分层方法进行计算, 并通过原始对偶算法改善求解速率。结果表明, 改进的算法精度较高, 实际应用性较好。

结合单位矢量法的优点,提出一种适用于相机阵列的空间目标初轨确定(IOD)方法,并给出新的条件方程和具体流程。使用实验室搭建的相机阵列系统对某空间目标进行跟踪,并对帧频为25 Hz、时长为5 min的实测数据进行处理和分析,得到该空间目标在不同观测时长下的IOD结果,并以轨道半长轴的测定精度为主要指标进行精度分析。实验结果表明,在同一观测时长下,所提方法能有效减小IOD误差,提高IOD的可靠性。

将由商业相机组成的相机阵列应用于空间目标的初轨确定。介绍了相机阵列的系统概况,结合相机阵列的技术特点,从空间目标探测能力、定位精度、初轨确定算法改进三方面分析了将相机阵列应用于空间目标初轨确定的可行性,提供了主要流程,进行了实验验证。实验结果初步展示了相机阵列系统在提高极限探测星等和初轨确定精度方面的能力。

地基光电探测系统是获取空间目标信号的重要探测手段,而曝光时间是影响其探测性能的主要参数。以空间目标的光学特性为基础,计算出系统的极限探测距离、最小可探测尺寸和极限探测星等,分析了其与曝光时间等影响因素的定量关系。结合空间目标的像移模型,得到动态条件下,系统探测能力随曝光时间的变化关系,并进行仿真研究。研究结果表明:目标相对静止时,系统探测能力随曝光时间延长而增加,变化趋势趋于平缓;目标相对运动时,系统探测能力随曝光时间延长先增加后减小,并存在一个最优曝光时间,且与目标相对角速度有关。仿真结果可为地基光电探测系统曝光时间的设定提供一定的优化可行性。

为了实现共平台的多个空间观测成像系统的空间配准, 对多个相机进行天文标定和姿态测量, 提出一种基于星图模拟的星图识别和姿态解算算法。首先, 建立共平台的多传感器天文观测模型, 并产生模拟星图, 将星点之间的特征转换为图像特征; 其次, 根据四边形对角线的共线不变性特征, 对相机观测星图和模拟星图进行特征匹配, 提取相机内参数的初始值; 然后, 利用星点坐标矩阵奇异值不变性, 自动匹配剩余星点并求解姿态矩阵的初始值; 最后, 对相机内参数和姿态矩阵进行非线性优化求解。实验结果表明, 在未精确标定光学系统内外参数的情况下, 星点正确识别率大于97.4%, 相机像元角分辨率为3.9"×3.4", 最后计算得出的投影误差低于1个像素, 满足多传感器空间观测系统空间配准的精度和鲁棒性要求。

许多计算机视觉应用的算法都需要对拍摄场景高动态范围的幅亮度信息进行精确的测量, 成像系统的相机响应函数能够建立拍摄图像强度信息与场景辐亮度之间的严格映射关系, 是高动态范围图像融合的关键技术。文中分析相机响应曲线的共同特点, 结合相机响应函数固有的约束条件, 建立相机响应函数的理论空间模型。首先, 利用主成分分析法对已有的相机响应数据库进行分析, 结合相机响应函数的约束条件建立响应函数的低参数经验模型; 然后, 根据输入图像选择合适的参数数量; 最后, 利用不同曝光量的输入图像通过最小二乘法求解建立响应函数模型的系数, 从而对相机响应函数进行标定。该算法能够通过对少量的采样点进行插值获得精确的相机响应函数, 同时能够对任意的场景通过拍摄多曝光量图像精确地标定相机响应函数。通过对实际拍摄的图像进行相机响应函数标定实验, 验证了该算法的有效性, 并证明该算法保持高精度的同时计算效率也较高。

利用图像之间的亮度映射函数而不是图像本身各像素点信息进行相机响应函数的标定，避免了成像系统的晃动或者拍摄场景的动态问题带来的图像配准之间的误差给后续标定算法带来的影响。采用直方图规则化的方法分析不同曝光量图像之间的各颜色通道不同亮度级的统计特征，获得了不同图像对之间的亮度映射函数。然后，利用图像对之间的亮度映射函数结合各帧图像的直方图建立求解相机响应函数的超定方程模型。最后，利用最小二乘法解算模型获得相机响应函数。验证实验表明，本文相机响应函数标定算法具有克服相机的动态问题的能力; 不同输入帧数图像的分组实验显示，最小输入4帧图像能够获得较为理想的响应函数标定结果。

高动态范围成像技术能够避免因为拍摄方向如逆光和曝光量的不同而使图像存在亮度信息缺失和色差，影响真实场景的信息采集。该技术有利于在复杂环境下获得更高的成像质量，被广泛应用于模式识别、智能交通系统、遥感遥测、**侦察等众多领域。相机响应函数的标定是高动态范围成像技术的关键，能够建立真实场景的辐照度与采集图像亮度值之间的映射关系，从而获得真实场景的高动态范围图像。所提出的算法通过单帧输入图像获得成像系统的相机响应函数，大大地提高了计算效率，并且适用于欠曝光及过曝光条件下采集的图像，扩展了相机响应函数标定算法的应用范围。