1 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
受激光测距机作用距离和脉冲频率等的限制,主动测距方法无法在高空斜视远距离大区域成像模式中得以应用。针对该问题,提出了一种对同一目标区域进行多次立体成像测量的定位算法。利用机载定位系统测出平台位置、姿态信息,以及相机框架轴角信息,建立目标区域地理坐标与图像像素点间的映射关系,利用地球椭球模型求解目标初始地理信息,应用卡尔曼滤波器对数据进行自回归预测,采用蒙特卡罗法仿真分析误差对定位精度的影响。结果表明,立体成像40次后目标的定位精度优于20 m,立体成像180次后目标的定位精度优于10 m。采用飞行实验数据验证了该目标定位算法的有效性,在飞行高度为9800 m、倾斜角为78°时,立体成像40次后目标的定位精度优于35 m,可满足工程应用需求。
测量 机载光电相机 目标定位 立体成像 卡尔曼滤波 光学学报
2019, 39(11): 1112003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所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
摆扫式相机在扫描成像过程中，必须保证扫描机构与像面探测器之间摆扫运动的同步性，如果二者之间出现角度偏差或速度偏差，就会引起像旋转现象，使图像模糊，造成图像质量的下降。以全景式时间延迟积分(TDI)CCD摆扫航空相机为例，利用坐标变换方法建立了像旋分析的数学模型，分析了位置同步误差与速度同步误差对成像质量的影响，提出了基于干扰观测器的同步补偿方法，保证了两个机构之间位置及速度的同步性，实现了调速控制器与同步控制器的独立设计，有利于实际应用。通过实验室静态分辨率成像实验及对外成像实验，对理论分析结果进行验证。实验结果表明基于本方法的位置及速度同步误差分别小于0.0043°、0.0695°/s，均满足补偿精度要求，在成像过程中图像的旋转及失真现象得到了明显的抑制，图像质量获得了大幅提高。
图像处理 航空相机 像面旋转 同步控制 干扰观测器 补偿精度
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 100039
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
航空相机位角控制系统在大给定行程条件下易出现积分Windup现象, 从而影响系统的动态性能。为了提高位角控制系统在大给定输入条件下的动态响应性能, 提出采用基于Anti-Windup的变结构自适应抗饱和PID控制法来设计位角控制系统。采用主副串级双回路的位置控制策略, 在速度内环采用了基于Anti-Windup的变结构自适应PID控制的补偿环节, 并采用基于实数编码遗传算法的PID整定方法对速度内环PID初始参数进行整定, 参数选取最优指标时对超调采取惩罚功能, 使位角控制系统在大给定行程输入下仍能达到比较满意的性能。实验表明: 采用基于Anti-Windup的变结构自适应PID控制的控制策略, 避免了位角反射镜在检焦结束后的回位阶段进入饱和状态, 使回位调整时间缩小了35.7%, 提高了检焦结束后大行程回位的速度。
航空相机 变结构 抗饱和 检焦 位角控制系统 自适应控制 aerial camera variable structure anti-saturation auto-focusing position angle control adaptive control
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 中国科学院大学, 北京 100049
3 吉林大学通信工程学院, 吉林 长春 130022
摆扫式航空遥感器采用线阵时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)作为成像探测器，对运动的目标成像时，在积分时间内，飞行与时间延迟积分扫描二维空间上都存在拖影现象，降低了遥感系统的调制传递函数，导致图像的分辨率下降。针对上述现象，分析了像拖影产生的原因并建立了数学模型，定量分析了像拖影对调制传递函数的影响，通过调制传递函数与图像分辨率之间的关系，建立了像拖影与图像分辨率之间的映射，并采用主动补偿的方法进行像拖影补偿。利用动态目标发生器、平行光管以及三轴摇摆台模拟飞行环境，对理论分析结果进行实验验证。实验结果表明，当控制精度在理论允许的误差范围内时，图像拖影现象得到了明显改善，提高了图像的分辨率。
遥感 图像拖影 图像分辨率 运动模糊补偿 主动补偿 调制传递函数
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
介绍了基于Bayer滤波获取彩色图像的方法。根据CCD离散采样的工作特点, 构建了采用Bayer滤波的彩色面阵CCD的调制传递函数(MTF)。通过数值计算和实验对基于Bayer滤波的彩色面阵CCD和单色面阵CCD的MTF值进行了对比分析。结果表明, 基于Bayer滤波的彩色面阵CCD的MTF值显著低于单色面阵CCD的MTF值。当像元边长与对应中心距相等时, 基于Bayer滤波的彩色面阵CCD在Nyquist频率处的MTF为0.067 6, 单色面阵CCD在Nyquist频率处的MTF值为0.405 3; 分辨率板成像实验表明, 相同成像条件下, 前者的分辨率比后者的分辨率降低约40%, 基本符合MTF对比分析结论。
调制传递函数 Bayer滤波 彩色面阵CCD 分辨率 modulation transfer function Bayer filtering color area CCD resolution
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 中国科学院 研究生院, 北京 100039
从时域和频域两方面研究了机载立体测绘相机三轴稳定平台中旋转行程较小的滚转轴伺服系统的辨识与设计问题。在时域方面提出了一种基于遗传算法的辨识方法, 讨论了遗传算法的原理与设计; 在频域方面提出了一种根据闭环频率特性测量数据求取系统开环频率特性的方法, 解决了滚转轴伺服系统由于旋转行程狭小而引起的开环频率特性难以直接测量的困难。根据辨识出的传递函数进行校正后, 控制系统满足设计要求。实验结果证明, 与传统方法相比, 本文使用的方法在测量条件较为苛刻, 行程范围较小, 噪声较大时, 辨识结果仍然可以较好地描述系统特性。校正后控制系统的闭环带宽可以达到121 rad/s, 稳定裕度为60°, 满足工程要求。
机载测绘相机 滚转轴伺服系统 系统辨识 遗传算法 相关测量法 airborne mapping camera roll axis servo system genetic algorithm correlation measurement method system identification
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
设计了一种基于PCI总线的CMOS图像传感器OV6620的驱动系统，详细介绍了PCI总线及其芯片PCI9054的特点及应用，给出了PCI总线的驱动程序和应用程序的设计方法。讨论了CMOS图像传感器OV6620的驱动研究，给出了FPGA对OV6620的驱动设计和时序。实验结果表明，基于PCI总线的图像采集系统可以大幅提高图像数据的传输速度，解决了图像采集的瓶颈问题。
PCI总线 PCI bus PCI9054 PCI9054 Windriver Windriver OV6620 OV6620
1 长春工业大学电气与电子工程学院,吉林,长春,130012
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130022
转台正弦摇摆时换向误差较大,影响系统的跟踪精度.对此,提出了一种变增益算法,将速度回路的前向通道放大倍数设计为一个以系统输入速度作为自变量的函数,使其随着系统速度的变化而自动调整.在低速运行时,放大倍数较大,提高系统刚度,可获得较高的低速跟踪精度;在高速运行时,控制放大倍数,以保证系统的动态性能.设计了两种变增益函数进行实验,实验结果表明,该方法可以把换向误差从48'减小到10',是一种较为实用和有效的设计方法.
转台 伺服系统 换向误差 变增益
