为了突破成像极限，经济可行地获取高质量的卫星图像，提出了一种基于径向基神经网络的超分辨率图像重建算法。以径向基神经网络为基础，依据卫星图像退化模型获取网络训练所需的学习样本图像，采用向量映射的方式加速网络收敛。其中，径向基函数的中心、宽度及网络的隐含层数、连接权值是决定径向基神经网络的关键参数，直接关系到网络的重建性能。采用最近邻聚类算法，动态地建立起基函数的中心及宽度，自适应地确定网络的隐含层数及连接权值。建立起的径向基函数神经网络显著地提高了图像重建性能和网络收敛速度(221 s即可收敛)。仿真实验和泛化实验表明,训练好的径向基神经网络可以有效地进行卫星图像的超分辨率重建，效率高，误差小。

为实现海量大尺度图像的复原与超分辨算法的实时处理,设计了图像复原和超分辨并行处理系统,对该系统的技术方案、工作原理、关键算法、硬件结构和并行技术进行了研究。根据技术方案,介绍了系统的工作原理及解模糊、去噪和超分辨等关键算法。对数字信号处理(DSP)和机群两种体系结构进行了分析和比较,结果表明机群更适合于大规模并行处理,给出其设备选型的原则。提出了基于PPF结构的并行算法模型和基于MPI＋OpenMP混合结构的多层次并行与优化技术。最后,对算法在DSP和计算机系统上的处理效果和处理速度进行了实验和分析,给出了系统规模和性能的预测,确定了关键参数即处理器数目的选择依据。实验结果表明,该系统可将处理时间由2 700 s降低到29.39 s,处理后的图像的清晰度、对比度和分辨率显著提高,满足应用需求并具有一定的通用性。

标志识别是近距离空间交会对接中的一项重要的关键技术.在空间交会对接过程中,太阳和月球等各种天体以及飞行器上零部件的辐射与反射都会影响CCD的成像,形成大量杂散光干扰.为此,本文首先设计了具有不变特征的标志系统,然后根据标志系统固有的不变特征,详细设计了左右像点匹配、远场像平面不变特征识别、近场像平面预测识别以及像空间模型匹配全等识别等一套完整算法,可以保证彻底消除杂散光的干扰,正确可靠地完成各个标志灯像点的辨识.模拟图像仿真实验和真实图像仿真实验结果验证了算法的正确性和可靠性.

油库是典型**目标之一,对其识别是卫星图像判读的一项重要内容,传统的方法是通过判读员进行人工判读,工作量非常大是其缺点之一.为了克服这一缺点,本文提出了一种类圆形油库的自动识别方法.首先利用Kapur熵法对图像进行阈值分割,得到二值图像;然后对二值图像中的白像素进行最近邻聚类形成团块,并计算其面积以及体态比和矩形度等形状参数;最后利用油库近似圆形和成群分布的特点对油库群进行识别和定位.实验结果表明该方法对于高分辨率卫星遥感图像中的类圆形油库的识别是很有效的.

对主动标志灯与被动标志灯以及LD与LED的主要性能进行了比较,结果表明,主动标志和LED具有功耗低和稳定性强的优点.从LED的作用距离分析和发光强度分析两方面完成了LED用作标志灯发光器件可行性的理论分析.为了验证理论分析的正确性,进行了实验研究.使用中等分辨率摄像机做观测设备,在最低照度0.02lux时,辐射功率为6mW,辐射半顶角为25o的LED作用距离可以远至1.5km.理论分析和实验研究结果均表明,选用LED作为标志灯的发光器件可以降低系统功耗,提高系统的可靠性,对于实际空间交会对接有重要意义.

提出了一种用于圆检测的改进随机算法.首先利用4-邻接优先的八方向跟踪方法对边缘图像中的边缘像素进行跟踪形成一系列边缘链,然后从每段边缘中随机选取3个边缘像素并通过定义一个距离准则来判定这三个点能否确定一个候选圆.确定候选圆后,利用证据积累的方法进一步判断该候选圆是否为真正的圆.在证据积累过程中,无需对候选圆外接正方形之外的像素进行平方运算,只需进行简单的比较运算.通过对真实图像进行了圆检测实验,结果表明,该算法具有准确率高、速度快的优点.

在空间交会对接过程中,太阳等各种天体以及飞行器上零部件的辐射与反射都会影响CCD的成像,形成大量杂散光干扰.阳光效应是很多其它杂散光干扰的源,如果不采取特殊措施,标志灯的像点可能会全部被阳光效应所淹没.本文通过对阳光效应包括阳光直射、阳光斜射和阳光漫射效应的分析,提出了两项反杂光干扰措施:标志灯的发光器件工作在红外波段;在摄像机光路系统中安装特殊设计的窄带干涉滤光片.实验表明,上述反杂光干扰措施能够有效地滤除阳光、月光、星光、灯光以及其它非标志灯工作波段杂光的干扰.

针对近距离空间交会对接低信噪比情况下标志灯像点的识别,提出了一种基于多帧高阶互相关和最大似然比检测的标志捕获技术.首先通过单帧自适应门限检测和两次高阶互相关处理抑制大量随机噪声,然后利用最大似然比检测自适应算法从候选轨迹中剔除大部分虚假轨迹,最后通过特殊设计的后处理操作进一步剔除残留的干扰轨迹,识别出真正的目标轨迹.实验表明,可识别的最低信噪比为0.5.

利用连续图像采样及其内插公式,提出了一种基于二维插值核重建高分辨力图像的新算法.该算法先使一般低分辨力序列图像具有标准位移关系,再根据高、低分辨力图像之间的关系重构高分辨力图像.同时利用正则化技术导出了一套重复迭代算法,以提高算法的处理效果和克服病态问题.实验表明,该算法使图像的细节和清晰度大大增强,分辨力大幅度提高,明显优于零阶保持插值算法的处理结果,其峰值信噪比提高8-9dB.

发光二极管具有体积小、质量轻、功耗低、寿命长、可靠性高和响应速度快等优点,可以用作各种标志的发光器件,广泛地应用于指示灯、显示屏、交通管理和生产自动化中.推导出了发光二极管的作用距离公式,并针对常用的观测设备进行了分析.使用最低照度0.02 lux和中等分辨率摄像机作为观测设备,辐射功率为6 mW、辐射半顶角为25°的发光二极管作用距离可达1.5 km.给出了相应的实验结果,验证了理论分析的正确性.