光学 精密工程
2023, 31(11): 1660
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 国防科技大学 空天科学学院，湖南长沙40073
2 中国航空工业集团公司 沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳110035
3 西安电子科技大 学计算机科学与技术学院，西安710071
4 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
5 图像测量与视觉导航湖南省重点实验室，湖南长沙410073
6 上海乂义实业有限公司，上海20114
为了提升无人机机载光电侦察设备的目标识别距离，本文结合实际工程项目研制了适用于机载光电侦察设备的高速微扫描超分辨核心组件，在嵌入式平台GPU-TX2i上实现了图像实时超分辨重建。首先让微扫描核心组件按照预先设定的步长和频率进行微位移，获取四帧具有亚像素偏差的连续的低分辨率图像，然后使用基于概率分布的图像超分辨重建算法，将这四帧图像处理成一帧高分辨率的图像。实验结果表明，探测器输出的帧频为120 FPS、分辨率为640×512的低分辨图像序列经超分辨重建后，变成帧频为30 FPS、分辨率为1 280×1 024的图像序列，有效空间分辨率提升了78.2%，目标识别距离提升了43.3%。重建一帧高分辨率图像耗时约为33 ms，微扫描核心组件的微扫描响应时间小于1.0 ms，到位精度小于0.3 μm（对应约0.03个像素）满足机载光电侦察设备对实时性和精度的要求。
微扫描 超分辨率 图像处理 目标识别 micro-scan super-resolution image processing target recognition 光学 精密工程
2021, 29(10): 2456
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
针对连续域卷积操作跟踪算法中存在的计算复杂问题和过拟合问题, 提出一种降维卷积因式分解方法和一个紧凑衍生模型。本文选取连续域卷积操作跟踪算法中的部分特征通道、因式分解卷积算子, 并结合高斯-牛顿法和共轭梯度迭代求取降维矩阵和分类器, 以达到降低系统的计算复杂程度的目的。选取服从高斯分布的若干样本, 结合联和概率密度函数及混合高斯分布模型, 构建一个更具代表性的紧凑衍生模型, 既能降低过拟合出现的风险又能保证样本的多样性。通过降低模型更新频率, 减少计算复杂度, 同时降低模型漂移发生的概率。经实验验证, 本文基于四类标准数据集获得的跟踪性能曲线积分比连续域卷积操作跟踪算法最少高出0.8%, 最多高出13%。结果表明, 降维卷积因式分解法和紧凑衍生模型可以有效地提升系统跟踪性能。
连续域卷积操作 卷积因式分解 过拟合 紧凑衍生模型 C-COT factorized convolution over-fitting compact generative model
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
根据直线交会测量原理, 构建了机载光电平台目标定位数学模型。首先建立5个坐标系,确定了坐标系之间的变换关系, 在地心直角坐标系下, 根据光电平台观测目标的方位和俯仰角度参数, 结合飞机的位置和姿态测量参数, 通过坐标变换确定从光电平台到目标之间的观测直线方程。选择一组目标观测直线建立目标交会测量目标函数,根据最小二乘原理,建立关于直线交会点坐标的线性方程组。解出直线交会点的三维坐标并根据从地心直角坐标系到大地地理坐标系的变换关系, 计算目标的大地经纬度和高程坐标, 通过样本数据进行交会定位精度实验。实验结果表明,本文方法定位结果和实际测量数据接近, 经度误差为065″,纬度误差为082″, 高程误差为5 m,验证了本文方法的准确性。本文方法有效可行, 对机载光电平台目标定位具有实用价值。
机载光电平台 目标定位 交会测量 坐标变换 Airborne electro-optical platform(EOP) target localization intersection measurement coordinate transformation
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
航空遥感相机每秒传输的图像数据流很大, 在将图像数据存储到硬盘过程中,产生丢帧现象。为解决此问题, 文章以灵巧型双波段航空遥感相机为例,介绍了一种硬盘高速存储图像数据技术及具体实现方法。从多角度对图像数据丢帧现象进行了详细的理论分析; 在理论分析的基础上, 通过实验所得数据证明了分析的正确性, 明确指出图像数据在传输、存储过程中速率瓶颈所在; 在理论分析和实验数据基础上, 针对图像数据存储丢帧问题在硬件和软件两个方面提出了具体解决方法, 最终成功解决了图像数据丢帧问题, 图像数据无丢帧存储由8 帧/s提高到24 帧/s, 硬盘工作效率由51.6%提高到78.3%。
双波段 可见光 红外 航空遥感 硬盘阵列 高速存储 多线程 dual-band visible infrared aerial remote hard disk array high speed memory multiple thread
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
针对彩色直方图均衡化算法颜色易失真的缺点，提出了一种基于暗原色先验的快速图像增强算法。首先求取全局暗原色图，然后估计透过率图和大气光成分图，最后根据大气散射模型恢复出图像中所有像素的灰度值。结合实际应用，以高性能DSP芯片TMS320DM6437作为中央处理器，结合现场可编程门阵列FPGA构成外围电路逻辑控制，搭建了嵌入式高速图像增强处理平台。基于该平台用真实图像验证了本文提出的算法。实验结果表明，本系统在提高色彩和对比度的同时，有效地还原了场景中物体的颜色，获得了较好的增强效果，同时算法运行时间少，能够满足工程项目的要求。
彩色图像增强 嵌入式系统 对比度 直方图均衡化 暗原色先验 color image enhancement embedded system contrast histogram equalization dark channel prior
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033
2 中国科学院研究生院,北京 100039
应用变结构控制策略时,由于系统存在时间滞后、空间滞后、死区等不利条件,会导致系统运行到相平面中滑动面时出现不期望的抖振现象。本文分析了抖振对系统性能的影响及产生原因,针对伺服控制系统存在随机干扰和随机噪声的特性,提出一种基于卡尔曼滤波的指数趋近律滑模变结构控制算法,很好地抑制了抖振。仿真算例表明,与普通滑模控制算法相比,基于该算法的控制器无论在抖振抑制上还是在伺服系统动态品质改善上都具有良好效果。
伺服系统 卡尔曼滤波 指数趋近律 滑模变结构控制 仿真 servo system Kalman filtering exponent approach law sliding mode control simulation
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
机载光电平台光学镜头前的通光窗口须选用内外球心重合的等厚球形玻璃球罩，这是由于球罩在加工过程中产生的内外表面球心不重合会给视轴指向精度带来附加误差。本文根据光路图推导出了产生这种误差的数学表达式，分析了内外球心偏离对视轴指向精度的影响，进行了相关实验并对实验数据进行处理。实验结果表明，实测数据与数学理论推导结果吻合得很好。当某机载光电平台球罩的内外表面球心沿视场中心线的偏离达到0.26 mm时,45°视场处的视轴指向误差实测值达到0.075°,超出了0.029°(0.5 mrad)的允许值。为了将球罩加工误差带来的视轴指向偏差减小到理想值0.017°(0.3 mrad)以内，内外球心偏离必须控制在0.10 mm以内。根据分析结论重新加工了球罩内外表面，将球罩内外球心偏离控制在0.1 mm以内后，视轴误差均满足要求。
光电平台 玻璃球罩 视轴指向精度 electro-optical platform glass spherical shell optical pointing precicion 光学 精密工程
2009, 17(10): 2385
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
以高分辨力和抗电子干扰为突出特点的光电平台已成为近代军用飞机的必备装备与显著标志。本文根据近年来国外公开发表的资料,围绕21世纪服役的无人机光电载荷,有人固定翼飞机、有人旋翼飞机的光电吊舱和多传感器平台,尤其是配置在新一代联合攻击机F-35、“同温层堡垒”低空突防轰炸机B-52H、“枪骑兵”战略轰炸机B-1B、“扑食者”无人侦察/攻击机RQ-1A/B等当今活跃在局部战争中的军用飞机上的光电装备,分析了近代军用飞机光电系统的主要优点,指出了相关光电技术与设备的瓶颈与不足,论述了机载军用光电平台的发展趋势,探讨了当前急需解决的若干技术难点,期望以此为我国军用飞机光电平台的快速发展,以及早日赶上发达国家的相应水平尽献微力。
军用机 无人机 光电平台 warplane Unmanned Aerial Vehicle(UAV) optoelectronic platform
