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
针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题, 设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利用机载光电侦察平台锁定跟踪目标的特性, 对同一目标多次测量, 采用激光测距装置获取目标与载机间的距离信息。根据WGS-84定义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方程的非线性, 利用扩展卡尔曼滤波对目标位置进行估计。该定位方法精度只受到GPS接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响, 目标定位误差与机载光电侦察设备视轴指向测量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光测距系统位置误差对目标定位的影响, 结果显示该算法定位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性, 在飞行高度8 000 m时, 目标定位精度优于8 m。相比于传统定位算法, 该方法可将定位精度明显提高。同时此定位方法易于部署, 可操作性强, 具有较大的应用价值。
机载光电成像系统 激光测距 目标定位 扩展卡尔曼滤波 误差分析 airborne electro-optical imaging system laser range finder target geo-location extended Kalman filter error analysis
哈尔滨工业大学 航天学院,黑龙江 哈尔滨 150001
提出了一种利用信息失真参数研究光电成像系统优化匹配的新方法。分析了光电成像系统频谱混叠问题，将物光强函数分解为一系列非负谐波函数，并对谐波的成像结果进行了求解。在此基础上，建立了物、像与光电系统的信息模型，进而对不同光学系统截止频率下的信息失真度进行了数值计算，阐述了基于信息失真的光学系统与探测器的匹配关系。结果表明，当探测器像元边长为10 μm时，高斯物频谱应选择截止频率为100 mm-1的衍射受限光学系统才能获得最小失真度0.144 1。
光电成像系统 信息论 信息失真 频谱混叠 光电匹配 electro-optical imaging system information theory information distortion spectrum alias electro-optical matching
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 100039
提出了一种在倾斜刃边法的基础上进行部分改进的方法。该方法由Canny算子检测采集到的图像中的刃边分割位置, 结合刃边图像直方图呈双峰性的特点, 利用类间方差最大化阈值分割算法(Otsu)计算对Canny算子性能具有决定意义的高阈值。以刃边区域中每行的质心为ESF中心位置, 以0.1亚像素间距对Canny检测下每一行的分割位置及其刃边邻域像素进行离散采样, 将获得的二维刃边信息数据沿着刃边方向整体投影成一维数据, 得到提高采样率下平均处理的ESF。增加了测量结果的信噪比, 运用该方法进行了实验室CCD相机整机系统的调制传递函数测试, 对实验中影响MTF测试精度的因素进行了分析。实验测得在奈奎斯特频率处与理论值误差在5%以内。
光电成像系统 调制传递函数 倾斜刃边法 electro-optical imaging system MTF slanted-edge method
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
探讨了光学系统和阵列探测器构成的光电成像系统的整体性能和优化设计问题。针对阵列探测器的不断快速更新换代, 研究了如何对光学系统进行改进以优化光电成像系统的性能。从采样成像系统的取样定理出发, 研究了光电成像系统的传递函数特性, 讨论了采样成像系统的相位平均传递函数, 分析了光电成像系统的加工与使用误差对传递函数的影响。同时, 给出了光电成像系统的信噪比计算公式。文中提出用于遥感观测的大型光电成像系统的光学系统传递函数的归一化空间频率等于0.5左右可与阵列探测器的奈奎斯特频率相匹配。结果显示, 如此设计可在满足信噪比的同时使传递函数在奈奎斯特频率处达到0.1左右, 分辨率达到奈奎斯特频率并且不产生频谱混叠效应。
光电成像系统 光学设计 像质评价 传递函数 信噪比 electro-optical imaging system optical design image quality evaluation Modulation Transfer Function(MTF) signal-to-noise ratio
1 中国科学院光电技术研究所，成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
3 西北核技术研究所，西安 710024
针对图像抖动导致光电成像系统的成像分辨率降低的问题，提出了一种基于成像分辨率的光电成像系统抖动要求分析方法.根据抖动频率将抖动分为高频抖动与低频抖动，高频抖动按高斯、正弦、线性等三种抖动分布考虑，低频抖动按线性抖动分布考虑，给出了各抖动分布对应的调制传递函数模型，进而建立了含抖动全系统调制传递函数模型.基于成像分辨率要求与调制传递函数模型，给出了抖动要求定量分析方法，并给出了相应分析流程与算法.根据流程，结合特定系统参量，进行了仿真分析，结果表明: 在一定成像分辨率条件下，低频视轴抖动可允许值最大，其次为高频线性抖动可允许值，最后为高频正弦与高斯抖动可允许值.
光电成像系统 分辨率 视轴 传递函数 抖动 高频 低频 Electro-optical imaging system Resolution Optical axis Jitter Transfer function High frequency Low frequency
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 100039
调制传递函数是评价红外光电成像系统整机成像质量的重要指标之一。通常MTF的测试方法有狭缝法和刀口法等。详述了倾斜目标靶(斜狭缝和斜刀口)测试MTF的测试原理, 并且对该两种方法进行了比对实验。提出一种改进刀口法, 将多行数据刃边对齐并排列成一行数据作为刀口扩散函数,能增加采样点数和采样率并提高测试分辨率, 进而得到刀口图像, 对每行数据先微分得到各行LSF(线扩散函数), 再对LSF多行数据构成的新图像按照斜缝法处理过程计算MTF。实验验证表明, 该方法数据能够有效地降低在MTF测试过程中的噪声影响, 与斜缝法MTF测试结果差值最大不超过7.5%。
光电成像系统评价 调制传递函数 过采样技术 evaluation of electro-optical imaging system MTF oversampling technique
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
提出一种动载体光电平台视轴稳定精度的检测方法。介绍了光学测量原理，讨论了光电平台视轴稳定精度检测系统的实施路线，并对该系统使用的自准直光学成像系统、高速数字CMOS相机和光斑检测算法进行了研究。由安装在光电平台照准架上的平面反射镜反映光电平台视轴指向角度的变化，用高速数字CMOS相机采集图像，并通过计算图像之间归一化的互功率谱和采用相位相关配准算法检测光斑的亚像元级位移量实现了光电平台视轴指向角度的精确测量。将该方法应用于光电平台视轴稳定精度检测系统进行Leica经纬仪标定实验，结果显示，在视场检测范围为±1°、图像采样频率为500 frame/s时，检测误差<2 μrad,表明该方法实现了动态测量并满足高精度、大视场的检测要求。
光电平台 视轴稳定精度 相位相关 视场角 亚像元 electro-optical imaging system LOS stabilization accuracy Phase-only Correlation(POC) field of view sub-pixel-level
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
分析了光电成像系统不同的调制传递函数测试方法，阐述了用分辨率靶板图像进行光电成像系统MTF测试分析的原理，基于此方法进行了面阵CCD成像系统的实验室MTF测试研究。通过与斜缝法测试MTF的实验数据比对验证了此方法的可行性，讨论了此方法的应用范围。
光电成像系统 调制传递函数 分辨率靶 Electro-optical imaging system modulation transfer function resolution targets
西安电子科技大学,技术物理学院,陕西,西安,710071
比较了表征光电成像系统性能的两种方法--最小可分辨温差法/最小可分辨对比度(MRTD/MRC)法与三角形方向辨别(TOD)法在测试样条、测量方法、适用范围、性能预测精度等方面的差别,分析了这些差别的产生机理,展望了TOD法在未来光电成像系统性能评估和测试领域的应用.
光电成像系统 目标获取 最小可分辨温差 三角形方向辨别阈值 Electro-optical imaging system Target acquisition MRTD TOD threshold
