头盔显示器在现代空战技术中发挥越来越重要的作用, 新型双目数字式头盔显示器具备更广的视场范围和更高的分辨率, 更加适用于飞行和作战需求。但其光学系统的离轴角度更大, 画面畸变情况更为严重, 现有的单目数字图像畸变校正技术并不能完全适应和满足。设计应用于双目数字式头盔显示器的双目数字图像实时预畸变校正系统, 提出双目空间索引坐标逐像素交叉存储、DDR3优化存储的方案, 并采用适应性平滑滤波解决经过畸变校正系统显示图形边缘锯齿感较强的问题, 实现了小型化、低功耗的实时畸变校正系统。

针对工业大视场物镜畸变成像的实时校正问题, 提出一种校正算法和CPU+GPU并行加速方案.根据光学畸变理论和相机标定技术, 建立非球面畸变校正模型.利用棋盘样板计算光学中心和估计畸变系数, 设计校正算法.在CPU+GPU并行加速方案基础上, 设计内核自适应维度算法并优化运行程序, 结合OPENGL驱动进行实时校正和显示.实验结果表明, 本文设计的实时校正系统对高分辨率的畸变成像校正率可以达到98.2%, 单帧耗时0.026 s, 平均综合加速比为29.1.该系统精度高, 可移植性强, 简单易行, 能够广泛应用于成像畸变的实时校正.

设计了一种基于实时双光路校准的分光测色仪结构, 在现有双光路设计中加入校准光源对主光路和辅助光路进行实时双光路校准.构建算法对由温度变化引起的传感器响应效率变化进行修正, 并设计实验在不同温度下对仪器采样稳定性进行评价.实验表明, 采用了实时双光路校正仪器的工作温度从10℃变化至30℃后, 测量数据稳定性标准偏差小于等于0.03, 最大偏差小于等于0.04, 相对于现有技术方案有显著改善.

针对星载红外成像系统在轨定标等特殊环境条件的应用要求，研制了 一种基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)的红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA) 非均匀性在线定标与实时校正芯片系统。由于对输入信号进行了标准化设计，该系统可用于各类红 外成像系统的IRFPA非均匀性在线定标与实时校正处理。这种系统在时钟信号的驱动下以流水线方式运行， 在对非均匀红外图像进行实时校正的同时，能够在线获取定标图像并能对存储器中的校正系数进行 在线更新。该系统具有体积小、运算速度快、稳定可靠以及易于升级等优点，为星载红外成像系统IRFPA非 均匀性的在轨定标开辟了一条有效的技术途径。

二代扫描型热像仪的非均匀性校正(NUC)通常采用定点两点温度校正法或定点多点温度校正法，采用定点校正无法适应时间或环境的变化对探测器带来的影响，造成校正偏离，空间噪声增大。通过在成像光路中设置2个可控温的黑体完成探测器的实时校正，保证在不同时刻以及不同应用环境下，黑体的温度始终实时地跟随场景温度，校正系数实时更新，使非均匀性校正的输出误差有效降低。通过实际多个场景对比试验，采用传统定点校正，非均匀性噪声约为4.0，而该方法的噪声不大于2，有效降低50%。

提出了一种接触式图像传感器(CIS)扫描仪非均匀校正的新方法，能够快速高效地完成对CIS扫描仪彩色图像的非均匀校正，消除了CIS的颜色差异。采用多点分段单步法进行标定，采用现场可编程门阵列实现校正，并最终得到颜色均匀的彩色图像。对于分辨率高达1200 dpi的CIS扫描仪，采集一次样板纸完成全部颜色空间的分段标定，图像传输的同时完成校正，校正过程仅耗时0.125 μs。实际应用效果显示校正后R,G,B三个通道的像素误差控制在5个像素以内，相比校正前图像均匀性提升10倍左右，比传统两点法提升3倍左右，且明显改善图像颜色突变、暗淡以及随机条纹等问题。

在基于可调谐F-P的FBG解调系统中，由于驱动电压与扫描波峰的关系不固定，增加了系统误差。为此研究了实时校正技术。首先，通过方案比较和分析，设计了并联型的实时校正系统，此系统可以通过多个参考点实时校正PZT的非线性问题以及可调谐F-P滤波器的结构性误差。然后，通过实验分析了PZT驱动电压与可调谐F-P波峰的关系，设计了快速分段算法。最后，针对此系统，设计了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的信号处理单元，将解调系统的控制、滤波计算和数据压缩等电路集成在FPGA芯片内部，保证了系统的实时性。实验结果表明，该系统的均方误差为2.2pm，最大误差为6pm。解决了此类解调系统受可调谐F-P滤波器精度限制的问题，提高了测量精度。

提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现的成像非均匀性实时校正算法来解决遥感多时间延迟积分(TDI)CCD拼接相机存在的问题。首先介绍了拼接相机成像非均匀性(PRNU)的定义及其产生的原因, 然后针对拼接相机的特点, 提出了一种通道内用两点定标法、通道间用增益平均法、片间用自适应场景补偿法的复合非均匀性校正算法。从可靠性和实时性考虑, 选择在相机信号处理FPGA硬件平台上实现校正算法, 针对FPGA的运算能力改进算法并分析误差, 同时给出星上定标和校正因子修正的方案。实验结果表明, 该算法可将单片TDICCD的成像非均匀性从4.82%降低到0.27%, 最终拼接图像的非均匀性降低到0.41%, 且实时性好、效率高、可满足实际工程需求。

论述了非制冷红外焦平面阵列数据采集系统的重要性，并简要分析了现阶段采集系统的缺点，在此基础上使用NI 高速数字I/O 卡，将其与信号处理电路、虚拟仪器结合起来，运用图形化编程软件NI Labview2009 编制上位机程序，并通过外部接口调用CLN 节点以及MATLAB script 节点，完成对芯片噪声性能的测试以及实时校正成像。实验表明：系统具有良好的稳定性，使用方便，人机交互界面友好，为非制冷红外焦平面阵列的测试以及实时成像系统的开发提供了一个新的思路。

针对红外焦平面阵列(IRFPA)非均匀性多点校正过程中涉及的数据量大,难于实现实时校正的特点,提出了利用Altera公司的单片可编程系统(SOPC)对红外焦平面阵列进行多点实时校正的方法。利用SOPC的NiosII处理器定制指令功能,实现了软件算法的硬件化,有效提高了红外焦平面阵列实时非均匀性校正速度。实验结果表明:对相同的多点校正算法,利用SOPC硬件实现算法的校正速度比TMS320C6201 DSP硬件快1.5倍,且校正过程简单灵活,图像效果理想,能够很好地满足红外焦平面阵列实时非均匀性校正要求。