發(fā)布時(shí)間：2017-10-04 00:09

  本文關(guān)鍵詞：基于R-C系統(tǒng)的長(zhǎng)焦距航空相機(jī)實(shí)時(shí)相位檢焦技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 航空相機(jī) R-C光學(xué)系統(tǒng) 自動(dòng)檢焦 相位檢焦 光電自準(zhǔn)直

【摘要】：隨著航空成像技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)高質(zhì)量航空?qǐng)D像的需求,研制高地面分辨率的航空相機(jī)成為當(dāng)前的迫切需求。但由于相機(jī)從地面到空中的環(huán)境變化,相機(jī)的溫度、氣壓等會(huì)發(fā)生變化,相機(jī)的焦面會(huì)發(fā)生移動(dòng),成像質(zhì)量會(huì)受到影響。長(zhǎng)焦距航空相機(jī)由于光學(xué)系統(tǒng)的尺寸較大,因此受到的影響更嚴(yán)重。因此,采取合適的檢焦技術(shù)保證相機(jī)的對(duì)焦準(zhǔn)確,從而確保相機(jī)成像質(zhì)量,是航空相機(jī)、尤其是長(zhǎng)焦距航空相機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。國(guó)內(nèi)外航空相機(jī)主要采用的檢焦方法有地面標(biāo)定法、光電自準(zhǔn)直檢焦方法、圖像檢焦方法等。論文在詳細(xì)分析各種檢焦方法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)之上,以某型基于R-C系統(tǒng)的長(zhǎng)焦距航空相機(jī)為研究對(duì)象,依據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所處的外界環(huán)境,提出了一種基于R-C系統(tǒng)的長(zhǎng)焦距航空相機(jī)的實(shí)時(shí)相位檢焦技術(shù),并對(duì)相關(guān)理論進(jìn)行了深入研究。論文闡述了航空相機(jī)的結(jié)構(gòu)以及原理,分析了相機(jī)離焦的原因及離焦對(duì)傳遞函數(shù)的影響。針對(duì)航空相機(jī)的環(huán)境特點(diǎn),提出了“子孔徑”的自準(zhǔn)直檢焦方法,解決了航空環(huán)境對(duì)自準(zhǔn)直檢焦光路的干擾的問(wèn)題。對(duì)傳統(tǒng)的基于光柵的光電自準(zhǔn)直檢焦方法進(jìn)行了誤差分析,說(shuō)明其不適合航空相機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間成像。結(jié)合地面標(biāo)定方法、自準(zhǔn)直檢焦方法以及圖像檢焦方法的優(yōu)點(diǎn),論文提出了一種基于圖像的實(shí)時(shí)相位檢焦系統(tǒng),解決了相機(jī)拍照過(guò)程中不能實(shí)時(shí)檢焦的問(wèn)題。詳細(xì)介紹了該檢焦方法的光學(xué)原理、結(jié)構(gòu)組成、以及工作過(guò)程。論文說(shuō)明了噪聲的來(lái)源以及對(duì)圖像質(zhì)量的影響,分析了噪聲對(duì)檢焦的影響,講述了航空?qǐng)D像的噪聲濾波方法。通過(guò)對(duì)中值濾波算法的特性的分析,根據(jù)圖像邊緣點(diǎn)和噪聲點(diǎn)的不同特性,提出了一種改進(jìn)的中值濾波方法。通過(guò)實(shí)際圖像的驗(yàn)證,該方法具有較好的去燥效果以及較短的處理時(shí)間。調(diào)焦評(píng)價(jià)函數(shù)具有重要作用。論文介紹了常用的調(diào)焦評(píng)價(jià)函數(shù),分別選取兩組有代表性的航拍圖像進(jìn)行了各調(diào)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的計(jì)算和驗(yàn)證。根據(jù)分析提出了改進(jìn)的8鄰域拉普拉斯算法,驗(yàn)證了算法的快速性以及評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的高靈敏度。論文分析了運(yùn)動(dòng)模糊對(duì)圖像質(zhì)量的影響,并說(shuō)明了運(yùn)動(dòng)模糊對(duì)檢焦的影響。論文從調(diào)焦窗口選擇的必要性入手,進(jìn)行了調(diào)焦窗口模型的理論分析和航空攝影景深的分析。介紹了中心區(qū)域法和非均勻提取法,并在對(duì)航空?qǐng)D像特性分析的基礎(chǔ)上,提出了適合航空?qǐng)D像的黃金分割區(qū)域法,該方法可以減少72%的計(jì)算量,并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。根據(jù)相位檢焦技術(shù)的特點(diǎn),結(jié)合遍歷搜索法和變步長(zhǎng)爬山法,提出了一套完整的綜合調(diào)焦搜索算法,保證了檢焦搜索策略的可靠性、快速性和檢焦精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,相位檢焦技術(shù)中的實(shí)時(shí)圖像檢焦方法的平均檢焦精度達(dá)到±0.015mm,滿足半焦深的精度要求。采用熱光學(xué)試驗(yàn)獲得了航空相機(jī)在低溫低壓環(huán)境下的成像圖像和相關(guān)數(shù)據(jù),驗(yàn)證了相位檢焦方法中自準(zhǔn)直檢焦方法的正確性,檢焦精度達(dá)到±0.013mm,用時(shí)僅為26s,比基于光柵的自準(zhǔn)直檢焦方法提高1倍精度,用時(shí)縮短至原來(lái)的1/3時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,實(shí)時(shí)相位檢焦技術(shù)能有效補(bǔ)償離焦的影響。
【關(guān)鍵詞】：航空相機(jī) R-C光學(xué)系統(tǒng) 自動(dòng)檢焦 相位檢焦 光電自準(zhǔn)直
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V245.6;TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 航空相機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀14-18
• 1.3 航空相機(jī)檢焦技術(shù)18-24
• 1.4 檢焦指標(biāo)的計(jì)算方法24-25
• 1.5 研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排25-27
• 第2章 航空相機(jī)實(shí)時(shí)相位檢焦技術(shù)27-55
• 2.1 航空相機(jī)結(jié)構(gòu)及原理27-32
• 2.2 航空相機(jī)離焦的原因32-37
• 2.3 離焦對(duì)傳遞函數(shù)的影響37-40
• 2.4“子孔徑”的光電自準(zhǔn)直檢焦方法40-41
• 2.5 現(xiàn)有光電自準(zhǔn)直檢焦方法的誤差分析41-42
• 2.6 檢焦技術(shù)的需求分析42-43
• 2.7 實(shí)時(shí)相位檢焦技術(shù)43-53
• 2.8 實(shí)時(shí)相位檢焦技術(shù)的特點(diǎn)53-54
• 2.9 本章小結(jié)54-55
• 第3章 圖像預(yù)處理算法55-65
• 3.1 噪聲對(duì)圖像質(zhì)量的影響55
• 3.2 噪聲對(duì)檢焦的影響55-58
• 3.3 航空?qǐng)D像噪聲濾波方法58-64
• 3.4 本章小結(jié)64-65
• 第4章 航空?qǐng)D像調(diào)焦評(píng)價(jià)函數(shù)及運(yùn)動(dòng)模糊對(duì)檢焦的影響65-85
• 4.1 離焦模糊的理論分析65-68
• 4.2 調(diào)焦評(píng)價(jià)函數(shù)68-70
• 4.3 灰度變化函數(shù)70
• 4.4 圖像信息熵函數(shù)70-72
• 4.5 梯度函數(shù)72-76
• 4.6 頻域類(lèi)函數(shù)76-80
• 4.7 一種改進(jìn)的8鄰域拉普拉斯方法80-82
• 4.8 運(yùn)動(dòng)模糊對(duì)圖像質(zhì)量的影響82-83
• 4.9 運(yùn)動(dòng)模糊對(duì)檢焦的影響83-84
• 4.10 本章小結(jié)84-85
• 第5章 航空?qǐng)D像調(diào)焦窗口選擇及搜索算法分析85-105
• 5.1 調(diào)焦窗口選擇的理論分析86-89
• 5.2 調(diào)焦窗口選擇方法89-91
• 5.3 選用的黃金分割區(qū)域法91-94
• 5.4 調(diào)焦搜索算法94-97
• 5.5 基于遍歷搜索法和變步長(zhǎng)爬山法的搜索方法97-103
• 5.6 本章小結(jié)103-105
• 第6章 相位檢焦技術(shù)實(shí)驗(yàn)及分析105-119
• 6.1 圖像檢焦技術(shù)驗(yàn)證105-110
• 6.2 自準(zhǔn)直檢焦技術(shù)驗(yàn)證110-116
• 6.3 本章小結(jié)116-119
• 第7章 結(jié)論與展望119-123
• 7.1 學(xué)位論文完成的主要研究工作119-120
• 7.2 學(xué)位論文的創(chuàng)新點(diǎn)120-121
• 7.3 展望121-123
• 參考文獻(xiàn)123-130
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況130-131
• 指導(dǎo)教師與作者簡(jiǎn)介131-132
• 致謝132

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