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用于光电跟踪设备跟踪特性测试的图像测量技术研究

作　者: 陈运锦
导　师: 冯莹
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光电工程
关键词: 跟踪特性测试 高速图像采集 光斑质心定位误差 光斑检测与定位 射影变换 Visual C++与Matlab联合编程
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 62次
引　用: 1次
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内容摘要


随着光电跟踪设备跟踪精度和频率响应特性的不断提高,传统的采用机械式模拟目标的光电跟踪设备跟踪特性测试系统在测试频率和测量精度上均难以满足应用的要求,亟待发展一种新的测试手段。而将基于快速倾斜镜(FSM)幅频调制的光学靶标生成技术和基于高速数字相机的图像测量技术结合起来,可构成一种新型的光电跟踪设备跟踪特性测试系统。本文则针对这种新型测试系统中的图像测量技术,围绕低成本高速图像采集和高精度测量两个关键问题展开研究,具体如下:一、对构成高速采集系统的相机和图像采集卡的性能指标要求进行了分析,设计完成了基于在线式高速相机的高速图像采集系统,实现了高频靶标和跟踪光斑的采集;二、从理论建模仿真和实验测试两个方面对光斑质心亚像素定位误差进行了深入的分析,确保了系统的测量精度。理论仿真对光斑质心亚像素定位技术中的两种误差——相机噪声引入的随机误差和像元几何特性导致的系统误差进行了模拟分析,重点研究了MC1362相机的光斑质心定位误差与光斑尺寸间的关系,为确定激光光斑的实际尺寸提供了指导。实验测试得到:在光斑直径约占据25pixel的情况下,MC1362相机对光斑质心探测误差约为0.01pixel,这与理论仿真模拟的结果相吻合。在系统的应用条件下,所采集的图像像素间距对应的空间角约为2μrad,系统的测量精度为0.02μrad,满足测试精度的要求,实现了光电跟踪设备跟踪特性的高精度测量。三、对图像光斑目标自动检测定位算法进行了研究,并用Visual C++语言实现了光斑目标的自动识别和亚像素精度的质心位置提取;四、根据平面射影定律,推导得到了激光光束的空间方位和俯仰角与光斑目标在图像中的像素坐标之间的关系,实现了靶标光斑和跟踪光斑空间角度的同步测量。利用Visual C++以及Visual C++与Matlab联合编程技术完成了图像处理程序的开发,程序可用来处理测试时采集的光斑图像,得到被测光电跟踪设备的跟踪精度和频率响应特性。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 光电跟踪设备跟踪特性测试系统发展概况  12-14
  1.2 基于图像测量技术的光电跟踪设备跟踪特性测试系统  14-15
  1.3 新型跟踪特性测试系统中图像测量技术的关键问题  15-16
  1.4 论文的主要工作  16-18
第二章 高速图像采集研究及实现  18-32
  2.1 系统硬件构成  18-22
    2.1.1 高速数字相机  18-20
    2.1.2 高速采集卡  20-22
  2.2 高速图像采集软件设计  22-30
    2.2.1 相机控制程序设计  23
    2.2.2 图像采集与存储程序设计  23-30
  2.3 本章小结  30-32
第三章 光斑质心亚像素定位误差分析  32-50
  3.1 亚像素定位技术简介  32-33
  3.2 光斑目标定位算法选择分析  33-34
    3.2.1 形心法  34
    3.2.2 质心法  34
  3.3 光斑质心亚像素定位误差理论分析  34-44
    3.3.1 光斑质心亚像素定位误差来源及归类  34-35
    3.3.2 光斑亚像素定位随机误差分析  35-41
    3.3.3 光斑亚像素定位系统误差分析  41-43
    3.3.4 光斑亚像素定位总体误差分析  43-44
  3.4 光斑质心定位误差实验研究  44-47
    3.4.1 测试方法及实验系统组成  44-45
    3.4.2 测试步骤  45
    3.4.3 实验结果分析讨论  45-47
    3.4.4 与理论分析结果的对比  47
  3.5 本章小结  47-50
第四章 激光光斑检测与定位算法的研究及实现  50-56
  4.1 图像序列运动光斑的检测  50-54
    4.1.1 空间域图像增强——灰度变换  50-52
    4.1.2 图像二值化——阈值分割  52-53
    4.1.3 图像形态学处理——二值形态学运算  53-54
  4.2 光斑质心精定位  54-55
  4.3 本章小结  55-56
第五章 跟踪特性测试系统数据处理方法研究  56-72
  5.1 目标空间角与图像像素坐标的关系分析  56-61
    5.1.1 目标在图像中的像素坐标与空间角的转换关系  56-58
    5.1.2 转换系数计算  58-60
    5.1.3 目标像素坐标至空间角的转换  60-61
  5.2 基于Visual C++与Matlab 联合编程的数据处理方法研究  61-65
    5.2.1 Visual C++与Matlab 联合编程简介  61-62
    5.2.2 联合编程在图像处理程序中的应用  62-65
  5.3 光斑图像处理程序  65-70
    5.3.1 光斑图像处理程序设计及实现  65-66
    5.3.2 光斑图像处理程序测试  66-70
  5.4 本章小结  70-72
第六章 总结  72-74
  6.1 课题研究总结  72
  6.2 课题研究不足和展望  72-74
致谢  74-76
参考文献  76-78
作者在学期间取得的学术成果  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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