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基于图像复原和图标几何变换的单站弹体位置姿态测量技术

作　者: 武拥军
导　师: 谭吉春；梁勤亚
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 模糊图像复原单相机调制传递函数几何投影变换位置姿态测量导弹井下发射靶场测量技术
分类号: E927
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

在导弹飞行试验过程中，弹体位置、姿态参数的精确测量对导弹系统工作状态的分析和故障判断非常重要。传统的光学测量方法是采取多站交汇方法完成测量。但是，实际井下发射任务中，交汇测量方法的条件不能满足。本文基于光学图标变换原理，提出了一种单站近距离导弹飞行的位置、姿态参数测量的新方法。获取清晰图像是实现高精度光学测量的前提。实际井下测量过程中，存在相机振动、目标运动、离焦衍射等问题，导致拍照的图像模糊不清。传统的图像恢复方法需要预先知道图像退化模型，然后用计算机软件将模糊图像恢复为清晰图像。导弹起飞过程中，图像的退化模型是未知的。因此，采用传统模糊图像恢复方法很难满足井下高精度测量任务的要求。为此，本文提出“模糊图像迭代复原法”，将模型未知的模糊图像还原为理想图像，提高判读、测量精度。本文采用投影计算判断法解决了多路径分离问题；采用离焦模糊复原法解决高精度测距问题；采用外延信息弥补技术和维纳滤波法解决模糊图像复原问题；采用“矩形法”，通过直接求解法(或迭代法)解决了单站对导弹运动的位置、姿态6维参量的分离问题；采用清晰度准则及最大值跟踪法解决点扩散函数的未知参数求解问题。本文以正方形弹体图标成像为例，完成了单站姿态参数分离和模糊图像复原模拟试验，进行了精度分析。结果表明：本文测量方法的精度能满足井下测量任务的要求，方法具有可行性，适用于靶场井下发射出井段的光学近距离测量，在空对地侦察图片复原方面也具有应用价值。

全文目录

引言  10-13
  0.1 本文的研究任务  10
  0.2 国内、国外研究动态  10-11
  0.3 井下导弹姿态测量任务面临的困难  11-12
  0.4 本文克服井下光测技术难点的措施  12
  0.5 本文的主要内容  12-13
第1章井下弹体位置姿态测量的技术方案  13-19
  §1.1 测量任务概述  13-15
    1.1.1 坐标系建立  13-14
    1.1.2 测量参数  14
    1.1.3 技术指标简介  14-15
  §1.2 测量系统设计及摄像技术方案  15
    1.2.1 相机布局  15
    1.2.2 相机技术参数选择  15
    1.2.3 井下照明光源参数选择  15
    1.2.4 图标及其反射率选择  15
  §1.3 单站位置姿态测量技术方案  15-19
    1.3.1 图像数据处理流程  16-17
    1.3.2 高精度单站导弹位置、姿态测量的技术难点和克服难点的措施  17-19
第2章导弹位置和姿态的单站测量方法  19-26
  §2.1 “矩形”图标几何变换的测量原理  19-21
    2.1.1 图标几何变换  19-20
    2.1.2 多路径问题及其解决措施  20-21
  §2.2 位置和姿态参数测量模拟实验  21-23
    2.2.1 单相机6维参数测量及多路径判断模拟实验  21-22
    2.2.2 理论误差计算  22-23
  §2.3 精度分析  23-25
    2.3.1 单相机测量的精度计算  23-24
    2.3.2 误差分析  24-25
  §2.4 本章小结  25-26
第3章模糊图像复原  26-39
  §3.1 图像模糊原因  26
    3.1.1 运动振动模糊的原因  26
    3.1.2 离焦衍射模糊的原因  26
  §3.2 图像退化的点扩散函数  26-29
    3.2.1 图像退化模型的建立  26-27
    3.2.2 振动模糊的点扩散函数  27
    3.2.3 运动模糊的点扩散函数  27-28
    3.2.4 离焦衍射模糊的点扩散函数  28-29
  §3.3 图像退化的传递函数  29-34
    3.3.1 振动模糊图像的传递函数  29
    3.3.2 运动模糊的传递函数  29
    3.3.3 无限视场离焦衍射模糊的传递函数  29-30
    3.3.4 有限视场离焦衍射模糊的传递函数  30-34
  §3.4 图像模糊程度判断方法  34-36
    3.4.1 清晰度  34-35
    3.4.2 理想图像判断  35-36
  §3.5 模糊图像复原方法  36-38
    3.5.1 模糊图像复原原理  36-37
    3.5.2 数值跟踪法确定参数  37-38
  §3.6 本章小结  38-39
第4章振动运动模糊复原计算机模拟实验  39-44
  §4.1 点扩散函数计算结果  39
    4.1.1 振动点扩散矩阵计算机模拟结果  39
    4.1.2 运动点扩散矩阵的计算机模拟结果  39
  §4.2 理想图像的振动运动模糊化  39-41
    4.2.1 理想图像的振动模糊  39-40
    4.2.2 理想图像的运动模糊  40-41
  §4.3 振动、运动模糊图像的复原实验  41-43
    4.3.1 振动模糊图像的复原  41-43
    4.3.2 运动模糊图像的复原  43
  §4.4 本章小结  43-44
第5章离焦衍射模糊图像复原计算机模拟实验  44-49
  §5.1 点扩散函数计算结果  44-45
  §5.2 离焦衍射模糊图像计算模拟实验  45-46
  §5.3 离焦衍射模糊图像的复原实验  46-47
  §5.4 离焦模糊复原法实现单台相机高精度测距  47-48
    5.4.1 方法  47
    5.4.2 离焦模糊复原法测距计算机实验  47-48
    5.4.3 离焦模糊复原法测距精度分析  48
  §5.5 本章小结  48-49
第6章总结  49-51
  6.1 本文所做的工作  49
  6.2 作者所解决的技术问题  49
  6.3 本文技术方案的用途、适用条件和性能估算  49-50
  6.4 先进性和不足之处  50-51
参考文献  51-52

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