2009年 2卷 第5期
2009, 2(5): 364-376.
摘要
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摘要:
为适应空间光学遥感技术的迅速发展及对空间光学遥感器需求的不断增长，在追求高高空间分辨率、高光谱分辨率、高辐射分辨率性能及轻量化的同时，必须考虑空间光学遥感器对恶劣的发射运载力学环境及在轨真空热环境的适应性问题。本文概述了国内外空间光学遥感器环境适应性设计的现状与进展，阐述了空间环境因素对空间光学遥感器性能的影响，尤其是在力学及真空热环境作用下的环境效应，探讨了环境效应的作用机理；在对任务需求和环境效应分析的基础上，提出了空间光学遥感器环境适应性设计的要求、准则以及适应性设计要点。在空间光学遥感器设计的早期设计阶段，统筹考虑对未来可能遇到的各种环境的适应性问题，并开展以质量特性、动力学特性及热光学特性为主的适应性设计分析迭代。在工程实施阶段，进行相应的特征试验以及环境模拟试验，实地考核空间光学遥感器的力学及热光学特性以及在各种模拟环境条件下功能和性能的有效性和正确性，确保对未来各种恶劣环境条的适应性。本文对设计分析迭代过程中以及试验过程中对环境适应性的评价方法及其相关的地面试验内容和方法也进行了论述。
为适应空间光学遥感技术的迅速发展及对空间光学遥感器需求的不断增长，在追求高高空间分辨率、高光谱分辨率、高辐射分辨率性能及轻量化的同时，必须考虑空间光学遥感器对恶劣的发射运载力学环境及在轨真空热环境的适应性问题。本文概述了国内外空间光学遥感器环境适应性设计的现状与进展，阐述了空间环境因素对空间光学遥感器性能的影响，尤其是在力学及真空热环境作用下的环境效应，探讨了环境效应的作用机理；在对任务需求和环境效应分析的基础上，提出了空间光学遥感器环境适应性设计的要求、准则以及适应性设计要点。在空间光学遥感器设计的早期设计阶段，统筹考虑对未来可能遇到的各种环境的适应性问题，并开展以质量特性、动力学特性及热光学特性为主的适应性设计分析迭代。在工程实施阶段，进行相应的特征试验以及环境模拟试验，实地考核空间光学遥感器的力学及热光学特性以及在各种模拟环境条件下功能和性能的有效性和正确性，确保对未来各种恶劣环境条的适应性。本文对设计分析迭代过程中以及试验过程中对环境适应性的评价方法及其相关的地面试验内容和方法也进行了论述。
2009, 2(5): 377-387.
摘要:
人脸识别技术是模式识别和机器视觉领域的一个重要研究方向，在众多人脸识别的算法中，基于子空间分析的特征提取方法以其稳定可靠的识别效果成为了人脸识别中特征提取的主流方法之一。本文对目前应用较多的子空间分析方法进行了研究，具体介绍了线性子空间分析方法：主成分分析（PCA）、线性鉴别分析（LDA）、独立主成分分析（ICA）、快速主成分分析（FastICA）等及非线性子空间分析方法：基于核的PCA （KPCA）等的基本思想及其在人脸识别中的研究进展，包括一些新的研究成果。此外，还应用orl及Yale B人脸库对几个基础的子空间方法进行了验证实验。实验结果表明，在几个子空间分析方法中，FastICA算法取得了最高的识别率。最后结合实验结果对各算法的优缺点进行了分析总结。
人脸识别技术是模式识别和机器视觉领域的一个重要研究方向，在众多人脸识别的算法中，基于子空间分析的特征提取方法以其稳定可靠的识别效果成为了人脸识别中特征提取的主流方法之一。本文对目前应用较多的子空间分析方法进行了研究，具体介绍了线性子空间分析方法：主成分分析（PCA）、线性鉴别分析（LDA）、独立主成分分析（ICA）、快速主成分分析（FastICA）等及非线性子空间分析方法：基于核的PCA （KPCA）等的基本思想及其在人脸识别中的研究进展，包括一些新的研究成果。此外，还应用orl及Yale B人脸库对几个基础的子空间方法进行了验证实验。实验结果表明，在几个子空间分析方法中，FastICA算法取得了最高的识别率。最后结合实验结果对各算法的优缺点进行了分析总结。
2009, 2(5): 388-394.
摘要:
目标跟踪是机器视觉的核心问题之一。由于被跟踪目标本身特征的多样性，所处环境的复杂性，使得目标跟踪成为一个极富挑战性的课题。特别是跟踪过程中出现的遮挡问题，一直是目标跟踪中的难点。如何有效处理遮挡，尤其是严重遮挡和全部遮挡，成为限制目标跟踪算法鲁棒性的关键因素。本文对国内外现有的遮挡情况下的目标跟踪算法进行了总结和分类，阐述了各种算法的基本思想，简要介绍了其代表性的算法，指出了算法的适用场合，分析了算法的优缺点。文章最后对遮挡情况下的目标跟踪做了必要的讨论。
目标跟踪是机器视觉的核心问题之一。由于被跟踪目标本身特征的多样性，所处环境的复杂性，使得目标跟踪成为一个极富挑战性的课题。特别是跟踪过程中出现的遮挡问题，一直是目标跟踪中的难点。如何有效处理遮挡，尤其是严重遮挡和全部遮挡，成为限制目标跟踪算法鲁棒性的关键因素。本文对国内外现有的遮挡情况下的目标跟踪算法进行了总结和分类，阐述了各种算法的基本思想，简要介绍了其代表性的算法，指出了算法的适用场合，分析了算法的优缺点。文章最后对遮挡情况下的目标跟踪做了必要的讨论。
2009, 2(5): 395-401.
摘要:
图像增强是图像处理最有吸引力的领域。在嵌入式视频图像处理系统中，图像增强后的效果和图像增强的实时性是决定算法优劣的两个关键问题。而恰当的图像增强算法和高效硬件平台的合理搭建是解决问题的有效途径。在研究多种实时图像增强算法基础上，本文在matlab平台上对三种典型的增强算法进行算法仿真，即直方图均衡增强算法、基于照度-反射模型的同态滤波增强算法、基于小波变换增强算法。并对仿真结果进行分析，比较各算法的优缺点，指出了其最佳的应用场景和最高效的硬件实现平台，以期从中总结出一套行之有效的实时图像增强算法的应用指导规则。
图像增强是图像处理最有吸引力的领域。在嵌入式视频图像处理系统中，图像增强后的效果和图像增强的实时性是决定算法优劣的两个关键问题。而恰当的图像增强算法和高效硬件平台的合理搭建是解决问题的有效途径。在研究多种实时图像增强算法基础上，本文在matlab平台上对三种典型的增强算法进行算法仿真，即直方图均衡增强算法、基于照度-反射模型的同态滤波增强算法、基于小波变换增强算法。并对仿真结果进行分析，比较各算法的优缺点，指出了其最佳的应用场景和最高效的硬件实现平台，以期从中总结出一套行之有效的实时图像增强算法的应用指导规则。
2009, 2(5): 402-407.
摘要:
本文对一折/衍混合长波红外(LWIR)凝视成像系统进行了杂散光分析，在此LWIR系统中，含有一个用金刚石车削技术制作的衍射光学元件(DOE)。本文中，对DOE的不同衍射级次、光学表面的多次反射、镜筒内壁的反射等主要杂散光源利用LightTools软件进行了分析，对6种二次反射的模拟结果表明，对归一化的光源，理想光路的像面辐照度为100 W/mm2，每种二次反射会给像面带来0.01W/mm2的辐照度；对于反射率为10％的镜筒内壁，带来的像面辐照为0.01W/mm2。并利用该LWIR凝视成像光学系统进行了相关实验，实验结果证明了上述分析的正确性，有利于对LWIR凝视成像系统光学性能的进一步理解和杂散光的抑制。
本文对一折/衍混合长波红外(LWIR)凝视成像系统进行了杂散光分析，在此LWIR系统中，含有一个用金刚石车削技术制作的衍射光学元件(DOE)。本文中，对DOE的不同衍射级次、光学表面的多次反射、镜筒内壁的反射等主要杂散光源利用LightTools软件进行了分析，对6种二次反射的模拟结果表明，对归一化的光源，理想光路的像面辐照度为100 W/mm2，每种二次反射会给像面带来0.01W/mm2的辐照度；对于反射率为10％的镜筒内壁，带来的像面辐照为0.01W/mm2。并利用该LWIR凝视成像光学系统进行了相关实验，实验结果证明了上述分析的正确性，有利于对LWIR凝视成像系统光学性能的进一步理解和杂散光的抑制。
2009, 2(5): 408-413.
摘要:
日冕仪的工作特点决定了其对杂散光抑制要求极其严格。根据反射式日冕仪的工作特点，通过分析其光学特性以及其抑制系统杂散光的基本原理，设计了反射式内掩日冕仪系统。其中，视场0.67°、口径47mm、焦距768mm、系统总长1200mm，系统在30lp/mm处的MTF值大于0.6，弥散斑半径小于2.5um，成像质量达到衍射极限。通过分析系统杂散光特点，建立了消杂散光结构，使得系统的主要杂散光源被全部抑制。本系统可做到大约10-6-10-8B⊙的杂散光抑制水平，可以实现对日冕的清晰成像观测。
日冕仪的工作特点决定了其对杂散光抑制要求极其严格。根据反射式日冕仪的工作特点，通过分析其光学特性以及其抑制系统杂散光的基本原理，设计了反射式内掩日冕仪系统。其中，视场0.67°、口径47mm、焦距768mm、系统总长1200mm，系统在30lp/mm处的MTF值大于0.6，弥散斑半径小于2.5um，成像质量达到衍射极限。通过分析系统杂散光特点，建立了消杂散光结构，使得系统的主要杂散光源被全部抑制。本系统可做到大约10-6-10-8B⊙的杂散光抑制水平，可以实现对日冕的清晰成像观测。
2009, 2(5): 414-420.
摘要:
为了更加完善环带抛光技术并指导加工，根据Preston方程建立了材料去除量的理论模型。考虑到环带抛光技术中的诸影响因素，如抛光盘与工件之间的转速比、偏心距及压强分布等参数，建立材料去除量与各影响因素之间的相互关系的数学模型。理论分析和实验结果表明：材料的去除效率随转速比和偏心距增加而增大，转速比越接近于1时，磨削越均匀；工件露边时，工件露出部分材料的去除效率急剧下降。通过对该理论模型中的相关技术参数研究来完善环带抛光技术，有效地提高抛光的效率及稳定性。
为了更加完善环带抛光技术并指导加工，根据Preston方程建立了材料去除量的理论模型。考虑到环带抛光技术中的诸影响因素，如抛光盘与工件之间的转速比、偏心距及压强分布等参数，建立材料去除量与各影响因素之间的相互关系的数学模型。理论分析和实验结果表明：材料的去除效率随转速比和偏心距增加而增大，转速比越接近于1时，磨削越均匀；工件露边时，工件露出部分材料的去除效率急剧下降。通过对该理论模型中的相关技术参数研究来完善环带抛光技术，有效地提高抛光的效率及稳定性。
2009, 2(5): 421-425.
摘要:
一种相位掩模干涉仪被用于写入不同的Bragg波长的。在该系统中，光纤光栅是由来自两可旋转棱镜所形成的紫外干涉条纹写入的，其中，相位掩模被用作#61617;1级衍射光的分束器。并且，当两块顶角由相位掩模的#61617;1级衍射角和棱镜折射率确定的棱镜的底部相互平行放置时，该相位掩模给出了Bragg波长的参考值。当Bragg波长的移位为1 nm时，棱镜最大的旋转角为1 degree，最小的旋转角是~2.4 minute。与Talbot干涉仪中平面镜的旋转角~23 second/nm相比，该相位干涉仪中棱镜的旋转精度降低了2~3个数量级。替代了许多具有不同光栅周期的相位掩模，该可调谐相位掩模干涉仪仅用一块相位掩模和两块旋转棱镜就实现了写入具有不同Bragg波长的光栅。
一种相位掩模干涉仪被用于写入不同的Bragg波长的。在该系统中，光纤光栅是由来自两可旋转棱镜所形成的紫外干涉条纹写入的，其中，相位掩模被用作#61617;1级衍射光的分束器。并且，当两块顶角由相位掩模的#61617;1级衍射角和棱镜折射率确定的棱镜的底部相互平行放置时，该相位掩模给出了Bragg波长的参考值。当Bragg波长的移位为1 nm时，棱镜最大的旋转角为1 degree，最小的旋转角是~2.4 minute。与Talbot干涉仪中平面镜的旋转角~23 second/nm相比，该相位干涉仪中棱镜的旋转精度降低了2~3个数量级。替代了许多具有不同光栅周期的相位掩模，该可调谐相位掩模干涉仪仅用一块相位掩模和两块旋转棱镜就实现了写入具有不同Bragg波长的光栅。
2009, 2(5): 426-431.
摘要:
利用动态激光散斑的方法研究了白蛋白的酸致变性过程。首先，利用动态散斑理论模拟生成了动态散斑序列图；然后，利用模拟和实验散斑图的时间序列散斑图及其灰度共生矩阵对白蛋白的酸致变性过程进行了分析；接着，又利用灰度共生矩阵的惯性矩和不同阶段的四幅散斑图的平均对比度图对该过程进行了更深入的研究。理论模拟和实验研究结果表明，在白蛋白酸致变性过程中，胶体溶液中的蛋白质微粒的运动由剧烈逐渐变得缓慢；同时，微粒数量减少而微粒尺寸增加。研究表明，动态激光散斑方法是一种实时、快速、有效的研究白蛋白变性过程的新手段。
利用动态激光散斑的方法研究了白蛋白的酸致变性过程。首先，利用动态散斑理论模拟生成了动态散斑序列图；然后，利用模拟和实验散斑图的时间序列散斑图及其灰度共生矩阵对白蛋白的酸致变性过程进行了分析；接着，又利用灰度共生矩阵的惯性矩和不同阶段的四幅散斑图的平均对比度图对该过程进行了更深入的研究。理论模拟和实验研究结果表明，在白蛋白酸致变性过程中，胶体溶液中的蛋白质微粒的运动由剧烈逐渐变得缓慢；同时，微粒数量减少而微粒尺寸增加。研究表明，动态激光散斑方法是一种实时、快速、有效的研究白蛋白变性过程的新手段。
2009, 2(5): 432-437.
摘要:
为了实现光电实时跟踪系统在脱机运行时用户代码上电自动加载，采用了ROM Bootloader加载方式。为了将全部的用户代码（1KB）拷贝到L2 RAM中运行,引入了二次引导过程。文中分别在Non-BIOS 系统和BIOS 系统下编写了二次引导程序并在实际应用中得到了验证。实验证明，基于TMS320C6416的光电实时跟踪自引导系统，满足了系统的性能要求，在实际系统中运行稳定可靠。
为了实现光电实时跟踪系统在脱机运行时用户代码上电自动加载，采用了ROM Bootloader加载方式。为了将全部的用户代码（1KB）拷贝到L2 RAM中运行,引入了二次引导过程。文中分别在Non-BIOS 系统和BIOS 系统下编写了二次引导程序并在实际应用中得到了验证。实验证明，基于TMS320C6416的光电实时跟踪自引导系统，满足了系统的性能要求，在实际系统中运行稳定可靠。
2009, 2(5): 438-444.
摘要:
根据立体测绘相机的数据传输要求，需要将多个图像数据源产生的异步图像数据传输和存储到计算机上，研究和实现了一种实用的完整解决方案。采用FPGA对多个图像数据进行组合，在FPGA内部进行一级缓存，将异步的图像数据源，变换成同步数据，经过独立的FIFO芯片对图像数据进行缓存，方便总线繁忙时对图像进行缓存；然后通过专用的PCI接口芯片，将图像数据传输到PCI总线上；使用DriverWorks进行驱动程序的设计，将数据存入内存中，通过应用程序显示及存储于硬盘中。
根据立体测绘相机的数据传输要求，需要将多个图像数据源产生的异步图像数据传输和存储到计算机上，研究和实现了一种实用的完整解决方案。采用FPGA对多个图像数据进行组合，在FPGA内部进行一级缓存，将异步的图像数据源，变换成同步数据，经过独立的FIFO芯片对图像数据进行缓存，方便总线繁忙时对图像进行缓存；然后通过专用的PCI接口芯片，将图像数据传输到PCI总线上；使用DriverWorks进行驱动程序的设计，将数据存入内存中，通过应用程序显示及存储于硬盘中。
2009, 2(5): 445-451.
摘要:
针对雾天图像的退化现象，提出采用近红外波段成像和视频图像处理技术相结合的透雾成像方法。根据视频图像相邻两场直方图相似性特点，提出了改进的直方图均衡化算法处理雾天降质图像。改进算法简化系统结构，降低逻辑设计复杂度，节约了高速存储器部分硬件资源。算法经过MATLAB仿真验证，并在FPGA视频图像处理平台上硬件实现。实验证明改进算法增强雾天图像的同时满足标准视频图像处理25帧/秒的实时性要求，结合近红外波段透雾能力使雾天能见距离提高1.5倍以上。
针对雾天图像的退化现象，提出采用近红外波段成像和视频图像处理技术相结合的透雾成像方法。根据视频图像相邻两场直方图相似性特点，提出了改进的直方图均衡化算法处理雾天降质图像。改进算法简化系统结构，降低逻辑设计复杂度，节约了高速存储器部分硬件资源。算法经过MATLAB仿真验证，并在FPGA视频图像处理平台上硬件实现。实验证明改进算法增强雾天图像的同时满足标准视频图像处理25帧/秒的实时性要求，结合近红外波段透雾能力使雾天能见距离提高1.5倍以上。
2009, 2(5): 452-459.
摘要:
非线性滤波是一种有效的噪声抑制技术，已得到了广泛的应用。本文针对中值滤波算法排序量多、速度慢的缺点，采用基于TMS320C6000系列DSP的C程序优化方法对中值滤波代码进行优化。与优化前的代码相比，优化后的代码的运行时间减短，代码的执行性能提高，可以满足实时图像处理的要求。
非线性滤波是一种有效的噪声抑制技术，已得到了广泛的应用。本文针对中值滤波算法排序量多、速度慢的缺点，采用基于TMS320C6000系列DSP的C程序优化方法对中值滤波代码进行优化。与优化前的代码相比，优化后的代码的运行时间减短，代码的执行性能提高，可以满足实时图像处理的要求。
2009, 2(5): 460-465.
摘要:
为改善联合变换相关器的相关输出结果，提高图像识别能力，提出了一种将输入面形态学处理与功率谱面FAF处理相结合的方法。首先，介绍了经典联合变换相关器的基本原理；其次，针对联合变换相关器的缺点和不足，提出将输入面形态学预处理和功率谱FAF处理相结合，以改进经典联合变换相关器的相关输出性能；最后，详细分析了上述改进型联合变换相关器的参数选取问题。实验结果表明：当参数选择为 、 时，相关峰很尖锐，峰值为 ，比传统的联合变换相关器互相关峰值提高了 。将输入面形态学处理与功率谱面FAF处理相结合效果好于单独使用其中一种方法，极大地改善了传统联合变换相关器的目标识别能力。
为改善联合变换相关器的相关输出结果，提高图像识别能力，提出了一种将输入面形态学处理与功率谱面FAF处理相结合的方法。首先，介绍了经典联合变换相关器的基本原理；其次，针对联合变换相关器的缺点和不足，提出将输入面形态学预处理和功率谱FAF处理相结合，以改进经典联合变换相关器的相关输出性能；最后，详细分析了上述改进型联合变换相关器的参数选取问题。实验结果表明：当参数选择为 、 时，相关峰很尖锐，峰值为 ，比传统的联合变换相关器互相关峰值提高了 。将输入面形态学处理与功率谱面FAF处理相结合效果好于单独使用其中一种方法，极大地改善了传统联合变换相关器的目标识别能力。
