CCD自动跟踪观瞄畸变测量与校正技术研究

论文摘要

CCD自动跟踪观瞄系统是现代光学技术在军事上广泛应用的一大类光电系统,本课题研究的CCD自动跟踪观瞄系统是由多个传感器组成,针对多个目标进行捕获、跟踪、瞄准的平台系统,其性能的高低直接影响着武器的作战能力。然而畸变严重影响了目标的观察、测量、定位与分析,进而无法得到高精度的配准和拼接图像,不能准确的反应目标特性,导致错误的目标跟踪观瞄,降低了分析精度、应用效果和使用价值,因此畸变测量与校正工作显得尤为重要。本文主要研究CCD自动跟踪观瞄系统的畸变测量与校正技术。首先,本文针对畸变对于CCD自动跟踪观瞄系统成像质量的影响进行了理论分析,总结和描述了该系统畸变的特点。其次,根据摄像机标定原理,在预先标定该系统的外部参数和内部参数的条件下,应用具有高对比度、高亮度、高均匀性等优点的高性能电子靶标这一关键部件,建立CCD自动跟踪观瞄系统的畸变测量系统,摆脱了目前人工目视操作的传统光学检具模式,采用光电数字化技术实现了数字化、客观化的测量。再次,通过对畸变校正技术的研究,根据校正精度、运算量、实时性以及实验条件等技术要求,提出采用逆向多项式算法对该系统的畸变进行校正,通过实验比较验证了逆向多项式和正向多项式校正精度,并通过调整目标采样点的点数和拟合多项式的阶数,以及重复性测试,分析了它们对校正精度的影响。实验证明,本文提出并采用的逆向多项式算法能够较好的校正CCD自动跟踪观瞄系统的畸变,校正后的平均相对畸变优于0.15%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 畸变测量的研究现状
• 1.3 畸变校正的研究现状
• 1.4 本课题研究内容和章节安排
• 2 CCD自动跟踪观瞄系统的畸变测量
• 2.1 畸变的数学模型
• 2.1.1 畸变定义
• 2.1.2 径向畸变校正
• 2.1.3 CCD自动跟踪观瞄系统畸变的特点
• 2.2 摄像机成像模型
• 2.2.1 坐标系
• 2.2.2 线性摄像机成像模型（小孔成像模型）
• 2.2.3 非线性摄像机成像模型
• 2.3 CCD自动跟踪观瞄系统标定
• 2.3.1 径向排列约束（RAC）
• 2.3.2 Tsai两步法标定原理
• 2.3.3 光学中心预标定
• 2.3.4 Tsai两步法标定过程
• 2.3.5 标定结果及分析
• 2.4 本章小结
• 3 CCD自动跟踪观瞄系统畸变的测量实验装置
• 3.1 实验装置
• 3.1.1 测试原理
• 3.1.2 装置组成部分及特点
• 3.2 TFT-LCD空间光调制器
• 3.2.1 TFT-LCD空间光调制器
• 3.2.2 空间光调制器系统硬件电路
• 3.2.3 空间光调制器信息的加载
• 3.2.4 目标靶源图形发生软件
• 3.3 畸变测量系统开机操作方法
• 3.4 本章小结
• 4 CCD自动跟踪观瞄系统的畸变校正
• 4.1 图像去噪
• 4.1.1 中值滤波原理
• 4.1.2 自适应中值滤波
• 4.2 图像增强
• 4.2.1 灰度直方图
• 4.2.2 直方图均衡化
• 4.2.3 局部对比度增强法
• 4.3 畸变图像的目标点提取
• 4.3.1 阈值化分割原理
• 4.3.2 目标点提取
• 4.4 目标点标记
• 4.5 目标点中心坐标提取
• 4.6 理想虚拟图的生成
• 4.7 畸变校正
• 4.7.1 畸变校正原理
• 4.7.2 基于逆向多项式算法的畸变校正
• 4.8 本章小结
• 5 数据分析
• 5.1 畸变测量的不确定度分析
• 5.1.1 误差源分析
• 5.1.2 畸变测量的不确定度分析
• 5.2 校正精度评估
• 5.3 测试实例分析
• 5.3.1 多项式阶数分析
• 5.3.2 靶板点数分析
• 5.3.3 重复性试验分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢