航天发射飞行过程可见光图像稳定跟踪技术研究

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电子稳像技术具有成本相对低、精度比较高、灵活性较强等优势,能够将航天器目标景象稳定在视场中心位置,提高目标跟踪时图像质量,改善拍摄图像的视觉监视效果,为指挥决策提供更准确直观的依据,因此在航天发射任务中有较好的应用。本文分析了国内外电子稳像理论的基础,针对红外大视场自跟踪时可见光目标图像高频抖动这一问题,在对历次航天发射任务中可见光图像进行分析、总结的基础上,开展了电子稳像技术的相关研究。本文研究了电子稳像技术的整体方案,对光学设备跟踪任务目标的情况进行了运动模型的分析。结合任务跟踪实际,发现图像相邻帧之间的差异性主要表现为位置差异,决定选择使用平移模型对帧与帧之间的运动关系进行建模分析,方法简单高效、精度高。针对光学图像是在标准BMP图像格式的基础上进行改进,无法直接利用图像处理工具箱进行直接处理的情况,对任务数据格式及其转换方法进行了研究,并论证了弃掉低四位数据的合理性。研究了电子稳像的三种运动校正方法。根据存储的任务数据格式特点,提出基于弹道平滑特性的运动校正方法,使用10阶最小二乘法进行曲线拟合。根据拟合值与实际值之差,结合设备参数求解偏移量,从而实现运动校正。根据目标亮度特性,对基于灰度投影的方法进行了改进,从行列投影峰值位置估计运动参数。根据位平面图像特点,进行目标检测从而估计目标偏移量,实现了运动校正。对运动校正后的图像补偿方法进行了研究,通过多种补偿方法的对比,选择效果最好的延伸法进行图像补偿。根据飞行过程中目标远离设备缩小的情况,设计了一种平滑缩放补偿的方法,使输出图像中目标大小保持相对稳定。对电子稳像的质量评价方法进行了研究,使用仿真软件对三种算法的实验结果进行仿真对比,能够比较清晰的看到,采用基于位平面目标检测方法的图像表现最为优异。对后续电子稳像的应用方案进行了讨论,力图使电子稳像方法的实现与安装使用简单方便高效。
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