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基于计算机视觉的全景光学系统设计

作　者: 吴振宇
导　师: 高明
学　校: 西安工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 分布孔径 全景系统 光学设计 像移补偿 图像拼接
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 1次
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内容摘要


坦克光电观瞄仪器是火控系统中最重要的部分,具有决定火力系统的效率和分析战场信息等功能。现有坦克观瞄系统主要依靠扫描式观瞄来获得周视360°图像信息,扫描式、观瞄的时间延迟可能会造成战场信息的遗漏,其主动探测的方式存在隐蔽性差的缺陷,并且只能对单一目标进行追踪搜索,而辅助的红外系统存在分辨率低等不足,依靠操作员的主观判断也容易疲惫引起操作效率下降。基于以上不足,本文设计出分布孔径式的全景系统,能够进行实时的360°周视被动观测,可以同时对多目标进行追迹,且能提供分辨力高的全景图像，便于进行计算机视觉处理。全景系统可以实现客观高效的预警、追踪、瞄准等各类观瞄功能。本文完成了整个全景系统的光学设计部分,设计了大孔径大视场的94°广角采集物镜,采用了DAIRS(分布孔径红外系统)系统中的孔径分布概念布置四个采集物镜,能覆盖空间360°范围的周视信息,区别于DAIRS系统的多传感器接收,设计了空间分布的转像系统利用一个接收器CCD来接收全景信息,并通过实验验证了原理的可行性,根据系统指标选择了CCD传感器,设计专用CCD接收物镜,光学系统整体像质达到要求；综合估算出理想情况下系统的发现和识别距离、盲区、采集重叠范围、采集失效距离、景深范围、整体畸变等重要技术指标；确定了钟差快门分离各路图像的方案,分析造成坦克观瞄系统的目标像移的原因,并确定前向像移为全景系统的主要像移,采用焦面帘幕快门系统实现针对主要像移的补偿,推导出帘幕宽度和移动速度的公式,确保获取图像细节的准确性；确定了由Harris算子特征提取、相关系数匹配检验、柱面坐标投影和图像灰度融合组成的全景图拼接算法,在计算机上验证了算法的准确性和可行性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 全景观瞄系统的研究现状  10-13
    1.2.1 国外研究成果  10-12
    1.2.2 国内的研究现状  12-13
  1.3 全景观瞄的发展趋势  13
  1.4 本文的主要内容和章节安排  13-15
2 全景系统总体设计  15-18
  2.1 总体设计  15-17
    2.1.1 全景光学系统原理  15-17
    2.1.2 像移判断和校正部分  17
    2.1.3 图像拼接部分  17
  2.2 全景系统总体技术指标  17
  2.3 本章小结  17-18
3 采像光学系统设计  18-25
  3.1 采像物镜技术指标的确定  18
  3.2 采像物镜选型  18-19
  3.3 采像物镜优化设计  19-24
    3.3.1 光焦度平衡设计  19-20
    3.3.2 像差优化  20
    3.3.3 软件优化设计  20-24
  3.4 本章小结  24-25
4 转像系统设计  25-29
  4.1 平面转像系统设计  25-27
  4.2 空间转像系统设计  27-28
  4.3 本章小结  28-29
5 CCD接收物镜光学设计  29-35
  5.1 CCD的选择  29-30
  5.2 CCD接收物镜技术指标的确定  30
  5.3 CCD接收物镜设计  30-34
  5.4 本章小结  34-35
6 全景系统主要技术指标估算  35-40
  6.1 探测距离估算  35-36
  6.2 盲区计算  36
  6.3 景深计算  36-37
  6.4 有效探测范围  37-38
  6.5 失效探测范围  38
  6.6 系统畸变  38-39
  6.7 重叠区域估算  39
  6.8 本章小结  39-40
7 全景系统像移补偿设计  40-50
  7.1 像移的原理及像移速度计算  40-42
  7.2 像移判断方法  42
  7.3 主要像移  42-45
  7.4 像移补偿的方案  45-46
  7.5 全景系统像移补偿方案  46-48
  7.6 本章小结  48-50
8 全景图像生成的算法和实现  50-62
  8.1 图像分离方案  50
  8.2 全景图像生成流程  50-51
  8.3 全景图像匹配算法比较  51-55
    8.3.1 比较匹配算法研究  51-54
    8.3.2 特征提取算法研究  54-55
  8.4 重叠区域坐标转换  55-58
  8.5 特征点的匹配检验  58-59
  8.6 重叠区域的灰度融合  59-60
  8.7 拼接实验结果  60-61
  8.8 本章小结  61-62
9 结论  62-65
  9.1 结论  62-63
  9.2 展望  63-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68-69
致谢  69-72
附录  72-95

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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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