多通道光学成像系统数据处理技术的研究

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1、摘要摘要多通道光学成像系统是P3需研究的新一代光学成像系统。本文所研究的多通道原理系统由四个大视场的边缘子成像系统和一个高分辨率的中央主成像系统组成。边缘子成像系统用于大视场内对运动点目标进行搜索、捕获、检测、识别、跟踪和定位，中央主成像系统用于对子系统检测识别的运动目标进行高分辨率观测。根据多通道光学成像系统需要实现的功能，本文主要对其数据处理技术进行了深入研究。本文的主要研究内容及其成果和创新点表现在以下几个方面:(1)子系统中运动点目标实时检测技术的研究。由于所有性能优良的运动点目标检测算法

2、的运算量和存贮量都很大，为了减少计算量，通常采用两步法来检测。首先对图像序列进行预处理，然后对预处理留下的少量候选点进行运动点目标的检测。本文分析了常用预处理算法的基础上，提出了差分向量无穷范数预处理算法。实验和应用的结果表明，该算法能够有效去除低频背景和低频噪音，留下可能含有点目标的少量候选点，减少了运动点目标后续检测和识别的运算量和存贮量，达到了实时检测和识别。提出了隔帧差分的新概念，将这个新概念应用于经典光流场算法，提出了隔帧差分光流场算法。隔帧差分光流场算法还可以构成能够充分发挥其检测能力

3、的并行检测系统。实验结果表明，隔帧差分光流场算法不仅能够可靠有效的检测运动点目标，而且克服了经典光流场法不能检测帧间位移小于一个像元的运动点目标的不足。(2)对检测出的运动点目标进行判定和识别技术的研究。该项研究中分析了己有识别算法的特征和不足，建立了以运动点目标的大小、灰度强度和运动等特征为基础的单孔径成像系统中运动点目标运动连续性和一致性判定准则。根据多通道视场重叠的特征，利用空间并行判定来缩短判定时间，提出了判定速度更快、更精确的多通道运动点目标判定方法。实验结果表明该判定方法能够对运动点目

4、标进行有效的判定。(3)运动点目标定位方法的研究。给出了多通道光学成像系统中运动点目标和观测系统构成的非线性系统的数学模型，建立了基于图像序列多通道光学成像系统数据处理技术的研究分析和非线性卡尔曼递推滤波算法的运动点目标定位方法，仿真实验表明该方法能够克服经典测距方法无法对运动点目标进行定位的不足，实现对运动点目标的被动定位。(4)运动点目标检测、识别的前提需要图像序列的配准，本文对图像序列亚像元配准方法进行了总结和分析，详细深入讨论了相位相关亚像元配准方法，并将其应用于多通道光学成像系统的图像配

5、准。(s)针对中央主系统高分辨率观测要求，对图像高分辨率重建技术进行了研究。本文对图像高分辨率重建数学物理理论基础和信息论理论基础进行分析和回顾，分析了对图像进行多级小波分解和重构时的特征，提出了小波双三次插值算法。分析了小波双三次插值算法中高频外推闽值与峰值信噪比之间的变化关系，提出了能够重建出峰值信噪比最佳图像的小波双三次插值搜索算法，实验结果表明该算法能够有效重建出峰值信噪比最大的高分辨率图像。分析了图像信息嫡的物理意义，提出了墒最大小波双三次插值搜索算法。还进一步分析了这两种搜索算法的优缺

6、点，提出了加权小波双三次插值搜索算法。实验结果表明，算法可以根据需要调整图像确定信息的权重，来重建出符合需要的高分辨率图像。另外，还对重建算法的高倍重建情况进行分析和实验，实验结果表明重建出原图像的2X2倍图像的细节信息和视觉效果最好，3X3倍次之，4X4倍较差。关键词:多通道:运动点目标;预处理:检测:识别;图像配准;小波变换:图像重建;AS肚工CtAbstractTheMulti-ChannelOpticalImagingSystemtoberesearchedinthispaperisthe

7、newgenerationopticalimagingsystem.Itsprinciplesystemconsistsoffourchildrenimagingsystemswithlargefieldofviewandahigh-resolutioncentermajorimagingsystem.Thefourchildrenimagingsystemsareusedtosearch,capture,detect,recognize,trackandpositionthemovingpoin

8、ttargetinthelargefieldofview.Thecentermajorimagingsystemisusedtoobservethemovingtargetdetectedbythechildrenimagingsystemswithahighresolution.AccordingtothefunctionsreqiuredintheMulti-ChannelOpticalImagingSystem,thedataprocessingtechniquesofthe