空间目标偏振成像技术研究

论文摘要

空间目标监视是光学成像技术的重要应用领域,偏振成像技术作为一种新型光学成像技术,在抑制背景噪声、突出目标轮廓信息、增强图像细节、区分材质和识别伪装等方面具有传统光学成像不可比拟的优势。将偏振成像技术应用于空间目标监视领域,能够有效提高探测距离和被测目标的衬度,改善天基光学成像的质量。因此,深入研究空间目标偏振成像技术具有重要意义。本文在对空间目标偏振成像机理和技术指标进行详细的分析和讨论后,结合国内外空间目标偏振成像方面的实验应用,对空间目标偏振成像技术工程上的实现进行了探索性的研究,搭建了适用于功能型小卫星监视平台的空间目标偏振成像系统。系统主要由主动探测光学单元和偏振成像处理单元两部分组成,采用主动成像方式进行设计,偏振成像处理部分选用Genie Nano-M2450偏振相机并采用同时偏振成像的方法获取偏振图像数据源,选用Xilinx Zynq系列P-SoC作为系统的控制芯片,结合XC7Z020芯片的双核ARM Cortex-A9和FPGA集成架构,完成了空间目标偏振成像系统软硬件协同设计,实现了偏振成像片上系统的自动采集、传输、预处理、存储和显示,并在实验室环境下完成了系统的功能性验证。此外,文中还对国内外的星上信息回收技术进行了探讨,给出空间目标偏振成像系统所存储偏振图像数据的回收方法。偏振成像系统选用USB接口的固态盘存储偏振图像数据,通过USB接口将存储的偏振图像数据上传至PC机。PC机实现偏振序列图像、偏振特征图像的获取,并采用基于离散多小波变换的图像融合算法完成偏振度图像和偏振角图像的融合,进一步验证空间目标偏振成像技术的可行性。实验表明,本文研究的同时偏振成像系统能够有效地抑制背景噪声、提高目标辨识度,为空间目标的分析和编目提供准确信息,在实现空间目标监视平台小型化的同时为空间目标偏振成像技术的实现和工程化奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及研究的目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文的主要内容
• 第二章 空间目标偏振成像机理研究
•   2.1 空间目标特性分析
•     2.1.1 几何建模
•     2.1.2 背景特性建模
•     2.1.3 表面材质特性分析与建模
•     2.1.4 光学特性分析
•   2.2 偏振的基础理论
•   2.3 偏振光的描述方法
•     2.3.1 Jones矢量法
•     2.3.2 Stokes矢量法
•   2.4 偏振成像技术的实现方法
•     2.4.1 分时偏振成像方法
•     2.4.2 同时偏振成像方法
•   2.5 偏振特征图像的获取
•   2.6 图像预处理算法
•   2.7 本章小结
• 第三章 空间目标偏振成像系统设计
•   3.1 系统总体设计
•   3.2 空间目标偏振成像系统指标和探测能力分析
•     3.2.1 偏振成像系统指标确定
•     3.2.2 偏振成像系统探测能力分析
•   3.3 主动探测光学单元设计
•   3.4 偏振成像处理单元设计
•     3.4.1 偏振相机的选型
•     3.4.2 系统控制单元的设计
•   3.5 网络接口控制模块设计
•   3.6 DDR3 缓存单元设计
•   3.7 HDMI接口控制模块设计
•   3.8 USB存储单元设计
•   3.9 本章小结
• 第四章 空间目标偏振成像系统软件设计与实现
•   4.1 XC7Z020 软件开发流程和开发环境
•     4.1.1 XC7Z020 软件开发流程
•     4.1.2 XC7Z020 软件开发环境
•   4.2 PS与 PL部分图像数据交互的实现
•   4.3 嵌入式Linux系统在Zynq平台上的使用和移植
•   4.4 偏振成像处理单元软件设计
•     4.4.1 偏振图像采集预处理软件设计流程
•     4.4.2 图像预处理算法的实现
•   4.5 DDR3 读写操作软件设计与仿真
•   4.6 HDMI显示接口软件设计与仿真
•   4.7 PC机图像融合算法的实现
•   4.8 本章小结
• 第五章 实验验证与结果分析
•   5.1 偏振相机性能测试实验
•   5.2 偏振成像系统性能测试实验
•   5.3 偏振特征图像提取与融合实验
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 牟畅

导师: 王彩霞

关键词: 空间目标,偏振成像,可编程片上系统

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,航空航天科学与工程

单位: 长春理工大学

分类号: O436.3;V44

总页数: 89

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