运动目标在变焦距镜头视场中成像清晰与大小恒定方法研究

【摘要】经纬仪是靶场测量中重要的光测设备，主要作用对空中飞行目标的外弹道轨迹进行跟踪与测量，对飞行姿态和事件进行记录。为了对各种参数进行准确的记录与测量，就要求经纬仪在视场中目标的成像要稳定、清晰，这时，必须操作光学系统进行变焦与调焦处理。一套性能良好的变焦、调焦系统应该能够对目标的飞行速度、距离等参数的变化做出快速的反应，且目标在视场中成像始终清晰，面积保持不变（或基本不变）。随着科学技术的进步，工业实力的提高，国内外投入了大量的人力、物力、财力对变焦距系统进行了研究，此系统的性能有了明显的提高。但是与外国的技术相比，我们的变焦距系统性能还比较落后，尤其是运用在经纬仪上的系统不甚令人满意。目前，经纬仪上的变焦距系统虽然能完成对图像变焦的功能，但是，变焦前后的图像有很大差异，观察目标在视场中的成像面积会发生突变，造成明显的画面跳跃感，这都是变焦系统不能根据目标运动状况实时改变参数所导致的。首先，本文通过对光电经纬仪系统已有自动变焦，调焦原理及机构的研究，结合实际中用户对产品性能不断提高的需求，提出了两种理论依据：一、基于距离法，即根据镜头透射原理，利用物距、CCD高度、视场画面高度之间比例关系，通过实时测量物距值来改变焦距达到对运动目标自动变焦的目的，经过实验验证，此方法对于形状规则目标效果明显；二、基于图像处理法，完全利用图像信息，将观测目标从背景图像中提取出来，利用目标的像素数与背景像素数的比值来判断目标在视场中成像面积改变与否，从而实时改变焦距，维持此比值为工程要求值来达到自动变焦目的。依据这两种理论依据，变焦距系统能够实现稳定，连续变焦，基本达到要求。其次，一个良好的系统仅仅具有使目标在视场中成像面积不变的能力是不够的，还要保持图像清晰，曝光适当，这就需要对系统进行调焦，调光处理。本文在前面提到的变焦理论的基础上，对自动调焦、自动调光系统也进行了设计与分析。在自动调焦方面，提出了一种调焦评价函数，经过实验与对比，与其它函数相比，本文提出的函数计算量小，速度快，更适合经纬仪实时性要求，并且优化了调焦过程中的爬山算法，使其避免陷入局部极值。在调光方面，通过分析视场中图像的灰度直方图比例分布来自动调整曝光度。最后，在搭建的实验平台上，对自动变焦、调焦、调光策略进行了验证，实验证明，在对运动目标的观测过程中，运用本文提出的自动变焦策略的系统可以达到自动变焦的目的，而且变焦过程中，图像始终保持了清晰稳定，而且曝光量合适，达到了初步设想，基本满足工程需要。本文提出的自动变焦策略，运用到工程中可以实现目标在运动过程中准确清晰测量，对自动变焦的进一步研究具有参考意义。优化改进的自动调焦系统算法减少了运算时间，更加满足经纬仪实时性要求。
【作者】尹宏建；
【导师】高慧斌；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，机械电子工程，2013，硕士
【关键词】经纬仪；自动变焦；自动调焦；自动调光；

【参考文献】
[1]杨影.课堂教学实施环境教育的策略研究[D].东北师范大学,2005.
[2]伊娜.俄汉语熟语中数词的文化内涵比较研究[D].内蒙古师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[3]肖璐.《国际新闻翻译》（第一章）翻译报告[D].四川外国语大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[4]商游丽.论组织出卖人体器官罪[D].中国政法大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[5]刘澈.带到达时间和不可用区间以及拒绝工件的排序问题[D].沈阳师范大学,应用数学,2013,硕士.
[6]吕智超.转基因大豆DP-305423定性和定量PCR检测技术研究[D].吉林农业大学,作物生物技术,2012,硕士.
[7]陶然.小批量轿车生产准备方法研究[D].吉林大学,机械工程,2012,硕士.
[8]张凤鸣.A Study on the Remains of the Day from the Perspective of Existentialism[D].西安外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[9]赵亮.兰州市特殊教育完善对策研究[D].西北师范大学,公共管理,2014,硕士.
[10]钱晓斌.行走作用下结构振动的响应谱分析方法及人群作用分析[D].浙江大学,2005.
[11]张西良,李萍萍,顾建.混合式定量称量系统研究[J].农业机械学报.2004(06)
[12]王家亮.2940nm点阵铒激光对兔耳增生性瘢痕中VEGF的影响[D].山西医科大学,皮肤病与性病学,2013,硕士.
[13]王丽苹.自适应的分布式网络入侵检测及防御系统的研究与实现[D].西北大学,2004.
[14]秦旭.1919年日本报纸中的五四运动[D].华中师范大学,中国近现代史,2014,硕士.
[15]杨磊.基于价值工程理论的世界华人运动会赛事赞助价值评估研究[D].北京体育大学,体育人文社会学,2012,硕士.
[16]蒲桂通.我国商业银行不良资产证券化研究[D].山东大学,工业工程（专业学位）,2012,硕士.
[17]朱岩岩.对我国英语写作研究发展的调查和思考——基于我国外语类核心期刊统计分析(1980-2010)[J].外语界,2011,06:56-62.
[18]康婕.资源税制改革探究[D].石家庄经济学院,人口、资源与环境经济学,2013,硕士.
[19]陈洁.机载LiDAR技术在断裂构造解译中的应用研究[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2013,硕士.
[20]曲云云.语言与国家安全：20世纪50年代后美国外语政策研究及启示[D].宁夏大学,英语语言文学,2014,硕士.
[21]洪肖丽.广义极分解与加权极分解的扰动界[D].兰州大学,计算数学,2014,硕士.
[22]徐桂红,万成,曾省.一种灵活可扩展的基础能源管理平台(待续)[J].冶金自动化,2014,06:6-10.
[23]那照寒.基于模糊神经网络的Web服务选择算法[D].吉林大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[24]胡凤琴,李硕,牟溥.如何写好数据分析和几个相关的统计问题[J].植物生态学报,2013,06:583-588.
[25]严斌林.1935年武汉防空展览会研究[D].华中师范大学,中国近现代史,2013,硕士.
[26]汪婷.生物医学图像归一化及配准方法研究[D].广东工业大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[27]李秀龙.湘江水资源管理法律制度创新[D].中南林业科技大学,环境与资源保护法学,2013,硕士.
[28]赵卫平.胸膜肺炎放线杆菌APXⅡA基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达[D].中国人民解放军军事医学科学院,预防兽医学,2004,硕士.
[29]张陈华.圩猪和皖南黑猪H-FABP基因多态性及其对经济性状的遗传效应分析[D].安徽农业大学,动物遗传育种与繁殖,2011,硕士.
[30]田园.高速公路隧道机电系统运行状态综合评价研究[D].长安大学,交通信息工程及控制,2014,硕士.
[31]王丽斌.矿井通风自修复监测分析研究及应用[D].中国矿业大学,安全技术及工程,2014,硕士.
[32]赵红梅.滇东高原岩溶隧道涌突水灾害风险评价研究[D].成都理工大学,环境地质,2013,硕士.
[33]徐海燕.不同地区自然发酵乳中乳酸乳球菌多位点序列分型研究[D].内蒙古农业大学,农产品加工及贮藏工程,2013,硕士.
[34]唐思伟.蛋白质组学结合生物学手段解析13-3-3ε相互作用复合物的研究[D].复旦大学,疾病蛋白质组学,2010,博士.
[35]郑俊明.邮政IT项目绩效考核指标体系的构建与实施[D].南京邮电大学,项目管理,2013,硕士.
[36]经里杰.我国财产保险公司效率研究[D].山东大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[37]陈敬.中子辐照6H-SiC晶体的电学性能及其退火研究[D].天津大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[38]朱煜.李娜在硬地网球赛事中的步法特征研究[D].沈阳师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[39]吴纯.室内外超薄型钢结构防火涂料可行性研究[D].兰州理工大学,化学工程,2012,硕士.
[40]刘甜甜.制度变迁视域中我国城乡关系的历史演进及其规律研究[D].湖南师范大学,中外政治制度,2013,硕士.
[41]胡瑞.初中学生生物学学习成绩差异性分析[D].山东师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[42]李剑峰,张顺.实施“国家农机购置补贴项目”工作初探[J].中国农机化.2008(01)
[43]王斌旺.我国中部地区农村社会稳定风险防范对策研究[D].湖南师范大学,政治学理论,2014,硕士.
[44]胡朝通.科尔伯格德育理论对当代高校德育工作价值研究[D].遵义医学院,思想政治教育,2013,硕士.
[45]李六.企业信息化建设及测评问题研究[D].上海海事大学,2003.
[46]于黎明,王占林.人机系统最优预见补偿跟踪控制研究[J].自动化学报,2001,03:421-423.
[47]郝治丽.论我国电视媒体泛娱乐化[D].河北经贸大学,新闻学,2013,硕士.
[48]郝雅莉.案例教学法在《美术教学论》课程中的理论研究与运用[D].华南师范大学,美术教育学,2004,硕士.
[49]刘国俭.基于SADBS的空间聚类分析系统SDCAS的研究与实现[D].南京航空航天大学,2005.
[50]鲍苗苗.货币政策对我国信托业的影响及对策研究[D].苏州大学,金融学,2014,硕士.