目標(biāo)光散射測量和圖像處理方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及目標(biāo)光散射測量和圖像處理方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]70年代開始系統(tǒng)地從實驗和理論方面對飛機等目標(biāo)模型的紅外特性進行研宄。進入80年代，隨著我國航天和國防等領(lǐng)域測試技術(shù)的提高，開展了對飛機、坦克和艦艇等目標(biāo)光學(xué)特性的測量研宄?；诳梢姽馍⑸涮匦詼y量技術(shù)國內(nèi)起步較晚，在六十年代后期到七十年代開始進行這一方面研宄。國家高科技863專家組先后確立專門研宄課題對空間目標(biāo)與背景特性測量，光學(xué)散射特性理論建模與測量，目標(biāo)可見光輻射特性理論模型和測量技術(shù)研宄。中科院光電技術(shù)研宄所利用目標(biāo)的反射光光譜特性對目標(biāo)做了光度測量研宄。中科院安徽光機所做了目標(biāo)模型可見光實驗室模擬拍照測量，中科院上海天文臺與航二院207所聯(lián)合研制電視望遠(yuǎn)鏡，白天中午可觀測+3等星，夜晚可觀測到+11等星。目前國內(nèi)大多數(shù)科研單位對空間目標(biāo)光學(xué)特性研宄最多是紅外輻射特性、電磁散射特性和激光散射特性研宄。在大物體縮比模型研宄方面基于可見光散射空間目標(biāo)縮比測量研宄工作并不多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供目標(biāo)光散射測量和圖像處理方法，解決了目前還沒有開展在大物體縮比模型研宄方面基于可見光散射空間目標(biāo)縮比測量研宄的問題。
[0004]本發(fā)明的另一個目的在于提供目標(biāo)光散射測量和圖像處理系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照以下步驟進行:
[0006]步驟1:獲取被測目標(biāo)不同照射條件下、不同雙站角的可見光散射強度，建立被測目標(biāo)的可見光散射特性數(shù)據(jù)庫；
[0007]步驟2:通過太陽模擬器產(chǎn)生平行光，照射到被測目標(biāo)上，利用光電探測器獲取目標(biāo)的灰度圖像，并對每一像素點進行積分，得到灰度值；
[0008]步驟3:所有條件不變，將被測目標(biāo)換成已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)漫反射板，重復(fù)上述測量;
[0009]步驟4:將每一位置的被測目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)漫反射板的灰度值進行比較，最終獲得被測目標(biāo)相對于標(biāo)準(zhǔn)漫反射板的光散射截面值，從而換算出被測目標(biāo)的可見光散射強度。
[0010]目標(biāo)光散射測量和圖像處理系統(tǒng)，包括圓形的CCD導(dǎo)軌，球面反射鏡的反射面對著CCD導(dǎo)軌，Xe燈光源照射球面反射鏡，反射光反射至CCD導(dǎo)軌內(nèi)部區(qū)域，大物體縮比模型位于CCD導(dǎo)軌圓圈內(nèi)部被球面反射鏡的反射光照射，CCD探測器安裝在CCD導(dǎo)軌上，能在CXD導(dǎo)軌上移動，用來攝取大物體縮比模型的散射光，CXD探測器連接計算機。
[0011]進一步，所述大物體縮比模型由方位俯仰轉(zhuǎn)臺承載，方位俯仰轉(zhuǎn)臺:能進行O?360°方位旋轉(zhuǎn)和O?90°俯仰運動，承載目標(biāo)10kg。
[0012]進一步，所述Xe燈光源采用超高壓球形短弧氙燈。
[0013]進一步，所述CCD探測器靶面尺寸:12.3mmX 12.3mm,有效像素(HXV):1024X1024，像素尺寸:12μπιΧ12μπι，幀頻:40 幀 / 秒，數(shù)字視頻輸出:lor2x8_bitRS422，信噪比:40dB。
[0014]本發(fā)明的有益效果是進行了大物體縮比模型研宄方面基于可見光散射空間目標(biāo)縮比測量研宄，給出了大尺寸目標(biāo)光學(xué)特征規(guī)律，為不具備測試條件或者需要間接測試復(fù)雜目標(biāo)衛(wèi)星、坦克和飛機等等提供技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明目標(biāo)光散射測量和圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)對小立方、大立方體測量結(jié)果示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明系統(tǒng)對小圓柱、大圓柱體測量結(jié)果示意圖。
[0018]圖中，1.CXD導(dǎo)軌，2.球面反射鏡，3.Xe燈光源，4.大物體縮比模型，5.C⑶探測器，6.計算機。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0020]獲取被測目標(biāo)即圖1中的大物體縮比模型4不同照射條件下、不同雙站角的可見光散射強度，建立被測目標(biāo)的可見光散射特性數(shù)據(jù)庫；通過太陽模擬器產(chǎn)生平行光，照射到被測目標(biāo)上，利用光電探測器即圖1中的CCD探測器5獲取目標(biāo)的灰度圖像，并對每一像素點進行積分，得到灰度值；所有條件不變，將被測目標(biāo)換成已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)漫反射板，重復(fù)上述測量，將每一位置的被測目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)漫反射板的灰度值進行比較，最終獲得被測目標(biāo)相對于標(biāo)準(zhǔn)漫反射板的光散射截面值，根據(jù)不同的光電探測器口徑和探測距離，換算出被測目標(biāo)的可見光散射強度。
[0021]按照上面的方法進行的系統(tǒng)搭建:如圖1所示，包括圓形的CCD導(dǎo)軌1，球面反射鏡2的反射面對著CXD導(dǎo)軌l，Xe燈光源3照射球面反射鏡2，反射光反射至CXD導(dǎo)軌I內(nèi)部區(qū)域，大物體縮比模型4位于CCD導(dǎo)軌I圓圈內(nèi)部被球面反射鏡2的反射光照射，CCD探測器5安裝在CXD導(dǎo)軌I上，能在CXD導(dǎo)軌I上移動，用來攝取大物體縮比模型4的散射光。大物體縮比模型4可由方位俯仰轉(zhuǎn)臺承載，CCD探測器5連接計算機6。
[0022]太陽模擬器由Xe燈光源3和離軸拋物面反射鏡即球面反射鏡2組成。Xe燈光源3采用超高壓球形短弧氙燈，由于超高壓球形短弧氙燈所發(fā)出的光譜，是最接近大氣層外太陽光譜的人造電光源之一，它也是連續(xù)光譜，從紫外、可見到紅外都有能量分布，色溫為6000K。可以被視為點光源，很容易用光學(xué)系統(tǒng)來處理成類似于太陽的準(zhǔn)平行光。作為太陽模擬器光源，超高壓球形短弧氙燈不但光譜色溫與太陽光的一致，而且，它的光譜能量分布和色溫非常穩(wěn)定，不隨輸出光的功率變化而變化，光輻射功率為10.5W，光輻射通量為142001m。準(zhǔn)直系統(tǒng)由球面反射鏡2組成，其半徑1500mm。
[0023]CXD探測器5在C⑶導(dǎo)軌I上運行，靶面尺寸:12.3mmX 12.3mm，有效像素(HXV):1024X1024，像素尺寸:12μπιΧ12μπι，幀頻:40 幀 / 秒，數(shù)字視頻輸出:lor2x8_bitRS422，信噪比:40dB或更高。方位俯仰轉(zhuǎn)臺:可進行O?360°方位旋轉(zhuǎn)和O?90°俯仰運動，承載目標(biāo)10kg。
[0024]本發(fā)明系統(tǒng)測量的簡單體如:圓柱、立方體、平板等。我們制作簡單體為:圓柱、立方體模型。圓柱體尺寸分別為:100Χ Φ 50mm,200X Φ 100mm,長方體:50X50X50mm、10X 10X 100mm，不同比例的標(biāo)準(zhǔn)體主要是研宄縮比規(guī)律。
[0025]測量結(jié)果:本發(fā)明圖2小立方、大立方體測量結(jié)果、圖3小圓柱、大圓柱體測量結(jié)果給出了依據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)將CCD采集的圖片灰度積分值隨角度的變化曲線，為圖中的圓形中心不規(guī)則曲線圍成的區(qū)域?；叶鹊姆e分值實質(zhì)上代表的是簡單體對光波的散射亮度信息。由圖中可以看出在相同的光照條件下，大小不同的物體接收到的光能量是不同的，因而散射的強度也與物體的尺寸有關(guān)。立方體和圓柱的光散射強度隨觀察角的變化而變化，每一時刻，物體所對應(yīng)的光照條件及其姿態(tài)都是確定的，這樣就保證了二者之間的可比性。比較可以看出，光散射強度的大小與物體的尺寸有關(guān)，尺寸越大，其值越大。
[0026]本發(fā)明開創(chuàng)性的做法在于實現(xiàn)可見光學(xué)測量中，可見光目標(biāo)測試，并對測試結(jié)果進行處理。測量了不同目標(biāo)準(zhǔn)簡單體和復(fù)雜體光波段散射特性，給出了大尺寸目標(biāo)光學(xué)特征規(guī)律，為不具備測試條件或者需要間接測試復(fù)雜目標(biāo)衛(wèi)星、坦克和飛機等提供技術(shù)支持。
[0027]以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.目標(biāo)光散射測量和圖像處理方法，其特征在于:按照以下步驟進行: 步驟1:獲取被測目標(biāo)不同照射條件下、不同雙站角的可見光散射強度，建立被測目標(biāo)的可見光散射特性數(shù)據(jù)庫； 步驟2:通過太陽模擬器產(chǎn)生平行光，照射到被測目標(biāo)上，利用光電探測器獲取目標(biāo)的灰度圖像，并對每一像素點進行積分，得到灰度值； 步驟3:所有條件不變，將被測目標(biāo)換成已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)漫反射板，重復(fù)上述測量； 步驟4:將每一位置的被測目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)漫反射板的灰度值進行比較，最終獲得被測目標(biāo)相對于標(biāo)準(zhǔn)漫反射板的光散射截面值，從而換算出被測目標(biāo)的可見光散射強度。2.目標(biāo)光散射測量和圖像處理系統(tǒng)，其特征在于:包括圓形的CCD導(dǎo)軌(I)，球面反射鏡(2)的反射面對著CCD導(dǎo)軌(1)，Xe燈光源(3)照射球面反射鏡(2)，反射光反射至CCD導(dǎo)軌⑴內(nèi)部區(qū)域，大物體縮比模型⑷位于CCD導(dǎo)軌⑴圓圈內(nèi)部被球面反射鏡(2)的反射光照射，CCD探測器(5)安裝在CCD導(dǎo)軌(I)上，能在CCD導(dǎo)軌(I)上移動，用來攝取大物體縮比模型(4)的散射光，CXD探測器(5)連接計算機(6)。3.按照權(quán)利要求2所述目標(biāo)光散射測量和圖像處理系統(tǒng)，其特征在于:所述大物體縮比模型(4)由方位俯仰轉(zhuǎn)臺承載，方位俯仰轉(zhuǎn)臺:能進行O?360°方位旋轉(zhuǎn)和O?90°俯仰運動，承載目標(biāo)10kg。4.按照權(quán)利要求2所述目標(biāo)光散射測量和圖像處理系統(tǒng)，其特征在于:所述Xe燈光源(3)采用超高壓球形短弧氙燈。5.按照權(quán)利要求2所述目標(biāo)光散射測量和圖像處理系統(tǒng)，其特征在于:所述CCD探測器(5)靶面尺寸:12.3mmX 12.3mm，有效像素(HXV):1024X1024,像素尺寸:12μπιΧ12μπι，幀頻:40 幀 / 秒，數(shù)字視頻輸出:lor 2x8_bit RS422，信噪比:40dB。
【專利摘要】本發(fā)明公開了目標(biāo)光散射測量和圖像處理方法及系統(tǒng)，首先獲取被測目標(biāo)不同照射條件下、不同雙站角的可見光散射強度，過太陽模擬器產(chǎn)生平行光，照射到被測目標(biāo)上，利用光電探測器獲取目標(biāo)的灰度圖像，并對每一像素點進行積分，得到灰度值；所有條件不變，將被測目標(biāo)換成已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)漫反射板，重復(fù)上述測量；將每一位置的被測目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)漫反射板的灰度值進行比較，最終獲得被測目標(biāo)相對于標(biāo)準(zhǔn)漫反射板的光散射截面值，從而換算出被測目標(biāo)的可見光散射強度。本發(fā)明的有益效果是能很好地進行大物體縮比模型研究方面基于可見光散射空間目標(biāo)縮比測量研究。
【IPC分類】G01N21/47
【公開號】CN104897614
【申請?zhí)枴緾N201510117929
【發(fā)明人】王明軍, 李瑾, 蘇比達(dá), 董群鋒
【申請人】王明軍, 李瑾
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年3月18日