基于数字图像的激光光斑的提取与位置检测方法

论文摘要

某型空地导弹武器系统采用的制导方式为激光半主动制导,激光光束的传输受到各种噪声和大气湍流的影响。采用数字图像处理的方法对接收端激光光斑进行研究,激光光斑照射目标的精确程度直接关系到导弹的命中精度。这对于评价激光照射器的综合性能,分析导弹的命中精度和制导误差以及对试验中武器系统各部分出现的故障分析具有重要的意义。为了用于“某型”空地导弹武器系统靶场定型试验中对激光光斑照射精度进行测试,本次论文有针对的设计完成了一套基于视频采集卡的图像处理系统,能够对背景对比度差,目标的边缘模糊,噪声较大的激光弱目标进行检测和分析。主要通过数字图像处理手段,实现对复杂背景下的激光光斑进行识别和提取的算法。论文首先对激光在湍流大气中的传输特性进行理论分析,知道激光光斑在CCD靶而上所占的面积越大,光斑图像的细节就越清晰,光斑能量中心的位置就分析得越准确,有利于提高整个系统的分析精度。然后根据激光光斑的特点,提出了相应的目标光斑检测方案。在软件处理中,首先对激光光斑图像进行了增强预处理,然后进行了平滑和滤波,接着对图像进行自适应阈值分割法和轮廓提取,把目标区域和背景区分出来,从而确定光斑区域。最后通过数学形态学的方法对光斑区域进行了勾勒出光斑。这些算法主要解决了实验中激光光斑图像中背景复杂,噪声大的问题。最后,对光斑重心、光斑质心、照射精度等激光光斑参数进行计算,并分析了激光目标指示器的照射精度和瞄准轴与照射轴的偏差。实验结果表明,本方案可以有效准确的识别激光光斑并为靶场照射精度的估算提供了参考,可以满足靶场光斑检测定位的实验项目需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 应用背景
• 1.2 研究意义及研究现状
• 1.3 研制任务的由来
• 1.4 研究内容介绍
• 1.5 本文的结构安排
• 第二章 CCD对激光光斑的成像试验结果及测量精度分析
• 2.1 CCD对光斑探测能力的理论分析
• 2.1.1 计算结果的分析
• 2.1.2 结论
• 2.2 CCD测量精度分析
• 2.2.1 误差源分析
• 2.3 系统测量精度估算
• 2.4 CCD测量激光光斑误差的解决途径
• 2.5 本章小结
• 第三章 数字图像处理的应用
• 3.1 图像的灰度变换
• 3.1.1 图像象素处理方式
• 3.2 图像的锐化处理
• 3.2.1 梯度锐化和拉普拉斯锐化的比较
• 3.2.2 代码实现
• 3.2.3 Laplace算法小结:
• 3.3 图像的平滑处理
• 3.3.1 邻域平均值法
• 3.3.2 中值滤波
• 3.3.3 Wiener滤波
• 3.3.3.1 Wiener滤波的原理
• 3.3.4 阈值法处理
• 3.3.4.1 各类分割方法阈值选取的比较:
• 3.3.4.2 固定阈值分割
• 3.3.4.3 自适应阈值分割
• 3.3.4.4 迭代阈值分割
• 3.3.4.5 阈值化处理中δ值选择
• 3.3.5 数学形态学的应用及边缘图像滤波算法
• 3.3.5.1 隔行填充
• 3.3.5.2 二值化处理
• 3.3.5.3 图像连接区域的分割
• 3.3.5.4 区域标记
• 3.3.5.5 特征提取
• 3.3.5.6 勾勒光斑边缘
• 3.3.6 激光光斑图像象素的计算
• 3.4 算法实现及处理效果
• 3.5 本章小结
• 第四章 激光光斑监测系统总体设计
• 4.1 系统的主要功能
• 4.2 激光光斑测试系统的系统组成
• 4.2.1 硬件系统组成
• 4.2.1.1 视频观测器
• 4.2.1.2 数据处理记录器
• 4.2.2 系统软件结构设计
• 4.2.3 软件运行环境
• 4.3 工作原理
• 4.4 应用主程序软件流程图
• 4.5 本章小结
• 第五章 图像采集与分析系统
• 5.1 图像采集与分析分系统
• 5.1.1 CCD摄像机的选型
• 5.1.2 图像采集卡的选择
• 5.2 图像处理与分析系统软件结构设计
• 5.3 图像与分析系统软件设计
• 5.3.1 图像处理与分析系统软件功能描述
• 5.3.2 采集控制模块的设计实现
• 5.3.2.1 采集控制模块的设计
• 5.3.2.2 采集控制模块程序实现
• 5.3.3 光斑图像数据显示模块的设计实现
• 5.3.3.1 靶面区域和靶心的确定
• 5.3.3.2 图像处理模块的设计和实现
• 5.3.3.3 图像回放功能的实现
• 5.3.4 数据处理与通讯接口设计模块的设计实现
• 5.3.4.1 现场数据采集处理
• 5.3.4.2 数据保存和查询
• 5.3.4.3 与下位机通信
• 5.3.5 光斑图像参数解算处理
• 5.4 本章小结
• 第六章 试验及相关测试
• 6.1 外场试验过程
• 6.2 软件测试结果
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献