实时电子消旋技术在捷联滚转平台上的应用研究

【摘要】：捷联成像平台可以为图像末制导弹药节省大量空间与成本,提高系统的可靠性。但在载体的滚转运动过程中,与载体固连的成像设备也随之运动,使图像叠加了额外的旋转甚至产生模糊。图像电子消旋技术仅需使用相应算法对图像进行像素级处理,即可解决像旋与模糊问题,方便图像后续的观察与处理,在军事和民用领域均具有广泛的应用空间。本文结合图像末制导弹药的运动特点,指出捷联成像平台的图像像旋与旋转运动模糊等问题,对于在嵌入式设备上实现图像旋转、插值及旋转运动模糊复原等技术展开研究。首先,为提高实时电子消旋算法的图像质量,针对双线性插值在边缘效果不佳且梯度插值计算量大的问题,设计了基于图像边缘的分区域插值算法,在兼顾算法实时性的同时保护了图像边缘。针对传统边缘检测算法在非整数坐标下的误差问题,设计了基于待插值点四邻域一阶微分的图像边缘判断方法,并利用图像的局部梯度特征进行边缘的非极大值抑制,得到了一种边缘连续且准确的非整数坐标像素边缘检测算法。仿真结果表明,利用本文算法找到的图像边缘进行分区域插值所得到的图像边缘突出,非边缘区域平滑,使电子消旋系统在兼顾实时性的同时保证了图像质量。其次,针对补偿像旋及去模糊算法计算量大的问题,设计了一种沿旋转路径快速提取像素的方法,将图像旋转问题转化为旋转路径上像素序列的移动,将旋转运动模糊转化为沿旋转路径的一维运动模糊,仅需要进行简单的四则运算和移位操作便可以结合本文的分区域插值算法实现快速的图像消旋。误差分析表明,本文的方法找到的旋转路径最大相对误差不超过5.355%,且半径越大误差越小,满足实际应用需求。最后,本文对课题研究的相关算法进行了性能分析。图像旋转算法在各角度的图像旋转中均表现稳定,旋转运动模糊复原算法在大尺度模糊的复原中明显优于传统方法。模糊尺度为30°时,本文模糊复原算法PSNR比极坐标方法高1.87d B。在等效动态实验中本文算法对真实图像完成了高质量的图像消旋,验证了算法的可行性。