北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
对星图识别算法的应用背景进行介绍, 就其优势进行了简述。重点对目前主流的三类星图识别算法进行了综述, 介绍了子图同构类算法、模式识别类算法以及人工智能类算法, 并进行了分析和比较;对星图识别算法研究的评估进行了说明;对星图识别算法的未来发展进行了展望, 提到了非可见光条件下的星图识别、高动态复杂环境下的星图识别和考虑气动光学效应的星图识别等相关未来的研究重点。
星敏感器 星图识别 子图同构 模式识别 人工智能 star sensor star identification subgraph isomorphism pattern recognition artificial intelligence
1 湖北大学数学与统计学学院，湖北 武汉 430062
2 北京中科慧眼科技有限公司，北京 100023
3 中国科学院云南天文台，云南 昆明 650000
4 北京工业大学北京现代制造业发展研究基地，北京 100124
双目相机标定是研究立体视觉的基础工作，标定的精度是视觉测量精度的关键。图像角点提取是相机标定的基础，但在现实应用场景中，外界影响使获取的图像不清晰，导致检测到的角点精度低，从而影响标定的精度。因此，提出一种基于超分辨率亚像素角点检测的端到端算法，从特征级解决低质量角点检测问题。首先，应用盲超分部分估计低分辨率图像模糊核，融合低分辨率图像特征重建出高分辨率图；然后，在此基础上得到角点亚像素位置；最后对双目相机进行高精度标定，并用测距实验对其进行检验。实验结果表明，所提基于超分辨的亚像素角点检测方法在真实场景下具有优越性。
成像系统 相机标定 角点检测 超分辨率 亚像素 自监督 深度学习 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811029
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Precision Instrument, Tsinghua University, Beijing 100084, China
2 State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Tsinghua University, Beijing 100084, China
3 Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley, CA 94720, USA
The star tracker, an optical attitude sensor with high accuracy, is widely used in satellites for attitude determination and control. However, it is susceptible to the sunlight and the earthlight for application on satellites in the sun-synchronous orbit. Therefore, the suppression of the sunlight and the earthlight is important for the star tracker. In this Letter, a vector model is proposed to describe the relationship among the Sun, the Earth, and the satellite body, and, based on the equations of the boundary curves, the vector areas free from the sunlight and the earthlight in the body coordinate system of the satellite are derived. Meanwhile, the installation orientation of the star tracker and the corresponding exclusion angle of the earthlight are optimized. The simulation results indicate that the optimization method for the installation orientation and the exclusion angle of the star tracker is accurate and effective.
120.4640 Optical instruments 120.6085 Space instrumentation 280.4788 Optical sensing and sensors Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 081201
1 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
2 西安邮电大学, 陕西 西安 710121
双波段共孔径相机可兼顾近红外和可见光两者优势, 即能保证丰富色彩信息的获取, 也可充分利用近红外探测较好的穿雾和高灵敏度弱光探测能力。设计了工作波段为450 nm～650 nm和750 nm～900 nm的双波段共孔径相机, 其视场角为35°×20°, F数为1.5, 采用全球面复杂化双高斯结构。设计结果表明: MTF>0.4(@50 lp /mm), 系统弥散斑<10 μm, 畸变<3％, 可满足指标要求。
光学设计 双波段共孔径相机 双高斯结构 大相对孔径 中等视场 optical design dual-band common aperture camera dual Gauss structure large relative aperture medium field of view
大孔径红外光学系统往往易受自重和环境温度影响造成像质恶化, 引入自适应光学技术的红外自适应系统能够很好地解决该问题, 为此设计了一个用于Hartmann-Shack波前检测的红外自适应光学系统。重点设计了10×可见光与中波红外双波段望远镜, 物镜为卡赛格林反射物镜组, 无需消色差, 在可见光与中波红外2个波段实现了消色差目镜设计; 还设计了红外成像中继光学系统, 可实现100%冷光阑效率, 并补偿望远镜在中波红外波段的残余像差, 使最终设计的光学系统MTF接近衍射极限, 达到了0.5以上, 满足设计指标要求。
双波段 可见光 中波红外 自适应光学 dual-waveband visual mid-infrared adaptive optics
针对长焦距小型化电视的设计要求，采用摄远型光学结构压缩系统的轴向尺寸，使摄远比达到了0.53，并对系统进行了消杂光及光机无热化设计，通过合理地设置光阑减少系统的杂散光，选择合适的结构材料与光学材料相匹配，在整个工作温度范围（-40 ℃～+65 ℃），像面漂移量在焦深范围内，20 lp/mm时系统的MTF在0.7以上，点列斑4.7 μm，小于探测器的像元尺寸6 μm，光轴稳定性达到了0.04 mrad，系统无需调焦便可满足高低温等恶劣环境下的像质和光轴稳定性要求。试验结果表明：探测和识别特定目标距离均达到了指标要求。
长焦距 无热化 电视 光机系统 long focal length athermalization TV sight optomechanical system
采用双电机联动控制变倍组与补偿组的变焦方案替代传统的曲线套筒, 实现了采用全透射式结构型式, 相对口径为1/4, 焦距变化范围为342.76 mm~13.15 mm连续变焦光学镜头的机械补偿式变焦。将变倍组设计成步进模式, 作匀速运动, 补偿组设计成位置跟踪模式, 按凸轮曲线作变速运动, 采用双电机全数字伺服控制凸轮(CAM)算法, 将光学设计计算的变倍镜和补偿镜位置对应关系转变为对应的脉冲数输入到CAM表中, 从而确定2个不同运动速度轴之间的位置对应关系。试验结果表明: 双电机控制的变倍组和补偿组位置分辨率达到0.18 μm, 光轴一致性水平方向达到1.9′, 垂直方向达到1.3′。
红外连续变焦 双电机控制 变倍组 补偿组 步进模式 位置跟踪模式 infrared zoom lens double-motor control zooming lens group compensating lens group stepping mode position tracking model
1 清华大学精密仪器与机械学系, 北京 100084
2 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
在对影响星敏感器精度的误差源做出权重分析和比较的基础上，提出一种基于蒙特卡罗模拟的星敏感器精度误差分析方法，避免冗长和繁琐的理论推导，直观且系统地分析了星敏感器误差传播关系，建立星敏感器误差传播模型，为星敏感器的优化设计、标定补偿提供依据和准则，通过仿真验证误差传播模型及误差分析方法的准确性，为高精度星敏感器的设计制造提供重要基础和保证。
光学器件 误差模型 光学系统参数 星敏感器精度 蒙特卡罗方法
根据四象限探测器的工作原理,激光半主动导引头光学系统所成光斑需均匀分布在探测器靶面上。首先分析此类光学系统像差特点，提出像差的设计方案,然后通过使用CODE V设计一套光学系统，利用痕迹图、包围能量等定性评价系统光斑质量。在不同视场时，通过LightTools光机分析软件追迹1×106根光线，得到探测器靶面的光线分布，利用Matlab处理数据并绘制角度-输出响应曲线，利用该曲线可精确评价探测器靶面的光斑性能。
激光导引头 光学系统设计 四象限探测器 激光半主动寻的制导 laser seeker optical system design quadrant detector laser semi-active seeking guidance
在完成激光扩束设计后，为了保证投射全程的光斑尺寸要求，需要输出几百甚至上千组镜组位移-束散角的对应数据。基于Isight的实验设计模块，利用code V的命令语句进行快速计算，在不到2h的时间里得出了想要的众多数据，较大地提高了效率，并且由于位移数据都是由软件进行修改，避免了人工操作可能产生的错误。
束散角 实验设计 批处理 divergence angle Isight Isight Design of Experiment BAT
