目标光散射测量和图像处理方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学技术领域，涉及目标光散射测量和图像处理方法及系统。
【背景技术】
[0002]70年代开始系统地从实验和理论方面对飞机等目标模型的红外特性进行研宄。进入80年代，随着我国航天和国防等领域测试技术的提高，开展了对飞机、坦克和舰艇等目标光学特性的测量研宄。基于可见光散射特性测量技术国内起步较晚，在六十年代后期到七十年代开始进行这一方面研宄。国家高科技863专家组先后确立专门研宄课题对空间目标与背景特性测量，光学散射特性理论建模与测量，目标可见光辐射特性理论模型和测量技术研宄。中科院光电技术研宄所利用目标的反射光光谱特性对目标做了光度测量研宄。中科院安徽光机所做了目标模型可见光实验室模拟拍照测量，中科院上海天文台与航二院207所联合研制电视望远镜，白天中午可观测+3等星，夜晚可观测到+11等星。目前国内大多数科研单位对空间目标光学特性研宄最多是红外辐射特性、电磁散射特性和激光散射特性研宄。在大物体缩比模型研宄方面基于可见光散射空间目标缩比测量研宄工作并不多。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供目标光散射测量和图像处理方法，解决了目前还没有开展在大物体缩比模型研宄方面基于可见光散射空间目标缩比测量研宄的问题。
[0004]本发明的另一个目的在于提供目标光散射测量和图像处理系统。
[0005]本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行:
[0006]步骤1:获取被测目标不同照射条件下、不同双站角的可见光散射强度，建立被测目标的可见光散射特性数据库；
[0007]步骤2:通过太阳模拟器产生平行光，照射到被测目标上，利用光电探测器获取目标的灰度图像，并对每一像素点进行积分，得到灰度值；
[0008]步骤3:所有条件不变，将被测目标换成已知反射率的标准漫反射板，重复上述测量;
[0009]步骤4:将每一位置的被测目标与标准漫反射板的灰度值进行比较，最终获得被测目标相对于标准漫反射板的光散射截面值，从而换算出被测目标的可见光散射强度。
[0010]目标光散射测量和图像处理系统，包括圆形的CCD导轨，球面反射镜的反射面对着CCD导轨，Xe灯光源照射球面反射镜，反射光反射至CCD导轨内部区域，大物体缩比模型位于CCD导轨圆圈内部被球面反射镜的反射光照射，CCD探测器安装在CCD导轨上，能在CXD导轨上移动，用来摄取大物体缩比模型的散射光，CXD探测器连接计算机。
[0011]进一步，所述大物体缩比模型由方位俯仰转台承载，方位俯仰转台:能进行O?360°方位旋转和O?90°俯仰运动，承载目标10kg。
[0012]进一步，所述Xe灯光源采用超高压球形短弧氙灯。
[0013]进一步，所述CCD探测器靶面尺寸:12.3mmX 12.3mm,有效像素(HXV):1024X1024，像素尺寸:12μπιΧ12μπι，帧频:40 帧 / 秒，数字视频输出:lor2x8_bitRS422，信噪比:40dB。
[0014]本发明的有益效果是进行了大物体缩比模型研宄方面基于可见光散射空间目标缩比测量研宄，给出了大尺寸目标光学特征规律，为不具备测试条件或者需要间接测试复杂目标卫星、坦克和飞机等等提供技术支持。
【附图说明】
[0015]图1为本发明目标光散射测量和图像处理系统结构示意图；
[0016]图2为本发明系统对小立方、大立方体测量结果示意图；
[0017]图3为本发明系统对小圆柱、大圆柱体测量结果示意图。
[0018]图中，1.CXD导轨，2.球面反射镜，3.Xe灯光源，4.大物体缩比模型，5.C⑶探测器，6.计算机。
【具体实施方式】
[0019]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0020]获取被测目标即图1中的大物体缩比模型4不同照射条件下、不同双站角的可见光散射强度，建立被测目标的可见光散射特性数据库；通过太阳模拟器产生平行光，照射到被测目标上，利用光电探测器即图1中的CCD探测器5获取目标的灰度图像，并对每一像素点进行积分，得到灰度值；所有条件不变，将被测目标换成已知反射率的标准漫反射板，重复上述测量，将每一位置的被测目标与标准漫反射板的灰度值进行比较，最终获得被测目标相对于标准漫反射板的光散射截面值，根据不同的光电探测器口径和探测距离，换算出被测目标的可见光散射强度。
[0021]按照上面的方法进行的系统搭建:如图1所示，包括圆形的CCD导轨1，球面反射镜2的反射面对着CXD导轨l，Xe灯光源3照射球面反射镜2，反射光反射至CXD导轨I内部区域，大物体缩比模型4位于CCD导轨I圆圈内部被球面反射镜2的反射光照射，CCD探测器5安装在CXD导轨I上，能在CXD导轨I上移动，用来摄取大物体缩比模型4的散射光。大物体缩比模型4可由方位俯仰转台承载，CCD探测器5连接计算机6。
[0022]太阳模拟器由Xe灯光源3和离轴抛物面反射镜即球面反射镜2组成。Xe灯光源3采用超高压球形短弧氙灯，由于超高压球形短弧氙灯所发出的光谱，是最接近大气层外太阳光谱的人造电光源之一，它也是连续光谱，从紫外、可见到红外都有能量分布，色温为6000K。可以被视为点光源，很容易用光学系统来处理成类似于太阳的准平行光。作为太阳模拟器光源，超高压球形短弧氙灯不但光谱色温与太阳光的一致，而且，它的光谱能量分布和色温非常稳定，不随输出光的功率变化而变化，光辐射功率为10.5W，光辐射通量为142001m。准直系统由球面反射镜2组成，其半径1500mm。
[0023]CXD探测器5在C⑶导轨I上运行，靶面尺寸:12.3mmX 12.3mm，有效像素(HXV):1024X1024，像素尺寸:12μπιΧ12μπι，帧频:40 帧 / 秒，数字视频输出:lor2x8_bitRS422，信噪比:40dB或更高。方位俯仰转台:可进行O?360°方位旋转和O?90°俯仰运动，承载目标10kg。
[0024]本发明系统测量的简单体如:圆柱、立方体、平板等。我们制作简单体为:圆柱、立方体模型。圆柱体尺寸分别为:100Χ Φ 50mm,200X Φ 100mm,长方体:50X50X50mm、10X 10X 100mm，不同比例的标准体主要是研宄缩比规律。
[0025]测量结果:本发明图2小立方、大立方体测量结果、图3小圆柱、大圆柱体测量结果给出了依据本发明系统将CCD采集的图片灰度积分值随角度的变化曲线，为图中的圆形中心不规则曲线围成的区域。灰度的积分值实质上代表的是简单体对光波的散射亮度信息。由图中可以看出在相同的光照条件下，大小不同的物体接收到的光能量是不同的，因而散射的强度也与物体的尺寸有关。立方体和圆柱的光散射强度随观察角的变化而变化，每一时刻，物体所对应的光照条件及其姿态都是确定的，这样就保证了二者之间的可比性。比较可以看出，光散射强度的大小与物体的尺寸有关，尺寸越大，其值越大。
[0026]本发明开创性的做法在于实现可见光学测量中，可见光目标测试，并对测试结果进行处理。测量了不同目标准简单体和复杂体光波段散射特性，给出了大尺寸目标光学特征规律，为不具备测试条件或者需要间接测试复杂目标卫星、坦克和飞机等提供技术支持。
[0027]以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.目标光散射测量和图像处理方法，其特征在于:按照以下步骤进行: 步骤1:获取被测目标不同照射条件下、不同双站角的可见光散射强度，建立被测目标的可见光散射特性数据库； 步骤2:通过太阳模拟器产生平行光，照射到被测目标上，利用光电探测器获取目标的灰度图像，并对每一像素点进行积分，得到灰度值； 步骤3:所有条件不变，将被测目标换成已知反射率的标准漫反射板，重复上述测量； 步骤4:将每一位置的被测目标与标准漫反射板的灰度值进行比较，最终获得被测目标相对于标准漫反射板的光散射截面值，从而换算出被测目标的可见光散射强度。2.目标光散射测量和图像处理系统，其特征在于:包括圆形的CCD导轨(I)，球面反射镜(2)的反射面对着CCD导轨(1)，Xe灯光源(3)照射球面反射镜(2)，反射光反射至CCD导轨⑴内部区域，大物体缩比模型⑷位于CCD导轨⑴圆圈内部被球面反射镜(2)的反射光照射，CCD探测器(5)安装在CCD导轨(I)上，能在CCD导轨(I)上移动，用来摄取大物体缩比模型(4)的散射光，CXD探测器(5)连接计算机(6)。3.按照权利要求2所述目标光散射测量和图像处理系统，其特征在于:所述大物体缩比模型(4)由方位俯仰转台承载，方位俯仰转台:能进行O?360°方位旋转和O?90°俯仰运动，承载目标10kg。4.按照权利要求2所述目标光散射测量和图像处理系统，其特征在于:所述Xe灯光源(3)采用超高压球形短弧氙灯。5.按照权利要求2所述目标光散射测量和图像处理系统，其特征在于:所述CCD探测器(5)靶面尺寸:12.3mmX 12.3mm，有效像素(HXV):1024X1024,像素尺寸:12μπιΧ12μπι，帧频:40 帧 / 秒，数字视频输出:lor 2x8_bit RS422，信噪比:40dB。
【专利摘要】本发明公开了目标光散射测量和图像处理方法及系统，首先获取被测目标不同照射条件下、不同双站角的可见光散射强度，过太阳模拟器产生平行光，照射到被测目标上，利用光电探测器获取目标的灰度图像，并对每一像素点进行积分，得到灰度值；所有条件不变，将被测目标换成已知反射率的标准漫反射板，重复上述测量；将每一位置的被测目标与标准漫反射板的灰度值进行比较，最终获得被测目标相对于标准漫反射板的光散射截面值，从而换算出被测目标的可见光散射强度。本发明的有益效果是能很好地进行大物体缩比模型研究方面基于可见光散射空间目标缩比测量研究。
【IPC分类】G01N21/47
【公开号】CN104897614
【申请号】CN201510117929
【发明人】王明军, 李瑾, 苏比达, 董群锋
【申请人】王明军, 李瑾
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月18日