發(fā)布時(shí)間：2016-05-10 15:21

第 1 章 緒論

1.1 課題研究背景及意義
光電測(cè)量設(shè)備是依據(jù)光學(xué)成像手段采集目標(biāo)信息，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)或事后處理來(lái)得到目標(biāo)特性參數(shù)，是獲取飛行目標(biāo)影像資料的專用測(cè)量設(shè)備。光電經(jīng)緯儀是光電測(cè)量設(shè)備中的典型主體設(shè)備，在我國(guó)各類靶場(chǎng)和基地大量配裝，主要任務(wù)是實(shí)時(shí)捕獲跟蹤和測(cè)量,完成對(duì)目標(biāo)特性和軌跡的記錄[1,2]。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，光電經(jīng)緯儀的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，從最初的靶場(chǎng)測(cè)量，到現(xiàn)在廣泛涉及空間安全及防御、空間目標(biāo)監(jiān)視與識(shí)別、深空探測(cè)等重要國(guó)防安全領(lǐng)域[3]。因此，對(duì)其提出了更高的任務(wù)要求、功能要求和精度要求等。
目標(biāo)捕獲能力是光電經(jīng)緯儀重要的總體性能指標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)該功能檢驗(yàn)，必須提供準(zhǔn)確科學(xué)的待捕獲動(dòng)態(tài)目標(biāo)源。目標(biāo)源通常分為外場(chǎng)真實(shí)的目標(biāo)源，如飛機(jī)和導(dǎo)彈等真實(shí)目標(biāo)；以及室內(nèi)的仿真目標(biāo)源，如仿真電子學(xué)目標(biāo)和仿真光學(xué)目標(biāo)。真實(shí)目標(biāo)源主要用于設(shè)備的交付驗(yàn)收，室內(nèi)仿真目標(biāo)源主要用于設(shè)備的研制、聯(lián)調(diào)和檢驗(yàn)等日常生產(chǎn)工作。目標(biāo)特性參數(shù)（目標(biāo)對(duì)比度、作用距離、目標(biāo)大小及移動(dòng)速度等）是衡量目標(biāo)源性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響被檢設(shè)備相關(guān)性能檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性。例如：目標(biāo)對(duì)比度低到一定閾值，設(shè)備將無(wú)法識(shí)別目標(biāo)；目標(biāo)移動(dòng)速度超過(guò)一定閾值，由于算法處理速度和芯片主頻等因素限制，設(shè)備將無(wú)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)捕獲與跟蹤。在國(guó)防建設(shè)中，有關(guān)光電經(jīng)緯儀檢測(cè)中的標(biāo)校分析工作是極其重要的技術(shù)基礎(chǔ)和保障，因此，在光電經(jīng)緯儀捕獲能力檢驗(yàn)中，必須對(duì)目標(biāo)特性參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定[4,5]。
可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置是中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究研制的一種室內(nèi)檢測(cè)光電經(jīng)緯儀目標(biāo)捕獲能力的測(cè)量設(shè)備，能夠產(chǎn)生目標(biāo)特性參數(shù)可調(diào)的仿真光學(xué)目標(biāo)源[6,7]。目前，通過(guò)該裝置進(jìn)行了光電經(jīng)緯儀捕獲能力檢測(cè)方面的相關(guān)研究，比如：靜態(tài)目標(biāo)對(duì)比度標(biāo)定和作用距離室內(nèi)檢測(cè)模型[8]，光電設(shè)備對(duì)低對(duì)比度目標(biāo)捕獲能力的評(píng)價(jià)等[9]，并制訂了相應(yīng)的所內(nèi)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)《光電系統(tǒng)目標(biāo)對(duì)比度測(cè)量方法》；但是研究?jī)?nèi)容較少涉及捕獲能力檢驗(yàn)中目標(biāo)特性參數(shù)標(biāo)校方面的分析，對(duì)目標(biāo)特性參數(shù)標(biāo)校缺少嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)挖掘，具體表現(xiàn)在以下 3 個(gè)方面：
1）缺少目標(biāo)特性參數(shù)標(biāo)校基準(zhǔn)的建立，沒(méi)有將目標(biāo)特性參數(shù)與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)建立起可溯源關(guān)系；

2）影響目標(biāo)特性標(biāo)校相關(guān)因素的分析不夠完善，缺少相關(guān)的統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)理分析及評(píng)價(jià)，沒(méi)有對(duì)光學(xué)對(duì)比度的時(shí)漂效應(yīng)，目標(biāo)源裝置輻亮度的差異性，圖像的均勻性和穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)；3）缺少目標(biāo)特性參數(shù)與設(shè)備捕獲能力水平內(nèi)在聯(lián)系的建立，沒(méi)有分析目標(biāo)特性參數(shù)與圖像灰度對(duì)比度的數(shù)學(xué)關(guān)系。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
具有捕獲跟蹤和測(cè)量功能的光電經(jīng)緯儀基本上都是涉及軍工國(guó)防應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)外對(duì)此各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)歷來(lái)都是嚴(yán)密封鎖的，相關(guān)資料信息的獲取一直存在無(wú)法逾越的保密防護(hù)措施。例如：在相關(guān)國(guó)際期刊領(lǐng)域，均檢索不到有關(guān)光電經(jīng)緯儀捕獲能力檢驗(yàn)中目標(biāo)特性標(biāo)校方面的相關(guān)參考文獻(xiàn)�？紤]到獲得外場(chǎng)真實(shí)目標(biāo)源需要?jiǎng)佑蔑w機(jī)、導(dǎo)彈等真實(shí)目標(biāo)，需要雷達(dá)、衛(wèi)星及其它光測(cè)設(shè)備組網(wǎng)聯(lián)合測(cè)量，需要耗費(fèi)大量的人力物力的實(shí)際狀況；國(guó)內(nèi)主要是采用室內(nèi)仿真目標(biāo)源的方法對(duì)光電經(jīng)緯儀捕獲能力進(jìn)行檢驗(yàn)，相關(guān)的文獻(xiàn)資料和檢測(cè)設(shè)備也主要是由相關(guān)科研院所提供。在研制、裝調(diào)和檢測(cè)光電經(jīng)緯儀過(guò)程中，特別是波門跟蹤系統(tǒng)，需要一個(gè)合適的目標(biāo)作為輸入的視頻特征信號(hào)，即需要一個(gè)合適的目標(biāo)源供設(shè)備實(shí)現(xiàn)捕獲。目前，室內(nèi)仿真目標(biāo)源主要采用電學(xué)目標(biāo)仿真法和光學(xué)目標(biāo)仿真法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即電信號(hào)法和可調(diào)對(duì)比度光學(xué)目標(biāo)源法。
1.2.1 電信號(hào)法

電信號(hào)法是利用已知信噪比的模擬電信號(hào)，形成電模擬目標(biāo)源，通過(guò)設(shè)定相關(guān)目標(biāo)特性參數(shù)來(lái)直接檢驗(yàn)光電經(jīng)緯儀的圖像處理器能否對(duì)此目標(biāo)源進(jìn)行捕獲。電信號(hào)法通常采用電子目標(biāo)產(chǎn)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要由目標(biāo)產(chǎn)生器、軌跡控制器和白噪聲發(fā)生器等部件組成[10,11]。目標(biāo)產(chǎn)生器包括運(yùn)動(dòng)目標(biāo)產(chǎn)生器和固定目標(biāo)產(chǎn)生器，均由行鋸齒產(chǎn)生器和場(chǎng)鋸齒產(chǎn)生器提供輸入信號(hào)，分別用來(lái)形成后續(xù)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和固定目標(biāo)。軌跡控制器包括正弦波振蕩器、積分器、倒相器和軌跡控制開(kāi)關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的各種運(yùn)動(dòng)軌跡。白噪聲發(fā)生器能夠改變白噪音幅度，用來(lái)檢驗(yàn)信號(hào)提取系統(tǒng)抑制噪音的能力。電子目標(biāo)產(chǎn)生器具備的功能：能夠產(chǎn)生各種運(yùn)動(dòng)軌跡、不同大小和灰度對(duì)比度的電子目標(biāo)源，來(lái)檢驗(yàn)波門跟蹤系統(tǒng)對(duì)不同性質(zhì)目標(biāo)源的捕獲能力與跟蹤性能。電子目標(biāo)產(chǎn)生器的原理框圖和實(shí)物圖分別如圖1.1 和圖 1.2 所示。

該方法由于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，操作方便，結(jié)果客觀等原因，特別是具有能夠提供多種運(yùn)動(dòng)軌跡姿態(tài)（各種直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)）以及多個(gè)干擾目標(biāo)，目標(biāo)大小和灰度對(duì)比度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，一直以來(lái)被廣泛應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀的研制、調(diào)校和檢測(cè)等日常工作中。國(guó)軍標(biāo) GJB 1830-93《電視跟蹤器通用規(guī)范》對(duì)電模擬目標(biāo)的灰度對(duì)比度、目標(biāo)大小及速度等目標(biāo)特性做出了具體的規(guī)定[12]。由于是電模擬目標(biāo)，目標(biāo)特性無(wú)需標(biāo)校，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)定即可。比如：對(duì)目標(biāo)尺寸為3×3 像元，目標(biāo)灰度對(duì)比度為 10%，速度為 1.5 視場(chǎng)/秒勻速直線運(yùn)動(dòng)的電模擬目標(biāo)可直接通過(guò)圖像處理編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，該方法也存在一定的不足，沒(méi)有將整機(jī)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)、電視傳感器及電路噪聲等實(shí)際影響因素綜合考慮在內(nèi)，只是從模型的建立和圖像處理算法等方面進(jìn)行捕獲能力分析，缺少一定的真實(shí)性，因此不能真實(shí)地反映出被檢光電經(jīng)緯儀的整體性能。

第 2 章 目標(biāo)特性標(biāo)校方法研究實(shí)驗(yàn)裝置的建立

為了檢驗(yàn)光電經(jīng)緯儀的捕獲能力，需要借助外部設(shè)備為其提供一個(gè)待捕獲的目標(biāo)源[47-54]。對(duì)于光電經(jīng)緯儀而言，電子學(xué)仿真目標(biāo)和光學(xué)仿真目標(biāo)都屬于與捕獲能力檢驗(yàn)有關(guān)的外部因素。其目標(biāo)特性參數(shù)指標(biāo)，比如：目標(biāo)移動(dòng)速度、目標(biāo)尺寸、目標(biāo)亮暗、目標(biāo)對(duì)比度、跟蹤距離等對(duì)捕獲能力檢驗(yàn)有著重要影響。尤其是目標(biāo)對(duì)比度最為重要，當(dāng)目標(biāo)對(duì)比度很低時(shí)，光電經(jīng)緯儀將無(wú)法探測(cè)到目標(biāo)的存在，或者可以探測(cè)到目標(biāo)但捕獲能力下降，從而影響捕獲性能。國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)注與捕獲能力有關(guān)的內(nèi)部因素研究，從模型的建立和圖像處理算法等方面進(jìn)行捕獲能力分析和評(píng)價(jià)，而對(duì)目標(biāo)特性參數(shù)（因素）對(duì)捕獲能力影響的分析較少[55-64]。

理想的檢測(cè)方法是依據(jù)目標(biāo)源裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其各目標(biāo)特性參數(shù)（因素）建立整機(jī)檢驗(yàn)環(huán)境，涵蓋目標(biāo)特性參數(shù)對(duì)捕獲能力的影響。目標(biāo)源的目標(biāo)特性是外部因素特性中非常重要的一部分，可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各目標(biāo)特性水平（移動(dòng)速度、大小和光學(xué)對(duì)比度）的合理設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)光電經(jīng)緯儀對(duì)光學(xué)目標(biāo)源進(jìn)行捕獲能力的檢測(cè)，所以目標(biāo)特性參數(shù)分析是設(shè)備捕獲能力判斷的關(guān)鍵[65]�；�于這種想法，以可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置為基礎(chǔ)，搭建了目標(biāo)特性參數(shù)標(biāo)校的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，開(kāi)展目標(biāo)特性參數(shù)與設(shè)備捕獲能力檢驗(yàn)關(guān)系的相關(guān)研究。

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制方案
目前，由于可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置的研制完成不久，相關(guān)研究?jī)?nèi)容還在完善之中，所以基于統(tǒng)計(jì)分析的目標(biāo)源目標(biāo)特性的標(biāo)校工作還沒(méi)有有效地開(kāi)展。本課題根據(jù)日常檢測(cè)工作的需要，以可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置為設(shè)備基礎(chǔ)，并結(jié)合光譜輻射亮度計(jì)、萬(wàn)能工具顯微鏡等測(cè)量設(shè)備，搭建了目標(biāo)源目標(biāo)特性的標(biāo)校實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)其展開(kāi)相關(guān)的分析研究。
2.1.1 可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置目標(biāo)特性參數(shù)標(biāo)校實(shí)驗(yàn)環(huán)境
可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置是本課題組結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，研制的一種室內(nèi)檢驗(yàn)光電經(jīng)緯儀捕獲能力水平的檢測(cè)設(shè)備，其裝置的原理圖和實(shí)物圖分別如圖 2.1和圖 2.2 所示。

轉(zhuǎn)臺(tái)伺服系統(tǒng)可以提供角速度的實(shí)時(shí)變換。光學(xué)目標(biāo)的大小可通過(guò)選擇目標(biāo)板上不同規(guī)格的目標(biāo)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)孔經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直物鏡成像可形成無(wú)窮遠(yuǎn)的光學(xué)仿真目標(biāo)源。轉(zhuǎn)臺(tái)上的成像設(shè)備獲取目標(biāo)源信號(hào)后，可通過(guò)與其連接的捕獲仿真器進(jìn)行其捕獲能力的實(shí)時(shí)測(cè)試。目標(biāo)對(duì)比度可通過(guò)輻射計(jì) PR735 測(cè)量 2 個(gè)積分球的輻亮度獲得。目標(biāo)特性參數(shù)的具體標(biāo)校會(huì)在下一章進(jìn)行詳細(xì)的論述。該裝置的各主要部件參數(shù)如表2.1 所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的理論概述
應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)，主要是指在實(shí)際工程應(yīng)用中所涉及的相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)，具體分為描述統(tǒng)計(jì)學(xué)和推斷統(tǒng)計(jì)學(xué)。對(duì)于給定的數(shù)據(jù)，通過(guò)圖表等方式描述出這份數(shù)據(jù)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)特性，這種用法被稱作描述統(tǒng)計(jì)學(xué)。當(dāng)觀察者根據(jù)給定數(shù)據(jù)的自身特性建立出一個(gè)用以解釋其統(tǒng)計(jì)學(xué)特性的數(shù)學(xué)模型，來(lái)推導(dǎo)論述研究中的步驟及母體，這種用法被稱作推論統(tǒng)計(jì)學(xué)�？偟膩�(lái)說(shuō)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)就是對(duì)給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化的描述、分析和歸納，并以此為據(jù)進(jìn)行推斷和預(yù)測(cè)，挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。在工程應(yīng)用中對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的前期統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，一直是容易被忽視的環(huán)節(jié)，測(cè)量結(jié)果通常只以均值和方差來(lái)簡(jiǎn)單地表示測(cè)量數(shù)據(jù)的特性，造成測(cè)量數(shù)據(jù)分析的不完善。光電經(jīng)緯儀設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是多部門、眾多人員設(shè)計(jì)和裝調(diào)的結(jié)果；作為檢測(cè)人員或設(shè)備驗(yàn)收方而言，如何將設(shè)備的檢測(cè)指標(biāo)用統(tǒng)計(jì)的形式表現(xiàn)出來(lái)，使結(jié)果有據(jù)可依，有理可查，令人信服，著重的應(yīng)該是解釋而不是計(jì)算，因?yàn)橛?jì)算形式本身卻不能從直觀上表明為何如此計(jì)算。在工程應(yīng)用上，很多數(shù)據(jù)分析的研究，都是先根據(jù)具體問(wèn)題進(jìn)行一些條件的假設(shè)和限定，然后通過(guò)一系列數(shù)學(xué)推導(dǎo)，有時(shí)甚至為了與推測(cè)的模型相吻合，而忽略一些“干擾”，讓測(cè)量的數(shù)據(jù)“符合”預(yù)設(shè)模型，這樣推導(dǎo)出的模型往往缺少真實(shí)的客觀性。正確做法應(yīng)該以測(cè)量數(shù)據(jù)為起點(diǎn)，不應(yīng)該從理論分布假定出發(fā)去構(gòu)建模型，而應(yīng)該從數(shù)據(jù)的特征出發(fā)去研究和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中有用的信息。描述統(tǒng)計(jì)這種簡(jiǎn)單而直觀的方法在理解數(shù)據(jù)方面是極為有用的。
文中在對(duì)數(shù)據(jù)處理統(tǒng)計(jì)分析的方法上，分別采用了描述統(tǒng)計(jì)學(xué)和推斷統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)理論。在描述統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用范疇中，主要采用了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析、殘差分析圖、散點(diǎn)圖、I-MR 控制圖、因子圖、判別分析表、隨機(jī)性檢驗(yàn)表等，通過(guò)大量的簡(jiǎn)潔圖表將數(shù)據(jù)分析結(jié)果表達(dá)出來(lái)，是本文的一個(gè)特點(diǎn)。在推斷統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用范疇中，主要采用了方程擬合等手段。文中主要采用以下 4 個(gè)步驟對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：
1) 設(shè)計(jì)收集數(shù)據(jù)的過(guò)程；
2) 準(zhǔn)備分析用的數(shù)據(jù)（概括、建模）；
3) 分析數(shù)據(jù)；

4) 報(bào)告從數(shù)據(jù)分析中得到的結(jié)論。

第 3 章 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)目標(biāo)特性標(biāo)�；鶞�(zhǔn).......................19
3.1 標(biāo)�；鶞�(zhǔn)建立的數(shù)理?xiàng)l件..........................19
3.2 目標(biāo)特性標(biāo)校基準(zhǔn)的建立...........................20
3.3 本章小結(jié).........................................35
第 4 章 影響目標(biāo)特性標(biāo)校相關(guān)因素的評(píng)定............... 37
4.1 目標(biāo)特性參數(shù)光學(xué)對(duì)比度不穩(wěn)定性評(píng)價(jià)...............38
4.2 光學(xué)系統(tǒng)的圖像均勻性評(píng)價(jià)............................49
第 5 章 目標(biāo)特性參數(shù)與光測(cè)設(shè)備捕獲能力建模分析.........71
5.1 目標(biāo)光學(xué)對(duì)比度與圖像對(duì)比度建模分析..................71
5.2 目標(biāo)特性參數(shù)與捕獲能力的建模分析....................85

5.3 擬合模型驗(yàn)證及捕獲能力檢驗(yàn).........................96

第 5 章 目標(biāo)特性參數(shù)與光測(cè)設(shè)備捕獲能力建模分析

可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置能夠?yàn)楣怆姕y(cè)量設(shè)備提供待捕獲的光學(xué)目標(biāo)源。該裝置目標(biāo)源的特性參數(shù)主要有：光學(xué)對(duì)比度、目標(biāo)尺寸和目標(biāo)角速度。本章主要研究該裝置的目標(biāo)特性參數(shù)和光電測(cè)量設(shè)備圖像對(duì)比度的數(shù)學(xué)模型關(guān)系，來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)備的捕獲能力。其具體意義是：在檢測(cè)過(guò)程中，依據(jù)數(shù)學(xué)模型合理地設(shè)定動(dòng)態(tài)目標(biāo)源的目標(biāo)特性參數(shù)，獲取對(duì)應(yīng)的像方目標(biāo)特性參數(shù)——目標(biāo)灰度對(duì)比度，來(lái)檢驗(yàn)光測(cè)設(shè)備能否將其捕獲；因?yàn)槟繕?biāo)灰度對(duì)比度是波門跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)捕獲功能的基礎(chǔ)，這樣就將目標(biāo)特性參數(shù)和捕獲能力建立起內(nèi)在聯(lián)系。在可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置和被檢設(shè)備組成的測(cè)量系統(tǒng)中，為了解決圖像中動(dòng)態(tài)目標(biāo)邊緣模糊影響目標(biāo)灰度準(zhǔn)確提取的問(wèn)題，本章提出了一種灰度對(duì)比度和光學(xué)對(duì)比度動(dòng)態(tài)標(biāo)定的方法。該方法基于“判別分析”的數(shù)學(xué)原理，明確了依據(jù)目標(biāo)灰度準(zhǔn)確率的最高值來(lái)選擇目標(biāo)灰度提取框的原則。根據(jù)此原則，本章采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)原理對(duì)目標(biāo)特性參數(shù)和圖像對(duì)比度進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。本章最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的適用性。

5.1 目標(biāo)光學(xué)對(duì)比度與圖像對(duì)比度建模分析
光電經(jīng)緯儀實(shí)現(xiàn)跟蹤與捕獲功能，是基于圖像處理領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)和原理，而圖像灰度對(duì)比度則是該領(lǐng)域的核心基本參量，特別是圖像目標(biāo)的識(shí)別和提取等處理方法，均離不開(kāi)灰度對(duì)比度這一參量，國(guó)軍標(biāo) GJB1830-93《電視跟蹤器通用規(guī)范》中明確定義了灰度對(duì)比度的定義式，以及跟蹤、捕獲能力測(cè)試過(guò)程中灰度對(duì)比度數(shù)值的設(shè)定范圍。比如：在最小跟蹤目標(biāo)、跟蹤速度和跟蹤誤差這 3 個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目中，將對(duì)比度限定為≥10%，在最小跟蹤對(duì)比度檢測(cè)中，將對(duì)比度限定為≤5%。

Purkinje 效應(yīng)告訴我們，人眼或設(shè)備能否識(shí)別出目標(biāo)，，主要取決于目標(biāo)和背景的亮度差別[131,132]。在軍事應(yīng)用中，上述這種亮度差別，通常采用光學(xué)對(duì)比度來(lái)進(jìn)行定量描述與分析。為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)偵查、監(jiān)視、預(yù)警、偽裝和隱身等武器裝備的論證、設(shè)計(jì)、仿真、評(píng)估和使用，國(guó)軍標(biāo) GJB 5250-2004《動(dòng)態(tài)目標(biāo)光學(xué)特性測(cè)量通用要求》中明確規(guī)定了目標(biāo)光學(xué)特性的測(cè)量參量——光輻射度。因此，通過(guò)目標(biāo)和背景光輻射度差異來(lái)定義光學(xué)對(duì)比度是目前常用的定義方式。通過(guò)相關(guān)定義可以看出，光學(xué)對(duì)比度和圖像灰度對(duì)比度對(duì)于被檢光電跟蹤系統(tǒng)而言，分別對(duì)應(yīng)其物方空間和像方空間的目標(biāo)亮度特性，必然會(huì)存在對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系涵蓋了光學(xué)系統(tǒng)因素、電子學(xué)系統(tǒng)因素、捕獲算法因素等諸多因素，對(duì)于捕獲能力測(cè)試分析具有一定的實(shí)際意義，因此需要對(duì)其進(jìn)行對(duì)比度標(biāo)定。光學(xué)目標(biāo)源對(duì)比度標(biāo)定可采用第 2 章搭建的標(biāo)校環(huán)境，其主要由可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置、攝像機(jī) MS50K 及光譜輻射亮度計(jì) PR735 組成，如圖 5.1 所示。

第 6 章 總結(jié)與展望

6.1 研究工作總結(jié)
基于可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置的光學(xué)仿真目標(biāo)源法是目前檢測(cè)光電測(cè)量設(shè)備捕獲能力的一種重要手段和發(fā)展趨勢(shì)。該目標(biāo)源的目標(biāo)特性對(duì)設(shè)備的捕獲能力檢驗(yàn)結(jié)果有著重要影響，如何對(duì)其進(jìn)行合理的設(shè)定與標(biāo)校是設(shè)備捕獲能力判斷的關(guān)鍵�？紤]到光學(xué)仿真目標(biāo)源目標(biāo)特性標(biāo)校的相關(guān)研究在國(guó)內(nèi)鮮有報(bào)道的狀況，以及光電測(cè)量設(shè)備捕獲能力檢測(cè)的實(shí)際需要，本課題針對(duì)目標(biāo)特性標(biāo)校開(kāi)展了相關(guān)研究。本文首先分析了研究的背景和意義，以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了目前研究的不足體現(xiàn)在：1）缺少目標(biāo)特性參數(shù)標(biāo)校基準(zhǔn)的建立，2）對(duì)影響目標(biāo)特性標(biāo)校相關(guān)因素的分析不夠完善，3）缺少目標(biāo)特性參數(shù)與設(shè)備捕獲能力水平內(nèi)在聯(lián)系的建立。論文圍繞上述 3 個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，具體工作內(nèi)容如下：
搭建了目標(biāo)特性標(biāo)校的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范對(duì)目標(biāo)特性參數(shù)進(jìn)行了溯源分析，明確了其溯源參量及標(biāo)校方法，給出了相應(yīng)的不確定度和溯源鏈框圖，建立了目標(biāo)特性參量的標(biāo)校基準(zhǔn)。對(duì)影響目標(biāo)特性標(biāo)校的相關(guān)因素進(jìn)行了相應(yīng)分析。主要對(duì)目標(biāo)源光學(xué)對(duì)比度的時(shí)漂問(wèn)題，目標(biāo)源輻亮度的差異性問(wèn)題，光學(xué)系統(tǒng)圖像的均勻性和穩(wěn)定性狀況進(jìn)行了評(píng)定與修正。保證了可調(diào)對(duì)比度目標(biāo)源裝置和光電成像系統(tǒng)在目標(biāo)特性標(biāo)校及捕獲能力測(cè)試過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性。

對(duì)目標(biāo)特性參數(shù)對(duì)光電成像設(shè)備捕獲能力的影響進(jìn)行了相關(guān)分析。編寫了圖像灰度提取軟件，對(duì)目標(biāo)源的對(duì)比度進(jìn)行了標(biāo)定，構(gòu)建了目標(biāo)特性參數(shù)與圖像對(duì)比度的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)證明了圖像對(duì)比度在大于一定閾值條件下被檢設(shè)備能夠很好捕獲目標(biāo)。在上述問(wèn)題分析和研究的過(guò)程中，采用了統(tǒng)計(jì)分析的相關(guān)手段，主要是描述統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用，具體涉及了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、析因分析、殘差分析、I-MR 控制圖、判別分析、散點(diǎn)圖、主效應(yīng)圖和交互效應(yīng)圖等方法。通過(guò)相應(yīng)的圖表描述及分析，使研究結(jié)果直觀明了、詳實(shí)準(zhǔn)確、有據(jù)可依，為目標(biāo)特性標(biāo)校方法的分析研究及數(shù)據(jù)處理提供了有力的數(shù)理基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：43658