基于光学联合变换相关器的图像位移精密测量误差分析与补偿

图像位移测量在视频图像稳像、图像配准、目标识别和跟踪等领域有广泛的应用前景，其基本过程为相关运算。光学联合变换相关器具有具有大带宽、高速度和并行相关运算能力，可有效解决图像位移精密测量中的相关运算大计算量问题。误差分析及补偿方法是光学联合变换相关器实现图像位移精密测量的基础，是其优化设计的基本依据。.从光学联合变换相关器结构及参数匹配、傅立叶透镜象差、空间光调制器多级衍射影响、探测器采样噪声及杂光影响、相关峰定位误差等方面出发分析联合变换相关器像移测量误差机理，建立各个影响因素的误差模型及综合误差模型，在此基础上给出设计参数的最优范围，提出像移测量误差的补偿方法。并通过试验对所提出的误差模型和补偿方法进行验证研究。通过本项目研究，为光学联合变换相关器的实际应用奠定理论和方法基础。提高图像位移测量的速度和精度，促进光学图像信息处理技术发展。

光学图像位移测量在视频图像稳像、图像配准、目标识别和跟踪等领域有广泛的应用前景，其基本过程之一为相关运算。光学联合变换相关器具有具有大带宽、高速度和并行相关运算能力，可有效解决光学图像位移精密测量中的相关运算大计算量问题。误差分析及补偿方法是光学联合变换相关器实现图像位移精密测量的基础，是其优化设计的基本依据。.从光学联合变换相关器结构及参数匹配、傅立叶透镜象差、空间光调制器多级衍射影响、探测器采样噪声及杂光影响、相关峰定位误差等方面出发分析联合变换相关器像移测量误差机理，建立了各个影响因素的误差模型及综合误差模型，在此基础上给出设计参数的最优范围，提出像移测量误差的补偿方法。并通过试验对所提出的误差模型和补偿方法进行验证研究。.项目研究得到，光学联合变换相关器中透镜象差、相关峰定位的亚像元误差及杂光影响为影响测量精度的主要因素，通过研究相应的标定模型和补偿算法可以极大提高光学联合变换相关器的位移测量精度。经过仿真和实验验证，所设计的光学联合变换相关器可达到±0.04像元的相关峰质心定位精度。针对传统光学相关器采用面阵探测器带来的光电图像转换速率过低的问题，引入位置传感器（PSD）将相关运算速度由每秒100帧提高到每秒2万帧。并对PSD的系统误差进行了分析，建立相应的补偿模型，使得位移测量精度可达到40微米。针对傅里叶透镜像差带来的误差问题，提出了基于相位空间光调制器的无傅里叶透镜离散傅里叶变换方法，并通过实验验证了该方法的可行性，将进一步提高光学相关器及其他全光处理系统的集成度和测量精度。.光学联合变换相关器的傅里叶变换镜头的焦距为决定系统体积的关键参数，采用频域分析方法对其影响因素进行了讨论，得到了该镜头焦距设计的一般条件。由此得出传统光学相关器傅里叶变换镜头焦距很难进一步减小导致系统体积较大，需要探索新的光学相关器结构。因此，项目开展了基于光波导结构的新型光学相关器探索研究，对超短光脉冲及各类偏振态光脉冲的传输特性进行了分析研究，其研究成果可用于新一代片上集成化光学相关器。.通过本项目研究，为光学联合变换相关器的实际应用奠定理论和方法基础。提高了图像位移测量的速度和精度，为集成化光学联合变换相关器提供了技术途径，促进光学图像信息处理技术进一步发展。.