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基于Radon变换的空间太阳能电池片图像倾斜校正技

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作者:管理员。 TAGS:图像,倾斜,电池,太阳能,变换,
   太阳能电池阵是空间飞行器唯一的持久能源,如果太阳能电池阵因损坏而达不到供电要求,则大多数这种空间飞行器只能作废,所以需要对太阳能电池进行缺陷检测。按太阳能电池片的设计标准,各电池片之间应该相互平行,但是在太阳能电池片的实际焊接过程中可能会有失误,导致产生电池片的倾斜现象,这样会影响对太阳
能电池片的缺陷检测。本文利用Radon变换的原理,找出太阳能电池片倾斜的角度,并对其进行倾斜校正。


 太阳能电池阵是空间飞行器唯一的持久能源,该部分的性能直接决定了空间飞行器的正常运转及其寿命。空间飞行器使用的太阳能电池阵列是由上万块小的太阳能电池片焊接而成的,由于每一片小的太阳能电池片都比较脆,在其加工、安装以及运输过程中难免会有损坏,而这些太阳能电池片的损坏会直接导致太阳能电池阵列的性能指标。所以空间太阳能电池阵在制作、加工、安装到空间飞行器之前,都需要进行严格的缺陷检测。
  按太阳能电池片的设计标准,各电池片之间应该相互平行,但是在太阳能电池片的实际焊接过程中可能会有失误,导致产生电池片的倾斜现象,这样不利于电池片的识别,从而影响电池片缺陷检测的结果。如图1所示,观察空间太阳能电池阵图像中,有些电池片没有倾斜,而有些电池片则倾斜程度较为明显,特别是最右侧两列的电池片都有倾斜现象。

 

 

 

 

 


图1空间太阳能电池阵图像
 对图像进行倾斜校正的方法有多种,例如Hough变换法、旋转投影法和近邻法等,都有各自饿优缺点。
 本文主要利用Radon变换法,求出倾斜电池片的倾斜角度,然后将电池片按倾斜角度旋转,从而完成倾斜校正。
Radon变换原理
  Radon(拉东)变换于1917年提出,是投影重建的基础。其含义如图2,对f(x,y)的Radon变换R_f (ρ,θ)定义为沿由ρ和θ定义的图中直线l(点(x,y)在该直线上)的线积分。其表达式可描述为
R_f (ρ,θ)=?_(-∞)^∞?〖f(x,y)δ(ρ-xcosθ-ysinθ)□(24&dx) □(24&dy)〗            (2-1)

由于直线l的方程由ρ=xcosθ+ysinθ给出,所以可知式(2-1)就是f(x,y)沿l的线积分。

 

 

 

 

图2 用于定义Radon变换的坐标系统
 需要注意的是R_f (ρ,θ)并不是定义在

[论文网 lunwen.nangxue.com]极坐标系统中的,而是定义在一个半圆柱的表面。考虑一个半径为1的无穷长圆柱,则ρ测量沿圆柱从-∞到∞的长度,θ测量相对于某个参考位置的旋转角。图3给出了一个在圆柱截面上的点(ρ,θ)的示例。

 

 

 

图3 Radon空间示例
 而对于一个二维的图像函数f(x,y)在水平方向的线性积分就是f(x,y)在y轴上的投影;在垂直方向的线性积分就是f(x,y)在x轴上的投影。由此,可以沿任意角度θ计算函数的投影,计算图像f(x,y)在任意角度θ的Radon变换可以写为:
R_θ (x^' )=∫_(-∞)^(+∞)?〖f(x^' cosθ-y^' sinθ,x^' cosθ+y'sinθ)dy'〗           (2-2)
式中,
(x'?y')=((cosθ       sinθ)?(-sinθ    cosθ))(x?y)                                     (2-3)
  相应的Radon变换几何示意图如图4所示。
  

 

 

 

 

 

 

 

 

图4 Radon变换几何示意图
空间太阳能电池片倾斜校正
  利用Radon变换获取倾斜角度的方法为:由于Radon变换可理解为图像f(x,y)在ρ-θ空间的投影,ρ-θ空间的每一点对应图像空间一条直线,而Radon变换实际上就是图像f(x,y)上每一个像素点(x,y)在每一条直线上的积分,也可以认为是图像f(x,y)顺时针旋转θ角度后在水平轴x轴上的投影。
  利用Radon变换得到倾斜太阳能电池片的倾斜角度,也就是利用倾斜电池片图像在不同的角度θ和变换值R_θ的函数,找出R_θ取得最大值时,它所对应的θ值,这个θ值就是倾斜电池片的倾斜角度。

 

 


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