时间门控SPAD阵列非视域成像的中介面BRDF散射特性研究

非视域成像是当前针对实际应用而迅速发展的成像技术之一,基于SPAD阵列的非视域成像模式相较于其他模式具有凝视成像,设备轻量化等优点。针对基于门控SPAD阵列的非视域成像方法进行分析,重点关注基于门控SPAD阵列的非视域成像的中介面BRDF(bidirectional reflectance distributionfunction,BRDF)散射特性及其对成像的影响,并选用Cook-Torrance模型对作为中介面的典型建筑材料BRDF散射特性进行建模分析;选取黑色亮光瓷砖、白色亚光瓷砖和黑色防护挡板3种典型建筑材料测量了BRDF数据,通过RANSAC(random sample consensus)算法剔除测量异常值,再采用遗传算法获得模型的特征参数,验证了通过特征参数描述材料BRDF散射特性的有效性,可为进一步的基于门控的SPAD阵列非视域成像研究奠定重要基础。

基于微端面光纤面板的多孔径视场重叠复眼的视场模型

介绍了多孔径视场重叠的仿生复眼成像系统的性能,建立了基于微端面光纤面板的多孔径视场部分重叠型复眼的成像视场模型。系统地分析了选用的器件参数如顶面、侧面和角面子复眼间的视场角、视场重叠率、视场重叠距离等参数对系统性能的影响,并通过实验系统的复眼视场以及视场重叠率的测量验证了模型的有效性。实验测试显示:本文建立的视场模型与测试结果具有很好的一致性,系统侧面与角面视场的实测值与理论值的误差分别为3.58%和12%;顶面与侧面和角面的视场重叠率误差分别为3.33%和5.17%。该复眼成像视场模型为进一步研究复眼成像的目标探测和跟踪理论奠定了基础,对多孔径视场重叠仿生复眼成像系统的优化设计具有指导作用。

基于高阶统计量双相干理论的图像篡改识别算法

随着图像处理技术的快速地发展和广泛地应用,图像篡改变得越来越容易和普及。恶意篡改的图像会对新闻、司法等领域造成极大的负面影响。对基于高阶统计量双相干理论的图像篡改检测方法进行了深入研究,论述了该方法的原理,并应用该方法进行了大量的分类真假图像对照实验,分析了该方法的适用条件和局限性,实验结果表明,该方法的识别准确率与拼接边缘灰度的差异有关。

大视场紧凑型仿生复眼成像系统研究

针对视觉导航系统对小型化、超分辨成像和近程立体视觉的需求,研究了一种基于微端面光纤面板的大视场紧凑型仿生复眼成像系统。利用视轴发散的微小型透镜组进行大视场成像,并以切削斜端面的光纤面板进行图像传输,将大面阵(5120×5120像素)CMOS相机与光纤面板后端面直接耦合实现图像输出,可实现9个视场部分重叠子孔径图像同步实时输出和采集。在实时化拼接处理中,利用CUDA并行加速方法进行图像拼接,单帧的拼接耗时小于30ms。视场部分重叠复眼成像模式还可配置偏振片或滤光片构成全偏振或多光谱成像,在天空偏振光导航、无人机紧急避障、弹载侦察、近程引信以及水下无人潜航器导航等领域具有广泛的应用前景。

基于PCA的相机响应函数特征化方法研究

响应函数是CCD和CMOS成像器件的重要特性之一.传统的响应函数测试方法存在对实验条件要求苛刻、测试速度慢、人工成本高等不足.基于201条已有的响应函数曲线,采用PCA方法提取相机响应函数空间中对应5个最大特征值的特征向量,并用这5个特征向量的线性组合表达已有的201条响应函数曲线,取得了较高的精度.对4种不在响应函数库中的数码相机响应函数进行了特征向量表达,也获得了较高的精度,证明相机响应函数空间特征向量能够表达任意相机的响应函数.

基于激光距离选通成像的非视域成像应用

非视域成像是国外近几年出现的一种新的成像模式,能够绕过拐角对难以直接观察的场景进行成像。介绍了基于激光距离选通成像技术的非视域成像模式,给出了国外的几个典型非视域成像实验及其结果。搭建了基于532 nm激光器和ICCD探测器的距离选通成像系统,以窗户玻璃和墙面瓷砖作为中介反射面,分别获得了50 m和20 m处目标的非视域图像。实验结果表明,非视域成像的效果与中介反射面的反射特性有关,许多具有一定镜面反射特性的建筑材料均可作为中介反射面,用于非视域成像;非视域成像模式在城市巷战、公安侦察以及抗灾救援等领域展现出潜在的应用前景,是一种具有发展前景的新型光电成像模式。

基于激光距离选通的非视域成像特性分析

激光距离选通成像系统借助具有一定镜面反射特性的中介反射面可以实现绕过拐角对隐蔽目标成像,即非视域成像。在对中介反射面模型化的基础上,分析并推导非视域成像系统探测器光敏面上的信号辐照度与干扰辐照度,进而给出非视域图像的对比度模型;结合典型非视域成像系统参量,分析中介面反射特性及其位置对非视域成像的影响。分析结果表明:对于大多数实用的中介反射面,只有采用激光距离选通成像模式才能实现非视域成像;当探测器和目标的位置确定时,中介反射面距离目标越近,非视域成像系统探测、识别目标的难度就越大;在实际使用过程中,采取适当的使用策略或方法可以最大限度发挥系统的性能。文中建立的模型及分析结果对于非视域成像的理论研究、系统设计和实际应用具有指导意义。

水下彩色图像的亮度通道多尺度Retinex增强算法

水体散射使得水下光电成像所获得的图像存在较为均匀的散射光分布,降低了水下图像的清晰度和可观察景深,减小水体散射光的影响是提高水下光电成像质量的重要途径。论文基于Retinex理论,将水体散射效应等效为环境光照的变化,通过水下彩色图像亮度通道下的多尺度Retinex(MSR)算法处理,有效地减小水体散射效应,提高所获图像中水下目标的真实性。实验表明,MSR算法能对含有不同程度水体散射效应的水下彩色图像进行全局视觉效果提升,更清晰地突出物体的细节并获得较鲜艳的色彩表现。

一种基于色度学的RGBW信号映射算法评价方法

随着对高亮度、低功耗绿色显示技术的不断追求,RGBW显示技术成为了国内外的热门研究方向,已有多种RGBW显示器在市场上开始推广。由于将传统显示器rgb信号转换到RGBW显示器RGBW信号的映射算法不仅需要保留初始颜色,且需要兼容具有不同子像素布局方式的RGBW显示器,因此,信号映射算法成为RGBW显示的关键。在介绍现有的五种信号映射算法的基础上,分析了RGBW显示器中新增的白色子像素对显示颜色的作用方式以及现有四种RGBW子像素布局方式对映射算法显示效果的影响;提出了优秀映射算法应满足的三点要求,并据此推导出优秀映射算法的普适性等式及衡量映射算法亮度提升能力的亮度因子;针对五种映射算法的模拟实验表明:满足普适性等式的映射算法能更好地保留初始颜色的色调和饱和度,亮度因子可有效表征算法对亮度的提升能力。该模型不仅可用于评价现有映射算法,而且可为新型映射算法的研究提供理论指导,使之兼容于具有不同硬件参数和子像素布局的显示器,有助于RGBW显示技术的普及推广。

激光距离选通成像技术及其组合应用模式综述

激光距离选通成像系统与热成像系统组合应用模式已成为国内外关注的发展趋势之一。简要阐述了激光距离选通成像系统的工作原理及技术特点;结合国外最新出现的主/被动成像组合模式,介绍了四种典型实验系统:单纯的激光距离选通成像系统、短波红外距离选通成像+热成像组合系统、热成像+激光雷达共光路组合系统、多波段双模成像系统,分析了各组合系统的结构组成、核心器件和技术优势;介绍了相关实验研究结果,着重介绍了两种新的成像模式——非视域成像模式和双基成像模式。分析了激光距离选通成像技术的发展趋势,对发展新型激光距离选通成像技术和装备具有参考价值。

多孔径仿生复眼成像系统技术进展综述

昆虫复眼是一种理想的小型化、多孔径、大视场的视觉系统,具有智能特征,虽然由于每个复眼的孔径尺寸和数值孔径都很小,使昆虫复眼的视力较差,但是其对运动目标却有很高的探测灵敏度,且对光的强度、波长和颜色等都有较强的分辨力。长期以来,人们一直致力于昆虫复眼的特性以及仿生昆虫复眼的研究。对目前常见的复眼类型和现有的各种类型的仿生复眼系统研究进展进行了深入分析,对比了各种类型仿生复眼系统的结构和技术特点,并对仿生复眼系统的发展趋势进行了展望。

海空背景下点目标红外成像系统信噪比的估算

在海空背景下,从目标与环境辐射特性之间的关系出发,针对不同的大气条件对点目标成像过程中的大气衰减分别进行了计算。使用NETD方法对在相应条件下不同距离上的热成像系统的信噪比进行了估算。分析比较了直接温差估算法和间接温差估算法两种信噪比的计算结果。

螳螂虾视觉成像的特点及其仿生技术研究综述

螳螂虾是目前发现的拥有世界上最复杂眼睛的动物,其视觉系统有16种不同的光感受器类型,能够探测并分析可见光、紫外光、线偏振光以及圆偏振光。螳螂虾的视觉系统为设计出更好的成像器件提供了范例,目前,仿生螳螂虾视觉成像技术处于起步阶段,具有广阔的应用前景。本文对国内外螳螂虾视觉的特点及其仿生成像技术的研究进展进行了全面系统的综述,分析了螳螂虾视觉的成像优势,指出了仿螳螂虾视觉成像技术的应用前景。

水下距离选通图像双平台直方图增强及其FPGA实时处理

水下激光距离选通成像中要对水下距离选通图像进行增强处理。水下图像通常具有噪声大、对比度差、照度不均匀的特点。通过分析水下图像的成像特点,针对引起图像降质的因素进行增强算法设计,提出了基于帧叠加去噪与双平台直方图变换相结合的视频增强算法。可实现目标信息增强的同时抑制背景,将目标和背景区别处理。算法以Xilinx公司的XC5VLX50T系列FPGA芯片为核心,使用到了软核Microblaze、片内BLOCKRAM、外部SRAM等资源设计硬件系统,并已在水下选通成像系统中得到有效应用。

基于紫外拉曼光谱的转基因大豆油快速识别方法研究

转基因技术对实现作物增产增质,降低农药使用量,降低生产成本等具有重要作用,但对生态环境也存在一定的潜在威胁。为了防止转基因大豆在食品化中的滥用,对转基因产品快速鉴别技术的研究尤为迫切。紫外拉曼光谱检测技术具备外场远距离无损遥测检测,简单高效,快速准确等优点,可有效用于物质遥测鉴别领域。基于紫外拉曼光谱的转基因/非转基因大豆油以及与其他类别食用油鉴别方法,采集了五种不同食用油(两种品牌转基因/非转基因大豆油各500组样本和一种稻米油100组样本,共2100组样本)在3500~400 cm^(-1)(268~293 nm)范围内的日盲紫外拉曼光谱信息,为提高光谱数据的信噪比并保证分类识别的准确性,对上述光谱数据采用Savitzky-Golay滤波降噪、基于自适应迭代加权惩罚最小二乘法(airPLS)的基线校正以及多元散射校正(MSC)的光谱数据修正等预处理。根据大豆油的紫外拉曼指纹图谱,分析出主要化学成分包含脂肪类、蛋白质类、酰胺类。将每种大豆油样本按1∶1划分为训练集和测试集,输入训练集数据至支持向量机(SVM)进行训练,采用10折交叉验证建立最佳模型,识别准确率达99.81%,对转基因大豆油的判别效果显著;采用主成分分析法(PCA)进行数据降维处理,提取出8个主成分,累计贡献率为74.84%,可代表大部分原始数据特征。在此基础上,将预处理后的光谱数据按4∶1划分为训练集和测试集,采用偏最小二乘回归判别分析方法(PLS-DA),结合10折交叉验证法建立全谱的最佳PLS-DA模型(判别阈值设置为0.5),判别准确率达到70.95%。研究表明,紫外拉曼光谱分析方法可较为准确地鉴别非转基因/转基因大豆油,同时可鉴别大豆油与稻米油,实现对转基因大豆食品的快速无损鉴别,可望成为转基因大豆油及其食品的现场检测新的技术途径,对推动转基因产品遥测鉴别技术的发展具有进步意义。

高铁周边环境的空天光学遥感监测及特点分析

以地面监测排查为主的高速铁路(简称:高铁)周边安全保障工作存在效率低、人力消耗大等问题,空天光学遥感技术探测范围广、不受地理限制、多信息综合的优势为高铁周边环境监测工作提供了新思路。文章对基于空天光学遥感的高铁周边环境监测技术进行了分析,概述了空天光学遥感技术的概念与特点,重点介绍了无人机、浮空器、光学成像卫星3类遥感系统的技术特点与安全监测应用现状,并结合高铁周边环境治理需求,展望了空天光学遥感技术在高铁安全保障方面的应用前景。

一种改进的直视型微光夜视系统视距模型

针对经典视距模型对于三代与超二代像增强器的直视型微光夜视系统评价方面缺乏差异性,模拟仿真结果在10^-4 lx超低照度下不甚理想这一问题,对现有的经典视距模型进行了三个方面的优化:在系统的传递函数模型加入了人眼的传递函数;基于光阴极与景物的光谱匹配修正了景物在光阴极产生的平均光电子数和光电子对比度公式;在噪声来源中加入了背景噪声项.进而推导出改进的视距模型,并通过头盔系统的实际外场实验结果进行了验证.结果表明,改进的视距模型能有效分辨出超二代和三代夜视系统的识别距离的差异,计算结果更接近实际测量结果.

考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型

常用的偏振成像理论模型大多基于理想偏振片假设,即偏振片的消光比为无穷大且主方向已知,而实际偏振片的非理想性会对偏振成像系统的测量精度产生明显的影响,为降低这种影响,对考虑偏振片非理想性的偏振成像模型进行研究。以基于斯托克斯矢量的偏振成像模型为基础,通过分析实际偏振片对入射光偏振态的改变,提出了一种考虑偏振片非理想性的可见光偏振成像修正模型,给出了考虑实际偏振片性能及主方向误差的偏振度、偏振角修正公式。利用分时偏振成像系统对线偏振光的偏振度进行测量,实验结果表明:当偏振片消光比为100:1时,理想模型的线偏振光偏振度测量的平均相对误差为5.53%,修正模型的偏振度测量的平均相对误差降低到3.62%。应用该修正模型可在使用低消光比偏振片时达到与高消光比偏振片相当的偏振度测量精度,使偏振成像系统能够拥有更大视场,成本降低。

基于变形目镜和OLED的全景周视成像与显示技术

在车载、舰载等运动载体或单兵警戒值守等狭窄空间,传统显示方法难以兼顾显示视场与显示分辨率。针对该问题,本文研究了一种基于变形目镜的全景/周视成像技术与系统。系统采用3路低照度摄像机+4 mm焦距镜头,构成150°左右的全景成像视场,基于FPGA处理平台完成全景图像解析、拼接、校正和显示等算法,实现视频图像大视场拼接与1/3缩放实时显示;由OLED微显示器、变形目镜组和大目镜组成的显示系统使视频图像横向扩大3倍,实时显示全景高分辨动态场景图像。实验系统对全景成像显示技术进行了验证,在军用和民用领域具有广泛的应用前景。

水下运动目标的水面波纹数值模拟及分析

水下运动目标与水体的相互作用会在水面产生开尔文尾迹和伯努利水丘等特定波纹,为机载、星载的雷达光电探测水下运动目标的位置及速度等提供了可能,成为当前国内外研究的重要方向之一。为了研究水下运动目标水面波纹的特点,论文采用三维不可压缩RANS方程,辅以RNG k-ε湍流模型以及VOF自由面处理方法建立了水下运动目标水面波纹模拟的数学模型,并对水下航行体在不同速度及深度等参数情况下的水面波纹进行模拟,分析了速度及深度等参数与尾迹特征的关系。论文结果对实尺度水下潜艇的海面波纹模拟以及水下潜艇探测技术的研究具有意义。