水下光电成像技术与装备研究进展(上)——水下激光距离选通技术

激光距离选通成像技术是当前国内外不断发展且应用有效的水下光电成像技术之一,国外20世纪90年代后陆续公开了一些水下光电成像探测系统和实验结果。结合海洋资源勘探、水下救援和侦察等应用领域的需求,全面介绍并对比分析了当前国内外典型水下激光距离选通成像装置和性能水平,讨论了其技术特点,对水下激光距离选通成像技术的发展和装置应用具有意义。

非矩形探测器阵列在相向运动中的成像优势分析

针对一种非矩形Retina-like探测器进行建模与仿真,研究其相向运动过程的模型.在不同场景及不同模糊度条件下对Retina-like探测器及矩形探测器的图像进行质量评价,不同的评价参数均表明Retina-like探测器在相向运动过程中的成像质量优于矩形探测器,具有抗辐射状模糊的效果,在相向运动过程中有明显的优势,为探索高速相向运动成像过程中的非矩形探测器面阵设计提供帮助.

基于坐标变换的相向运动图像模糊复原方法

针对递归计算自身产生的残差以噪声形式出现在复原后辐射状模糊图像上的问题,研究了一种通过坐标变换和空域点运算获得图像退化模型,进而对该模型求逆复原辐射状模糊图像的新方法.使用扇形网格进行了图像的重新采样,在此基础上,根据图像退化过程推导出了图像退化模拟矩阵;使用最小二乘法作为约束条件对重新采样的图像进行了复原.结果表明,该算法简单,复原图像清晰,可以用以进行图像辐射状模糊的复原.

静电圆锥透镜曲轴电子束聚焦理论的研究

在曲轴宽电子束聚焦理论的基础上，本文研究了静电圆锥透镜聚焦性质，提出了静电场中考虑主轨迹为平面曲线情况下电子束的焦点、焦距等电子光学基本参量的定义作为例子。

水下光电成像技术与装备研究进展(下)

鉴于对深海资源开发、海洋科研以及水下工程作业、考古和救援的迫切需求,使得水下光电成像技术研究和装备研制成为当前国内外重点研究方向之一。介绍了扫描激光、偏振成像、结构光成像、光-声混合成像以及水下图像处理等水下光电成像技术,分析了部分技术应用情况,并讨论了其技术特点。论文对于发展海洋资源开发、水下勘探与研究、水下救援以及国防等所需的水下光电成像技术和装置具有意义。

基于光束空间展宽的水下前向散射成像模型

基于主动照明的水下成像技术一直是人们感兴趣的方向之一。水对光的强烈散射和衰减,尤其是多次散射效应,使水下光束传输过程变得十分复杂。为分析和仿真水下成像过程,提出了一种基于空间展宽的水下前向散射成像模型,其空间展宽采用Wells提出的调制传递函数(MTF),并考虑了介于目标与接收器之间的水体散射光对像面照度的贡献。模型弥补了Wells模型与实测结果的偏差,仿真图像与实测图像具有较好的一致性,表明了模型在水下前向散射成像仿真方面的有效性。

基于极坐标的相向运动图像模糊的递归模型

成像过程中,被摄像目标和摄像机之间的相向运动会造成图像的辐射状模糊,辐射状模糊将减小有效视场,影响成像质量.本文在扇形网格采样的基础上,利用状态空间模型模拟了退化过程,用递归方法解决了空变问题,并利用对状态空间系统求逆的方法对退化图像进行了复原.计算机模拟显示,算法简单,复原图像清晰,取得了较满意的结果.

基于Gabor滤波的辐射状模糊图像质量评价方法

针对相向运动成像的辐射状模糊图像,提出了基于Gabor滤波的图像对比度相似度图像质量评价方法.该方法利用对数极坐标Gabor滤波器模拟人眼视觉系统处理图像的方式,实现对图像频率和方位角同时滤波的功能.结果表明,该方法的评价结果与主观评价结果的相关系数达到0.95,是一种评价辐射状模糊图像质量的有效方法.

具有设定图像旋转角的曲轴电磁聚焦成像

在曲轴宽电子束聚焦理论的基础上，本文研究了具有设定图像旋转角的曲轴电磁聚焦成像理论，进一步发展了作者先前的电磁聚焦成像理论，导出了在设定图像转角下系统曲轴场系数应满足的条件，作为例子，讨论了几种能够实现设定图像旋转角的曲轴电磁聚焦成像系统中的曲轴场系数的分布。

用于场景仿真的红外成像模型及其有效性分析

结合辐射传输定律,对计算机图形学中常用的光照模型进行了一系列改进,得到了简化的可用于场景仿真的红外成像计算模型.具体改进如下:1)增加了几何体表面的温度分布和材料参数;2)在模型中引入了自发辐射项和探测器特性参数.采用光线跟踪方法构建了以该模型为基础的红外场景成像模拟仿真系统,可生成任意观察视角的3D场景红外图像.对三个典型场景进行了红外成像计算,用中波红外探测器采集到的红外图像进行对比.主观比较可看出该计算模型生成的图像与实采图像在基本特征上是相似的,验证了该模型的有效性.定量比较也说明模拟图像与实际图像在主要特征上相符,但绝对亮度上存在较大差异,分析了原因,并提出了改进方向.

相向运动条件下图像的辐射状退化及其复原研究

当摄像机随载体作高速运动时,由于成像曝光时间、摄像机与目标间的纵向相对运动等因素使目标图像产生从中心到边缘的辐射状模糊,使系统有效视场减少,影响对目标的探测、识别和跟踪.本文根据运动成像关系和光电探测器的信号积分机理,研究了摄像平台高速运动条件下,图像辐射状模糊的图像退化模型,对几种特殊图像的退化进行了分析;并针对实际离散成像过程,建立了图像退化模型,分析了影响辐射状退化的因素;提出了一种辐射状模糊图像的递推复原处理算法;计算机方法模拟的辐射状退化图像与实际图像一致,复原算法可有效地减轻相向运动所造成的图像辐射状模糊.

两种不同类型的滤光片式彩色亮度计性能比较

显示器的色度和亮度可以通过彩色亮度计进行测量。小视场滤光片式彩色亮度计因其低成本在生产线上应用广泛,而近来出现的影像式彩色亮度计虽然也属滤光片式,但是由于其探测器不同而具有大视场,且结构、原理和性能与前者都有差异。量化比较这两类滤光片式彩色亮度计的性能,可以为影像式彩色亮度计的质量评估提供依据。文章分别选取两类滤光片式彩色亮度计中的代表型号,通过进行原理分析和实验验证进行对比分析。结果表明,影像式彩色亮度计的性能不低于小视场滤光片式彩色亮度计。

基于蚁群优化的ZigBee传感器网络QoS路由算法

针对ZigBee无线多媒体传感器网络(WMSNs)资源受限的特点,提出一种改进的基于蚁群优化的QoS路由算法AZ-WMSN-QR。其核心思想是通过加权法将通信时延、时延抖动及能量均衡性等QoS指标组合成一个主目标,进而评估链路的QoS主目标值,寻找符合QoS需求的目标值最大的路径,实现服务质量最优。仿真显示,AZ-WMSN-QR算法在多约束QoS路由问题上能实现网络资源优化组合,与基本蚁群路由算法相比,不仅能够减少网络总能耗,还能有效延长网络寿命,更适用于基于ZigBee的WMSNs。

微光像增强器与大尺寸CMOS的直接耦合

通过将直径为40 mm的像增强器与全画幅尺寸CMOS直接耦合,对大尺寸直耦工艺进行了研究。针对使用透镜耦合制成的大尺寸ICCD/ICMOS体积大、光能损失大以及光锥耦合的器件莫尔条纹较多等问题提出采用直接耦合的工艺制作ICCD/ICMOS。文中研制的大尺寸ICMOS可获取更大视场内的信息,整机分辨率可达3800×1900 LW/PH,画面清晰,无明显莫尔条纹,结构紧凑,整机仅为手持数码相机大小,隐蔽性强,有利于在复杂环境中更准确、快速地获取目标信息。

红外热成像系统低温极限成像探测分析

从普朗克黑体辐射定律出发,通过计算,得到不同温度下景物的辐射出射度,推导出真空低温密闭环境中景物辐射通过光学系统进入红外探测器的辐射通量的计算公式,得到了探测器接收到的辐射通量,研究了影响探测器性能的主要噪声,并且计算了系列红外探测器的最小可探测功率,进而分析得到了影响红外热成像系统可探测最低温度的影响因素,通过计算得到了系列探测器的低温探测极限。该工作可为用于低温环境和目标探测成像的红外成像测温系统设计提供依据。

非全对称五面镜单视点折反射红外周视系统

综合多视点周视系统和单视点折反射周视系统的优势,充分利用前者空间分辨力高和后者无需拼接直接成像的优点,提出了一种分孔径、单视点的非全对称五面镜折反射红外周视系统方案,构建了单视点约束的非全对称五面镜结构设计流程。针对车辆驾驶应用中前方/左右侧、后方对行人探测距离要求的不同(分别为200 m和145 m),使用三套焦距5.8 mm和两套焦距4.1 mm的红外成像组件,构成前方、左、右侧均为64°视场、后方为两个84°视场的非全对称五面镜折反射红外周视原型系统,实现对水平360°、俯仰±29°视场的无遮挡、无缝、无盲区红外成像,提供全方位、大俯仰的车载实时周视红外图像,可用于智能交通、自动驾驶、军事侦察等军民用领域。

基于信息理论像元几何形状分布的干扰对比研究

为了改善光电成像系统探测器的几何形状像元成像质量,利用互信息量对矩形像元和六边形像元模拟、仿真,可定量描述成像质量,根据噪声干扰仿真分析不同像元的优势.仿真结果表明,在相同面积条件下六边形像元阵列的互信息量大于矩形像元的信息量;六边形像元有较好的抗噪声干扰能力,利用其特点对电子对抗设备研发有指导意义.

基于信息理论的光电成像系统像元设计分析

通过分析探测器在相同面积条件下的矩形像元与六边形像元,优化光电成像系统设计。利用互信息量对矩形像元和六边形像元分析,得到系统仿真曲线,对光电成像图像的精细程度做定量的描述。综合考虑光学成像系统与成像探测器阵列达到最佳匹配,提出光电成像系统优化设计方法。

一种改善直耦增强数码相机静态成像时间响应特性的方法

理论上分析了CIDC1816型直耦增强数码相机在采集静态图像过程中像增强器阴极电压衰减时间对电子光学系统横向位移的影响．实验证明了阴极电压衰减时间会对荧光屏亮度衰减时间产生影响．提出了利用电子开关的高速响应特性来减小阴极电压衰减时间，以改善该类型相机时间响应特性的方法．研究表明，当外界光照条件大于10。lX时，阴极电压衰减时间由80～130ms减小到50～60ns，电子光学系统的横向位移受阴极电压衰减特性的影响减小，荧光屏亮度衰减时间由12～26ms减小到了3～4ms．研究结果证明了该方法能够有效地减小像增强器阴极电压衰减时间和荧光屏亮度衰减时间，为提高该类型相机静态成像质量提供参考．

结合特征图切分的图像语义分割

目的基于全卷积神经网络的图像语义分割研究已成为该领域的主流研究方向。然而,在该网络框架中由于特征图的多次下采样使得图像分辨率逐渐下降,致使小目标丢失,边缘粗糙,语义分割结果较差。为解决或缓解该问题,提出一种基于特征图切分的图像语义分割方法。方法本文方法主要包含中间层特征图切分与相对应的特征提取两部分操作。特征图切分模块主要针对中间层特征图,将其切分成若干等份,同时将每一份上采样至原特征图大小,使每个切分区域的分辨率增大;然后,各个切分特征图通过参数共享的特征提取模块,该模块中的多尺度卷积与注意力机制,有效利用各切块的上下文信息与判别信息,使其更关注局部区域的小目标物体,提高小目标物体的判别力。进一步,再将提取的特征与网络原输出相融合,从而能够更高效地进行中间层特征复用,对小目标识别定位、分割边缘精细化以及网络语义判别力有明显改善。结果在两个城市道路数据集CamVid以及GATECH上进行验证实验,论证本文方法的有效性。在CamVid数据集上平均交并比达到66. 3%,在GATECH上平均交并比达到52. 6%。结论基于特征图切分的图像分割方法,更好地利用了图像的空间区域分布信息,增强了网络对于不同空间位置的语义类别判定能力以及小目标物体的关注度,提供更有效的上下文信息和全局信息,提高了网络对于小目标物体的判别能力,改善了网络整体分割性能。