基于融合光谱分析的墓葬壁画颜料色彩虚拟修复方法研究

墓葬壁画是一种重要的彩绘文物,对其进行揭取搬迁并加固修复是目前主要的保护方式。而在揭取搬迁时,对壁画绘画内容和颜料进行数字化记录及特性分析,是后续壁画表层合理修复的重要依据。光谱成像技术作为一种属性与视觉同步感知的信息探测手段,可以用于壁画表面颜料层的高维信息记录与材质属性分析;同时,利用高光谱伪彩色显示技术可以实现颜料色彩的虚拟复原。基于此,提出一种基于融合光谱分析与带通能量积分的壁画颜料色彩虚拟修复方法,并利用采集的颜料光谱数据、壁画高光谱成像数据与模拟真实场景下的混合颜料光谱数据进行壁画颜料识别与色彩虚拟复原实验。实验结果表明,对于选取的唐墓壁画上的红、黄、蓝、绿四种颜料,其融合光谱识别结果是:武惠妃墓的红色颜料为朱砂/银珠、韩休墓的黄色颜料为石黄/雌黄、武惠妃墓的蓝色颜料为石青/青金石、韩休墓的绿色颜料为石绿的匹配度最大;同时,基于上述识别结果,得到了纯色复原和壁画基底绘制复原的壁画颜料色彩虚拟复原结果,可以为壁画实体修复提供颜料层视觉修复的参考依据。上述研究成果在壁画保护及活化利用领域具有重要的创新示范意义。

近红外多普勒差分干涉仪稳定性结构研究

针对现有结构无法满足大尺寸差分干涉仪稳定性固定,以星载近红外差分干涉仪稳定性结构为研究目标,优化选择光学材料实现实体差分干涉仪的热补偿,提高了光学元件温度稳定性;以支撑结构的最大结构应力和光机粘接面处最大剪切应力小于许用应力为优化目标,建立数学模型,优化设计支撑结构参数,调节组件基频,提高了组件的力学稳定性。有限元分析支撑结构最大应力65.56 MPa,小于材料的抗拉强度,光机粘接面最大剪切应力3.4 MPa;环境温度变化5℃,分光棱镜面形RMS最大变化量1.671 nm,热应力带来的干涉图畸变可忽略。力学振动试验前后,光学测试干涉条纹频率(50个条纹数)未发生变化,差分干涉仪结构满足星载力学环境条件。该方法也适用于棱镜式干涉仪稳定性支撑结构。

基于双高斯的紧凑型偏振光谱成像方法设计与研究

对目标进行更多属性信息的获取,是光学传感器不断追求的目标。偏振属性探测和传统光谱成像技术相结合的偏振光谱成像技术具有分辨“异物同谱”、实现“目标凸显”、“动态调节”、“耀斑抑制”的能力,蕴藏非常重要的应用潜力。目前的偏振光谱成像系统存在诸多的缺点,如结构复杂、体积大、通道串扰、多维信息提取繁琐等问题。针对上述问题,提出一种基于线性渐变滤光片(LVF)和像素化偏振调制的紧凑型偏振光谱成像方法。涉及关键技术有:基于高光谱分辨率需求与短焦距约束,采用双高斯结构作为初始光学结构,并通过参数设计进行光学系统的仿真与实现;采用LVF作为分光元件,进行参数设计与验证,与像素化偏振调制探测器在像面上进行耦合,实现光谱信息与偏振信息同步获取。基于上述技术路线进行了样机集成,在实验室暗室对系统样机进行光学指标测试,最终指标为:工作波段:430~880 nm,空间分辨率:0.22 mrad,光谱分辨率为:10 nm,四偏振态同步获取,系统传递函数:0.547,偏振探测精度:89.4%,光机系统总尺寸:45 mm×45 mm×80 mm。在室外进行推扫实验,成像效果良好,中心波长不同偏振态下的单色图有较明显的强度变化;对全局图像进行多维信息提取与融合,不同地物的特征光谱曲线有明显的波谱差异,满足预期设计目标。该方法突破了传统偏振光谱成像技术路线的缺点,为偏振光谱成像多维信息获取提供了一种新型且有重要应用价值的方法。

高光谱干涉图像动态追踪补偿方法研究

结合基于位置姿态测量系统的目标动态追踪补偿校正和非等间隔快速傅里叶变换谱提取,提出一种机载遥感的高准确度校正方法.该方法通过位置姿态组合系统在承载平台稳定性较差的成像条件下进行实时姿态测量、主动校正、反馈补偿获取干涉图,再对校正后的干涉图进行空间变换和非均匀性谱提取,获得融合图像和目标光谱曲线.机载飞行实验表明:多谱段伪彩色融合图像效果良好,光谱反演准确度与传统校正方法相比有大幅提升.基于该方法的位置组合测量系统具有良好的机载环境适应性,可应用于稳定性较差的平台以及非干涉型原理的光谱成像探测系统,为机载高光谱图像运动误差一体化处理平台的研究提供了一条新途径.

CCD自动调光设计

介绍一种在 89C51单片机的智能控制系统中 ,用 A/ D53 6等器件组成的真有效值电路作为CCD视频信号的检测电路 。

全帧型CCD数码相机曝光时间的精确控制

提出一种全帧型CCD数码相机曝光控制方案.在测量机械快门机械延时的基础上,控制CCD触发脉冲TRG和机械快门的控制时序,使得带电子快门的CCD相机,在机械快门的配合下,CCD的感光区都能按各种设计要求的曝光时间精确曝光,从而有效的提高了照片的分辨率.该方法设计简单,不需要额外的硬件电路,可以广泛应用于带机械快门的CCD数码相机曝光时间的精确控制中.

变焦距镜头组的自适应调焦的实现

介绍了ST16 16 0自动调光变焦镜头 ,在无距离信息情况下实现自适应调焦的方法并做了相应的实验 实验采用图像处理技术实现自适应调焦 ,用图像采集卡采集视频信号在内存中存成一幅图像 ,运用图像处理学中的锐化技术对采集到内存中的图像进行处理 ,锐化采用梯度运算 ,以梯度运算得到的结果作为检测和评估焦面是否合适的标准 ,结果表明对静态近目标和远目标的自适应调焦有良好的调焦效果 ,运用图像处理方法寻找成像清晰的位置准确可靠 .

一种新的空谱联合探测高光谱影像目标探测算法

高光谱遥感影像不但具有高分辨率的空间信息还包含连续的光谱信息,因此在目标探测领域具有独特的应用优势。传统的高光谱遥感影像目标探测侧重于光谱信息的应用,形成了确定性算法和统计学算法。确定性算法通过计算目标光谱与待检测光谱之间的距离来查找目标,不能检测亚像素目标,而且容易受到噪声的影响;统计学目标检测计算背景统计特性,通过探测异常点来检测目标,可以检测亚像素目标和小目标,但容易受到目标尺寸的影响,不能很好的检测大目标。随着高光谱遥感影像的空间分辨率的增加,探测目标已有亚像素目标逐步转换为单像素及多像素目标,此时,在高光谱图像中,相同类别的地物在空间分布上呈现聚类特性,因此,在利用高光谱遥感影像进行目标探测时,需要将其空间信息融入算法中。将空间特征引入传统目标探测算法。提出了一种新的空谱结合的高光谱目标探测算法,将传统的基于统计的目标探测算子与空域邻域聚类算法相结合,首先利用目标探测算子将影像划分为潜在目标区域与背景区域;通过计算潜在目标区域的质心,以质心为中心进行邻域聚类,剔除潜在目标区域中的背景区域,通过迭代计算获取最终目标探测结果。传统的基于统计的目标探测算子,将整个探测区域定义为背景区域,实现对背景区域的统计特征提取,而该方法将背景区域与潜在目标区域分离,剔除了目标区域对背景区域的统计干扰。将本算子与传统的约束能量最小化算子和自适应余弦探测算子进行分析比较可知,该算子的大目标探测性能优于传统的统计算子。

大视场宽谱段高分辨率分波段机载紫外-可见光成像光谱仪设计

紫外一可见光（200--500nm）成像光谱仪是空间遥感的重要组成部分，本文基于机载紫外一可见成像光谱仪的特殊性和实际应用要求，提出了一种采用面阵CCD的摆扫式成像光谱仪，这样既克服了传统线阵CCD摆扫式成像光谱仪空间分辨率低的缺点，同时又弥补了推扫式成像光谱仪视场范围有限的缺点，能够满足大视场、宽谱段、高分辨率成像光谱仪的应用要求；此外，考虑400-500nm波段中200-250nm波段二级光谱的影响和〈290nm的短波区和〉310nm的长波区两个波段相差3个数量级的辐射波动，采用了分波段、分系统的方式独立进行消杂光光谱成像。在系统结构设计方面，本着高性能、低成本的设计理念，选用了两镜同心系统作为望远系统，Czerny-Turner平面光栅结构作为成像光谱仪系统的光学设计方案；设计了一种不使用任何辅助光学元件，全部采用球面镜结构的成像光谱仪。整个系统结构简单、紧凑，性能优良，可行性好。全谱段、全视场调制传递函数值在0．6以上。

一种全帧型CCD航空相机像移补偿方法

提出一种全帧型CCD航空相机像移补偿的实现方法.应用全帧型CCD在机械快门不关闭的情况下连续曝光的特点,并根据不同的速高比控制暂停脉冲的个数和宽度,控制了CCD垂直转移的速度,使CCD在曝光的同时进行转移和读出,实现了全帧型CCD航空数码相机航向方向的像移补偿.实验数据表明:该方法能够实现全帧型CCD像移补偿的功能.

基于DMD的哈达玛变换成像光谱仪中交错编码像素点的研究

近年来在哈达玛变换成像光谱仪研究领域中最重要的技术革新在于数字微镜器件在这种光谱仪中的应用,但同时也带来了一些相应的技术问题需要克服。详细的描述和分析了由于数字微镜器件在哈达玛变换光谱仪中的应用导致的编码图像上的部分像素点出现的一种交错编码现象;这种特殊的像素点,编码过程不符合哈达玛变换,在光谱复原过程中需要特殊处理。针对这种交错编码像素点,提出了一种标识方法和解码方法。实验中,向光谱仪中导入一束激光并充满整个视场,在编码的激光图像中确定交错编码像素点的位置。然后变换编码模板上哈达玛编码码道的空间位置,采集两组针对目标的编码图像,通过观察编码图像上一个像素点的灰度值组成的列向量中非零常量与零元素的个数,可以分辨它是否是一个交错编码像素点。其中一组编码图像上交错编码像素点光谱曲线可以通过对另一组编码图像上相应位置的像素点进行哈达玛反变换得到。实线结果证明了这一方法的可行性。

基于邻域分割的空谱联合稀疏表示高光谱图像分类技术研究

传统的高光谱遥感影像分类算法侧重于光谱信息的应用。随着高光谱遥感影像的空间分辨率的增加,高光谱影像中相同类别的地物在空间分布上呈现聚类特性,将空间特性有效地应用于高光谱遥感影像分类算法对分类精度的提升非常关键。但是,高光谱影像的高分辨率提供空间聚类特性的同时,在不同地物边缘处表现出的差异性更加明显,若不对空间邻域像素进行甄选,直接将邻域光谱信息引入,设计空谱联合稀疏表示进行图像分割,则分类误差较大,收敛速度大大降低。将光谱角引入空谱联合稀疏表示图像分类理论中,提出了一种基于邻域分割的空谱联合稀疏表示分类算法。该算法利用光谱角计算相邻像素的空间相似度,剥离相似度较低的邻域像素,将相似度高的邻域像素定义为同类地物,引入空谱联合稀疏表示模型中,采用子联合空间追踪算子和联合正交匹配追踪算子对其优化求解,以最小重构误差为准则进行分类。选取AVIRIS及ROSIS典型光谱影像数据进行实验仿真,从中可以看出,随着光谱角分割阈值的提高,复杂的高光谱影像分类精度和平滑区域的高光谱影像分类精度均逐步提高,表明邻域分割在空谱联合稀疏表示分类中的必要性。

一种基于压缩传感的超分辨光学三维成像技术

为了改善光学成像中的成像质量和效率,提出一种基于压缩传感的超分辨光学三维成像技术.通过物镜、编码板、色散元件、准直镜、聚焦镜、探测器等组成前端成像系统,然后,利用稀疏重构算法在后端处理器上重构光谱数据,从而将成像运算量从前端转移到后端.同时,引入块重构、错位预处理、多帧重构技术,提高重构的准确度,减小后端处理内存,降低计算复杂度.通过仿真实验对原始数据和重构数据的光谱曲线、信噪比、光谱误差、分类识别效果等指标进行对比分析,结果表明,利用本文压缩传感技术可以实现超分辨光学三维成像,且成像质量较高,数据应用效果较好,可用于大幅宽、高分辨率、低功耗、动态目标的成像观测.

基于圆拟合的非完整圆激光光斑中心检测算法

为了确定非均匀、非完整圆小孔激光光斑的精确中心,提出一种基于圆拟合的非完整圆小孔激光光斑中心检测新方法。该方法通过灰度形态学算法对激光光斑进行阈值分割,从水平和垂直两个方向检测粗略的激光光斑边缘,利用边界生长法消除比较短的圆弧和孤立的边缘点,通过反复迭代拟合获得最佳的圆轮廓并拟合出最终的标准圆。实验结果表明本方法精度明显优于传统的大型激光装置自动准直系统中的重心法,完全满足了该系统中对于非均匀、非完整圆小孔激光光斑中心求取的精度要求。

基于ADV212的JPEG2000静态图像压缩系统设计

研究了JPEG2000压缩标准及单片实现该标准的专用编解码芯片ADV212,并在分析ADV212的硬件结构及工作原理的基础上,设计了一种ADV212组合Field Programmable Gate Array(FPGA)的静态图像数据压缩电路。其中,系统数据接口采用Universal Serial Bus(USB),FPGA用来实现时序控制和输入输出数据格式的组织,ADV212则进行小波分解和码流组织,以完成图像数据的压缩。利用该系统对标准静态图像的压缩试验表明,系统工作正确可靠,可用于实际图像压缩。

星载超光谱成像仪摆镜地面检测系统设计

针对星载超光谱成像仪摆镜系统提出了一种通用方便的地面检测方案,给出了该方案的硬件组成,详细介绍了方案中检测软件的设计方法,阐述了防止步进电机换向丢步及限位信号抖动的措施,给出了软件主要流程框图·实验结果及检测后摆镜实际运行效果验证了该检测方案的有效性、可靠性·

基于FPGA的高速数据存储系统中FIFO控制的设计

介绍了一种高速CCD相机数据存储中的FIFO缓存控制的方法。利用FPGA对高速数据存储系统中的FIFO缓存器进行控制,在QuartusⅡ开发平台上进行设计仿真,结果表明数据流和IDE硬盘之间的存储速率得到匹配,数据实时存储到硬盘中,为后期的数据处理提供了原始数据,同时也为存储系统的设计提供了参考。

综合诊断光路快速自动准直系统设计与实现

为了实现综合诊断光路全程快速准直,从并行处理、快速收敛电机运动模型和最小外切圆特征点提取三个方面对自动准直系统进行了总体设计.首先,对全部准直步骤采取并行、串并结合的方式执行,并将关键准直任务归纳成单元准直模型;其次,使用准直数学模型,实现单元准直模型中电机的快速收敛;最后,针对小孔图像灰度对比低、分布极不均匀、光斑很不完整的特点,提出在最小外切圆的圆环上,取两两距离最大的100个点为特征点,使用最小二乘法进行圆拟合法计算小孔图像圆心.研究表明优化后系统的准直时间从优化前40min减少到8min,小孔图像圆心误差在2个像素之内,满足打靶实验的要求.

双步进电机控制系统在航空相机中的应用

着重介绍了航空摄影机中电控系统如何用两片单片机控制卷片步进电机和快门步进电机准确、协调工作 ,对硬件构成作了描述 。

ORCAD在HgCdTe红外探测器放大电路低噪声设计中的应用

以HgCdTe光伏型红外探测器的性能指标为基础对入射到探测器表面的辐射能量进行转换计算,并以所得的微弱电流信号为根据对探测器的前置放大电路和二级放大电路进行设计,利用仿真速度快、精度高的ORCAD仿真软件对所设计的低噪声、高增益放大电路的频率响应、电路的直流传输、温度和噪声分析等特性进行了较为全面的仿真,实验结果表明了本设计能有效放大微弱电流信号,可以在实践中验证其正确性和可行性。