基于像素梯度自适应迭代中值滤波器的图像脉冲噪声抑制算法

图像脉冲噪声移除是获得高质量图像的关键。本文通过热红外相机成像原理研究,提出了一种基于像素梯度自适应迭代中值滤波器的图像脉冲噪声抑制算法。首先,根据相机的调制传递函数计算获取原始图像的最大像素梯度,继而建立相应的像素梯度集合。然后,计算原始图像与对应像素梯度滤波图像的梯度权重均方根误差集合,并将该集合高斯分布的最大值对应的像素梯度确定为最佳像素梯度。最后,根据图像中脉冲噪声的密度和复杂度,确定所提滤波器的自适应窗口大小和迭代次数。大量实验结果表明,所提滤波器对移除8位、16位的单通道脉冲噪声图像展现出良好的鲁棒性。与其他先进方法相比,该方法可以实时移除真实热红外相机采集图像中低密度的随机值脉冲噪声和SAPN,并实现噪声抑制过程中99.5%以上的原始像素不会遭受破坏。除此之外,针对高密度SAPN抑制,该方法获得了具有竞争力的结果,与运行时间较快的滤 波方法相比表现出较好的 PSNR和 SSIM,与 PSNR和 SSIM较优秀的去噪方法相比表现出较快的运行时间。对于极限 SAPN(99%)破坏的图像,也能够恢复有意义的图像细节。

EBAPS的调制传递函数测试系统

电子轰击有源像素传感器(electron bombarded active pixel sensor,EBAPS)是一种新型的真空-固体混合型微光夜视器件,而调制传递函数(modulation transfer function,MTF)作为EBAPS的性能参数之一,能够反映成像系统对不同频率成分的传递能力,但目前国内缺少相应的测试手段。因此,为了表征并评价EBAPS的成像质量,基于像增强器狭缝法测试MTF的原理,设计并搭建了一套EBAPS的MTF测试系统。通过驱动EBAPS器件,利用USB接口将采集到的数据传输至上位机进行图像分析,对狭缝图像进行处理获得线扩散函数(line spread function,LSF),经离散傅里叶变换后得到相应的调制传递函数曲线。在狭缝靶标处照度为2×10^(-2) lx时,一定范围内随着电压升高,EBAPS的MTF先升高后降低,且在外加-1 000 V时取得最大值。在光成像模式下,微调狭缝与传感器成像面的相对位置,连续5次测试得到几个重要频率点的MTF值的标准差均低于0.01,稳定性较好。

加速电压、探测层厚度和处理方法对混合像素探测器成像的影响探究

混合像素探测器(HPD)在低电压下的高检测效率,弥补了单片有源像素传感器(MAPS)对辐射敏感材料成像不理想的缺陷。然而,HPD的成像受限于电子计数,包括单电子信号簇的识别和事件定位等处理。其中,分簇主要受探测器的硬件和成像条件影响,但目前缺乏对这些参数和方法的系统研究。本文通过实验和蒙特卡洛模拟,分析了不同加速电压、探测层厚度和事件定位方法对MTF影响,并统计了相对能量损失。结果表明,300和500μm探测层厚度的Timepix分别在低压和中高压时的能量损失最小。质心法在低压时定位效果与CNN方法相当;CNN在中高压的定位优势则随着电压升高而增大。Timepix在低压范围的MTF与探测层厚度成正相关;高压则反之。这对HPD相机未来在单颗粒冷冻电镜中的应用提供了参考。

长波红外相机细分采样迭加像元传递函数分析

根据长波红外探测器的特点,阐述了细分采样迭加技术的应用目的和原理,在像元传递函数(PTF)的基础上分析细分采样和迭加对PTF的影响,给出了不同细分倍数m对应的细分采样迭加PTF。随着m的增加,推扫采样方式由单次瞬时采样(m=1)转变为全驻留时间积分采样(m趋于无穷大)。当细分倍数m>4时,PTF的变化已经不明显了。

采样红外成像系统仿真及最小可分辨温差预测方法研究

提出一种基于采样红外成像系统仿真图像的最小可分辨温差MTRD预测方法.该方法从红外成像系统信号传递方程出发,模拟生成不同空间频率、辐射温度的标准四周期矩形样条;利用调制传递函数法和象素处理法,仿真了系统各组成模块的几何扭曲、模糊效应、噪声特性和非线性效应;由多名观察者观察样条仿真图像,统计正确判断概率,实现了MRTD的预测.仿真结果表明该方法预测的MRTD值能够与实际测量的MRTD值有很好的一致性.

微扫描光电技术研究

在介绍微扫描原理的基础上,用计算机模拟比较了采用微扫描方法合成的图像和单幅图像的差异.由于微扫描利用了同一景象的序列图像之间不同却相互补充的信息,可以更好地重建原始图像.为了定量分析微扫描对系统性能的影响,引入了像素传递函数的概念,详细考察和比较了填充因子不同时,不同的微扫描模式对像素传递函数的影响,同时比较了在Nyquist频率处的像素传递函数(PTF)随微扫描步数渐增时的改善情况.

CMOS APS图像传感器的像质分析

使用标准CMOS制作工艺生产的有源像素传感器(APS)引起了广泛关注。为了确定CMOSAPS成像系统设计的主要参数选择的正确性,以及能否满足要求或指标,需要对相机系统的像质进行分析。考虑到CMOSAPS图像传感器与CCD的不同,在分析时计算了CMOSAPS成像系统中的镜头、滤光片和焦平面的调制传递函数(MTF),系统MTF曲线为各个部分MTF值之积。在系统截止频率范围内,利用MTF曲线所围面积的大小来评价系统的成像质量。在系统制造之前,用调制传递函数作为像质的评价方法,看其是否符合使用要求,是十分有价值的工作。

像元尺寸对空间光学探测系统性能的影响

针对空间光学探测系统的组成和特点,采用调制传递函数(MTF)作为系统性能指标,通过建立光学系统、探测器系统、离焦和像移调制传递函数模型,仿真分析了像元尺寸对系统成像性能的影响。结果表明,随着像元尺寸减小,探测器系统MTF值增大,光学系统、离焦、像移等的MTF值都变小,从而为像元尺寸的确定提供了参考依据。

红外凝视系统中的微扫描技术研究

详细介绍了微扫描的原理,在对微扫描成像性能的评价过程中引入了像素传递函数的概念,并给出了在微扫描模式不同时的探测器阵列的像素传递函数及其曲线,给出了微扫描模式不同时的微扫描重建图像。通过理论和计算机仿真分析可知,微扫描能有效地减小频谱混淆,提高图像分辨率。

品字形拼接探测器偏流角补偿研究

对遥感卫星TDI-CCD推扫品字形探测器偏流角的补偿进行了研究。根据偏流角产生机理,用轨道要素法推导出一种简单可靠的偏流角计算和补偿方法,将偏流角补偿后重新计算的欧拉角作为控制目标输入闭环进行控制,规避了三轴欧拉角转序的影响。分析了偏流角控制对品字形拼接探测器成像产生的像元错位、调制传递函数(MTF)、通道间配准和幅宽等的影响。结果发现:对偏流角进行控制后穿轨向像元错位可消除,沿轨纵向像元错位不能消除,穿轨和沿轨向MTF均可消除,偏流角可对幅宽无影响;不对偏流角进行控制会严重影响通道间的配准精度。所提方法计算简单,流程清晰,在工程中有一定的应用价值。

基于阵列点源的光学遥感卫星像质评价方法

提出一种基于阵列点源的光学遥感卫星像质评价方法,以轻小型、自动化的反射点源阵列作为检测参照目标,最小二乘法二维高斯模型拟合阵列点源影像获得像点坐标,结合地面点源位置测量获得遥感器地面像元分辨率;以点源影像像点坐标为基准,对阵列点源遥感影像数据进行位置配准与高斯模型拟合获得成像系统点扩散函数与调制传递函数值。试验结果表明:像点坐标的共线误差小于0.002像素,地面像元分辨率的相对偏差优于6.5‰,阵列点源可以综合实现光学遥感卫星的像质评价与辐射定标。

利用CMOS图像传感器测试成像镜头MTF的实用方法

介绍了一种用CMOS图像传感器测量镜头MTF的实用方法及其实用实例。该方法通过引入参考空间频率,利用在CMOS图像传感器像面上,对被测空间频率与参考空间频率的像素灰度值的读取,能够便捷并且比较准确地测定镜头的MTF值。由于参考空间频率的引入,大体消除了CMOS图像传感器本身MTF对测量结果的影响,从而使测量结果更接近理论运算结果。

基于像素编码的大F数高分辨成像技术研究

为了使小口径相机具有与大口径相机同等的分辨能力,提出一种基于像素编码的高分辨成像技术。为了降低图像高、低频信息的混叠,提出基于以系统点扩展函数为运算核的像素编码算法。首先在空间域中直接构建系统的编码矩阵;然后采用求逆的方法实现对输出图像的解码,以达到提高图像质量的目的;最后利用焦距为100 mm和像元尺寸为9μm的成像系统在F数分别为11(F11)和25(F25)下进行室内实验验证,采用像素编码算法对F25系统所成的鉴别率板像进行校正,校正后的调制传递函数值(0.18)与F11系统(0.24)相当,图像对比度得到提高,验证像素编码算法的合理性和可行性,使得小口径相机具备高分辨率的成像能力成为可能。

像元映射比对半实物仿真实验影响的研究

为了给制导系统半实物仿真器设计过程中像元映射比选取提供准确的依据,根据探测器与仿真器空间光调制器的工作原理,研究了像元映射比对半实物仿真实验的影响。将随机靶标特有的频谱分布特性引入到仿真实验模型中,进行频谱计算,分析了不同像元映射比、不同相位变化对调制传递函数的影响,获得了映射比与调制传递函数之间的变化曲线。分析结果表明:当映射比为0.3:1和0.7:1时,相位变化对调制传递函数的影响可以忽略不计,而且系统的调制传递函数下降最小,稳定性好。分析结果为像元映射比的选择提供了定量依据。