基于BRDF模型的伪装目标与背景动态光谱一致性分析

伪装目标与背景的光谱一致性是评价光学伪装效果的重要指标。在时间随机、方向任意的光学侦察威胁下,太阳光入射角度的变化以及观测角度不同使得观察到的目标与背景的光谱特性发生相应变化,导致光谱动态差异,给伪装目标与背景融合度的精准评估带来了困难。为解决该问题,提出了基于双向反射分布函数(BRDF)的光谱一致性分析方法,基于广义逆矩阵回归拟合得到模型参数,据此构建核系数一致性指数,用以量化伪装目标和背景参数之间的差异,实现多角度的动态光谱一致性分析。使用该模型与传统的评估方法进行了比对实验验证,结果表明,传统一致性分析方法的评价结果会随着角度的变化而波动,而所提方法对动态光谱一致性给出了稳定的评价结果,说明了所提方法比传统方法更为可靠和合理,所做工作对光学伪装评价具有参考意义。

基于溶致液晶制备SERS基底的拉曼光谱一致性研究

在拉曼光谱测量中,表面增强拉曼散射(SERS)基底的微纳结构表面覆盖度对光谱一致性影响严重。为此,本文重点研究表面覆盖度对光谱的影响规律,并给出消除表面覆盖度影响的方法。首先利用溶致液晶软模板制备SERS基底,并分析表面覆盖度和拉曼光谱强度的关系,得到经验公式。然后基于该关系公式,以测量光谱平均强度对应的表面覆盖度作为基准覆盖度,将所有的测量光谱强度都归集到该基准覆盖度下,从而消除表面覆盖度对光谱强度的影响。最后,验证该方法在不同SERS基底和同一基底不同测量光斑大小下的有效性。拟合及实验结果表明:拉曼光谱强度和表面覆盖度呈指数变化关系;表面覆盖度法可以将不同基底的拉曼光谱变异系数减小到约6%、不同测量光斑下基底的一致性均提升约2倍以上,且基底的光谱变异系数随光斑的增大线性减小。总之,表面覆盖度法可以显著提升SERS基底的拉曼光谱一致性,从而实现各种物质成分的定量、可靠检测,极大促进SERS基底在多个检测领域的应用。

红外探测器光谱一致性测试方法研究

红外焦平面探测器的光谱一致性是评价材料制备水平的重要参数之一。探测器材料因制备工艺的不同而存在差异。由于光谱仪光斑尺寸的限制、探测器杜瓦结构的局限性以及设备采集光谱的巨大数据量,难以对探测器组件的光谱一致性进行测试分析。为此提出了一种新方法,即选取用传统工艺和优化工艺制备的两种探测器样品,并选取成像图中与工艺相关的多个明暗特征区域,再测试这些区域的光谱曲线并对其进行分析汇总,然后通过比较光谱最大差异来评判探测器光谱一致性的优劣。该方法测得两种探测器特征区域的光谱最大差异分别为1.21μm和0.30μm。测试结果表明,优化工艺后的光谱一致性优于传统工艺。

基于光谱指数的高光谱伪装效果评估

伪装效果评估是伪装技术发展的重要内容。为了充分利用光谱细节信息对目标高光谱伪装效果进行评价,提出了基于光谱指数的伪装效果评估方法,该方法兼具可视化和量化分析的优势。可视化方面,通过光谱指数对高光谱图像进行阈值分割,实现目视解译的伪装效果评估;量化分析方面,以现有的遥感光谱指数为基础,构建新的伪装光谱指数来量化目标与背景的光谱特征,并提出光谱一致性系数指标,将各谱段的光谱指数加权综合进而量化评估目标伪装效果。实验结果表明:该方法的评估结果能够有效辨识目标伪装前后的高光谱伪装效果,且在传统指标相似度达到99%以上时,本文方法仍能有效辨识目标并给出客观评价,其在单个谱段的一致性以及宽谱段的整体匹配性方面评估结果更精准全面,更科学合理。

一种新的全色与多光谱图像融合变分模型

图像融合是提供包含各输入图像互补信息的单幅图像的有力工具.本文提出了一种新的用于全色和多光谱图像融合的变分模型.在Socolinsky对比度模型的基础上构造了一个改进的能量泛函最小化问题,以寻找最接近全色图像梯度的解.为了提高多光谱图像的空间分辨率,并尽可能地保持其原有的光谱信息,还将光谱一致项、波段间相关项和对比度增强项引入融合模型.在IKONOS和QuickBird数据集上测试了该模型的性能.实验结果表明该模型可以生成同时具有高空间质量和高光谱质量的融合图像.

采用SIFT特征的高光谱数据自动几何精校正

针对几何精校正过程中人工选取控制点误差大、未考虑高光谱数据光谱特征一致性等问题,提出了基于SIFT特征的自动几何精校正方法。首先提取图像的SIFT特征,利用高光谱数据的地理坐标定位进行局部特征匹配,然后为了进一步提取高精度、分布均匀的控制点,提出了一种分区域的随机采样一致(Random Sample Consensus,RANSAC)算法。利用航空高光谱成像仪Hymap获取的新疆东天山数据进行算法性能的分析与验证,并采用CE90/CE95以及均方根误差等指标进行定位精度的评价,提出的基于SIFT特征的自动几何精校正方法能够达到0.8像元的定位精度,并且校正前后光谱的光谱角小于0.01 rad。

导引头性能检测装置设计

为实现在室内对多款导引头的目标识别、跟踪、光轴一致性、激光回波接收性能的检测,提出多目标识别方法、基于相对运动的跟踪方法和多光谱光轴一致性的检测方法,并设计一套由目标模拟器和两轴运动转台组成的检测装置。目标模拟器采用反射望远系统,可以提供不同灰度值的可见光目标、不同能级的红外目标以检测导引头的目标识别性能;转台带动导引头运动,检测导引头的跟踪性能;目标模拟器的准直系统提供光轴基准,检测导引头的多光谱光轴一致性;目标模拟器发出不同能级和角度的模拟回波激光,来检测激光回波接收性能。实际检测结果表明,可以实现对3～5个目标的识别,跟踪精度优于0.001 rad,光轴一致性检测精度达到15″,可接收视场角±1°,能级1 nW～10μW的激光回波信号。满足在室内对导引头性能检测的要求。

数字电影系统高性能冷反光镜

为了实现数字影视系统中反光镜较高的光谱要求和良好的膜层特性,深入分析了深椭球反光镜的膜层厚度分布关系,讨论并实践了膜系设计及镀制工艺。使用自行研发设计的高性能冷反光镜专用镀膜机,镀制了光谱特性趋于一致的数字电影反光镜产品,并成功应用于数字电影放映系统。

顾及空间特征的城市主干道提取方法研究

针对高分辨率遥感影像道路提取方法自动化程度低、普适性弱的问题，本文提出了一种顾及空间特征的城市主干道提取方法。该方法首先进行遥感影像滤波，去除道路车辆和影像噪声，采用K—means算法将滤波后的影像聚为2类，即道路类和非道路类；然后进行局部光谱一致性检测，实现备对象分离，依据城市道路的空间分布特征，结合K—means聚类结果，自动识别出道路类；最后，连接细化后中断的道路中心线，得到完整的城市主干道网。利用IKO—NOS、QuiekBird和航空影像对提出的方法进行了试验，结果表明该方法能较好地从遥感影像中提取出城市主干道，且完整性好、精度高、普适性强。

激光光斑分布测量系统中光纤传光特性

为解决传统激光光斑分布测量系统限制光束入射角度的问题,引入大数值孔径、大芯径的传光型光纤,阵列排布后作为测量系统的光斑取样前端,以增大系统允许的入射角度范围,并分析了相关的传光特性:对光纤透过率的影响因素进行了分析,并综合数值分析方法和实验测量研究了光纤传光的入射角度宽容性和作为阵列单元的一致性,验证了光纤应用于激光光斑分布测量系统的可行性和优越性。本研究成果可为建立完善的光纤集成设备并将其应用到相关激光测量系统提供有效的理论依据。