激光3D成像系统主被动探测技术的研究进展

随着探测器件技术的进步,新概念的主/被动3D成像技术将主被动探测技术优势有机结合起来,能同时获得目标更加丰富的图像信息(如距离像、强度像、距离-角度像等),从而为正确识别和跟踪目标提供更多的决策信息,大大提高了目标识别概率和可靠性。本文首先介绍了激光3D成像系统的发展现状,重点介绍了林肯实验室研制的Gen-III系统和美国航空航天局的自主精确着陆和危险的检测避免技术项目的 3D闪光激光雷达系统,接着结合HgCdTe雪崩光电二极管(APD)器件的特点介绍了下一代激光3D成像系统主被动探测技术的发展。最后对激光3D成像系统主被动探测技术的未来应用前景进行了展望。

红外偏振成像系统性能评估模型

红外偏振成像系统快速发展且应用广泛,但评估其性能的成像系统性能模型发展不足。迫切需要能够与先进的偏振成像系统相匹配的性能模型。利用深度学习网络的训练过程与人脑提取认知信息过程的相似性,本文首次将深度学习方法引入系统性能模型领域,提出了一种基于二维图像的可自动评估系统性能的红外偏振成像系统性能模型。该模型主要包含两个主要模块:退化模块、性能感知模块。在评估一个新的系统时,需要输入高质量的原始图像,并根据系统的硬件参数量身定制成像系统退化模块,退化完成后输入性能感知模块,从而得到最终的目标获取性能。为验证模型有效性,本文基于红外辐射理论自建了面向海面场景的红外偏振数据集,训练网络并进行测试。应用该模型对红外偏振成像系统的性能进行评估,评估结果与主观感知具有较好的一致性。

用于并行压缩感知成像系统的观测矩阵优化算法

压缩感知理论为遥感空间超分辨技术提供了一种新的实现方式。其中观测矩阵决定着压缩感知的采样规则,设计和优化观测矩阵对于保证信号的重构品质具有重要意义。文章在并行压缩感知成像系统的基础上,提出了一种基于列独立性和互相关性的观测矩阵优化算法。算法通过正交三角分解增强观测矩阵的列向量独立性,再通过特征值分解和等角紧框架约束来降低观测矩阵与稀疏矩阵之间的互相关性。同时,文章还提出了一种基于阈值分割的优化方法,将观测矩阵转化为便于硬件实现的二值矩阵,在降低了硬件加工难度的同时,进一步增强了观测矩阵的效果,提高了优化算法的实用性。仿真实验证明,文章提出的优化算法相较于传统优化算法在峰值信噪比方面提升1~2 dB,具有更好地优化效果。

典型背景和目标的长波红外偏振成像实验研究

红外成像可以获得目标的强度信息,偏振成像可以获得目标的偏振信息,二者结合更有利于目标的探测识别。实验选用天空中飞机、海面上船只、草地上车辆三种典型自然背景下的典型目标作为研究对象,并利用自行研制的四通道同时长波红外偏振成像系统实现图像采集。实验结果表明,相对于传统的长波红外成像,长波红外偏振成像具有以下优势:长波红外偏振度图像在一定情况下具有更高的图像对比度,有利于目标的探测识别;长波红外偏振角图像可以突出目标细节,有利于观察者对场景内容的理解;长波红外偏振度和偏振角图像在一定情况下可以抑制杂波干扰,有利于杂波情形下的目标成像研究。

气体泄漏红外成像检测系统的性能测试方法研究

气体泄漏红外成像检测技术以其高效率遥测成像等显著优势成为气体泄漏检测的有效手段之一,针对此类系统探测能力的评价方法不全面的问题,通过改造MRTD测量靶标及方式,提出了适用于被动式气体红外成像检测系统性能的最小可分辨气体浓度MRGC(minimum resolvable gas concentration)评价方法,设计并搭建了MRGC性能测试系统,并以乙烯气体为检测目标进行了测试,测试结果与系统MRTD曲线的变化趋势具有较好的一致性.

焦平面热成像系统离散采样性能评价方法

在充分研究焦平面热成像系统欠采样成因的基础上,分析了ANN法和基于信息理论的光电成像系统欠采样混频评价方法,把欠采样混频看作是系统的噪声,并和其他系统噪声一起加到MRTD模型中,给出了包含欠采样噪声的MRTD模型。对比含欠采样噪声的MRTD模型仿真数据与文献中实测MRTD数据,该模型对MRTD仿真结果与测量数据走势基本一致,能够用于评价欠采样混频对热成像系统性能的影响,但模型的精确性还需要进一步修正。下一步将通过测量各种型号焦平面热像仪的MRTD,对含欠采样混频的MRTD模型进行修正。

背景杂波对红外偏振成像系统作用距离的影响

基于红外成像系统作用距离估算最小可分辨温差(MRTD)方法建立了红外偏振成像系统作用距离模型,分析了背景杂波影响下红外偏振成像系统作用距离。通过仿真发现,红外偏振成像系统作用距离是由目标/背景红外偏振特性、大气传输过程和观察方式等众多因素共同决定的,背景杂乱程度大幅影响红外偏振成像系统作用距离,偏振成像模式与强度成像模式依据应用条件的不同具有不同的优势。

量子光谱成像技术及其在对地观测中的应用前景

综述了量子光谱成像技术的发展概况,简述了量子光谱成像原理的理论,详细介绍了纠缠双光子源的鬼成像,亚波长干涉以及热光的无透镜成像和热光的非定域双缝干涉实验及其原理。最后对量子光谱成像技术在未来的军用和民用对地观测的应用方面做出了展望。

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。

红外成像系统动态性能模型研究进展

红外成像系统动态性能模型在军事领域具有广泛的应用前景。介绍了动态性能模型的3个模块:目标背景数据输入、静态性能模型和搜索模型,对各模块的内容和实现途径做了简单说明。按照动态性能模型的发展趋势,分析了国外在搜索模型方面的主要工作,介绍了国内动态性能模型的概况,最后指出了动态性能模型发展方向和需要解决的问题。

偏振成像技术发展与应用(特邀)

偏振成像是一种新型光电探测方法。相比于传统的强度成像,偏振成像可以进一步获取目标的偏振特性,从而提高对比度,增加识别概率。偏振成像在生物医疗、工业检测、地球遥感、现代军事以及海洋和航空领域具有重要应用价值。文中对偏振成像系统的成像方式进行分类和比较,总结了偏振成像的实现方法。在此基础上,根据不同偏振成像系统的特点,针对不同的应用背景,对偏振成像系统的未来发展方向进行了展望,包括基于超表面的新型偏振成像系统以及新型偏振成像光谱系统等。

非共轴长波红外偏振成像系统设计

围绕长波红外偏振成像系统的硬件研制、系统校正和基本性能指标测试3方面工作,构建了较为完整的成像技术方案:从方案选择、系统组成、光学部件、电路原理介绍了系统的硬件研制;分析了系统四通道响应非一致性的来源,阐述了分段线性校正法的基本原理,并展现了其对四通道红外图像的校正效果;通过实验测量得到单通道NETD值约为60 m K,并绘制了单通道MRTD性能曲线,基于对应特征点统计得到了系统成像中心位置偏差约为4个像素,图像配准误差约为1.2个像素。最后,给出了车辆目标的长波红外偏振信息解算图像。

基于高光谱成像技术的微小摄像头检测技术

针对高光谱成像特点,提出了一种基于三维特征检测微小摄像头的方案。在空间维利用猫眼效应筛选疑似目标,在光谱维对结果进行精准判定。依据摄像头结构,分析了可见光摄像头的反射光谱特征。基于几何光学和辐射度学,计算和仿真了系统的探测距离。结果表明,正常工作时,光功率影响最小探测距离,目标尺寸影响最大探测距离。搭建了微小摄像头光谱特征验证系统。结果表明,采用吸收型红外截止滤光片的目标的非反射光占比曲线变化平缓且数值高,采用反射型红外截止滤光片的目标的非反射光占比曲线可见光部分数值高,红外部分数值低,从700 nm附近开始下降,甚至发生突变,实验数据显示,突变位置的斜率绝对值是红外波段斜率绝对值的10倍以上。实验结果与预期分析的结果一致,验证了高光谱成像技术检测微小摄像头的可行性。

气体泄漏热成像检测系统性能的多指标测试评价系统

目前针对气体泄漏热成像检测系统性能的相关评价技术还不够成熟,相应评价指标的测试系统及其测量方法尚无系统的研究报道。而常规热成像系统的性能评价方法难以直接用于评价气体泄漏热成像检测系统对泄漏气体的探测能力,本文结合泄漏气体特性及各测试系统的特点,设计了一种可测量多类性能指标的气体泄漏热成像检测系统性能的测试评价系统,并以乙烯和甲烷气体为检测目标在实验室环境中分别对NECL、MRGC和MDGC三种评价指标进行了实验测量,结果表明了测试评价系统的可行性和实用性。

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LED灯的室内可见光通信系统仿真分析

白光LED灯几MHz到几百MHz的调制带宽使其在照明的同时兼具通信功能。首先提出了照度均方差最小化准则来设计LED灯在室内的布局问题,分别考虑了不包含墙壁反射和包含墙壁反射两种情况下对室内照度分布的影响,分别给出了两种情况下白光LED灯的最优布局。然后分析了室内视距链路(不包含墙壁反射)和非视距链路(包含墙壁反射)下的室内照度分布、接收功率分布以及信噪比分布。非视距链路相对于视距链路来说,室内照度分布和接收功率分布明显增加,但是信噪比明显下降,这主要是由于非视距链路下墙壁反射产生的码间干扰所致。

运动成像混合模糊的全变分图像复原

为了实现运动成像中视频帧内复原,研究了帧内运动模糊和离焦模糊两种常见模糊类型带来的混合模糊问题。首先,依据模糊图像的频谱特性定性判定模糊类型,利用倒谱分析的方法定量估计模糊模型点扩散函数,依据工程实际选取模糊参数进行仿真实验,实现点扩散函数估计方法的准确性验证。然后,采用耦合梯度保真项的改进型全变分图像复原算法,约束点扩散函数估计误差对图像复原的影响,并采用适应L1范数的Split-Bregman算法完成复原算法的数值实现。最后,对算法性能进行验证,完成仿真和实拍混合模糊图像的复原。实验结果表明,倒谱分析估计点扩散函数的准确率达到90%。复原算法能保持图像边缘和细节,并有效抑制振铃效应,帧内稳像的图像峰值信噪比为28.92 dB。

红外场景仿真技术发展综述

红外场景仿真技术在军事领域具有广泛的应用前景。介绍了红外场景仿真的3个阶段:数据准备、辐射计算和后处理;对各阶段的工作内容和实现途径做了简单说明。按照红外场景仿真技术的发展趋势,分析了国外在各发展阶段的主要工作,介绍了国内红外场景仿真概况及笔者目前的工作。最后指出了国内在红外场景仿真方面存在的几个问题。

基于CALIPSO和转动拉曼-米散射激光雷达研究北京地区大气气溶胶特性

为提高大气气溶胶参数反演结果的准确性,结合实验室研制的转动拉曼-米散射激光雷达和NASA的CALIPSO,仅用2个激光雷达的弹性后向散射信号,无需对激光雷达比进行假设,反演出了2012年春季北京上空晴天、雨后、阴霾天气的气溶胶光学参数的垂直分布.结果表明:此方法可有效地获取气溶胶消光系数和后向散射系数的垂直分布;气溶胶的消光系数值在阴霾天气最高,晴天次之,雨后最低.

多通道嵌入式高速图像采集存储系统的研究

实时图像采集存储设备作为视觉处理系统中最前端的组成部分,其性能在很大程度上决定了后续任务的难易程度。随着近年来图像传感器分辨率的提高和摄像机阵列结构的广泛采用,图像采集存储系统性能也在向高速高分辨率方向发展。采用FPGA阵列协同处理,设计了并行多SD卡控制结构,实现了一种多通道模块化的嵌入式高速实时图像采集存储系统,能够对单通道速率达660 Mb/s的图像数据流进行多通道实时数据采集和存储操作,进而为使用多摄像机阵列结构设计的应用和研究提供了有效的平台保障。