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2021年  第43卷  第10期

综述与评论
发热筛查热成像系统的测温准确性分析
冯涛, 金伟其, 司俊杰
2021, 43(10): 917-924, 967.
摘要:
介绍了发热筛查热成像系统的发展历程和系统构成及热像仪测温的基本原理,指出热像仪的内辐射对测温准确性具有明显影响,分析了发热筛查热成像系统用黑体参考源消除内辐射影响的工作原理。介绍了发热筛查热成像系统的测温准确性评价模型及其主要参数的要求,逐项分析了这些参数与热像仪噪声、黑体参考源及使用环境等因素的关系,发现热像仪的时间低频噪声和空间低频噪声是影响测温准确性的关键因素,指出黑体参考源可以消除时间低频噪声的影响,基于外挡片的两点校正法可以消除空间低频噪声的影响,从而使发热筛查热成像系统满足人体测温准确性要求。
系统与设计
基于反射式平行光管法的紫外透镜焦距测试研究
邓佳逸, 常伟军, 王楠茜, 邱亚峰
2021, 43(10): 925-929.
摘要:
光学透镜是光学仪器中最基本的器件,而焦距又是光学透镜最重要的特性参数,如何精确测量透镜的焦距一直以来都是研究重点,然而目前鲜有针对紫外透镜焦距测试的研究。本文结合紫外透镜的特点,对一种基于反射式平行光管的紫外透镜焦距测试方法进行了研究,并以此设计出了一套紫外镜头焦距测量系统,同时选用了不同焦距的紫外镜头进行了实验,最后对系统进行了误差分析。实验结果表明,该测量系统可以对紫外镜头焦距进行高精度测量,25 mm镜头的测量误差为2.041%,100 mm镜头的测量误差为0.934%,验证了测量系统的准确性。
抗反射膜对衍射光学元件衍射效率的影响分析
杨亮亮, 夏寅聪, 陆玉灿
2021, 43(10): 930-933.
摘要:
针对抗反射膜引入的附加位相,分析了衍射光学元件的衍射效率,提出了含有抗反射膜的衍射光学元件的优化设计方法。以工作在可见光波段的衍射光学元件为例,对比分析了采用传统方法和优化方法设计的衍射光学元件的衍射效率。结果表明:抗反射膜对衍射光学元件的衍射效率和带宽积分平均衍射效率的影响是不可忽略的。针对正入射和30°斜入射两种工作状态,采用优化设计方法得到的衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率高于94%。
一种基于空间光机热模型的自适应PID控制方法
李帅, 杨宝玉, 陆燕
2021, 43(10): 934-939.
摘要:
为提高空间相机的控温稳定度以保证成像质量,本文提出一种基于空间光机热模型的自适应比例积分微分(proportional-integral-derivative, PID)控制方法。该控制器的设计从空间光机的热平衡方程出发,能够实时根据光机及与其辐射换热对象的温度修正光机的热模型,继而采用极点配置的方法实时校正PID控制器参数,最终确定本控温周期的加热占空比。本文通过建立抽象的空间光机热模型,分别施加上述自适应PID控制方法与固定参数PID控制方法,对控温效果进行了仿真及实验对比。结果表明,对环境扰动引起的温度波动,该自适应PID控制器始终保持最佳动态响应,控温稳定度优于± 0.1 K,具有更好的控温稳定性和环境适应性。
飞机尾喷流诱导速度建模与仿真
杨立波, 丛岩
2021, 43(10): 940-948.
摘要:
本文对飞机尾喷流诱导速度进行了仿真研究。建立了飞机尾涡模型以及尾喷口喷流模型,并仿真了飞机流场中的诱导速度。然后应用CFD(computational fluid dynamics)对飞机的流场进行计算,并将CFD计算结果与尾喷流模型计算结果进行对比。仿真对比结果表明:飞机尾后100 m区域内,尾涡模型计算结果误差较大,此时应采用CFD对尾流场进行计算;而在尾后100 m区域外尾涡模型与CFD计算结果较为一致,尾涡模型的计算结果能够达到精度要求。
制导与对抗
飞机红外辐射特性测试及红外干扰弹投放方式研究
陈书恒, 朱倪瑶, 陈宁, 马贤杰, 刘杰
2021, 43(10): 949-953.
摘要:
通过研究飞机的红外辐射特征,为干扰弹投放策略提供参考,采用光谱辐射计、中波热像仪、长波热像仪对飞机的静态红外辐射特性进行测试,选择迎头(0°)、正侧向(90°)、尾后(180°)共3个测试点,测试结果表明:迎头红外辐射强度和辐射面积均最小,尾后红外辐射强度最大,辐射面积较小,正侧向红外辐射面积最大,辐射强度较大。根据测试结果分析了飞机面临不同方向来袭导弹攻击时,红外干扰弹的投放使用策略。尾后攻击时,采用多点源和面源红外干扰弹;侧向攻击时,采用面源红外干扰弹;引头攻击时,采用多点源、面源红外干扰弹。
图像处理与仿真
采用自适应全局亮度补偿的夜间去雾算法
陈志恒, 严利民, 张竞阳
2021, 43(10): 954-959.
摘要:
针对夜间雾霾天气情况下还原的去雾图像存在颜色失真、纹理损失严重、去雾效果差等问题,本文提出了一种夜间去雾算法,采用自适应全局亮度补偿、同态滤波、限制对比度自适应直方图均衡化算法以及联合双边滤波对降质图像进行处理,结合大气散射模型得到还原的去雾图像。实验结果表明,该算法的夜间去雾效果好、处理速度快,较对比算法在对比度、平均梯度以及信息熵上均有改善,有效减少了还原图像的颜色失真、纹理损失。
视觉SLAM在动态场景下的图像处理方法
游通飞, 孔令华, 刘文玉, 易定容, 殷江
2021, 43(10): 960-967.
摘要:
SLAM一直是机器人领域的研究热点,近年来取得了万众瞩目的进步,但很少有SLAM算法考虑到动态场景的处理。针对视觉SLAM场景中动态目标的处理,提出一种在动态场景下的图像处理方法。将基于深度学习的语义分割算法引入到ORB_SLAM2方法中,对输入图像进行分类处理的同时剔除人身上的特征点。基于已经剔除特征点的图像进行位姿估计。在TUM数据集上与ORB_SLAM2进行对比,在动态场景下的绝对轨迹误差和相对路径误差精度提高了90%以上。在保证地图精度的前提下,改善了地图的适用性。
基于红外图像和逆向投影算法的室内人体跌倒检测方法
陈涵, 余磊, 彭泗田, 聂宏, 欧巧凤, 熊邦书
2021, 43(10): 968-978.
摘要:
研究表明跌倒是我国老年人伤害的主要原因,缩短跌倒到救治的时间能降低跌倒造成的伤害。为此,室内老年人跌倒检测需求逐年增加。红外传感器具有受光照影响小,保护隐私等优点,越来越广泛地应用于室内人体跌倒检测中。然而,由于红外图像存在分辨率低、信噪比差等缺陷,导致传统方法的检测精度较低。针对这个问题,本文提出一种基于逆向投影算法的室内人体跌倒检测方法。首先,通过人体温度计算出人体与传感器之间的距离;其次,结合图像信息,逆推出人体在真实世界的高度;最后,对获取的人体真实高度数据进行平滑处理,并根据其变化情况进行跌倒检测。实验结果表明,本文所提方法的检测准确率达到98.57%,优于传统非逆向投影方法,其性能完全可以应用于实际检测中。
深度迁移学习预训练对红外尾流成像识别的影响
钟睿, 杨立, 杜永成
2021, 43(10): 979-986.
摘要:
随着水下航行器噪声水平的不断降低,水下航行器形成的尾流红外成像特征就成为其主要可探测的特征源之一,利用水下航行器尾流的水面红外特征来探测水下航行器的踪迹逐渐发展成为一种新的探测方式。由于人工判别尾流特征的效率低,准确性不高,采用人工智能深度学习的方式能够得到较大的改善。本文以水下航行器尾流红外特征识别为研究核心,通过图像分类制作了混合类的样本集,利用迁移学习比较不同预训练网的对尾流的训练效果,讨论预训练网内部参数对尾流训练效果的影响,结合Faster-RCNN算法,最终测试对尾流的识别精度,在45个2类尾流的小样本集下,预训练之后的网络在识别准确度上增加了21.43%,误检率下降了2.14%,带有红外特征的图像在定位精准率上比可见光图像高18.18%。该预训练测试对未来研究尾流探测结合卷积神经网络的识别有一定的应用潜力。
改进Retinex与多图像融合算法用于低照度图像增强
翟海祥, 何嘉奇, 王正家, 景嘉宝, 陈文重
2021, 43(10): 987-993.
摘要:
为了解决低照度图像在图像增强过程中图像质量不佳、对比度不高等问题,本文提出改进Retinex与多图像融合算法用于低照度图像增强。首先将待处理图像转换到HSV色彩空间,并设定阈值对其V通道分量进行亮度调节,然后转换到RGB色彩空间,将其拷贝3份,对第一份进行直方图均衡化,中值滤波处理;对第2份进行自动亮度调节,双边滤波处理;对第3份进行改进的Retinex算法处理,采用高斯滤波、双边滤波作为其环绕函数,估计图像照明分量,最后输出反射图。将处理后的3份图像转到HSV色彩空间,对其V分量进行多图像融合,HS分量沿用第2份图像分量值,最后将融合后的图像由HSV转为RGB色彩空间,输出处理后的图像。实验结果表明,本文提出的算法在增强低照度图像的同时,还可抑制图像噪声,同时具有良好的保边性,且细节明显。
基于改进斑点鬣狗优化算法的红外图像分割
李唐兵, 胡锦泓, 周求宽
2021, 43(10): 994-1002.
摘要:
针对斑点鬣狗优化算法(spotted hyena optimizer,SHO)容易陷入局部最优解、求解质量低等缺点,本文提出使用Lévy飞行和单纯形搜索算法改进SHO(spotted hyena optimizer based on simplex method and Lévy flight, Lévy_SM_SHO)。将Lévy_SM_SHO与Lévy飞行斑点鬣狗优化算法(spotted hyena optimizer based on Lévy flight, Lévy_SHO)、单纯形搜索斑点鬣狗优化算法(spotted hyena optimizer based on simplex method, SM_SHO)和SHO在测试函数上结果进行对比,实验证明改进算法能够取得较好的优化结果。并将Lévy_SM_SHO算法用于红外图像阈值分割问题,通过与粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)分割结果对比,证明Lévy_SM_SHO算法能够取得较好的阈值分割结果。
一种基于关键点的红外图像人体摔倒检测方法
徐世文, 王姮, 张华, 庞杰
2021, 43(10): 1003-1007.
摘要:
针对已有人体摔倒检测方法在复杂环境场景下易受光照影响、适应性差、误检率高等问题,提出了一种基于关键点估计的红外图像人体摔倒检测方法。该方法采用红外图像,有效避免了光照等因素的影响,经过神经网络找到人体目标中心点,然后回归人体目标属性,如目标尺寸、标签等,从而得到检测结果。使用红外相机采集不同情况下的人体摔倒图像,建立红外图像人体摔倒数据集并使用提出的方法进行检测,识别率达到97%以上。实验结果表明提出的方法在红外图像人体摔倒检测中具有较高的精度与速度。
微光技术
一种微光像增强器阴极选通模块的设计
杜培德, 朱文锦, 周盛涛, 李晓露, 李亚情, 褚祝军, 杨可洁
2021, 43(10): 1008-1013.
摘要:
高速成像分幅相机通过阴极选通模块控制微光像增强器的光电阴极选通工作可实现ns级的时间分辨率,传统阴极选通模块存在开关速度慢、只有负压输出或正负压不能满幅值输出等问题。本文基于CMOS推挽输出结构和电压电平转移电路,设计实现一种能够使用低边驱动器驱动PMOS和NMOS开关的阴极选通模块,并采用死区时间控制避免上、下管交叉导通。实测验证该电路具有结构简单、性能可靠等优点,实现了ns级上升、下降沿,占空比0~100%可调和满幅值+30~-200 V脉冲输出,十分适合微光像增强器阴极选通使用。
制冷技术
单活塞线性压缩机用动力吸振器理论分析与Matlab仿真
孔德锐, 夏明, 李海英, 陈军, 赵鹏
2021, 43(10): 1014-1021.
摘要:
单活塞线性斯特林制冷机由于其降温速度快、质量小和可靠性高等特点,目前正广泛用于红外探测器中,但是由于压缩机运行时产生的振动会严重影响探测器成像质量,所以在振动抑制方面动力吸振器的使用成为单活塞线性压缩机的最佳减振方式。基于此,本文首先论述了动力吸振器在单活塞线性压缩机减振方面的作用,并举例介绍了当前单活塞线性压缩机用动力吸振器的基本结构。为了不失理论分析的一般性,在动力吸振器与压缩机振动模型的理论计算中引入了几个重要的无量纲参数。最后在此基础上,利用Matlab软件对动力吸振器与压缩机模型进行振动幅频特性仿真。