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2022年  第44卷  第4期

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综述与评论
典型单兵作战场景与夜视镜
蔡毅
2022, 44(4): 315-327.
摘要 HTML阅读量 (161) PDF免费下载(265)
摘要:
本文分析了典型单兵作战场景，包括战场观察、侦察与监视、目标定位与激光指示、轻武器精准射击、狙击作战、与隐蔽物后/堑壕中的目标交战、夜间跳伞和机降、夜间作战、从明亮环境进入黑/昏暗室内/地下空间作战、低能见度环境的观察/搜索/射击等。为满足上述作战需求，单兵夜视镜正发展为与可见光、激光、卫星定位、数字指北针、通信等功能模块组合或集成，实现成像、测距、定位、计算、信息融合、火控解算、无线传输等复杂功能的单兵光电系统、轻武器光电火控系统和未来士兵系统，使单兵具有更全面和更精确的作战能力。
太赫兹成像技术研究进展及应用
周强国, 黄志明
2022, 44(4): 328-342.
摘要 HTML阅读量 (1040) PDF免费下载(227)
摘要:
太赫兹波（terahertz waves）位于红外波段与微波波段之间，相比其他波段具有高透射性、低能量性、相干性、指纹光谱以及瞬态性等特点。随着太赫兹成像技术在空间通信、雷达探测、航天航空以及生物医疗等领域的广泛应用，已经表现出传统成像技术（如可见光、超声波和X射线成像）无法比拟的优势。本文首先对太赫兹时域光谱（THz-TDS）成像技术以及室温（非制冷）微测辐射热计太赫兹成像技术的发展现状进行介绍，再介绍太赫兹成像技术的典型应用，最后指出太赫兹成像技术在发展中存在的限制因素并给出合理的建议。
材料与器件
雪崩光电二极管过剩噪声的测量和抑制方法
李再波, 李云雪, 马旭, 田亚芳, 史衍丽
2022, 44(4): 343-350.
摘要 HTML阅读量 (47) PDF免费下载(89)
摘要:
雪崩光电二极管（APD）因为其高灵敏度和高增益带宽的优势已被广泛应用在高比特率、远程光纤通信系统中，而雪崩过程中产生的过剩噪声直接影响到APD的信噪比，因此，研究过剩噪声对APD性能的提升具有重要意义。目前，国内外测试雪崩光电二极管过剩噪声的方法主要有直接功率测量法和相敏探测法，本文对这两种测试方法和其优缺点进行了分析，并介绍了最新的改进测试思路。同时，还总结了降低过剩噪声的3种方法：选择低碰撞电离系数比的材料，降低倍增层厚度和采用APD碰撞电离工程来降低噪声。
退火处理对锑化铟MIS器件C-V特性的影响
周伟佳, 龚晓霞, 陈冬琼, 肖婷婷, 尚发兰, 杨文运
2022, 44(4): 351-356.
摘要 HTML阅读量 (33) PDF免费下载(50)
摘要:
采用原子层沉积技术制备Al2O3薄膜作为InSb材料介电层，制备了MIS器件，研究了金属化后不同退火温度对界面特性的影响。利用C-V测试表征了MIS（metal-insulator-semiconductor）器件的界面特性，结果表明Al2O3介电层引入了表面固定正电荷，200℃和300℃退火处理可有效减小慢界面态密度，利用Terman法得到了禁带界面态密度分布，表明200℃退火可使禁带中央和导带附近的界面态密度显著减小。同时文章对C-V曲线滞回的原因进行了分析，认为Al2O3介电层中离界面较近的负体陷阱电荷是主要影响因素。实验证明了200℃~300℃的退火处理可有效改善InSb/Al2O3界面质量。
系统与设计
基于视轴矢量序列的目标轨迹确认方法
薛永宏, 王铁兵, 乔凯, 樊士伟
2022, 44(4): 357-363.
摘要 HTML阅读量 (38) PDF免费下载(20)
摘要:
针对椭圆轨道红外监视系统图像畸变大，基于图像配准进行目标轨迹确认误差大的问题，提出基于视轴矢量序列的目标确认分析方法；建立了目标视轴矢量序列的状态转移模型和观测模型，利用GM-PHD（Gaussian mixture probability hypothesis density）滤波器对目标视轴矢量进行滤波实现目标确认分析；针对在目标状态未知条件下，GM-PHD滤波器易于丢失新目标的问题，采用反馈滤波方式对GM-PHD滤波器进行改进设计。仿真结果验证了基于视轴矢量序列进行目标轨迹确认分析的有效性以及改进GM-PHD滤波器对新目标状态估计的时效性。
空间相机全铝合金光机结构的设计与分析
王上, 张星祥, 朱俊青
2022, 44(4): 364-370.
摘要 HTML阅读量 (42) PDF免费下载(35)
摘要:
提高光机结构的温度适应性对空间相机降低热控难度、提升系统稳定性具有重要意义。根据统一材料结构可以消除系统热差的原理，选用铝合金材料对某可见光波段空间相机的光机结构进行了设计，并完成了实际工况下的工程分析，达到了在20℃±15℃均匀温度变化与不同方向重力耦合状态下，像质均满足MTF（modulation transfer function）在71.4 lp/mm处大于0.3的成像指标。采取常用的不同材料搭配方案进行对比分析，相同工况的全铝结构稳定性远优于不同材料方案，验证了统一材料的光机结构在温度适应性方面的优势。
红外搜索跟踪系统的虚警率降低方法
宋治杭, 张晋, 朱亮, 林丹丹, 杜欣悦, 林宇
2022, 44(4): 371-376.
摘要 HTML阅读量 (79) PDF免费下载(47)
摘要:
红外全景搜索跟踪系统能对360°大视场提供实时多目标搜索与定位功能，与此同时大视场的引入也带来虚假目标增多，以及同一运动目标在前后生成的两幅全景图像中位置差异过大的困扰。本文针对以上问题，引入图像金字塔变换降低全景图像分辨率，再利用Lucas-Kanade（LK）光流法计算所有疑似运动区域的光流，最后分析所有光流特征结合二分类思想将真实运动目标和虚假运动目标区分开，针对全景图像能够有效的将虚假目标检测出来，剔除该类目标对后续处理结果的干扰。
微光技术
超二代像增强器分辨力随输入照度变化研究
李晓峰, 常乐, 刘倍宏, 须恃瑜, 丁易冰
2022, 44(4): 377-382.
摘要 HTML阅读量 (80) PDF免费下载(65)
摘要:
为研究超二代像增强器在不同输入照度下的分辨力变化规律，在不同照度下分别对不同极限分辨力、信噪比以及等效背景照度像增强器的分辨力进行了测试。通过测试数据的分析，得出了极限分辨力、信噪比及等效背景照度在不同照度下对分辨力影响的规律。该规律表明，在5×10－2 lx~5×10－3 lx照度区间，不同性能参数像增强器的分辨力均等于其极限分辨力，并且分辨力不随照度的降低而降低；在5×10－3 lx~5×10－7 lx照度区间，分辨力不等于其极限分辨力，并且分辨力均随照度的降低而降低。在分辨力随照度降低的过程中，信噪比越高，等效背景照度越低的像增强器，其分辨力下降的速率越低，并且分辨力相对更高。在5×10－3 lx~5×10－6 lx照度区间，信噪比对分辨力的影响较大；但在5×10－6 lx~5×10－7 lx照度区间，等效背景照度对分辨力的影响更大。像增强器主要在弱光下使用，因此在弱光下的分辨力更重要。要使像增强器在5×10－3 lx~5×10－7 lx照度区间具有更高的分辨力，除需要提高极限分辨力外，还需要提高信噪比及降低等效背景照度。
亮度增益对基于像增强器的目标背景对比度影响
苏悦, 拜晓锋, 党小刚, 冯丹青, 程宏昌, 李周奎, 韩坤
2022, 44(4): 383-388.
摘要 HTML阅读量 (70) PDF免费下载(40)
摘要:
亮度增益为微光像增强器的重要参数，影响微光夜视环境下以微光像增强器为核心的目标背景对比度测试结果精度。本文基于对比度测试原理，通过对不同亮度增益的ICCD进行目标背景对比度测试，分析得到亮度增益与目标背景对比度的变化关系及影响因素。测试结果表明：亮度增益分别为12000 cd/(m2·lx)、8300 cd/(m2·lx)、6000 cd/(m2·lx)时，环境照度在[2×10－3, 8×10－3](lx)区间内，目标背景对比度受亮度增益影响较小。照度在区间外时，受亮度增益影响，目标背景对比度测试结果可能失真。本文研究结果为提高ICCD目标背景对比度测试精度提供数据支持。
基于成像对比度的微光装备侦察能力研究
荆卫国, 王红培, 栾光琦, 王晨辉
2022, 44(4): 389-396.
摘要 HTML阅读量 (41) PDF免费下载(45)
摘要:
针对现有的微光视距模型中变量参数多，难以适用实际复杂夜天环境中目标侦察能力预测的问题，本文根据Ross方程，大气光学传输和远距离侦察图像对比度模型，提出了采用标准靶对比度测试对特定目标侦察能力进行预测的方法，在特定夜天光环境下完成了标准靶对比度曲线测量，并基于最小可分辨对比度（minimum resolvable contrast, MRC）评价模型，对坦克、卡车目标的侦察距离进行了预测，与实际测试值对比，误差在16.2%以内，验证了采用标准靶对比度测试预测目标侦察距离的可行性，该项研究成果对不同背景和环境下微光装备侦察能力分析和评价具有指导价值。
图像处理与仿真
引导滤波和对数变换算法融合的多尺度Retinex红外图像增强
陈文艺, 杨承勋, 杨辉
2022, 44(4): 397-403.
摘要 HTML阅读量 (90) PDF免费下载(53)
摘要:
针对采用红外成像仪获取红外图像边缘模糊、对比度差等缺点造成图像视觉效果差、质量低等问题。以多尺度Retinex算法为框架，依据引导滤波保边和梯度保持性，提出引导滤波和对数变换算法融合的多尺度Retinex红外图像增强方法。首先，用引导滤波替换MSR算法中的高斯滤波来估计照度分量。其次，将照度分量经过对数变换处理，执行低灰度部分扩展和高灰度部分压缩。最后，引导滤波分割得到的细节层图像线性放大并与MSR（多尺度Retinex）处理后的图像叠加，获得增强的红外图像。实验证明，与传统MSR算法和引导滤波相比该算法效果明显，可以有效地提高红外图像质量。
基于自适应加权的多尺度图像融合研究
胡雪凯, 罗蓬, 李铁成, 蔡玉汝, 马娜, 周雪青
2022, 44(4): 404-409.
摘要 HTML阅读量 (76) PDF免费下载(54)
摘要:
近年来图像融合技术广泛应用到电力行业，通过不同类型的图像传感器采集电力设备和输电线的图像，经过红外和可见光的图像融合处理，实现电力设备及输电线的智能巡视和故障分析。文中提出一种基于自适应加权的多尺度图像融合算法，采用配准后的可见光和红外图像，进行多尺度小波分解，根据高低频的不同图像特征，低频采用自适应加权融合规则，高频采用绝对值最大的融合规则，将融合后的小波系数进行逆变换后得到全新的融合图像。通过对融合图像的主观和客观评价分析，证明融合算法解决了单一图像传感器采集图像存在的完整性问题，提高了融合图像细节信息，提升了场景的置信度。
基于多尺度小波U型网络的低光照图像增强
马璐
2022, 44(4): 410-420.
摘要 HTML阅读量 (52) PDF免费下载(37)
摘要:
成像系统实时采集的低光照环境图像具有照度低、噪声严重、视觉效果差等问题，为了提高低光照环境成像质量，本文提出基于多尺度小波U型网络的低光照图像增强方法。该方法采用多级编解码器构建U型网络，并引入小波变换构建特征分频单元，分离高频和低频信息，增强对低频照度特征和高频纹理信息的感知。设计多尺度感知损失函数，指导网络学习低频信息到高频信息的逐级重建，从而优化网络的收敛和性能。最后，在LOL、LIME、NPE、MEF、DICM和VV数据集上进行测试。实验结果表明，所提方法能够有效提升图像照度，抑制图像噪声和纹理丢失问题，并在PSNR、SSIM、LOE和NIQE评价指标上均优于比较算法，在主观和客观评价方面均优于其他对比算法。
无损检测
基于卤素灯激励的红外热成像裂纹无损检测研究
金玫秀, 朱士虎, 王通, 庄飞飞
2022, 44(4): 421-427.
摘要 HTML阅读量 (23) PDF免费下载(29)
摘要:
钢轨安全状态的监测对保证列车的安全运行至关重要，针对钢轨裂纹的检测，本文阐述了几种不同的裂纹检测技术。重点分析了红外热成像检测技术在钢轨裂纹检测中的应用，该检测技术包括外激励加热、红外图像采集以及图像处理三部分。本文将常用激励方式进行了介绍和对比，详细阐述了卤素灯作为激励在裂纹检测中的应用；其次，搭建了基于卤素灯激励的红外热成像检测实验平台；然后，对采集到的红外图像进行增强处理，并提出改进图像处理算法；最后，本文对该技术未来的应用前景做出展望。
红外应用
基于热成像技术的非接触式生命体征测量方法
李牧, 吴彤, 田哲嘉
2022, 44(4): 428-436.
摘要 HTML阅读量 (103) PDF免费下载(39)
摘要:
针对目前临床上监测生命体征设备的不便携带、接触人体等问题实现了一种将红外热成像仪作为信息采集设备，通过分析人体面部血管模型及鼻孔位置温差变化得到心率值和呼吸信息的方法。首先对获取的热像图序列提取前景目标以缩短在整幅图像中进行人脸检测的时间，再利用各向异性扩散滤波法增强感兴趣区域内血管位置的对比度，并利用形态学处理获得人脸血管部位的灰度均值形成初始心率信号。最终通过趋势消除、小波阈值去噪方法去除时间序列中的趋势项和随机噪声获取最终的心率波形图和动态心率、呼吸值。与医院专用设备对比试验得出该方法可控制心率误差小于4%，平均的均值误差为$ \left| {\bar d} \right| $=0.718次/min。呼吸误差在1次/min内，具有较高的准确性和鲁棒性，能够满足实际需求。

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