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2023年  第45卷  第3期

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综述与评论
类果蝇复眼视觉神经计算建模及仿生应用研究综述
章盛, 沈洁, 郑胜男, 施建强
2023, 45(3): 229-240.
摘要 HTML阅读量 (144) PDF免费下载(57)
摘要:
随着类果蝇复眼视觉神经计算建模技术的快速发展，如何提高运动目标的实时检测追踪等仿生应用能力成为类果蝇复眼视觉神经领域的研究难题，所以研究类果蝇复眼视觉神经计算建模及其仿生应用具有非常重要的意义。类果蝇复眼视觉神经系统是一个高度平行的专用视觉神经网络模型，并具有适度的复杂性以允许快速进行视觉信息处理。本文首先从类果蝇复眼的生理结构、感光细胞的光电转换、视叶神经的加工处理、中央脑的认知抉择4个部分详细阐述类果蝇复眼视觉神经计算建模的研究现状，然后介绍类果蝇复眼视觉神经计算建模在军事与民用领域的典型仿生应用，最后展望了类果蝇复眼视觉神经计算建模的发展趋势与挑战。
图像处理与仿真
基于红外图像的ISSA-BP神经网络机载电路板芯片故障诊断
王力, 谢晓怀, 张亦弛
2023, 45(3): 241-248.
摘要 HTML阅读量 (57) PDF免费下载(32)
摘要:
针对传统红外图像的机载电路板芯片故障诊断法诊断率低且无法诊断动态故障的问题，本文提出了一种基于红外温度数据的改进麻雀搜索算法优化BP神经网络（Improved sparrow search algorithm-Back propagation neural networks, ISSA-BPNN）机载电路板芯片故障诊断方法。首先，提取红外热像仪采集的电路板芯片温度数据，建立电路板芯片升温过程中静态、动态、统计特征的特征模型；然后，利用Sine混沌映射初始化麻雀种群分布，利用Levy飞行策略改进发现者种群位置更新公式，将改进后的麻雀搜索算法优化BP神经网络的权值参数；最后，将温度特征模型输入到ISSA-BP神经网络进行训练和测试，从而完成电路板芯片故障诊断。实验采用航电系统电源电路板进行可靠性分析，实验结果表明，该方法在电路板不同工况下综合故障诊断率达到97.84%。
基于FCM与引导滤波的红外与可见光图像融合
蒋杰伟, 刘尚辉, 金库, 刘海洋, 魏戌盟, 巩稼民
2023, 45(3): 249-256.
摘要 HTML阅读量 (37) PDF免费下载(35)
摘要:
针对传统红外与可见光图像融合算法中存在的目标模糊、细节丢失、算法不稳定等问题，提出了一种基于模糊C均值聚类（Fuzzy C-means, FCM）与引导滤波的红外与可见光图像融合方法。原图像经过非下采样剪切波变换（Nonsubsampled Shearlet Transform, NSST）后对低频子带进行引导滤波增强，再利用FCM与双通道脉冲发放皮层模型（Dual Channel Spiking Cortical Model, DCSCM）结合对高低频子带进行融合，最后经NSST逆变换得到融合图像。实验结果表明，本文算法稳定，主观评价上所得融合图像目标明确，细节保留较为完整，客观评价上在标准差、互信息、平均梯度、信息熵和边缘保留因子等评价标准中表现优良。
基于结构与分解的红外光强与偏振图像融合
陈锦妮, 陈宇洋, 李云红, 拜晓桦
2023, 45(3): 257-265.
摘要 HTML阅读量 (51) PDF免费下载(45)
摘要:
在一些特定环境下，红外传感器无法探测到目标时，需要将偏振技术与红外技术相融合。为了获得更清楚的融合图像，采用一种基于多尺度结构分解的图像融合方法实现红外光强与偏振图像融合。该算法提出将红外图像与偏振图分解成3个独立部分：平均强度、信号强度和信号结构。其中平均强度部分，采用一种反正切的权重函数进行融合，信号强度采用最大值的融合原则，而信号结构采用一种基于信号强度幂函数的加权平均方进行融合，最后重构得到融合图像。为了更快进行融合、降低计算的复杂度，将分解过程通过均值滤波代替，再通过上采样与下采样得到最终的融合图像。为了得到更好的融合图像，通过不同融合参数实验对比，选择较优的融合参数。最后实验表明使用所提出的反正切权重函数与融合参数设置，在与传统的多尺度算法的比较中，4项评价指标取得优势，且主观上保留更多的纹理细节、提升对比度以及抑制伪影。
红外与可见光图像多尺度Transformer融合方法
陈彦林, 王志社, 邵文禹, 杨帆, 孙婧
2023, 45(3): 266-275.
摘要 HTML阅读量 (326) PDF免费下载(105)
摘要:
目前主流的深度融合方法仅利用卷积运算来提取图像局部特征，但图像与卷积核之间的交互过程与内容无关，且不能有效建立特征长距离依赖关系，不可避免地造成图像上下文内容信息的丢失，限制了红外与可见光图像的融合性能。为此，本文提出了一种红外与可见光图像多尺度Transformer融合方法。以Swin Transformer为组件，架构了Conv Swin Transformer Block模块，利用卷积层增强图像全局特征的表征能力。构建了多尺度自注意力编码-解码网络，实现了图像全局特征提取与全局特征重构；设计了特征序列融合层，利用SoftMax操作计算特征序列的注意力权重系数，突出了源图像各自的显著特征，实现了端到端的红外与可见光图像融合。在TNO、Roadscene数据集上的实验结果表明，该方法在主观视觉描述和客观指标评价都优于其他典型的传统与深度学习融合方法。本方法结合自注意力机制，利用Transformer建立图像的长距离依赖关系，构建了图像全局特征融合模型，比其他深度学习融合方法具有更优的融合性能和更强的泛化能力。
基于Lazy Snapping混合模拟退火算法的高压开关柜温度场红外三维图像重建仿真
王洁, 伍弘, 詹仲强, 李金良, 金铭, 陈文涛
2023, 45(3): 276-281.
摘要 HTML阅读量 (71) PDF免费下载(26)
摘要:
提出基于Lazy Snapping混合模拟退火算法的高压开关柜温度场红外三维图像重建仿真方法，以提升高压开关柜温度场仿真效果。该方法利用主动式红外图像传感器采集高压开关柜温度场红外图像后，使用直方图非线性拉伸算法对其实施增强处理；再使用Lazy Snapping算法对增强后的高压开关柜温度场红外图像进行分割，并通过混合遗传模拟退火算法合成二维纹理流场图像；以该图像为基础，使用Image Quiltingh纹理合成算法合成高压开关柜温度场三维图像，完成高压开关柜温度场红外三维图像重建仿真过程。实验结果表明：该方法可有效增强高压开关柜温度场红外图像，其分割红外图像时的交并比数值接近1.0；可依据其生成的二维纹理流场图像生成三维图像，温度场仿真数值最大偏差仅为0.03℃。
可见光和红外图像决策级融合目标检测算法
宁大海, 郑晟
2023, 45(3): 282-291.
摘要 HTML阅读量 (99) PDF免费下载(70)
摘要:
为了提高可见光和红外图像决策级融合目标检测算法的性能，提出了一种基于模型可靠性的决策级融合策略。首先采取图像预处理技术提高红外图像的整体质量，之后对可见光与热红外目标检测模型分别进行训练测试，根据模型测试结果得到融合策略所需参数，依据所提出的融合策略对模型检测结果进行融合，得到最后的融合检测结果。实验结果表明，相比于单一目标检测模型的检测结果，所采用的融合算法在白天的漏检率比可见光检测模型降低了8.16%，夜间漏检率比红外检测模型降低了9.85%。
系统与设计
基于光谱辐射计的航空发动机红外辐射特性测试方法
王怡, 王浩, 卫子毓, 王雪
2023, 45(3): 292-297.
摘要 HTML阅读量 (55) PDF免费下载(41)
摘要:
为体系化地开展地面目标的光谱辐射特性测试，提高光谱辐射计在地面目标红外特性测试中的精度，本文系统地介绍了基于光谱辐射计的地面目标红外辐射特性测试原理、光谱数据定标原理、目标测试及大气透过率测试方法。以基于光谱辐射计的航空发动机红外辐射特性测试为例，详述试验方案设计、试验实施过程、测试结果及分析。试验数据表明了本文所述方法的可行性和正确性，针对航空发动机的红外辐射特性测试方法也可推广应用于其他各类型地面目标的红外特性测试与评估当中，支撑地面目标红外光谱特性及隐身特性的研究。
光学载荷钢丝绳减震器的结构设计与分析
李浩, 徐钰蕾, 谭淞年, 程艳萍
2023, 45(3): 298-302.
摘要 HTML阅读量 (64) PDF免费下载(30)
摘要:
为了减小振动对大负载光学载荷在飞行过程中相机成像质量的影响，设计了一种新型向心结构的减震器。针对传统减振器的不足，提出了向心结构的设计方案，可以很好地将力进行解耦，通过在升降板上沿圆环均布的方式排列安装，有效避免了光学载荷内部发生碰撞。为了检验向心结构的减振效果，通过拉伸试验与有限元分析相结合的方式对光学载荷验证。结果表明，在120 kg负载下，整体结构最大变形为3 mm，最大应力为34.3 MPa，实际振型频率为9.81 Hz，均满足设计要求。
材料与器件
覆盖层对顶发射白光微型OLED性能的影响研究
杨启鸣, 钱福丽, 苟国汝, 王体炉, 鲁朝宇, 周允红, 段谦, 于晓辉, 段瑜, 王光华, 杨文运
2023, 45(3): 303-307.
摘要 HTML阅读量 (64) PDF免费下载(22)
摘要:
采用两种覆盖层CPL（Capping layer）材料Alq3和ZnSe制备了顶发射白光有机电致发光器件TE-OLEDs（Top emitting white organic light-emitting diodes），器件结构为ITO/NPB: LiQ (5%) (10 nm) /TCTA(20nm)/FIrpic+3.5%Ir(ppy)3+0.5%Ir(MDQ)2(acac)(25nm)/TPBI(10nm)/LiF(5nm)/Mg: Ag(10%) (12 nm)/CPL。实验结果表明，Alq3和ZnSe作为CPL可以增强TE-OLED器件的出光和调制光谱特性，并且ZnSe作为覆盖层制备的TE-OLED器件色坐标（CIEX，CIEY）随亮度变化更平稳，表现出良好的色稳定性。进一步，通过改变ZnSe厚度来优化器件，当ZnSe为45 nm时，器件获得了最佳的亮度和电流效率，分别为1461 cd/cm2和7.38 cd/A，色坐标为（0.30，0.33）。
二极管型非制冷红外焦平面中二极管结构优化研究
瞿帆, 傅剑宇, 侯影, 卢一泓, 李振锋, 陈大鹏
2023, 45(3): 308-314.
摘要 HTML阅读量 (65) PDF免费下载(35)
摘要:
为适应非制冷红外探测器高空间分辨率的发展趋势，非制冷红外焦平面阵列作为非制冷红外探测器的核心部件不断向大阵列、小像素方向发展。本文针对二极管型非制冷红外焦平面阵列，理论分析了敏感元件二极管对读出电路以及器件性能的影响，在确定二极管最佳工作电流的同时，提炼出二极管结构中串联个数以及结面积为主要性能影响因素。基于此，设计了p+n-pn-n+p三合一二极管，并将其与传统二极管、回型二极管、p+n-n+p二合一二极管、以及由p+n-n+p二合一二极管直接拓展得到的两种三合一二极管进行了对比考察，研究发现6种结构中p+n-pn-n+p三合一二极管在相同尺寸下拥有最多的二极管串联数量且结面积相对最大；进而利用Sentaurus TCAD仿真，验证了在同一整体尺寸下，p+n-pn-n+p三合一二极管的电压温度系数分别约为p+n-n+p二合一二极管，及在其基础上直接拓展得到的两种三合一二极管的1.5倍，为回型二极管与传统二极管的2.6倍、3.7倍。证明了在小像素下p+n-pn-n+p三合一二极管性能最优，且在其基础上拓展可得到N合一二极管能进一步优化器件的性能。
一种昼夜兼容成像EMCCD图像传感器
白雪平, 钟玉杰, 杨洪, 郑渝, 何达, 易学东, 黄芳
2023, 45(3): 315-321.
摘要 HTML阅读量 (52) PDF免费下载(33)
摘要:
本文设计制作了一款阵列规模为1024×1024元、像元尺寸为10 μm×10 μm的昼夜兼容成像EMCCD（electron multiplying charge coupled device），该器件包含国内首次制作的浮置栅放大器，该放大器电荷转换因子（Charge to voltage factor，CVF）为3.57 μV/e-，满阱55 ke-，能够非破坏性判断信号强度。该功能使得场景中微光照区域的像素可以选择性地路由至倍增通道输出，而强光照区域的像素会路由至非倍增通道输出，有了这种场景内可切换增益特性，两种输出的信号重新组合，实现高动态成像。同时为了实现器件在强光应用场合的抗光晕功能，器件像元区域采用了纵向抗晕设计，抗晕倍数为200倍，基于此类器件制作的相机能够恰当地在暗视场中呈现明亮的图像。
微光技术
微通道板斜切角对像增强器性能的影响研究
曾进能, 李臻, 褚祝军, 张简屏, 李娇娇, 乔芳建, 李金沙, 赵恒, 龚燕妮, 李廷涛, 许有毅, 陈坤杨, 陈卫军, 王乙瑾, 汪云, 李耀斌, 刘倍宏, 王光凡, 李晓峰
2023, 45(3): 322-327.
摘要 HTML阅读量 (111) PDF免费下载(53)
摘要:
采用试验对比分析的方法，从MCP斜切角对像增强器的MCP噪声因子、分辨力、MCP增益三方面的影响展开研究。试验结果表明，MCP斜切角在5°~12°范围内时，MCP噪声因子与MCP斜切角呈抛物线关系，当MCP斜切角为9°时，MCP噪声因子最小；分辨力与斜切角呈负相关关系，当MCP斜切角为5°时，分辨力最大；MCP增益随斜切角的增加呈抛物线变化，当MCP斜切角为9°时，MCP增益最大。这主要是因为改变MCP斜切角后，光电子进入MCP通道前端二次电子发射层的角度深度不同，激发出的二次电子数及电子在MCP输出端形成的散射斑半径存在差异。若要选择最佳MCP斜切角，必须综合考虑不同场景下对像增强器主要性能指标的要求。
红外应用
环境因素影响下特高压电压致热型设备表面温差修正方法研究
张丕沛, 师伟, 郭晨瑞, 孙景文
2023, 45(3): 328-334.
摘要 HTML阅读量 (68) PDF免费下载(25)
摘要:
1000 kV电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformer, CVT）、1000 kV气体绝缘金属封闭开关设备GIS（Gas Insulated Switchgear）出线套管、1000 kV避雷器是特高压变电站内主要的电压致热型设备，其内部缺陷具有表面温差小、热点不明显的特点，且易受环境因素影响，通常需要在理想环境条件下开展红外精确测温进行缺陷诊断。然而若现场环境条件短时间内无法满足要求，则可能导致缺陷的进一步发展，因此有必要研究非理想环境条件下测温结果的修正方法。本文建立了3类特高压电压致热型设备的温度场仿真计算模型，结合传热学理论研究了光照强度、环境温度、风速大小等环境因素对特高压电压致热型设备表面温差的影响规律，结果显示，3种因素的增强均会导致表面温差不同程度地下降，需将其修正至理想环境条件下的真实温差。最后利用数据拟合的方法，获得各类环境因素影响下实测温差与真实温差的曲线表达式，进一步总结出非理想环境条件下特高压电压致热型设备表面温差的修正方法，并通过变电站现场应用验证了修正结果的准确性。

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