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2019年 第12期

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图像处理与仿真
基于位姿数据校正的遥感红外图像相似性先验拼接
王向军, 张嘉豪, 王越
2019, 41(12): 1091-1099.
摘要 PDF免费下载(18)
摘要:
无人机遥感系统可实现高分辨率成像且成本低、风险小,但成像系统视场小、获取的图像数量多,应采用图像拼接技术进行处理.遥感图像拼接主要存在的问题有系统的实际成像方式为倾斜成像并且图像本身的复杂性对图像配准提出了很大的考验.本文提出一种基于位姿数据校正的遥感红外图像相似性先验拼接.首先,设计了一种拼接成像系统,并利用同步位姿数据校正倾斜成像获取的图像,然后结合网格变形的优化方法,提出了基于相似性先验的图像拼接.实验结果表明,该方法既保证了遥感图像拼接中重叠区域的高精度对齐,又确保了非重叠区域在变换前后的形状相似性,拼接效果出色.
后向自适应的红外视频无损压缩算法
孙静, 张湧, 张祎, 胡麟苗
2019, 41(12): 1100-1105.
摘要 PDF免费下载(21)
摘要:
红外视频广泛用于侦测、监控,在安全领域发挥重要作用.针对红外视频存储所需空间大,不便于传输等问题,本文提出针对红外视频的多预测模式无损压缩算法.首先分解红外视频为序列帧并对各帧图像分块,通过对时间和空间去相关预测;对预测获取的残差进行计算,对于依旧存在相关性的残差进行二次预测,对每个子块选择最优预测器;对处理好的残差进行熵编码,完成本算法.对多个红外视频分别使用本文算法、Gzip算法、LOCO-I算法进行比较,结果表明本文算法可以获得更高的压缩比,有效改善红外视频存储问题,实现高效信息的传输.
基于自适应总变分法的AO图像复原算法研究
王爽
2019, 41(12): 1106-1110.
摘要 PDF免费下载(13)
摘要:
为了提高自适应光学(AO)图像的质量,研究了一种基于波前重构和自适应总变分(TV)的AO图像复原方法.首先,基于Zernike多项式进行波前重构,对点扩散函数(PSF)进行初始估计.然后,提出了基于自适应总变分法的AO图像复原的迭代求解,解决了联合去卷积问题.最后,通过图像复原实验验证本文算法的恢复效果.实验结果表明:与RL-IBD算法和FS-MLJD算法相比,本文算法的NMSE值分别降低了18.6％、10.7％,算法的PSNR值分别提高了4.47％、0.987％,算法的运算时间分别降低了1.99％、13.66％.
一种复杂背景下的电力设备红外图像分割方法
王小芳, 毛华敏
2019, 41(12): 1111-1116.
摘要 PDF免费下载(15)
摘要:
针对背景复杂的电力设备红外图像分割问题,提出一种新的分割方法.该方法运用线性谱聚类算法(LSC)对图像做超像素分割,将颜色、距离相似的像素聚类至同一个中心;利用在全局图像基础上计算所得的Otsu阈值对各超像素块做背景预标记,并利用最大相似度区域合并算法(MSRM)对超像素块进行合并,在得到目标设备的同时,有效降低了过分割和欠分割率;最后运用数学形态学算法对图像做后处理,在保证设备特征的前提下提高目标设备分割精度.实验表明,在复杂背景下与其他算法相比,该方法可得到更为准确、完整的目标设备.
材料与器件
超高增益低噪声红外焦平面读出电路研究
景松, 杨波, 黄张成, 龚海梅, 高海军
2019, 41(12): 1117-1123.
摘要 PDF免费下载(30)
摘要:
高增益探测对InGaAs焦平面探测器在微光夜视条件下成像有重要意义.设计了一款InGaAs焦平面用的高增益低噪声64×64元读出电路.读出电路输入级采用CTIA模式(电容负反馈放大),通过计算发现输入级运算放大器热噪声是主要噪声源,采用单端替代差分运放将输入级噪声降低26％.同时,研究积分电容和增益、满阱容量、噪声的关系,将积分电容降低到1 fF,实现了超高增益和低噪声探测.读出电路采用0.18?m工艺设计,像元中心距为30?m.经过PEX(寄生参数提取)参数提取,实际积分电容为0.94 fF,经过测试芯片整体功耗低至24.1 mW,电路噪声电子数为4.37e.
红外焦平面探测器贮存寿命试验研究
刘若冰, 陈勤
2019, 41(12): 1124-1132.
摘要 PDF免费下载(31)
摘要:
本文以红外焦平面探测器为研究对象,在充分分析历年来国内红外焦平面探测器贮存寿命试验数据的基础上,研究了产品的失效模式和失效机理,并对贮存寿命试验前后关键参数指标变化量进行了深入分析,为全面评价红外焦平面探测器产品质量和可靠性提供了依据,为后续红外焦平面探测器的标准制修订工作奠定了基础.
无损检测
红外热像无损检测图像处理研究现状与进展
孔松涛, 黄镇, 杨谨如
2019, 41(12): 1133-1140.
摘要 PDF免费下载(39)
摘要:
红外热像是目前被广泛应用于各个领域的一种无损检测技术,但因设备的不足和使用环境的影响,红外图像会出现低分辨率、低对比度、低信噪比等缺陷,这无疑会对缺陷的定性和定量识别带来很大的困难,所以红外图像的处理则成为了无损检测中极其重要的环节,对整个工业领域的发展起着促进作用.本文介绍了红外技术中图像处理部分,包括预处理和图像识别;列举了目前在图像预处理阶段被广泛使用的处理技术,如神经网络、视网膜皮层、数字细节增强、Contourlet变换等技术,并简要列出其优缺点;介绍了主要运用于复合材料检测中的图像识别技术,如:温度信号重构、脉冲相位法、主成分分析、独立成分分析、区域生长法等技术,并给出了学者们的部分实验结果和实验结论;最后总结了该技术的发展趋势.
涡流热成像隐马尔科夫评估方法及应用
尹爱军, 姚文杰
2019, 41(12): 1141-1145,1150.
摘要 PDF免费下载(15)
摘要:
电涡流脉冲热成像(Eddy current pulsed thermography,ECPT)技术是一种集成了电、磁、热等多物理效应的新兴无损检测技术,具有单次检测范围大、无交互、检测速度快等特点.传统基于特定时刻的单帧热图像分析,很难直接区分不同区域的热分布,无法建立有效的数学、物理模型,对微小缺陷与早期疲劳损伤难以进行完整、有效的检测与评估.本文利用多帧热图像序列构造出了不同阶段的多维观测矩阵,通过拉普拉斯特征映射(Laplacian eigenmap,LE)方法对高维观测数据集进行降维处理.利用COMSOL仿真分析了隐马尔科夫模型(hidden Markov model,HMM)追踪、评估材料特性的有效性,最后通过HMM对降维后的齿轮疲劳数据进行学习、评估.通过不同阶段的齿轮疲劳实验验证,基于隐马尔科夫模型与电涡流脉冲热成像的技术可以很好地评估齿轮在不同阶段的疲劳损伤状态.
金属管道未焊透缺陷红外在线检测可行性分析
陈涛, 李伟忠, 刘延雷, 王飞, 蒋诚航, 周泓
2019, 41(12): 1146-1150.
摘要 PDF免费下载(14)
摘要:
针对红外热成像技术对在用高温金属管道的未焊透缺陷进行检测的问题,使用有限元分析的方法,对含未焊透缺陷的金属管道焊接接头外表面温度分布进行了数值计算,在对稳态传热计算结果进行分析之后,提出采用外表面冷却激励的方式,将含缺陷管道外表面温差放大,结合金属管道焊接接头外表面施加冷却激励过程的瞬态传热分析,对红外热成像检测的现场检验可行性进行了研究和探讨,该研究成果可以为在线运行的高温金属压力管道焊接缺陷红外热成像检测应用提供参考.
拉普拉斯金字塔融合在红外无损检测技术中的应用
江海军, 陈力
2019, 41(12): 1151-1155.
摘要 PDF免费下载(16)
摘要:
红外无损检测技术依靠热波信号在材料内部的传播实现对材料内部缺陷信息的检测,热波信号属于衰减波,缺陷越深,材料表面检测到的热波信号越弱,检测红外图像越模糊,进而影响了缺陷的定位和判断.本文提出采用拉普拉斯金字塔融合技术实现对红外图像和可见光图像的融合,拉普拉斯金字塔提取了图像多尺度的细节信息,针对高频、低频信息采用不同的融合方式,以获得更加突出的特征图像.最后采用该技术对平底孔试件、薄膜涂层试件、金属裂纹试件、复合材料试件的红外检测图像和可见光图像进行融合,实验结果表明:融合图像相对于红外图像、可见光图像的图像熵有所提升,能更好地实现对缺陷的定位和判断.
微光技术
AlGaN光阴极光谱响应对日盲特性影响分析研究
程宏昌, 石峰, 闫磊, 任彬, 拜晓锋
2019, 41(12): 1156-1160.
摘要 PDF免费下载(23)
摘要:
AlGaN是一种宽带半导体材料,随着材料中Al含量的不同,其禁带宽度有所不同,可以实现从3.4～6.2 eV.基于外光电效应原理,用AlGaN制成的光阴极因Al含量的不同,其长波阈值也有所不同.本文对5条AlGaN光阴极光谱曲线,采用数值计算的方法,从背景噪声、有效信号、光谱信噪比等方面进行对比分析,并通过以上参数对日盲紫外探测器特性进行评价.经研究发现,可以通过光谱响应曲线对探测器日盲特性进行评价.光谱信噪比越好,则日盲探测器性能越好.这为用户提供了一种评价探测器日盲特性的方法.
微光像增强器的MTF测试技术研究
倪进园, 王璐子, 王颢, 拜晓锋, 贺英萍, 钱芸生
2019, 41(12): 1161-1166.
摘要 PDF免费下载(31)
摘要:
微光像增强器是微光成像系统的核心部分,其成像质量决定了对微弱光学信号的探测能力.像增强器的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)反映了系统对图像不同频率成分的传递能力,是像质评定的一种客观指标.本文基于狭缝法测试MTF的原理,进行系统校准和采用分段加权最小二乘拟合实现曲线的平滑去噪,构建了微光像增强器的MTF测试系统.具体是采用十字狭缝靶标进行测试得到线扩散函数(line spread function,LSF)曲线,然后对其进行去噪处理和离散傅里叶变换得到MTF曲线,测试结果与德国OEG-2MTF测试仪比较,误差率低于5％,为研制高成像质量微光像增强器提供了一种有效评价手段.
制导与对抗
圆转矩形收敛段型面对喷管流动与红外辐射特性影响
崔力, 张勃, 李基权, 林丽冰, 艾俊强
2019, 41(12): 1167-1174.
摘要 PDF免费下载(14)
摘要:
针对圆转矩形收扩喷管的收敛段截面面积沿轴向的变化规律进行了优化设计,得到了4种圆转矩形收敛段模型,与相同的矩形扩张段相匹配,形成4种圆转矩形收扩喷管模型,对其气动、换热与红外辐射特征进行了数值研究.得到如下结论:收敛段截面积沿程变化规律对喷管气动与红外辐射特性影响明显:按照前急后缓规律设计的喷管红外抑制效果较差,按照维托辛斯基公式以及缓急相当规律设计的喷管略有增强,而按照前缓后急规律设计的喷管则最佳.这是因为在模型C中随着收敛段截面积沿程收敛速度较快,壁面压力峰值减小,出口旋流增强,尾喷流掺混增强,尾喷流高温区长度减小,尾喷流和喷管红外辐射强度分别降低19.2％和20.6％.
临近空间高超声速飞行器红外辐射特性分析
何苹, 王莹莹, 樊雷
2019, 41(12): 1175-1180.
摘要 PDF免费下载(30)
摘要:
为了对临近空间高超声速飞行器进行有效探测和预警,以X-51A为例,计算火箭助推段、超燃发动机工作段和无动力滑翔段、飞行器蒙皮、喷管和尾焰的双波段红外辐射特性.红外辐射计算的关键在于温度和有效辐射面积的确定.根据修正Lees驻点热流密度方法和辐射平衡时的辐射传热公式,计算出蒙皮的温度.用加力燃烧的涡喷发动机模型近似计算喷管的温度.把导弹尾焰温度分布场模型进行三段式简化,模拟出尾焰的红外辐射特性.仿真结果表明,在X-51A的不同飞行阶段,从不同探测角度观察到的各辐射部位对总体红外辐射贡献率差异较大;速度对蒙皮的红外辐射影响较大,而喷管和尾焰的红外辐射与火箭和超燃冲压发动机的燃烧状态有关.分析指出,当高超声速飞行器飞行姿态发生变化,或者在不同的飞行阶段,更适合采用双波段进行探测.
红外应用
基于红外热像的行人面部温度高精度检测技术
袁浩期, 李扬, 王俊影, 刘航
2019, 41(12): 1181-1186.
摘要 PDF免费下载(30)
摘要:
针对复杂环境下运动物体的表面温度测量,实现了一种基于热红外图像与可见光图像相结合的物体表面温度检测方法.首先在可见光图像下检测运动物体的感兴趣区域,在仿射变换的基础上实现一种修正方法实现图像的精确配准,实时地将可见光图像的感兴趣区域映射到热红外图像上.然后对热红外图像进行图像运算,最终获取运动物体特定区域的温度.以行人的人脸为研究对象,实验结果表明,对非正面、轻微遮挡的人脸有较高的准确率,并且能快速地检测特定运动对象的表面温度,该方法测量误差在0.2℃内,基本能满足在密集场合下快速筛选运动物体表面温度的要求.

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