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2021年  第43卷  第4期

材料与器件
MBE生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法分析
任洋, 李俊斌, 覃钢, 杨晋, 李艳辉, 周旭昌, 杨春章, 常超, 孔金丞, 李东升
2021, 43(4): 301-311.
摘要:
本文系统地介绍了MBE外延生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法,主要包括生长中断法、表面迁移增强法、Ⅴ族元素浸润法和体材料生长法。短波(中波)InAs/GaSb超晶格材料界面采用混合(mixed-like)界面,控制方法以生长中断法为主;长波(甚长波)超晶格材料界面采用InSb-like界面,控制方法采用表面迁移增强法(migration-enhanced epitaxy, MEE)或Sb soak法及体材料生长相结合。讨论分析了InAs/GaSb超晶格材料界面类型选择的依据,简述了界面控制具体实施理论,以及相关研究机构对于不同红外探测波段的超晶格材料界面类型及控制方法的选择。通过界面结构外延生长工艺设计即在界面控制方法的基础上进行快门顺序实验设计,有效地提高界面层的应力补偿效果,这对于长波、甚长波及双色(甚至多色)超晶格材料的晶体质量优化和器件性能提升具有重要意义。
红外隐身材料研究进展
谌玉莲, 李春海, 郭少云, 陈蓉
2021, 43(4): 312-323.
摘要:
随着红外探测技术的迅速发展,如何提高军事目标的红外隐身能力成为一个亟待解决的难题,研究红外隐身材料有着十分重要的意义。本文简要分析了红外隐身材料的隐身机理,综述了低红外发射率材料、控温材料、光子晶体以及智能红外隐身材料等4类红外隐身材料近年来的研究现状,并展望了红外隐身材料未来的发展趋势。
基于区域校正的大面阵红外探测器非均匀性校正方法
张明杰, 李岩, 马文坡, 刘紫莹
2021, 43(4): 324-333.
摘要:
通过分析某大面阵红外探测器的响应特性,发现了由于相机自身特性引发的不同区域的响应非线性问题。传统的两点校正法或非线性曲线拟合办法对该大面阵探测器校正后,校正残差和目视效果都比较差。本文根据探测器的非线性响应特性,将整个面阵分成了8个区域分别进行非线性拟合校正,然后校正各个区域的偏置系数,最后利用改进的BP神经网络非均匀性校正算法处理区域划分引发的不均匀问题。校正后的各个黑体温度图像的残余非均匀性在千分之一量级,空间噪声也已经十分接近或者小于时间噪声;局部残余非均匀性达到0.002以下,空间噪声明显小于时间噪声。
图像处理与仿真
一种具有隐蔽色特征物体的图像分类方法研究
刘峰, 李佳君, 李宇海, 高裴裴
2021, 43(4): 334-341.
摘要:
针对图像中某几类物体具有相似颜色特征而导致的分类困难问题,本文提出了一种具有隐蔽色特征物体的图像分类方法。该方法针对可见光图像中具有颜色隐蔽性物体而难以区分的问题,通过将二维图像的邻域像素空间特征与高光谱图像的谱段特征相结合并使用改进的局部线性嵌入降维算法实现了空谱联合的特征降维,最终利用主动学习胶囊网络训练高光谱数据分类器从而实现场景内目标的分类。通过改进的主动学习函数可以对更具代表性的样本进行标注,实现了利用小样本集对胶囊网络的训练,有效降低了样本的标注成本和模型的训练成本,提高了模型分类性能。实验表明,该算法运行在自建高光谱数据集上能够有效地分类隐蔽色特征物体和其他自然场景,针对隐蔽色目标的平均准确率达到了91%,针对所有类别物体的平均准确率达到了89.9%。
基于无预训练卷积神经网络的红外车辆目标检测
陈皋, 王卫华, 林丹丹
2021, 43(4): 342-348.
摘要:
为解决基于卷积神经网络的目标检测算法对预训练权重的过度依赖,特别是数据稀缺条件下的红外场景目标检测,提出了融入注意力模块来缓解不进行预训练所带来的检测性能下降的方法。本文基于YOLO v3算法,在网络结构中融入模仿人类注意力机制的SE和CBAM模块,对提取的特征进行通道层面和空间层面的重标定。根据特征的重要程度,自适应地赋予不同权重,最终提升检测精度。在构建的红外车辆目标数据集上,注意力模块能够显著提升无预训练卷积神经网络的检测精度,融入了CBAM模块的网络检测精度为86.3 mAP。实验结果证明了注意力模块能够提升网络的特征提取能力,使网络摆脱对预训练权重的过度依赖。
基于全卷积网络的红外弱小目标检测算法
杨其利, 周炳红, 郑伟, 李明涛
2021, 43(4): 349-356.
摘要:
在小天体探测、导弹制导和战场侦察等航空航天领域,由于目标信号较弱,占有像素数少,缺少目标形状和纹理信息,使用手工特征提取的传统算法容易出现大量虚警,而拥有强大特征提取能力的深度学习算法无法对微小且缺乏轮廓信息的目标训练。本文采用了滑动窗口取样训练,它源自基于人类视觉特性的传统目标检测算法中嵌套结构的思想,设计了一种使用递归卷积层的全卷积网络,在不增加额外训练参数的情况下,扩展了模型的网络深度,该网络的并行卷积结构的多个分支网络模拟了传统算法的多尺度操作,有利于在复杂环境中增强目标和背景之间的对比度,并且设计使用了多种损失函数的组合,以对抗正负样本严重不平衡的问题。实验结果表明:该方法实现了比传统方法更好的检测效果,为此领域的研究者们提供了一个新的思路和解决途径。
基于局部对比度机制的红外弱小目标检测算法
韩金辉, 董兴浩, 蒋亚伟, 李知铮, 梁琨, 张利红
2021, 43(4): 357-366.
摘要:
针对复杂背景和低信杂比条件下的红外弱小目标检测难题,提出了一种基于局部对比度机制的红外弱小目标检测方法。该方法提出了一个包含中心层、中间层和最外层的3层窗口,可以使用单尺度计算完成不同尺度弱小目标的检测。首先,对中心层引入匹配滤波思想,有针对性地增强真实目标;同时,提出最接近滤波原则,对最外层进行背景估计,以缓解目标靠近边缘时的检测难题;然后,在目标增强结果与背景估计结果之间进行比差联合的对比度计算,达到同时增强目标和抑制背景的目的;最后,通过自适应阈值分割,提取真实目标。实验结果表明,相比现有算法而言,该算法可更好地增强目标、抑制复杂背景,且原理简洁易实现,可有效减少运算量。
基于分水岭算法的电感激光热成像图像分割
张亦舒, 王晓娜, 侯德鑫, 叶树亮
2021, 43(4): 367-371.
摘要:
激光热成像是一种检测电感微裂纹的新方法,但批量自动检测时电感彼此靠近易导致定位错误和误检。根据激光扫描和热成像检测过程分析图像特征,提出求取温度梯度图并利用次大值滤波消除其激励非均匀性,采用形态学操作断开样品粘连处并去除干扰噪声点;通过距离变换结合分水岭算法得到电感图像分割结果。实验结果表明:该方法实现了对批量铁氧体电感图像的自动分割提取,为后续铁氧体电感试样的分选打下良好基础。
基于改进Lazy Snapping算法的红外图像分割方法研究
张莲, 李梦天, 余松林, 宫宇, 杨洪杰
2021, 43(4): 372-377.
摘要:
针对红外图像含大量噪声以及对比度低等特点,提出一种结合快速模糊C均值聚类的改进Lazy Snapping分割方法。对红外图像使用快速模糊C均值聚类算法进行预分割,通过形态学骨架提取的方法在图像中标记出目标和背景种子点,将Lazy Snapping算法由全局分割转化为聚类区域分割,并构造能量函数,通过最小割算法求解能量函数的最小值并使分割效率得以提升,减少了图像存在的过分割现象,使Lazy Snapping算法由交互式算法变为非交互式算法,实现了红外图像的自动分割,提高了Lazy Snapping算法的实时性。通过对各类不同红外图像进行分割实验,再与其他分割方法进行性能评价比较,结果表明改进的算法具有良好的分割效果及较强的鲁棒性。
空间变化离焦模糊红外图像快速复原算法
汪陈跃, 雷旭峰, 李泽民, 杨绍明, 何燕
2021, 43(4): 378-384.
摘要:
为了提升空间变化离焦模糊红外图像的图像质量,提出了一种基于图像质量评价的快速复原算法。本文提出的方法首先对模糊图像采用不同点扩散函数对应的截断约束最小二乘法算法进行复原而获得多幅复原图像,并对复原图像进行去振铃;然后对复原图像中每个像素为中心的区域进行图像质量评价,将采用不同参数复原的图像以图像质量评价的结果进行组合以获得最终的复原图像。由于无需对模糊图像点扩散函数估计,且采用了空间域运算的截断约束最小二乘法算法进行图像复原,实验结果表明,本文提出的算法能够对空间变化离焦模糊红外图像进行快速复原,算法运行速度较基于点扩散函数估计的方法大幅提升。
系统与设计
小型便携式步进凝视IRST的转台控制系统软件设计
瞿祖鑫, 田桂平, 陈洁
2021, 43(4): 385-390.
摘要:
构建了一种以国产的MM32F031为控制芯片的小型便携式步进凝视型IRST的转台控制系统。主要进行了控制转台进行步进运动的软件设计。为了实现转台步进运动的精确控制,对运动控制功能实现进行分析。结合软件设计方式与数据通讯方式,对软件进行设计并设计了配套的上位机软件。进行测试后该软件符合系统需求。
太赫兹技术
基于生成式对抗网络的太赫兹图像增强
张鹏程, 何明霞, 陈硕, 张洪桢, 张欣欣
2021, 43(4): 391-396.
摘要:
太赫兹扫描成像中,由于激光器功率波动和仪器振动等原因,导致图像对比度较低,成像质量有待提高,且目前针对太赫兹图像的处理还停留在传统算法阶段。本文结合深度学习思想,提出了一种基于生成式对抗网络的图像增强方法。通过对训练集图像引入模糊和噪声,学习低质量图像和高质量图像之间的映射关系,并将其应用在真实太赫兹图像中。实验结果表明,与双边滤波、非局部均值滤波等传统算法相比,本文方法可在改善图像细节的基础上显著提高图像对比度,且视觉体验良好,这为太赫兹图像增强提供了新思路。
红外应用
基于GWO-SVM的红外热成像低零值绝缘子识别
张美金, 屈秋帛
2021, 43(4): 397-402.
摘要:
为了准确识别电网中的低零值绝缘子,提高劣化绝缘子诊断的准确率,提出了一种使用灰狼算法优化(grey wolf optimizer, GWO)与二进制支持向量机(support vector machine, SVM)分类器相结合的模型,对红外图像中的低零值绝缘子进行自动检测。首先对绝缘子红外图像进行增强,利用Ostu算法对红外图像进行分割,并对得到的二值图像进行倾斜角度矫正和切割,提取绝缘子串的有效区域,然后将图像特征用于向量机的分类识别。实验结果表明,灰狼算法优化支持向量机比常用的网格搜索算法(grid search, GS)、粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)等得到的分类模型能更准确、有效地对低零值绝缘子进行识别,且准确率更高。
制冷技术
微型斯特林制冷机回热器的分形表征
李仁智, 陈晓屏, 孙皓, 李昊岚
2021, 43(4): 403-408.
摘要:
为研究回热器中填充结构的微观结构特征,基于多孔介质分形理论,使用压汞法对回热器孔隙分布情况及分形维数进行研究。回热器是微型斯特林制冷机的关键部件,使用不锈钢网片或不锈钢毡填充制备的回热器是一种典型的多孔介质。采用压汞法对回热器进行微观结构测试,得出回热器内部孔隙分布范围。结合多孔介质分形分析的基础理论,计算得出回热器分形维数,说明了回热器具有分形特征,得出回热器的分形维数区间。