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2021年  第43卷  第7期

材料与器件
原位退火对碲锌镉晶体第二相夹杂缺陷的影响
袁绶章, 赵文, 孔金丞, 王静宇, 姜军, 赵增林, 姬荣斌
2021, 43(7): 615-621.
摘要:
采用传统布里奇曼法生长碲锌镉晶体,在配料过程中添加适当过量的Cd,并在晶体生长结束阶段的降温过程中加入晶锭原位退火工艺,晶体的第二相夹杂缺陷得到了有效抑制。根据晶体第二相夹杂缺陷的形成机理,结合热扩散理论和碲锌镉晶体的P-T相图,研究了退火温度对晶体第二相夹杂缺陷密度和粒度(尺寸)的影响,获得了抑制碲锌镉晶体第二相夹杂缺陷的退火条件。利用优化的退火条件制备碲锌镉晶体,晶体第二相夹杂缺陷的尺寸小于10 μm,密度小于250 cm-2
InAs/GaSb超晶格和M结构超晶格能带结构研究
李俊斌, 刘爱民, 蒋志, 孔金丞, 李东升, 李艳辉, 周旭昌, 杨雯
2021, 43(7): 622-628.
摘要:
本文通过k·p方法研究了传统InAs/GaSb超晶格和M结构超晶格的能带结构。首先,计算了不同周期厚度的InAs/GaSb超晶格的能带结构,得到用于长波超晶格探测器吸收层的周期结构。然后,计算了用于超晶格长波探测器结构的M结构超晶格的能带结构,并给出长波InAs/GaSb超晶格与M结构超晶格之间的带阶。最后,基于能带结构,计算出长波超晶格与M结构超晶格的态密度,进而得出的载流子浓度(掺杂浓度)与费米能级的关系。这些材料参数可以为超晶格探测器结构设计提供基础。
系统与设计
基于闭环控制的多路激光自动化控制系统
张淑芳, 刘江, 吴健俊, 张涛, 冯兆池
2021, 43(7): 629-634.
摘要:
为了实现激光拉曼光谱仪光路的自动化控制,本文建立了基于MC9S12XEP100核心控制器的光路自动化控制系统。针对开环电机控制出现的精度低、易“丢步”、“堵转”等问题,本文设计了一种基于压力传感器的闭环控制算法,极大地提升了控制精度和系统稳定性,有效避免了电机堵转问题。实验结果表明:该控制系统可以实现多路光的任意调节、光路的接入与复位、闭环自检和上位机通信等功能。该系统所控制的位移误差精度在0.1 mm范围内,基本满足光路控制系统稳定可靠、高精度、抗干扰能力强等要求。
基于压缩感知的液晶可调谐滤波器光谱快速采集方法
孙梽珅, 张旭, 王宿慧, 曹莹莹, 郭腾霄, 曹树亚
2021, 43(7): 635-642.
摘要:
为提高液晶可调谐滤波器(Liquid Crystal Tunable Filter, LCTF)的光谱采集效率,提出了一种适用于LCTF光谱成像系统的快速采集方法,设计构建了更加完善的观测矩阵,在压缩感知理论框架内实现了光谱超分辨率重建,并通过实验验证了该方法的可行性。实验结果表明,在采样率为18.08%(采样步长30 nm)时,重建得到的4.81 nm分辨率光谱与传统全采样光谱的相关系数为0.91,超分辨率重建峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio, PSNR)为99.63 dB,采集速度是传统方式的5.53倍。该方法在保证光谱分辨率和光谱识别准确率的前提下,实现了光谱数据的快速和轻量化采集,为动态目标测量和快速检测提供了可行的技术途径,拓展了LCTF光谱成像技术的应用场景。
天基平台快速反射镜扰动信号抑制方法
李金鹏, 艾志伟, 宾原, 李静
2021, 43(7): 643-648.
摘要:
天基平台快速反射镜在工作过程中受到空间电离辐射和天体摄动力的影响,会在音圈电机和负载输出端引起电流以及位置扰动,降低系统稳态精度和跟踪精度。为了减小扰动对系统的影响,在音圈电机输出电流路径和负载输出位置路径分别设计了扰动观测环节用于实现对特定扰动的抑制。首先,分析了天基环境下各扰动信号对系统输出精度的影响;然后,在系统中分别引入了电流和运动状态干扰观测环节,根据系统分析结果设计了各DOB(disturbance observer)环节控制器参数;最后,对理论模型进行了数值仿真并与刚柔耦合虚拟样机控制系统模型测试结果进行了对比分析。结果显示,当扰动电流和扰动位置频率分别为200 Hz和40 Hz时,双DOB系统对扰动的抑制能力可达92.59%,虚拟样机测试结果与理论结果的误差均在10%以内。
图像处理与仿真
基于局部熵参考预处理的RPCA红外小目标检测
薛锡瑞, 黄树彩, 马佳顺, 李宁
2021, 43(7): 649-657.
摘要:
以图像非局部相似性为基础,利用图像分块重组以获得低秩块图像,是将鲁棒主成分分析算法(robust principal component analysis,RPCA)应用到单帧图像红外小目标检测的基本方法。本文介绍了RPCA算法在单帧图像红外小目标检测的应用流程,分析了不同图像背景下各种分块方法的影响。为解决复杂背景下图像分块窗口和滑动步长难以选择的问题,提出了以图像分块最小局部熵的较大值为参考的选择方法。实验结果表明,通过计算图像的分块局部熵,以最小局部熵的较大值为参考,选择RPCA算法预处理方案,能使单帧红外图像小目标检测达到更好的效果,弥补了工程人员缺少RPCA算法应用经验的不足。
基于弱显著图的实时热红外图像行人检测
李传东, 徐望明, 伍世虔
2021, 43(7): 658-664.
摘要:
针对现有热红外图像行人检测方法在精度和速度方面存在的问题,提出一种基于弱显著图的实时行人检测方法。该方法以轻量级LFFD(Light and Fast Face Detector)网络为基础,由两级改进网络即SD-LFFD(Saliency Detection-LFFD)和SF-LFFD(Saliency Fusion-LFFD)组成,首先以热红外图像作为输入经SD-LFFD网络产生初步行人检测结果和行人区域弱显著图,接着将该弱显著图与原热红外图像结合“点亮”潜在行人区域并经SF-LFFD网络产生新的行人检测结果,最后将两级改进网络的行人检测结果融合得到最终结果。在数据集CVC-09和CVC-14上实验结果表明,该方法与现有轻量级神经网络相比行人检测的平均精确率有大幅提升,且在有限硬件资源下可实现实时检测。
自适应维纳滤波在钢水红外图像去噪中的应用
翟潘, 王平
2021, 43(7): 665-669.
摘要:
红外测温系统的应用减少了人工测温的安全事故,但其温度的准确性取决于由红外热像仪获得的图像的质量。为了对钢水红外图像质量的影响,提出了基于自适应维纳滤波的去噪方法。通过自相关的参数指数衰减模型来控制算法的计算复杂性和敏感性,进而有效提高维纳滤波器的去降噪性能。基于对不同温度下钢水红外图像的去噪处理,验证了所提去噪方法比维纳滤波和稀疏分解方法的图像去噪具有更好的去噪性能。
临近空间对地探测目标与背景红外特性研究
杨佳佳, 周方方, 崔立山, 周纪
2021, 43(7): 670-678.
摘要:
红外辐射特性是红外探测系统进行目标识别的主要依据。基于辐射传输原理,面向临近空间对地探测目标与背景的红外特性进行研究。利用全球大气廓线反映全球大气状况先验知识,设计了一套临近空间对地探测红外特性研究的辐射传输仿真方案。利用MODTRAN模型进行仿真,量化临近空间对地探测目标与背景的红外特性差异,分析传感器最优透过率波段以及红外辐射特性的影响因素。结果表明,大气透过率以及目标与背景的红外辐射差异随着临近空间传感器高度的增加而减小,且与大气状况密切相关;得出了传感器在3~14 μm范围内的最优透过率波段;季节、大气能见度与传感器观测角度对目标与背景的亮温差异造成的影响不可忽略。
基于红外热成像的电气设备组件识别研究
曾军, 王东杰, 范伟, 刘滨滨, 赵洪山
2021, 43(7): 679-687.
摘要:
常见的电力设备有变压器、开关柜、断路器等,这些设备都由多个组件构成。通过这类设备的红外热成像实现了对其组件的识别。基于红外热成像信息量较少的特点,采用多种算法融合。首先是基于Lab模型采用改进的K-means聚类和形态学的结合,提取红外图像中的高温区域,充分保证了效率和可靠性。其次采用改进的SURF(speeded-up robust features)和感知哈希算法的结合,确定被提取区域中的三相组件。SURF的作用是将已知的电气设备可见光图像和被提取区域中所有的图像进行对比,找出红外图像中特征点匹配最多的区域。将其和其他红外区域进行对比,通过感知哈希算法找到其他区域中匹配度最高的两个区域,以此定位出红外图像中的三相组件。此研究适用于大量红外图像数据的识别定位,为基于红外成像的电气设备故障信息提取提供思路。
基于多尺度特征融合的红外小目标检测方法
王芳, 李传强, 伍博, 于坤, 金婵, 陈亚珂, 卢颖慧
2021, 43(7): 688-695.
摘要:
红外小目标检测因其探测距离远、抗干扰能力强等特点,在空中目标探测与跟踪系统中得到了广泛的应用。针对目前红外小目标检测算法在复杂背景下检测准确率低、虚警率高等缺点。提出了一种基于多尺度特征融合的端到端红外小目标检测模型(multi-scale feature fusion single shot multibox detecto,MFSSD)。考虑到红外小目标的特点,通过细化和融合特征图的方法提出了一种特征融合模块,通过SP模块提高特征图不同通道的相关性,3种不同序列红外图像的实验结果表明,该算法在红外小目标检测中的平均检测精度高达87.8%。与传统的多尺度目标检测算法相比,准确率和召回率都有显著提高。
结合改进红通道先验与幂律校正CLAHE的水下图像复原方法
朱佳琦, 周丽丽, 闫晶晶, 王桥桥, 蒋玉红, 何立风
2021, 43(7): 696-701.
摘要:
针对水下降质图像复原过程中,存在背景光预估偏差及对比度失衡的问题,提出一种水下图像复原方法。首先根据超像素图像分割方法确定背景光区域及取值,然后采用红通道先验理论求取预估透射率,获得初步复原图像;最终通过归一化幂律校正的限制对比度自适应直方图均衡化(Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization,CLAHE)算法增强复原图像的颜色。使用3种图像质量评价标准对实验结果进行客观分析,结果表明,该方法可以有效均衡对比度,提高可视化效果。
基于红外立体视觉的行人感知方法研究
王向军, 杨寿常, 陈瑞祥
2021, 43(7): 702-708.
摘要:
基于热红外特性,红外立体视觉路况行人感知方法可以在夜间、雾霾环境下有效检测道路场景中的行人等目标,提高驾驶安全性。针对红外图像中纹理细节少,传统稠密双目立体匹配算法效果差的问题,本文首先根据目标在红外图像下的亮度、边缘特征提取感兴趣区域(Region of interest, ROI);然后在ROI中提取图像特征点并匹配,进而计算原始稀疏深度图;最后根据目标表面深度变化较小的特点,结合ROI和原始深度图估计半稠密深度图。本文搭建了实验系统验证该方法的有效性。实验结果表明,在系统约120°观测视场角内,该方法对行人等目标深度感知相对误差在15 m范围内优于1.5%,30 m范围内优于3%。
红外应用
基于LoG算法的水果热成像检测
韩亚辉, 王琢, 刘佳鑫
2021, 43(7): 709-715.
摘要:
传统的水果分级与损伤检测大多采用感官评定的方法,随着计算机视觉技术的发展,计算机视觉检测分级技术发展迅速。研究中针对解决水果损伤部位检测的问题提出了一种利用图像处理技术对水果热成像损伤部位进行检测的技术方案。本方案采用Laplacian of Gaussian(LoG)算法对损伤部位进行检测,使用高斯卷积模板抑制噪声,通过设置不同的卷积核尺寸以及σ值获得不同的卷积滤波结果,加强了图像中损伤部位的色彩程度,进而更好地利用边缘检测技术获取损伤部位的边缘信息。采用具有局部损伤的苹果作为研究对象,选取有参考和无参考等5种评价方法,分析卷积过程对于损伤部位边缘检测的影响。结果表明,在水果热成像中LoG算法可以有效地检测水果的损伤部位,卷积核尺寸对于水果损伤部位边缘检测结果的影响远大于σ值,通过增大卷积核尺寸可以有效地加深损坏部分的边缘信息,研究为水果损伤区域检测提供了一种可行的解决方案。