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2022年  第44卷  第1期

图像处理与仿真
基于RPCA和LatLRR分解的红外与可见光的图像融合
丁健, 高清维, 卢一相, 孙冬
2022, 44(1): 1-8.
摘要:
红外光和可见光图像的融合在视频监控、目标跟踪等方面发挥着越来越重要的作用。为了得到融合效果更好的图像,提出了一种新的基于鲁棒性低秩表示的图像分解与深度学习结合的方法。首先,利用鲁棒性主成分分析对训练集图像进行去噪处理,利用快速的潜在低秩表示学习提取突出特征的稀疏矩阵,并对源图像进行分解,重构形成低频图像和高频图像。然后,低频部分利用自适应加权策略进行融合,高频部分利用深度学习的VGG-19网络进行融合。最后,将新的低频图像与新的高频图像进行线性叠加,得到最后的结果。实验验证了本文提出的图像融合算法在主观评价与客观评价上均具有一定的优势。
多特征融合下的高光谱图像混合卷积分类
熊余, 单德明, 姚玉, 张宇
2022, 44(1): 9-20.
摘要:
针对现有高光谱遥感图像卷积神经网络分类算法空谱特征利用率不足的问题,提出一种多特征融合下基于混合卷积胶囊网络的高光谱图像分类策略。首先,联合使用主成分分析和非负矩阵分解对高光谱数据集进行降维;然后,将降维所得主成分通过超像素分割和余弦聚类生成一个多维特征集;最后,将叠加后的特征集通过二维、三维多尺度混合卷积网络进行空谱特征提取,并使用胶囊网络对其进行分类。通过在不同高光谱数据集下的实验结果表明,在相同20维光谱维度下,所提策略相比于传统分类策略在总体精度、平均精度以及Kappa系数上均有明显提升。
基于全卷积网络的红外图像非均匀性校正算法
牟新刚, 崔健, 周晓
2022, 44(1): 21-27.
摘要:
针对红外成像系统在经过两点校正后,随时间漂移仍然会出现的非均匀性噪声,提出一种基于全卷积深度学习网络的红外图像非均匀性校正算法,使用子网络与主网络相结合的方式进行非均匀性校正。该算法设计了非均匀性等级估计子网络,将含有非均匀性噪声的红外图像输入子网络后,输出非均匀性等级估计图,并和待校正红外图像一并输入校正主网络。子网络生成的非均匀性等级估计图作为一个参数输入校正主网络,避免了网络只针对同一等级非均匀性产生过拟合。经过实验验证,该算法克服了传统的基于场景的算法所产生的边缘模糊问题,对条纹状非均匀性噪声校正效果较好,经过校正后的红外图像清晰度高、细节丰富、边缘清晰、图像质量良好。
基于红外结构光的三维人脸建模
唐诗扬, 朱江平, 张建伟
2022, 44(1): 28-32.
摘要:
在基于结构光的双目三维人脸重建中,容易丢失细节处数据和建模精度较低,导致三维人脸数据完整度不高,对三维人脸识别较差。本文研究了基于红外条纹的双目三维照相机系统,通过投射红外条纹结构光,根据相移法将生成包裹相位,利用三频法得到绝对相位,生成视差图,得到三维人脸模型。实验表明,基于红外的哑铃规球心测距误差在0.1%以内,人脸精度在0.1mm内。在眼睛,眉毛等弱纹理区数据缺失较少,优于基于可见光的三维建模,并且人脸模型更平滑更能反映人脸的真实三维形状。通过对比投射红外与可见光的性能,为三维人脸重建未来研究分析提供技术和算法上的参考。
一种人体体表三维温度场的融合重建方法
杨炎龙, 徐超
2022, 44(1): 33-40.
摘要:
重建人体体表三维温度场能够为包括诊断在内的多项人体医学分析提供可靠数据。由于红外成像具有温度测量精度低、成像分辨率不足以及显示效果较差等缺陷,导致重建的目标三维温度场的可靠性存在不足。针对这些问题,提出一种针对人体体表的三维温度场的融合重建方法。即首先采用黑体测温标定的方法,对红外热像仪的测温结果进行误差修正;其次对红外图像进行对比度增强处理;之后进行超分辨率处理,使红外图像在空间分辨率上匹配三维数据;最后在数据融合阶段,基于不同图像中提取到的靶标特征点对应空间中相同位置的事实,对标定得到的系统结构参数进行误差修正。实验表明,该方法使三维温度场的测温精度达到0.26℃以下,温度场的三维分布结果得到提升,显示效果也得到了增强。
基于双判别器加权生成对抗网络的图像去模糊方法
黄梦涛, 高娜, 刘宝
2022, 44(1): 41-46.
摘要:
原始生成对抗网络(generative adversarial network, GAN)在训练过程中容易产生梯度消失及模式崩溃的问题,去模糊效果不佳。由此本文提出双判别器加权生成对抗网络(dual discriminator weighted generative adversarial network, D2WGAN)的图像去模糊方法,在GAN的基础上增加了一个判别器网络,将正向和反向KL(Kullback-Leibler)散度组合成一个目标函数,引入加权的思想调整正向和反向KL散度的比例,利用两个散度的互补特性,在学习清晰图片过程中避免不良模式的形成。实验结果表明,与现有方法相比,本文方法能更真实地恢复图像细节部分,且在评价指标峰值信噪比和图像结构相似度上有更好的表现。
一种基于低分辨红外传感器的动作识别方法
张昱彤, 翟旭平, 汪静
2022, 44(1): 47-53.
摘要:
如今,世界各国人口老龄化问题日益严重,为了避免独居老人发生意外,老人日常动作监测和识别算法成为了研究热点。本文设计了一种基于低分辨红外传感器的动作识别方法,通过红外传感器采集探测区的温度分布数据,对温度分布数据进行处理,从时间、温度、形变和轨迹4个方面提取多个特征,最后通过K近邻算法对“行走”、“弯腰”、“坐下”、“站起”和“摔倒”5种动作进行分类。实验结果表明平均识别准确率可达到97%,其中摔倒动作的识别准确率为100%。
系统与设计
钢丝绳传动的三轴转台伺服控制的设计
王凯, 孔德杰, 宋悦铭, 王国华, 沈宏海, 王浩
2022, 44(1): 54-60.
摘要:
针对某机载平台中钢丝绳传动带来的非线性误差及外部扰动等因素直接影响平台相机成像质量的问题,提出一种模糊自适应前馈补偿的控制策略。首先对钢丝绳传动机构和高精度直流伺服电机进行了建模,并建立了摩擦模型,为转台速度环控制回路引入模糊自适应PID控制器。设计出前馈补偿和模糊自适应控制器的复合控制策略。Matlab仿真结果以及实验表明该复合策略能有效消除飞机振动和钢丝绳非线性带来的抖动,转台的稳定精度从1 mrad提高至0.2 mrad,大幅地提高了成像质量。
一体化铝合金反射镜的拓扑优化设计与分析
王上, 张星祥, 沙巍, 朱俊青
2022, 44(1): 61-65.
摘要:
针对口径为300 mm的一体化铝合金反射镜进行了拓扑优化设计,在反射镜光轴方向的自重载荷下,以整体柔度作为约束,反射镜最小体积作为目标进行迭代优化,得到了拓扑优化结果模型,根据其特征建立了实体模型并进行了参数优化,最终得到了总质量为2.08 kg、面形均方根RMS(Root Mean Square)为5.9 nm、轻量化率为70%的一体化反射镜结构。通过参数优化,结合与对比结构的对比验证了拓扑结构特征的有效性,并进行了支撑特性分析。中心六边形的支撑结构和半封闭的结构在自重工况下对面形精度的提升有极大贡献。中心六边形结构存在最佳支撑位置,即正六边形高度与直径比值为0.26。
大规模高帧频读出电路高速数据传输模型研究
叶联华, 刘煦, 李云铎, 黄松垒, 黄张成
2022, 44(1): 66-72.
摘要:
本文针对大规模高帧频读出电路的数字信号输出建立了高速数据传输模型。首先由集总参数模型得到传输电路3 dB带宽及响应时间常数与各器件参数之间的关系,指明了输出级MOS管的尺寸及传输线负载是决定高速时域响应特性的关键参数。进一步采用分布参数模型,利用Elmore延时模型更精确地确定了响应时间常数的数学解析式,获得了可使带宽最大化的输出级尺寸的最优设计。仿真结果表明,在典型的64×64面阵功耗和面积约束条件下,优化后传输门和复合逻辑门两种三态传输电路的输出3 dB带宽分别可达293 MHz和395 MHz。
碲锌镉晶体生长炉自主设计与控温性能实验
罗亚南, 陈亦忻, 郭关柱, 李照存, 许聪
2022, 44(1): 73-78.
摘要:
针对直径4英寸碲锌镉单晶材料生长的需求,在研究国外碲锌镉晶体材料生长取得的成果基础上,自主设计了一种基于移动炉体技术的碲锌镉晶体生长炉。炉体由4种规格的六段温控加热单元组成,采用工控机控制伺服电机来驱动滚珠丝杆直线导轨实现炉体升降,炉体内腔设置有刚玉陶瓷管及高温金属热管组成的加热炉管,通过高精度铂铑铂热电偶、欧陆、变压器及可控硅控制加热单元,基于模糊+PID控制算法和策略来控制加热炉温的温度分布。开展了加热温度稳定性和加热控温性能实验,结果表明:炉体内腔加热温度持续控温200 h,相同位置的温度波动±0.005℃,加热温度偏差≤±0.1℃;炉腔上、下部恒温区长度分别为400 mm和240 mm,中部温度梯度区长度约136 mm,加热温度1098℃附近的温度梯度为0.92℃·mm-1。上述参数满足碲锌镉晶体生长炉的自主设计与控温性能要求。
材料与器件
Mg和V2O5共溅射制备+4价钒的氧化物薄膜
付学成, 乌李瑛, 权雪玲, 瞿敏妮, 王英
2022, 44(1): 79-84.
摘要:
在常温、高真空条件下,采用高纯金属镁靶和V2O5靶进行共溅射,利用镁原子的还原性,将+5价的钒还原为+4价,在硅衬底上制备钒的氧化物薄膜。当Mg和V的原子比为1:2时,XPS测试表明薄膜中有V4+和V2+存在。X射线衍射结果显示,制备的薄膜主要成分是MgV2O5,且结晶状况良好。温度-电阻率测试结果显示,薄膜在20℃附近有相变行为,电阻温度系数高达-8.6%/K,回线弛豫温度约为0.3℃,负温度系数热敏电阻材料常数高达6700。这一发现为制备非制冷焦平面探测用的热敏薄膜材料提供了新的思路。
不同抛光方式下InSb晶片表面质量的对比研究
李德香, 龚晓霞, 张丽霞, 袁俊, 杨文运
2022, 44(1): 85-88.
摘要:
本文分别以加双氧水的化学机械抛光和未加双氧水的纯机械抛光方式对InSb晶片进行表面处理,通过分析氧化膜的生成,以及对InSb晶片的表面划痕、表面粗糙度和表面损伤的表征,开展了两种不同抛光方式下InSb晶片的表面质量对比研究。结果表明,在化学机械抛光过程中,InSb晶片表面有氧化层生成,该氧化层能保护材料表面免受损伤;并且发现加入双氧水作为抛光液的化学机械抛光方法能够获得较好表面质量的InSb晶片,其表面几乎无划痕,粗糙度降至0.606 nm,平整度约6.916 nm,且表面损伤明显降低。
640×512小型化红外探测器杜瓦组件可靠性研究
熊雄, 段煜, 胡明灯, 李锐平, 杜宇, 毛剑宏
2022, 44(1): 89-95.
摘要:
在SWaP3(Size, Weight, and Power, Performance and Price)概念的驱使下,第三代制冷红外探测器向着高性能、小型化和轻量化的方向发展。作为军用核心电子元器件,制冷红外探测器的可靠性成为研究的重点。以浙江珏芯微电子有限公司所研制的640×512/15 μm小型化杜瓦组件为研究对象,开展了系统性的可靠性研究与试验,涉及到力学、热力学、多余物和真空寿命四个维度。经各项可靠性试验后,640×512/15 μm小型化杜瓦组件的性能保持良好,该结果表明此杜瓦组件在总体上具有较高的可靠性,能够满足常规军事应用需求。
制冷技术
单活塞线性斯特林制冷机半正定减振系统研究
孔德锐, 夏明, 唐天敏, 毕翔
2022, 44(1): 96-102.
摘要:
当前,对于吸振器和单活塞线性斯特林制冷机振动系统的研究,几乎都是在已知制冷机进行某种固定安装方式的正定模型上进行的。而这种正定方法由于缺乏对制冷机和吸振器系统固有频率的分析,当改变系统的安装方式后,可能会产生共振并减小吸振器的减振效果。基于此,本文将对制冷机和吸振器振动系统在未进行任何安装时的半正定模型进行理论分析,并通过悬挂测试法对制冷机适配吸振器前后进行振动实验。由此得到了系统在半正定模型下的理论固有频率值为78.6Hz。而通过实验可发现,受吸振器实际加工和装配的影响,系统的固有频率随吸其刚度的增大而增大,其增大的范围在78.1~80.8 Hz之间。