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当期目录

2022年 第44卷  第6期

综述与评论
自然环境下拉曼光谱遥测技术及其应用进展
郭一新, 金伟其, 何玉青, 赵曼
2022, 44(6): 543-559.
摘要:
拉曼光谱遥测技术主要用于在安全距离之下对一些危险品、违禁品、变质食品等进行现场快速检测。早期拉曼光谱遥测技术大多采用可见光或近红外激光拉曼光谱技术,为了避免环境光影响,常在实验室或夜间进行。近年来,因日盲紫外激光的拉曼光谱检测具有共振效应强、不受环境光干扰、人眼相对安全等诸多特性逐渐开始被广泛应用。本文在分析自然环境下远程拉曼光谱遥测技术基础原理上,归纳了国内外可见光或近红外激光拉曼光谱遥测技术和国内外紫外激光拉曼光谱遥测技术的研究进展和现状,分析了远程紫外激光拉曼光谱应用在反恐、禁毒和食品安全等领域的优势,最后总结了自然环境下拉曼光谱遥测技术的研究难点和发展趋势。
材料与器件
Cd1-xZnxTe晶体中由本征缺陷引起的导电类型转变界面研究
赵文, 孔金丞, 姜军, 赵增林, 陈少璠, 宋林伟, 俞见云, 陈珊, 庹梦寒, 李俊, 贺政, 姬荣斌
2022, 44(6): 560-564.
摘要:
在富Te生长条件下,采用垂直布里奇曼法(vertical Bridgman method, VB)生长的部分碲锌镉(Cd1-xZnxTe, CZT)晶体内存在导电类型转变界面。为深入探讨碲锌镉晶体导电类型转变界面形成的原因,结合晶体导电类型和红外光谱透过率的测试结果与第一性原理的理论计算进行分析,结果表明,碲锌镉晶体内的导电类型转变界面是晶体生长过程中形成的Cd空位(VCd)缺陷与Cd间隙(Cdi)缺陷导致的。在富Te条件的生长过程中,Cd空位缺陷易于形成,碲锌镉晶体材料中含有大量的Cd空位缺陷,材料的导电型为p型。在晶体生长结束阶段的降温过程中,Cd原子会扩散至碲锌镉晶体中,促进了Cd间隙缺陷的形成,在碲锌镉晶体材料中形成Cd间隙缺陷,导致晶体材料的导电性转变为n型。
图像处理与仿真
基于时序信息的红外图像缺陷信息提取
王东升, 王海龙, 张芳, 韩林芳, 赵怡琳
2022, 44(6): 565-570.
摘要:
主动红外热像检测技术中,红外图像的缺陷信息提取是其核心内容。传统的红外图像处理方法在一定程度上可以消除噪声、提高图像的对比度,但是仍存在一些问题,如:需要手动选择特征信息丰富的红外图像,红外图像增强和图像分割过程中会引入主观成分,仅仅分析单张红外图像可能存在信息丢失等问题。针对上述问题,本文根据主动红外热成像的数据特征提出了一种基于时序信息的红外图像缺陷信息提取方法。首先,通过室内实验制作含缺陷分层的混凝土试块;然后,利用主动红外热像检测技术进行三维红外图像数据的采集,提取每个像素点的时序信息;最后,采用基于时序信息的K-means方法进行缺陷特征提取。结果表明,基于时序信息的缺陷提取方法是可行的,其可以提取到隐藏的分层缺陷信息,提取效果优于基于空域信息的K-means方法。
红外与可见光图像多特征自适应融合方法
王君尧, 王志社, 武圆圆, 陈彦林, 邵文禹
2022, 44(6): 571-579.
摘要:
由于成像机理不同,红外图像以像素分布表征典型目标,而可见光图像以边缘和梯度描述纹理细节,现有的融合方法不能依据源图像特征自适应变化,造成融合结果不能同时保留红外目标特征与可见光纹理细节。为此,本文提出红外与可见光图像多特征自适应融合方法。首先,构建了多尺度密集连接网络,可以有效聚合所有不同尺度不同层级的中间特征,利于增强特征提取和特征重构能力。其次,设计了多特征自适应损失函数,采用VGG-16网络提取源图像的多尺度特征,以像素强度和梯度为测量准则,以特征保留度计算特征权重系数。多特征自适应损失函数监督网络训练,可以均衡提取源图像各自的特征信息,从而获得更优的融合效果。公开数据集的实验结果表明,该方法在主、客观评价方面均优于其他典型方法。
改进最佳缝合线的红外图像拼接方法
卢泉, 杨振华, 黄粒峰
2022, 44(6): 580-586.
摘要:
变电站场景的红外图像受噪声干扰大、纹理信息不明显,拼接过程中易出现拼接痕迹或重影现象。针对上述问题,本文提出一种改进最佳缝合线的红外图像拼接方法。该方法首先采用SIFT算法提取图像区域特征,实现图像配准;然后在两幅图像的重合区域上引入局部权重系数,并对图像颜色差异强度进行形态学操作,减少红外图像的噪声干扰,以此改善能量函数图的纹理信息。最后,利用动态规划改进缝合线搜索准则,在图像重叠区域搜索出最佳缝合线。实验结果表明,与渐入渐出法和最佳缝合线法比较,本文方法在拼接后图像的平均梯度、图像清晰度和图像边缘强度均有所提高,融合区域过渡更平滑自然,拼接痕迹明显减少。
一种基于区域分割的直方图均衡算法
朱家乙, 杨宏双, 何伟, 王伟男, 沙怡中, 黄晓江, 许桢杰
2022, 44(6): 587-592.
摘要:
红外原始图像对比度低,动态范围高,而且不同场景信号动态范围不一样,为了得到更好的图像效果,需要对红外图像原始数据进行灰度变换。本文针对全局直方图均衡增强算法的不足,提出了一种基于区域分割的直方图均衡增强方法。通过将图像分割成多个区域,每个区域分别做直方图均衡,然后通过线性插值对图像做像素重构,有效地改善了红外热成像系统的图像质量,对比度和图像细节信息得到很大的增强。该算法易于在FPGA中实现,且取得了较好的效果。
基于红外双波段的盲元补偿算法
李谦, 赵灿兵, 刘星, 苏俊波, 洪闻青, 苏兰, 樊佩琦, 张润琦
2022, 44(6): 593-597.
摘要:
红外焦平面阵列由于受到制造工艺等的影响,常常会出现盲元,过往通常使用的单波段盲元补偿算法对大盲元簇及位于边缘位置的盲元补偿效果不尽如人意,随着双波段热像的逐渐兴起,本文提出了一种基于双波段信息的盲元补偿算法,该算法结合了两个波段的信息,通过对盲元位置的分类,根据两个波段盲元邻域信息的相似性,使用不同的策略对图像中的盲元进行补偿,能够较为有效地对图像中的大盲元簇及位于边缘的盲元进行补偿。
基于滚动引导滤波的红外与可见光图像融合
张慧, 韩新宁, 韩惠丽
2022, 44(6): 598-603.
摘要:
为提高融合图像更加适应人类视觉感知,并解决可见光图像受光线、天气等影响而导致融合效果不佳的问题,本文提出了一种基于滚动引导滤波的可见光与红外图像融合方法。首先,利用引导滤波对可见光图像的内容进行增强,然后,利用滚动引导滤波将可见光和红外图像进行多尺度分解为小尺度层、大尺度层和基础层。在大尺度层的信息合成的过程中利用加权最小二乘法融合规则解决融合时可见光与红外图像不同特征带来的困扰,提高融合图像的视觉效果;在基础层的融合过程中采用优化的视觉显著图融合规则,减少对比度损失。最后,将大尺度层、小尺度层与基础层合并为融合后的图像。实验结果表明所给方法在提高视觉感知、细节处理、边缘保护等方面都有良好的效果。
制导与对抗
恒热流边界条件下降膜温度场及其对红外探测距离的影响
李东臻, 杜永成, 彭友顺, 杨立
2022, 44(6): 604-608.
摘要:
深入分析了利用恒热流边界条件下下降液膜(降膜)技术对军事目标垂直进行红外抑制的方法。建立了层流降膜的流动与传热模型,采用能量守恒法,忽略液膜入口段效应,得到了降膜表面的温度分布,简化了求解过程。通过与不同研究者结果做对比,验证了能量守恒法对于评估降膜在充分发展段换热过程的有效性。计算了探测器对采用液膜红外抑制技术后目标的识别距离,结果表明:增大液膜流动的流量、合理控制液膜入口温度可增强对特定目标的红外抑制效果。本人的研究方法和结论对军事目标的红外抑制领域具有中重要的参考意义。
一种红外导引头制冷供气测试系统的设计
任春杰, 费凡, 宾玲, 卢猛
2022, 44(6): 609-613.
摘要:
红外导引头制冷供气测试系统用于某武器系统红外导引头制冷时间测试,验证一定压力下高压氩气对导引头的制冷效果。本文介绍了该系统的组成和结构设计,主要采用高压氩气作为制冷气源,通过高低温试验系统控制并模拟导引头实际工作温度,通过数据采集系统完成制冷时间、压力、温度测试和成像显示。结合系统在工程应用中常见问题,提出了结构改进方案,通过多年的生产应用,验证了该系统能够满足某型武器系统红外导引头的批量测试需求。
系统与设计
低轨道遥感相机光机热一体化分析及优化设计
刘朋朋, 靳利锋, 赵慧, 李妥妥
2022, 44(6): 614-621.
摘要:
低轨道卫星热环境复杂恶劣,对遥感相机光机结构的热性能提出了严格要求。本文提出了一种基于在轨温度场的光、机、热一体化仿真分析方法,以某低轨道卫星相机为例,分别采用Thermal Desktop、MSC Patran/Nastran、Code V构建热分析模型、结构有限元分析模型、光学分析模型,分析得出了相机单次成像时间内最极端工况下各反射镜的平移、倾斜及镜间距变化量等结构变形特性,计算了光学系统MTF的变化,并剖析了系统传函的主要影响因素。然后从主承力结构的结构参数出发进行了优化设计,优化结果表明主承力结构线胀系数在(5~5.5)×10-6时系统热特性最优,系统传函满足指标要求。
弹载红外相机静态质量质心配平
张生全, 赵劲松, 何红星, 罗敏, 康丽珠, 陶亮, 徐参军, 徐瑞
2022, 44(6): 622-627.
摘要:
为了实现弹载红外相机静态质心配平,在整机质量具有一定要求下,设计了一套数量少、质量轻、工艺性好、互换性优的配重负载组合。针对狭小空间体积的弹载红外相机设计出配重负载以及合理安排负载组合的安装位置,提出了先利用三维设计软件Creo4.0仿真出原始样机质心位置,再结合整机的质心要求,在空间两点采用力矩平衡原理计算出配重负载质量和质心应在位置的耦合关系,在总结归纳了配重负载设计原则之上,运用Creo4.0设计出配重负载方案。经过投图、加工、装配以及严格的质心测试论证,结果表明,该方法很好地实现了质心配平功能,使得弹载红外相机满足质心要求。这种静态质心配平思路相较于试配法具有快速高效、布局合理等优势。
对某型红外热像仪可靠性增长的研究与改进
王琦艺, 夏丽昆, 曾邦泽, 赵德利, 朱尤攀, 陈若童, 李广, 王若男
2022, 44(6): 628-634.
摘要:
热像仪的可靠性水平会直接影响使用者任务成功率、维护成本及寿命周期,因此其可靠性设计工作越来越受到关注。同时,就目前国内热像仪研制情况而言,研制样机的可靠性并不能反映小批量生产产品的可靠性水平。因此,为充分反映研制样机的可靠性水平,本文主要研究了某型热像仪在研制过程中的可靠性增长方法,分析了红外热像仪的故障,建立了红外热像仪的任务可靠性模型,提出了相应的改进措施,并采用可靠性增长的办法来验证所提措施的有效性。本文所提改进措施满足装备试验鉴定要求,可实现热像仪的可靠性增长和批量产品可靠性不降低的目标。
无损检测
基于相位和表面温度的缺陷定量识别及其对比研究
陈林, 黎敏谦, 高峰, 刘敏, 张弛
2022, 44(6): 635-640.
摘要:
为了提高红外检测的精度,实现缺陷深度和大小的同步检测,将共轭梯度反演算法分别与脉冲检测技术和脉冲相位检测技术相结合,实现了基于相位和表面温度的红外定量识别,通过数字算例对比分析了不同因素对识别结果的影响。研究结果表明: 在无测温误差时,基于相位和表面温度的识别都能准确地识别缺陷的位置大小;基于相位和表面温度的识别结果精度都会因随机误差的增大而降低;基于表面温度的识别结果精度会因均匀误差的增大而降低,但是均匀误差对基于相位的识别无影响。