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2014年 第9期

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综述与评论
透明物体面形偏振成像测量技术综述
刘敬, 金伟其, 王霞, 王亚慧, 夏润秋
2014, (9): 681-687.
摘要 PDF免费下载(14)
摘要:
无偏漫射光被物体反射后变为部分偏振光，菲涅尔定律阐明了入射角和反射光偏振度的定量关系。入射面的方位角和反射光的偏振角存在90°的方位差，由此可以获得入射面的方位角。综述了透明物体面形偏振成像测量的研究进展，首先介绍了Lawrence B Wolff提出的反射模型及透明物体反射光类型；进一步介绍了基于镜面反射光偏振特性的透明物体面形偏振成像测量原理，并针对测量中存在的入射角和入射面方位角歧义问题，综述了目前国内外消除入射角和消除入射面方位角歧义的方法。鉴于已有算法均假定反射光线平行于偏振成像系统的光轴，但实际应用中常常不能满足这个假设，为此简单介绍了作者提出的基于向量运算的透明物体面形偏振成像测量方法；最后分析了透明物体面形偏振成像测量进一步的研究方向。
近地层直视与非直视紫外光通信系统关键技术研究
吕照顺, 吴晗平, 梁宝雯, 袁璐
2014, (9): 688-694,699.
摘要 PDF免费下载(9)
摘要:
针对当前紫外光通信中存在的问题和不足，分析了紫外光通信系统基本组成原理和特点，探讨了紫外大气传输特性、直视与非直视紫外通信距离方程理论、调制与解调、高性能紫外探测器、紫外光信号检测、紫外光学材料及系统等主要关键技术，并研究了国内外发展现状，提出了未来紫外光通信研究方向。
材料与器件
基于蓝宝石基底转移石墨烯的中波红外透过光谱分析
周全, 汪岳峰, 魏大鹏
2014, (9): 695-699.
摘要 PDF免费下载(12)
摘要:
利用常压化学气相沉积（CVD）法制备大面积单层石墨烯，并分别转移一层和三层至蓝宝石基底表面。采用共焦拉曼光谱仪对样片表面多点进行测量，以表征不同位置转移石墨烯的层数、缺陷与连续性。考虑石墨烯在红外波段的自由载流子吸收和泡利阻塞效应，计算得到光电导率随波长变化的曲线。利用傅里叶变换红外光谱仪对石墨烯样品中波红外（3～5?m）透过率进行了测试，结果表明其在中波红外存在明显的泡利阻塞效应。实测的单层石墨烯中波红外相对透过率为98.5%，明显高于可见区域。三层石墨烯的相对透过率也与仿真结果相仿。由此可见，石墨烯将有望弥补ITO在中波红外透明窗口电磁屏蔽应用方面的不足。
高性能弹用碲镉汞红外焦平面读出电路
李煜, 王博, 白丕绩, 李立华, 刘会平, 洪建堂, 梁艳, 李敏, 胡彦博
2014, (9): 700-704.
摘要 PDF免费下载(20)
摘要:
研制出一种高性能弹用凝视型碲镉汞（MCT）中波红外焦平面CMOS读出电路（ROIC）芯片。读出电路采用快照（Snapshot）积分模式，具有积分后读出（ITR）、积分同时读出（IWR）、长/短帧组合（COMBINED）积分和长/短帧插入（INTERLACED）积分4种模式可选功能，有效解决高灵敏度和大动态范围的矛盾；其他特征包括抗晕、多级增益可选、串口功能控制，以及全芯片电注入测试功能。该读出电路采用0.35?m DPTM标准CMOS工艺，工作电压5.0V。测试结果体现了良好的性能：在77 K条件下，全帧频可到250 Hz（插入积分模式），功耗典型值为20 mW。
图像处理与仿真
基于模型互更新的多模图像融合跟踪算法
苟书鑫, 谷雨, 刘晶红, 薛安克
2014, (9): 705-709.
摘要 PDF免费下载(8)
摘要:
针对复杂环境下引起的目标失跟问题，提出了一种基于模型互更新的可见光与红外图像融合跟踪算法。基于把视觉跟踪问题视为“中心-周围”分类的思想，首先从可见光与红外图像中分别提取目标及周围像素点的特征，然后采用Boosting算法训练得到跟踪模型。基于分类结果计算像素点的置信度，采用决策级融合方法得到似然图像，通过均值漂移算法估计目标位置。最后在Co-Training框架下结合目标跟踪结果进行模型的互更新。实验结果表明，该算法提高了跟踪的鲁棒性，有效利用了多模图像的信息。
基于积分时间的国产红外探测器非均匀性校正算法
粟宇路, 苏兰, 苏俊波, 胡志斌, 刘传明, 杨智雄, 向麟槐
2014, (9): 710-713.
摘要 PDF免费下载(20)
摘要:
由于受制造探测器的半导体质量和工艺过程等因素的影响，红外探测器存在积分时间响应不均匀性。为了提高红外探测器的成像质量，有必要对其存在的非均匀性进行校正。分析了积分时间对探测器单元响应输出的影响，详细阐述了基于积分时间的非均匀性校正算法的原理，并提出了一种盲元补偿方法。将该算法用于国产640×512制冷型探测器的非均匀性校正实验，结果表明该算法对探测器的非均匀性校正具有明显的效果。
基于DWT的高频系数压缩感知图像融合
孙永明, 吴谨, 刘劲, 邓丹
2014, (9): 714-718.
摘要 PDF免费下载(8)
摘要:
传统的基于DWT的压缩感知图像融合方法针对的是整个稀疏系数，由于小波系数的低频部分为非稀疏的，导致其压缩重构质量差。针对该问题，提出了一种基于DWT高频系数压缩测量的融合方法，该压缩模式可以提高重构信号的质量，进而提高融合图像的效果。首先，对图像作小波稀疏变换，得到低频和高频系数，并对高频系数压缩测量得到测量值；然后，在小波域和压缩域分别进行融合，并对融合后的测量值进行重构得到融合后的高频系数；最后，经小波逆变换得到融合后的图像。实验结果表明，本压缩感知模式较传统的压缩感知模式在减少压缩数据量的同时提高了图像的融合效果。
一种基于直方图的自适应红外图像增强算法
贾兆辉, 伊兴国, 孔鹏, 李晨光
2014, (9): 719-722.
摘要 PDF免费下载(15)
摘要:
在分析常用的红外图像增强算法优缺点的基础上，针对红外图像的特点，提出了一种基于直方图的自适应红外图像增强算法。该算法设置了阈值和放大系数2个参数，根据阈值把图像直方图分为2部分，用放大系数和常数1分别代替直方图中两部分的灰度级像素数作为新的直方图，最后用新的直方图对图像进行直方图均衡化处理得到增强图像。通过在自主研发的热像仪中验证，表明该算法适应性强，增强效果好，算法简单，易于在FPGA硬件平台上实现。
搜救航拍序列图像关键帧提取研究
邹志远, 安博文, 潘胜达
2014, (9): 723-727.
摘要 PDF免费下载(9)
摘要:
为提高搜救航拍中生成大视场红外图像的效率，提出一种序列图像提取关键帧的方法。分析图像获取系统的运动参数和获取红外图像的内方位元素，采用（j,w,k）转角系统作为图像的外方位元素，根据摄影测量中的共线方程式计算序列图像间的重叠率，并以相位相关法对计算出的重叠率进行验证。最后根据计算出的重叠率和采用的Harris拼接算法所要求的最佳重叠率，来确定序列图像中的关键帧。试验结果表明，计算出的重叠率可以作为关键帧提取的标准，待拼接的图像数量减少，生成大视场图像的效率提高88.71%。
基于双边滤波器的红外图像条纹噪声消除算法
王书朋, 高腾
2014, (9): 728-731.
摘要 PDF免费下载(18)
摘要:
提出了一种新的消除红外图像中条纹噪声的方法。由于红外焦平面阵列中每列读出电路的偏置电压不同，导致红外图像中有明显的条纹状噪声。分析了读出电路偏置电压不均匀对红外成像的影响，提出了利用双边滤波器估计读出电路偏置电压的方法，并使用估计的偏置电压校正红外图像。基于实际红外图像的实验结果表明，提出的算法能够显著地消除红外图像中的条纹噪声。
含裂纹缺陷的红外热图像处理算法研究
黄涛, 顾桂梅
2014, (9): 732-736.
摘要 PDF免费下载(9)
摘要:
针对含裂纹缺陷的红外热像图对比度差、信噪比低的特点，提出了一种涉及噪声消除、图像细节增强、区域分割等多个方面的红外图像处理算法。算法首先通过时域有限冲激响应（FIR）滤波去除了图像中的部分噪声，然后利用提升小波变换与模糊逻辑非线性算子相结合的方法实现了对红外图像的增强，最后采用改进的区域生长方法对图像中的裂纹区域进行了分割处理。实验结果表明，本文算法有效地滤除了噪声干扰，提高了裂纹图像的对比度，同时很好地保留了整条裂纹中各小段灰度等级不同的特征，为后续测量裂纹深度奠定了必要的基础。
一种小波域多方向自适应加权伪中值滤波算法
郑明言
2014, (9): 737-742.
摘要 PDF免费下载(8)
摘要:
为了有效地滤除红外图像中的噪声，提出了一种小波域多方向自适应加权伪中值滤波算法。该算法首先对红外噪声图像的各高频分解子图像分别进行噪声点检测和标记；然后根据各子图像中像素点分布特征分别设计出4类具有多方向性的滤波模板进行自适应加权滤波；最后将低频分解子图像与滤波后的各小波高频分解子图像进行重构。分别将中值滤波（MF）、伪中值滤波（PMF）、极值中值滤波（EMF）、加权中值滤波（WMF）、以及本文算法应用于标准测试图像以及红外图像去噪，并引入峰值信噪比（PSNR）、平均绝对误差（MAE）进行去噪效果评定。标准测试图像和红外图像仿真结果表明，该算法性能明显优于PMF，且相对于与其余几类同类型算法而言，也具有一定的优势。
系统与设计
一种小型化探测器固联于弹体式导引头光学系统设计
姜成舟, 段萌, 潘国庆, 张运强
2014, (9): 743-747.
摘要 PDF免费下载(17)
摘要:
为实现探测器组件固联于弹体且导引头结构小型化，采用了由特殊棱镜与反射镜组成的光学滑环式光机结构设计。光学系统的前镜组、反射镜嵌入内框架，实现±90°扫描运动；内框架、特殊棱镜组件嵌入外框架，实现360°扫描运动，进而使光学系统具有前半球的跟踪视场。设计结果表明光学系统在-70℃～＋90℃温度范围内调制传递函数接近衍射极限，成像清晰，满足光、机、热一体化设计要求。实验结果显示，研制的光学系统其焦距60 mm，视场大小为3°，在20 lp/mm处，轴上视场的调制传递函数（MTF）高于0.7。系统实现了探测器组件固联于弹体及光机系统小型化的目的。
基于机载IRST系统的高超音速飞行器红外探测研究
寇添, 王海晏, 王芳, 王领
2014, (9): 748-752.
摘要 PDF免费下载(15)
摘要:
针对高超音速飞行器不同于低速飞行器的红外辐射特性，提出了机载IRST系统红外探测高超音速飞行器的建模方法。重点利用高温边界层传热理论建立了高超音速飞行器蒙皮辐射特性模型，分析了排气系统和环境背景辐射特性，根据不同高度下大气层结构分布对红外辐射传输的影响，建立了大气斜程透过率模型，提高了透过率计算的准确性；考虑环境背景辐射的影响，给出了IRST系统对高超音速飞行器的作用距离模型。最后通过仿真实验分析了不同季节、高度和目标仰角下大气透过率特点，分析了不同仰角、速度和波段等因素下探测器对高超音速目标红外作用距离的影响，结论论证了所建模型的实效性。
制导与对抗
应对导弹威胁的机载光电复合侦察技术研究
李志伟, 王皖阳
2014, (9): 753-756.
摘要 PDF免费下载(13)
摘要:
为了应对空中高速来袭导弹的威胁，研究了导弹壳体受热及废气羽烟的辐射特性，分析了其红外、紫外光谱特征，以及背景辐射对导弹侦察的影响。结合目前红外焦平面技术的发展状况，提出了扩展红外工作波段，采用红外/紫外双色，以及综合应用多色提高机载光电侦察效果的技术方法。相关装备的应用证明，多色复合侦察技术的应用对提高战机复杂战场环境下的生存能力具有十分重要的意义。
红外应用
硬脂酸亚甲基变角振动二维红外光谱研究
胡瑞省, 刘会茹, 周冉, 李丹, 秦婷, 于宏伟
2014, (9): 757-761.
摘要 PDF免费下载(8)
摘要:
在293～393 K 温度范围内，分别采用一维红外光谱、二阶导数红外光谱和二维红外光谱测定硬脂酸亚甲基变角振动模式（?CH2）。实验发现：在1440～1480 cm-1范围内，硬脂酸?CH2存在“第一特征频率谱带”和未见文献报道的“第二特征频率谱带”，并进一步研究了温度对于硬脂酸δCH2红外吸收强度及变化顺序的影响。本项研究显示出二维红外光谱在材料热变性分析中的重大作用。
基于参数转化和遗传算法的内部多缺陷识别算法的性能分析
贾文抖, 范春利, 孙丰瑞, 杨立
2014, (9): 762-767.
摘要 PDF免费下载(8)
摘要:
试件或设备内部缺陷的定量识别已成为红外无损检测与传热反问题领域的一个重要研究方向。针对基于表面红外测温的试件内部多缺陷的识别问题，提出了基于参数转化思想和遗传算法的一种新的定量识别方法，初步研究显示了对试件内部多缺陷识别的良好的适用性。针对该方法，以二维试件内部多缺陷试件为例，从缺陷的位置、形状、数目、网格密度、测温误差等各个方面系统地分析该方法的性能。一系列数值试验验证了该方法的有效性，证明了在各种因素影响下该算法均具有非常优越的性能。

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