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2020年 第5期

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综述与评论
红外量子点及其光电探测器研究进展
李汝劼, 唐利斌, 张玉平, 赵清
2020, 42(5): 405-419.
摘要 PDF免费下载(186)
摘要:
红外技术为现代社会提供了包括遥感、成像、计量、产品检验、环境监测及生物医学诊断等诸多领域的应用价值.第三代红外光电探测器对易制造、低成本、可调节的红外光电材料的需求,推动了红外量子点的发展.本文阐述红外量子点的制备方法,概述了红外胶体量子点探测器研究发展历程,并列举了红外胶体量子点在光电领域的代表性研究成果.最后对红外量子点光电探测器研究进展进行了总结,提出了几个亟待解决的研究问题.为红外量子点探测器商业化提出了指导.
图像处理与仿真
基于多尺度结构特征的快速异源图像匹配
张皓, 李娜, 王陆
2020, 42(5): 420-425.
摘要 PDF免费下载(22)
摘要:
针对异源图像提出一种基于多尺度密集结构特征的快速匹配算法.算法首先利用Gabor滤波器逐像素提取图像中的结构响应,再根据主方向响应对多尺度结构特征融合,然后使用快速傅里叶变换在频域计算各特征分量图像之间的卷积,最后将卷积生成的系数矩阵求和计算出图像之间的相似性并选择相似性最大位置作为匹配结果输出.本文算法能有效适应异源图像间的非线性灰度变化和噪声干扰问题.测试使用可见光、红外、雷达图像组成的异源图像数据集对本文算法和现有算法进行测试比较,结果表明:本文算法的平均误匹配率最低,并且计算速度有明显优势.
基于深度学习的红外舰船目标识别
杨涛, 戴军, 吴钟建, 金代中, 周国家
2020, 42(5): 426-433.
摘要 PDF免费下载(53)
摘要:
本文采用深度学习技术中的YOLOv3(You Only Look Once Version 3)目标识别算法对红外成像仪从海面采集的红外图像中舰船进行识别.红外成像仪采集图像的频率高达50帧/s,为了能减少网络计算时间,本文借鉴YOLOv3的一些思想,采用全卷积结构和LeakReLU激活函数重新设计一个轻量化的基础网络,以此加快检测速度.输出层根据采集回来的红外图像的特点采用Softmax算法回归,在提高检测速度的同时,也兼顾了检测精度.
一种复杂背景下红外目标稳定跟踪算法
李继泉, 时勤功, 胡春松
2020, 42(5): 434-439.
摘要 PDF免费下载(26)
摘要:
针对红外单目标在长期跟踪过程中的强背景干扰、遮挡、形变以及目标特征信息减弱等实际问题,提出了一种基于跟踪-学习-检测(Tracking-Learning-Detection,TLD)框架的红外目标稳定跟踪方法.该方法在压缩跟踪算法(Compressive Tracking,CT)的基础上替换广义的类Harr特征为HOG特征,引入互补随机测量矩阵,优化纹理和灰度特征信息的权重,同时引入卡尔曼滤波器记录空间上下文位置信息,以解决CT算法和TLD算法在目标被遮挡时的跟踪失效和全局检索问题.基于TLD算法框架和改进CT算法相结合的红外图像跟踪算法有效地解决了遮挡和强干扰问题,提升了算法的跟踪准确性和长期跟踪稳定性.实验结果表明,本文提出的算法在红外地面环境中能较好地实时稳定跟踪并保持良好的准确性和鲁棒性.
弱环境辐射下中短波双波段红外图像融合方法
张润琦, 杨波, 夏丽昆, 赵灿兵, 苏俊波
2020, 42(5): 440-446.
摘要 PDF免费下载(42)
摘要:
本文介绍了一种用于弱环境辐射下红外中、短波双波段的红外图像融合方法.该方法先采用单尺度Retinex(Single Scale Retinex,SSR)方法处理短波图像,分别对处理后的短波图像和中波图像采用均值滤波和双边滤波得到细节层和背景层,再利用基于Spectral Residual(SR)显著性和引导滤波的权重映射,对短波图像和中波图像的细节层和背景层进行加权融合,得到融合图像.经过实验仿真,并与基于小波、拉普拉斯金字塔的多种算法做了比较,该方法在各场景下的主观与客观评价均表现良好.
系统与设计
红外连续变焦镜头滑动导向机构运动分析
路文龙, 李珊, 贾钰超, 李洪兵, 罗宏, 王彩萍, 孙兴, 朱俊
2020, 42(5): 447-455.
摘要 PDF免费下载(32)
摘要:
由于滑动导向机构与镜筒之间为间隙配合,在运动过程中会导致镜片发生不同程度偏移与偏转,因此基于柔体运动学分析理论,对不同运动姿态、不同长径比的滑动导向机构以及导向钉与镜片在导向机构中的排布位置进行运动仿真分析,得出运动姿态、长径比以及导向钉与镜片排布位置对镜片偏移与偏转的影响;结合实际变焦光学系统使用要求,设计嵌套式导向机构并进行仿真分析,验证可行性;根据以上分析结果对红外连续变焦镜头进行设计加工,镜头变焦过程成像清晰,表明此种仿真分析为红外变焦镜头结构设计研究提供一种有效方法.
无拼接盲区的图像拼接光学布局及系统设计
孙爱平, 雷旭峰, 李泽民, 杨绍明, 余海虹, 康丽珠, 龚杨云, 汪陈跃
2020, 42(5): 456-460.
摘要 PDF免费下载(34)
摘要:
现有的图像拼接系统具有拼接盲区的缺陷,对于监控系统会造成观察盲区,形成信息缺失,对监控安全造成威胁.本文为了消除图像拼接系统的拼接盲区,提出了一种新的无拼接盲区的图像拼接布局型式.首先,对具有拼接盲区的图像拼接布局型式与无拼接盲区的图像拼接布局型式的优缺点进行分析;其次,以3个非制冷长波红外摄像机图像拼接系统为例,对非制冷长波红外摄像机镜头进行设计分析;最后,为了得到比较好的拼接图像,对待拼接的红外摄像机的畸变提出相应的处理措施.
激光/红外共孔径无热化紧凑型光学系统设计
贺祥清, 廖小军, 段媛, 张灏烨
2020, 42(5): 461-467.
摘要 PDF免费下载(43)
摘要:
基于激光测距和红外目标探测需求,设计了激光/红外共孔径无热化紧凑型光学系统.系统参数设计如下:工作波段为1.064μm激光和7.7～9.3μm长波红外,入瞳直径均为120 mm;激光焦距为800 mm;长波红外焦距为240 mm,F数为2,视场为2.29°×1.83°.选择带有Ritchey-Chretien(RC)反射系统的折反式光学布局,缩短系统纵向尺寸.光学系统共用主镜和次镜,利用次镜实现激光和红外分光.长波红外采用二次成像结构,达到100％冷光阑效率.通过选择合适的光学材料、结构材料和合理分配光焦度,实现了光学被动式消热差.在-50℃～+70℃范围内,激光接收能量集中度高,长波红外成像质量良好,满足实际使用需求.
彩色摄像机颜色分辨力测量
徐记伟, 杜仙, 方海棠, 邢冀川
2020, 42(5): 468-472.
摘要 PDF免费下载(27)
摘要:
为实现对彩色摄像机颜色分辨力测试,设计了通过双离散颜色源、反射式准直光学系统和四杆靶靶标模块组成的测试装置.双离散颜色源分别产生经过标定的前景和背景颜色光束,经过准直光学系统,最终合成四杆靶测试靶标图像.该系统在测量过程分别获取各频率下从靶标图像中提取的目标靶标并对其进行色差计算,通过图像算法对测试靶标进行判断和识别,获得彩色摄像机的最小可分辨色差(minimum resolvable E difference,MRED)和最小可探测色差(minimum detectable E difference,MDED),实现对彩色摄像机颜色分辨力的客观检测.
测量技术
基于修正自相关算法的THz-TDS聚乙烯测厚反卷积算法
蒋强, 俞跃, 叶凌伟, 郝元
2020, 42(5): 473-482.
摘要 PDF免费下载(21)
摘要:
在聚乙烯材料管道生产制造过程中,管道厚度精确测量是影响管道生产质量的一个重要技术问题,太赫兹非金属厚度透射测量过程中,通过测量两次透射信号的光程时间差与材料折射率计算得到样品厚度参数,为了准确提取两次透射信号的光程时间差值,需要对原始时域信号进行信号表征.通过高斯滤波反卷积得到脉冲响应函数表征时域信号已经成为了一种成熟且有效的技术手段.但一方面由于太赫兹波在聚乙烯材料中的传播存在明显的频散现象,同时其透射率高回波信号较弱,导致信噪比较低,在脉冲响应函数提取过程中放大了干扰信号的比重,造成信号失真、淹没,无法准确提取信号.本文通过对带通滤波后的时域信号采用修正型自相关算法进行自相关性分析,再结合高斯滤波反卷积运算,得到改进后的脉冲响应函数.旨在解决太赫兹非金属测量领域时域信号表征问题.改进算法实验结果显示加强了信号的清晰度,解决了因杂波信号干扰造成的脉冲响应信号失真或淹没情况,显著提高了脉冲响应信号信噪比.
利用正弦幅值时间转换的脉冲激光测距方法
黄民双, 关在辉, 姜博
2020, 42(5): 483-487.
摘要 PDF免费下载(17)
摘要:
提出了一种利用正弦幅值时间转换的高精度脉冲激光测距方法,该方法以正弦信号作为时间基准,采用倍频和时钟分相技术,通过调节脉冲发射延时,控制回波脉冲定时点落在基准正弦波的0～π/4区间,然后对这一区间进行分段线性插值处理,将正弦幅值的变化转换为定时时间,实现高精度测距.该方法原理结构简单、容易实现.实验结果表明:在激光发射平均功率为1 mW时,在无合作目标测程300 m内,测距精度为±(5 mm+3 ppm).
红外应用
发酵液中甘油和丁醇含量的近红外快速检测方法
赵昇, 王晓荣, 张进明
2020, 42(5): 488-493.
摘要 PDF免费下载(20)
摘要:
为了提高生物发酵过程的控制与优化水平,试对发酵底物甘油和目标产物丁醇的含量进行快速无损检测进行研究.首先对80份甘油与丁醇的单体系样本进行近红外扫描并进行光谱分析.为提高模型的预测能力,分别采用了偏最小二乘法、间隔偏最小二乘法、向前间隔偏最小二乘法、向后间隔偏最小二乘法和窗口移动最小二乘法5种定量校正方法建立甘油和丁醇含量的近红外检测模型并对模型进行分析与比较.结果表明,向后间隔偏最小二乘法建立的模型效果较好,甘油和丁醇的单组份溶液的检测模型相关系数分别达到0.99932(甘油)和0.98843(丁醇).为测量真实的甘油发酵液中甘油和丁醇含量,搭建并建立了甘油和丁醇浓度监测平台,验证得相关系数分别达到0.99074(甘油)和0.99261(丁醇).结果表明建立的近红外快速检测模型在检测的准确性和快速性上均有优异的性能,为发酵行业快速检测提供了新的检测手段.
基于多尺度自适应的近红外手肘静脉提取算法
朱翔翔, 郭永洪
2020, 42(5): 494-500.
摘要 PDF免费下载(23)
摘要:
由于成像质量不高,光照强度不均匀,皮下脂肪较厚等因素,近红外手肘静脉图像对比度较低,不易提取到清晰的静脉结构.针对该问题,本文提出了一种基于Hessian算子的多尺度自适应静脉滤波提取方法.该方法通过改进的多尺度自适应滤波器从对比度限制自适应直方图均衡化(Contrast-Limited Adaptive Histogram Equalization,CLAHE)增强后的图像中提取静脉.新的滤波器结构能够根据输入图像自适应地确定滤波器参数,在提取静脉的同时抑制噪声.实验结果表明该方法可以有效地获得清晰完整的静脉结构,具有更强的去噪和增强效果以及更高的准确率.
红外热成像在乳腺疾病检测的应用研究
曾靓妮, 邓方阁
2020, 42(5): 501-505.
摘要 PDF免费下载(26)
摘要:
乳腺疾病已严重危害女性身心健康,其中乳腺癌更位居全球范围内女性癌症发病率和死亡率首位,因此乳腺癌的早期发现意义重大.传统结构影像学早期检测疾病具有一定局限性,而红外热成像作为功能成像技术可为乳腺癌的早期筛查提供有效线索.因此本文主要就红外热成像在乳腺疾病的早期检测及预后评估的应用价值进行综述.

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