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2022年  第44卷  第9期

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综述与评论
HgCdTe多层异质结红外探测材料与器件研究进展
陈正超, 唐利斌, 郝群, 王善力, 庄继胜, 孔金丞, 左文彬, 姬荣斌
2022, 44(9): 889-903.
摘要 HTML阅读量 (39) PDF免费下载(102)
摘要:
HgCdTe多层异质结技术是未来主流红外探测器发展的重要技术方向，在高工作温度、双/多色和雪崩光电管等高性能红外探测器中扮演着重要的角色。近年来基于多层异质结构的HgCdTe高工作温度红外探测器得到了快速发展，尤其是以势垒阻挡型和非平衡工作P+-π(ν)-N+结构为主的器件受到了广泛的研究。本文系统介绍了势垒阻挡型和非平衡工作P+-π(ν)-N+结构HgCdTe红外探测器的暗电流抑制机理，分析了制约两种器件结构发展的关键问题，并对国内外的研究进展进行了综述。对多层异质结构HgCdTe红外探测器的发展进行了总结与展望。
锑化物中/中波双色红外探测器研究进展
张宏飞, 朱旭波, 李墨, 姚官生, 吕衍秋
2022, 44(9): 904-911.
摘要 HTML阅读量 (60) PDF免费下载(106)
摘要:
面对第三代红外探测器对多波段探测的需求，中/中波双色同时获取两个波段的目标信息，对复杂的背景进行抑制，可以有效排除干扰源的影响，提高了探测的准确性，增强了在人工及复杂背景干扰下的目标识别能力，因此中/中波双色探测器设计和制备最近快速发展起来。锑化铟红外探测器通过分光可实现两个中波波段的探测，锑化物Ⅱ类超晶格探测器通过能带结构设计实现多波段探测。本文阐述了锑化物中/中波双色红外探测器的主要技术路线和目前研究进展，与传统InSb双色探测器相比，中/中波双色超晶格红外器件用于红外成像探测具有鲜明的特点和优势，但需要在探测器结构设计、锑化物超晶格材料生长、阵列器件制备等方面进行进一步研究，以提高探测性能，满足工程化应用需求。
图像处理与仿真
基于红外与可见光图像的目标检测算法
邝楚文, 何望
2022, 44(9): 912-919.
摘要 HTML阅读量 (99) PDF免费下载(104)
摘要:
针对现有基于可见光的目标检测算法存在的不足，提出了一种红外和可见光图像融合的目标检测方法。该方法将深度可分离卷积与残差结构相结合，构建并列的高效率特征提取网络，分别提取红外和可见光图像目标信息；同时，引入自适应特征融合模块以自主学习的方式融合两支路对应尺度的特征，使两类图像信息互补；最后，利用特征金字塔结构将深层特征逐层与浅层融合，提升网络对不同尺度目标的检测精度。实验结果表明，所提网络能够充分融合红外和可见光图像中的有效信息，并在保障精度与效率的前提下实现目标识别与定位；同时，在实际变电站设备检测场景中，该网络也体现出较好的鲁棒性和泛化能力，可以高效完成检测任务。
基于细节信息提取的全色与多光谱图像融合方法
王欧, 罗小波
2022, 44(9): 920-928.
摘要 HTML阅读量 (48) PDF免费下载(29)
摘要:
全色（Panchromatic, Pan）图像与多光谱（Multi-spectral, MS）图像融合的目的是生成具有高空间分辨率的多光谱图像。为了进一步提升融合图像的质量，提出一种基于细节信息提取的融合方法。首先，使用滚动引导滤波器与差值运算分别获取Pan与MS的高频分量。其次，采用自适应强度-色度-饱和度（Adaptive Intensity-Hue-Saturation，AIHS）变换处理MS的高频分量与经像素显著性检测后Pan的高频分量，生成对应的强度分量（Intensity，I），再将Pan与I作差值运算获取细节图像。接着，采用引导滤波器计算Pan与MS的高频分量的差值，得到残差图像。最后，利用最速下降法将细节图像与残差图像注入到原始的MS图像中获得最终融合结果。实验结果表明，本文所提算法得到的融合图像能够取得较好的主观视觉效果，且客观定量评价指标较优。
一种水上目标可见光图像生成红外图像的方法
徐亦欣, 胡清平, 熊张, 张晓晖
2022, 44(9): 929-935.
摘要 HTML阅读量 (34) PDF免费下载(74)
摘要:
红外警戒系统、红外成像制导导弹等军事装备在进行性能评估和模拟训练过程中都需要大量红外仿真图像，但目前红外仿真软件普遍存在生成红外仿真图像逼真度差、软件普适性不好等问题，且国外技术封锁造成我国红外仿真软件发展缓慢。因此，针对国内可见光图像仿真技术日趋成熟的现状，为提高红外仿真图像质量，本文提出了一种采用循环生成对抗网络、由可见光图像生成红外仿真图像的方法，并通过实验验证该算法是有效可行的。该算法首先通过区域生长算法从采集的可见光图像中提取水上目标，建立了水上目标可见光图像生成红外图像的训练数据集；然后利用训练好的网络生成红外仿真图像。测试实验表明，采用这种方法所生成的水上目标红外仿真图像视觉效果接近真实红外图像，可实际应用于海军红外军事装备模拟试验和训练系统。
基于深度学习的电力设备红外与可见光图像配准
付添, 邓长征, 韩欣月, 弓萌庆
2022, 44(9): 936-943.
摘要 HTML阅读量 (58) PDF免费下载(45)
摘要:
针对现有电力设备红外与可见光图像配准难度大、配准时间长等问题，提出一种基于深度学习的电力设备红外与可见光图像配准融合的方法。本文将特征提取与特征匹配联合在深度学习框架中，直接学习图像块对与匹配标签之间的映射关系，用于后续的配准。此外为了缓解训练时红外图像样本不足的问题，提出一种利用红外图像及其变换图像学习映射函数的自学习方法，同时采用迁移学习来减少训练时间，加速网络框架。实验结果表明：本文方法与其他4种配准算法相比性能指标均有显著提升，本文平均准确率为89.909，同其余4种算法相比分别提高了2.31%、3.36%、2.67%、0.82%，本文平均RMSE（Root Mean Square Error）为2.521，同其余4种配准算法相比分别降低了14.68%、15.24%、4.90%、1.04%，算法平均用时为5.625 s，较其余4种算法分别降低了5.57%、6.82%、2.45%、1.75%，有效提高了电力设备红外与红外可见光图像配准的效率。
基于双直方图均衡算法的红外图像增强
闫哲, 蒋砾, 杨帆, 罗志斌, 贾赞, 张巍, 朱洪洋, 陈如造, 朱光明, 郭小军, 刘孟然
2022, 44(9): 944-950.
摘要 HTML阅读量 (46) PDF免费下载(49)
摘要:
为了抑制全局直方图均衡产生的灰度饱和和局部细节丢失的情况，提出了一种双直方图均衡算法。首先对图像的背景和前景进行分割，提出基于直方图的局部最小值和修正的K-Means聚类算法来确定图像的理想分割阈值，然后再对分割的子图分别作全局直方图均衡（Global Histogram Equalization，GHE）。对该算法进行了实验验证，结果表明，相较于GHE算法，经该算法增强后的图像峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio，PSNR）提高约16.425%，结构相似度（Structural Similarity Index，SSIM）提高约14.85%。同时通过主观分析，基于直方图局部最小值和修正的K-Means聚类算法的图像分割进行双直方图均衡可以有效抑制GHE算法产生的灰度饱和和细节丢失现象。
微光技术
基于自动门控电源的微光像增强器局部强光防护
延波, 倪小兵, 智强, 刘佳音, 宋海浩, 李梦依
2022, 44(9): 951-957.
摘要 HTML阅读量 (35) PDF免费下载(32)
摘要:
自动门控电源作为微光像增强器的能量来源，其局部强光防护方法研究对完善自动门控电源控制策略、提升微光像增强器强光使用性能具有重要意义。分析了匹配传统直流高压电源与自动门控电源的微光像增强器大动态照度范围应用的优劣势，提出了一种能够使微光像增强器兼具高照度应用和低照度局部强光防护能力的自动门控电源设计思路，并给出了自动门控电源电路的控制策略实现方法。
系统与设计
一种连续变焦凸轮优化设计及试验验证
罗敏, 张生全, 王海洋, 陈吕吉, 汪兴, 林万宏, 刘永杰, 白忠宏
2022, 44(9): 958-963.
摘要 HTML阅读量 (48) PDF免费下载(48)
摘要:
具备连续变焦功能是目前先进红外热像仪的重要特征之一，而变焦凸轮是驱动连续变焦光学系统中各镜组运动的关键部件。为了设计出良好性能的变焦凸轮结构，本文首先应用动态光学理论推导出变焦光学系统的像移补偿组公式得到像移补偿组的轨迹曲线，然后利用序列二次规划法（sequential quadratic programming, SQP）优化算法来减小动态光学曲线的压力角，结合光机设计理论运用Creo进行凸轮曲线生成及凸轮槽切除从而获得变焦凸轮结构。再基于有限元分析理论对凸轮结构进行分析，最终通过变焦系统运动及成像结果确认本文方法可行。
一种基于图像处理的红外微扫描器件测量与校准的方法
王贵全, 徐志文, 段永进, 施浩坤, 蒋旭珂, 李彦生, 张雨璇, 张劼
2022, 44(9): 964-971.
摘要 HTML阅读量 (40) PDF免费下载(20)
摘要:
在以红外焦平面为核心的红外成像系统中，微扫描器件可以有效提高整个系统的空间分辨率。针对微扫描器件的检测，本文提出了一种基于图像处理的测量与校准方法，并搭建了一套检测系统用于对微扫描器件进行检测与校准。以某型微扫描器件为测试对象，实验结果表明本文所提方法在测量精度、重复精度以及不确定度方面均达到了良好的效果，可以为微扫描器件的设计、生产提供基础支撑。
无损检测
基于超声红外热像的电缆终端局部放电缺陷检测方法
邓琨, 温启良, 张渊渊
2022, 44(9): 972-978.
摘要 HTML阅读量 (25) PDF免费下载(20)
摘要:
电缆终端局部放电缺陷特征短暂，缺陷范围与外部环境纠缠，很难准确定位，需要结合温度特征和模式识别特征共同检测，本文利用超声红外热成像的优势，提出基于超声红外热像的电缆终端局部放电缺陷检测方法，方法利用图像梯度化、灰度化处理采集到的电缆终端局部放电缺陷特征超声红外热成像图，并通过智能模式识别处理方法抑制采集图像的复杂背景，删除包含在电缆终端局部放电缺陷特征红外图像中的大面积地物及地面；根据K-means聚类算法，圈定疑似局部放电缺陷特征范围，构建局部放电缺陷范围模板，经匹配参考范围后，得出疑似局部放电缺陷范围的温度特性信息，诊断电缆终端是否存在局部放电缺陷。实验结果表明，该方法可有效获取电缆终端局部放电缺陷部位，检测不同类型的电缆终端局部放电缺陷的平均精准率高达98%，平均漏检率为1%。
基于趋势分析法的虚焊缺陷热像数据处理技术
徐丽霞, 刘丽霞, 杨耀东, 周双锋, 赵海泉, 高静
2022, 44(9): 979-985.
摘要 HTML阅读量 (28) PDF免费下载(17)
摘要:
针对现有检测手段难以解决的外观正常、又有电气连接的电子产品虚焊类缺陷的问题，本文采用脉冲红外热像检测方法获取温度数据，引入趋势分析法建立了虚焊类缺陷热像数据拟合曲线特征参量与不同虚焊程度缺陷之间的对应关系，成功解决了过余温度信号中难以辨识背景噪声和焊点缺陷信号的问题，提高了热像信号的分辨率和信噪比。
太赫兹技术
宽频太赫兹非对称主副波导定向耦合器设计
董兰宵, 南雪莉, 刘昊炀, 段启凯, 董金峰
2022, 44(9): 986-990.
摘要 HTML阅读量 (35) PDF免费下载(12)
摘要:
基于微型无人机雷达、精确制导武器雷达及无线通信终端设备的应用前景，设计了一种非对称主副波导定向耦合器。该耦合器采用主副波导为不同形状的等间距多孔耦合结构，将主矩形波导TE10模的信号耦合到副圆形波导TE11模中，利用相位叠加原理使得隔离端口相位达到反向相消的效果，能够得到良好的耦合度和隔离度。该耦合器中心频率为400 GHz，相对带宽为40 GHz，结果表明，定向耦合器耦合度达到－13.8~－12.8 dB，实现了弱耦合效果且耦合度稳定性较好，隔离度优于－24.5 dB，直通插入损耗为－3~－2.5 dB，性能良好。
红外应用
红外成像和倾斜摄影三维融合在建筑检测中的应用
孙保燕, 莫春华, 薛伟, 张玉涛, 葛广昊
2022, 44(9): 991-998.
摘要 HTML阅读量 (31) PDF免费下载(27)
摘要:
针对建筑病害缺乏有效和高精度无损检测手段，同时传统人工检测受建筑围护结构饰面层病害区域的高度、面积等方面的限制，提出一种红外成像和倾斜摄影三维融合并建立含有建筑病害信息的三维模型电子档案的方法。本文以学校某教学楼为例，以红外技术为主，倾斜摄影技术为辅的采集方案，采用同位空间坐标匹配法，经过坐标转换和2种异源空间数据融合，获取含有建筑病害信息的精细化三维模型电子档案，并完成数据融合前后的模型精度对比评估。结果表明：此方法得到的融合模型精度高，点位误差小，能快速、精准获取建筑病害空间位置，为建筑无损检测技术的实际应用提供新的思路，对建立建筑信息化监、修、管一体化运维体系具有研究价值和实际应用意义。

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