留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2023年  第45卷  第1期

综述与评论
硅基BIB红外探测器研究进展
马兴招, 唐利斌, 张玉平, 左文彬, 王善力, 姬荣斌
2023, 45(1): 1-14.
摘要:
以锗基和硅基为主的阻挡杂质带(blocked impurity band,BIB)红外探测器的兴起有力推进了红外天文学的快速发展,其中硅基BIB红外探测器在特定波长的航天航空领域有着不可替代的地位。国外对硅基BIB红外探测器的研究已有40多年,以美国航空航天局(NASA)为主的科研机构已经实现了硅基BIB红外探测器在天文领域的诸多应用,而国内对硅基BIB红外探测器的研究尚处于起步阶段。本文首先阐述了硅基BIB红外探测器的工作原理,然后简单概述了器件结构和制备工艺,并对不同类型的硅基BIB探测器的性能进行了对比分析,之后介绍了其在天文探测中的应用,最后对硅基BIB红外探测器未来的发展进行了展望。
基于非平衡模式的碲镉汞高工作温度探测器
俞见云, 孔金丞, 覃钢, 杨晋, 宋林伟, 丛树仁, 李艳辉
2023, 45(1): 15-22.
摘要:
本文回顾了当前国内外高工作温度碲镉汞红外探测器的技术路线和相应的器件性能,在碲镉汞器件暗电流的温度特性分析的基础上,讨论了基于非平衡工作模式的碲镉汞探测器的基本原理、器件结构设计和暗电流机制,探讨了吸收层全耗尽碲镉汞器件性能与器件结构参数、材料晶体质量的关系,明确了其技术要点和难点,展望了碲镉汞高工作温度器件技术的发展趋势。
图像处理与仿真
基于改进的MSRCR-CLAHE融合的水下图像增强算法
马敏慧, 王红茹, 王佳
2023, 45(1): 23-32.
摘要:
针对海洋复杂成像环境导致的水下图像出现颜色衰退、对比度低等问题,提出一种改进的带色彩恢复的多尺度视网膜(Multi-Scale Retinex with Color Restore,MSRCR)与限制对比度自适应直方图均衡化(Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization,CLAHE)多尺度融合的水下图像增强算法。首先,采用带有导向滤波的MSRCR算法解决水下图像颜色衰退的问题;其次,采用带有Gamma校正的CLAHE算法以提高水下图像的对比度;最后,对经过改进的MSRCR和CLAHE处理后的图像进行多尺度融合以获得细节增强后的水下图像。实验结果表明,和其他算法相比,文中算法的峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)平均提高了9.3914、结构相似性(Structural Similarity Index Measure,SSIM)平均提高了0.3013、水下图像评价指标(Underwater Image Quality Evaluation,UIQE)平均提高了4.7047,能实现水下图像的有效增强。
基于KL散度与通道选择的热红外目标跟踪算法
吴捷, 段艳艳, 马小虎
2023, 45(1): 33-39.
摘要:
为了解决单一跟踪器无法有效应对复杂背景及目标外观的显著变化,对于热红外目标跟踪准确度不高的问题,基于全卷积孪生网络提出了一种多响应图集成的跟踪算法用于热红外跟踪。首先,使用预训练的卷积神经网络来提取热红外目标的多个卷积层的特征并进行通道选择,在此基础上分别构建3个对应的跟踪器,每个跟踪器独立执行跟踪并返回一个响应图。然后,利用Kullback–Leibler(KL)散度对多个响应图进行优化集成,得到一个更强的响应图。最后利用集成后的响应图来确定目标位置。为了评估所提算法的性能,在当前最全面的热红外跟踪基准LSOTB-TIR(Large-Scale Thermal Infrared Object Tracking Benchmark)上进行了实验。实验结果表明,所提算法能够适应复杂多样的红外跟踪场景,综合性能超过了现有的红外跟踪算法。
基于GNR先验的电力设备热成像超分辨率方法
刘云峰, 赵洪山, 杨晋彪, 韩晋锋, 刘秉聪
2023, 45(1): 40-48.
摘要:
电力设备红外图像在电力设备状态监测、故障识别等方面发挥着重要作用。针对红外图像应用时存在的分辨率低,清晰度不足的问题,本文提出一种基于图像梯度范数比(Gradient Norm-ratio, GNR)先验约束的压缩感知电力设备红外图像超分辨率方法。通过分析电力设备红外图像在不同采样比时重建图像高频信息的变化规律,将GNR先验引入传统压缩感知超分辨率模型中。并针对改进后的模型设计了有效的求解算法,通过半二次分裂方法引入辅助变量,对不同变量交替迭代求解,实现红外图像超分辨率重建。仿真实验结果验证了GNR先验信息的引入,有利于超分辨率算法取得更好的重建效果。与现有经典超分辨率方法相比,本文方法重建图像无论在主观视觉效果还是客观评价指标上都有了较好的提升。
基于Agisoft Metashape图像拼接的无人机环境热像监测应用研究
徐旭, 康青, 陈善静, 王正刚, 茅雷
2023, 45(1): 49-55.
摘要:
为实现大面积区域的环境热像监测,本文以重庆某高校训练场为例,研究了一种无人机区域环境热像监测技术。通过无人机采集环境热像,使用Agisoft Metashape软件进行无人机热红外影像拼接处理,并利用处理后的热红外影像进行环境热像监测与目标分析。研究表明,利用该技术可实现区域热红外影像的快速处理,并且处理成果可以为环境热像监测与目标热像分析提供有效参考与基础资料。
基于高光谱成像技术的涂抹掩盖字迹识别方法研究
王鸣久, 代雪晶, 汤澄清, 卢兆一
2023, 45(1): 56-63.
摘要:
在刑事案件和民事案件中,许多重要文件中的签名、日期、数字等字迹常常被有意涂抹而掩盖其真实信息,因而无法作为证据使用。因此,开展高光谱成像技术(450~950 nm)快速无损显现涂抹掩盖字迹十分必要。涂抹掩盖字迹中,黑色签字笔作为书写及涂抹工具占多数,因此从21种黑色签字笔中随机选取两种进行相互涂抹作为样本。同时,选取墨水中含有碳元素和不含有碳元素的黑色签字笔各两支,用同一支笔书写字迹并进行涂抹掩盖作为样本。实验结果表明,用高光谱成像技术在450~950 nm波长范围内进行显现肉眼无法辨别的涂抹掩盖字迹,大部分被涂抹掩盖的字迹能够得到完整、清晰的显现,反映出被掩盖字迹的真实形态与信息,具有良好的显现效果。部分显现效果不佳,原书写字迹细节特征残缺,但能识别出原字迹,还有少部分较为模糊,无法达到检验要求。而使用传统红外显现方法时,大部分涂抹掩盖字迹难以显现。
空中目标夜间不同方位长波红外辐射特性分析
邹前进, 刘胜利, 刘小虎, 陆静, 陆洪涛, 王东, 陈育斌
2023, 45(1): 64-68.
摘要:
针对试验和训练中靶机实装模拟、建模仿真需求,需在外场动态测试靶机飞行状态下红外辐射特性,该测量结果置信度较高。本文通过对红外成像测量设备定标,计算路径辐射和透过率,亮度反演的方法获得了靶机夜间不同方位辐射强度分布,测量误差约为21.24%。分析测量结果,但当靶机相对测量设备绕飞时,靶机不同方位辐射强度基本一致;靶机在一定距离外无法探测长波尾焰辐射,在靶机模拟和建模中需合理考虑尾焰辐射。该距离下靶机目标/背景灰度对比度约为人眼响应阈值的2倍,人工侦察探测识别较为困难,在靶机外场模拟时需注意对比度对试验探测识别结果的影响。本文可为靶机特性建模、外场模拟应用和测量设备研制提供支撑。
基于MSPCNN与FCM的红外与可见光图像融合
邸敬, 王国栋, 马帅, 廉敬
2023, 45(1): 69-76.
摘要:
针对红外和可见光图像融合存在的轮廓信息不全、边缘及纹理细节信息缺失等问题,提出一种改进简化脉冲耦合神经网络(Improved Simplified Pulse Coupled Neural Network, MSPCNN)和模糊C-均值(Fuzzy C-mean, FCM)图像融合算法。首先,将红外和可见光图像用非下采样剪切波算法(Non-Subsampled Shearlet Transform,NSST)分解为高低频子带;然后对分解后的高频子带采用MSPCNN融合,用一种高斯分布权重矩阵进行处理,增强细节信息和对比度;接着,将得到的低频子带图像使用FCM聚类算法进行聚类中心提取,设置聚类中心近似阈值简化过程,实现背景分类提取;最后利NSST进行逆变换,从而完成红外和可见光的图像融合过程。通过客观评价指标计算,本文所提方法在平均梯度、标准差、平均相似度等参考指标上相对于其他同类型算法均有改善提高,由于模型参数的简化,算法运行速度相对于其他算法得到提升,算法更适用于复杂场景。
材料与器件
非制冷红外探测器陶瓷封装结构优化及可靠性分析
刘继伟, 王金华, 孙俊伟, 胡汉林, 陈文礼
2023, 45(1): 77-83.
摘要:
陶瓷封装是非制冷红外探测器最主流的封装形式,封装的低成本、小型化和高可靠性是发展方向。在某款陶瓷封装探测器结构的基础上,提出一种优化结构,优化后成本降低约5%、体积缩小约30%。基于ANSYS Workbench有限元分析软件,从网格数量无关性验证出发,分析了非制冷红外探测器陶瓷封装原始结构和优化结构各组件在10.2G随机振动环境和500g半正弦波冲击振动环境的最大等效应力和最大形变,结果显示两种结构均满足可靠性要求。在此基础上,本文对优化结构红外窗口的不同材料和不同厚度进行了500g半正弦波冲击振动环境可靠性仿真,结果表明:0.3 mm~1.0 mm厚度锗窗口和硅窗口均满足可靠性要求,最大等效应力和最大形变与窗口厚度呈负相关,相同厚度的红外窗口,硅窗口比锗窗口可靠性表现更好。本文的研究为非制冷红外探测器陶瓷封装形式的后续结构设计和仿真计算提供了参考。
无损检测
基于涡流脉冲热成像的焊缝表面多缺陷检测
王传钊, 姜秀海, 晁永生, 王永兵, 王勇勇
2023, 45(1): 84-90.
摘要:
焊缝表面气孔缺陷的存在减少了工件的有效截面积,降低了工件抵抗外载荷的能力,严重时会导致工件断裂,为此提出一种基于涡流脉冲热成像技术的焊缝表面多缺陷检测方法。首先,采用一种新型电磁传感器结构,通过涡流脉冲热成像原理对不同直径和深度的碳钢缺陷进行检测,并分析了图像序列中缺陷区域与非缺陷区域的温度信号;为了提高该检测系统的灵敏度,采用主成分分析方法对图像序列进行图像重构,增强原始图像中缺陷特征。最后,通过实验验证了该方法,实验结果表明该方法能够减小焊缝边缘效应的影响,实现对焊缝表面缺陷的大面积检测,并为红外热像仪提供一个开放的视野。
系统与设计
基于多项式求根的双厚度透射率模型确定光学常数
杨百愚, 武晓亮, 王翠香, 王伟宇, 李磊, 范琦, 刘静
2023, 45(1): 91-94.
摘要:
为解决光谱反演法确定物质光学常数的一些问题,基于传统的双厚度透射率模型,建立厚度分别为L和2L的光谱透射率方程,通过代数运算获得与衰减系数有关的八次多项式方程,求解并选择其大于0小于1的实数根来计算衰减系数和消光系数;再求解关于界面反射率的一元二次方程,选择其大于0小于1的根来计算折射率。在确定光学常数的过程中,新方法没有反演误差和迭代计算耗时问题。利用已知文献中庚烷的光学常数验证新方法的可靠性,并分析了双厚度不满足2倍关系时对计算结果的影响,结论是第二厚度2L的相对误差不超过1%时,消光系数的计算误差不超过2.03%,不考虑3个强吸收点时,折射率的计算误差不超过1%。
制冷技术
线性斯特林制冷机逆变器的频率精度分析
陈蕊, 孔德锐, 唐天敏, 夏明
2023, 45(1): 95-101.
摘要:
线性斯特林制冷机在整个工作过程中,输入正弦交流电的频率精度是直接影响线性斯特林制冷机振动的重要因素。尤其是对于单活塞线性斯特林制冷机而言,输入的正弦交流电频率精度将直接影响到与之相连的动力吸振器的减振性能。基于此,本文在线性斯特林制冷机逆变器的研究基础上,通过对SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)波生成方法、逆变电路中MCU(MoneyWise Credit Union)时钟频率及滤波电路中截止频率、电容和电感等多个参数的分析,得到了开关数和频率精度之间的关系。根据实际应用的要求,线性斯特林制冷机逆变器输出实际频率与目标频率误差不得超过±0.1Hz,频率精度则需要求控制在±0.1%以内。所以在该应用条件下,本文在单片机MCU频率为72 MHz时找到了满足合适需求的开关次数在1400~2400之间,其对应的频率精度均小于±0.1%。
红外应用
基于红外数字全息的建筑爆破环境应力场检测研究
赖本林, 张永安, 张亚萍, 田丽, 赵丹露, 黄俊豪, 王刚, 赵航
2023, 45(1): 102-109.
摘要:
红外数字全息具有实时性强、可在复杂环境检测等优点;爆破环境的粉尘类气溶胶对可见光有较强的吸收、散射效应,红外波段处于“大气窗口”波长的红外光受气溶胶影响较小,该优势与数字全息相结合,本文提出一种可在高浓度粉尘环境下测量应力场的研究方法。将大小适中的光滑水泥板固定于三维施力架上作为研究对象,采用红外数字全息方法,改变环境粉尘浓度,分别测量光滑水泥板在不同压力作用下的应力场变化,对比全息图、相位差,验证了该方法的可行性,并设置可见光数字全息为对照实验。结果表明,红外数字全息可在高浓度粉尘环境下测量出应力场的施力点、压力相对大小及应力影响区域,实现实时、无损、全场检测,而可见光数字全息在此环境下检测效果不佳甚至无法完成检测,本文所提方法极大拓展了基于数字全息干涉计量应力检测手段的实用性。