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2023年  第45卷  第6期

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材料与器件
化学水浴法合成硫化铅探测器的红外响应研究
杨冬, 申钧, 高恺聪, 冷重钱, 聂长斌, 张之胜
2023, 45(6): 559-566.
摘要 HTML阅读量 (46) PDF免费下载(56)
摘要:
硫化铅探测器具有短波红外高灵敏度、低俄歇噪声等优点，其中化学水浴法合成的硫化铅薄膜可与CMOS半导体工艺兼容，有利于实现低成本高性能的面阵探测器。然而，目前对化学水浴法合成硫化铅探测器的研究主要集中在较大尺寸的单元探测器。本文基于化学水浴法合成硫化铅薄膜，利用离子束刻蚀工艺，制备了10~200 μm尺寸的硫化铅光电探测器，研究了器件光电性能随电阻、长宽比、线宽等参数的变化。结果表明，随着尺寸的减小，硫化铅光电探测器的响应度逐渐增加，在1550 nm短波红外光的照射下，10 μm级器件的响应度达到了51.68 A/W，约为200 μm级器件的123倍，且在可见光和2.7 μm红外波长下也具有良好的宽波段光电响应。本文研究的微米尺寸探测器件可为硫化铅探测器研究提供一定的支撑。
超长线列红外探测器拼接结构
杨小乐, 周峰, 史漫丽, 刘伟, 刘彦杰, 刘义良
2023, 45(6): 567-574.
摘要 HTML阅读量 (62) PDF免费下载(70)
摘要:
随着红外遥感技术的发展，航天各类应用对红外探测器阵列规模的需求已经超出了目前单模块探测器研制极限，需要通过光学或者机械拼接方法解决该问题。结合国内外先进的机械拼接技术，针对8模块超长线列拼接红外探测器研制，本文提出了拼接结构的4个设计要点和对探测器成像的影响，结合设计要点详细介绍拼接结构具体设计过程以及设计结果，最后给出拼接结构的测试方法以及一种非接触的平面度测试方法和测试结果。
基于冲击响应谱的红外探测器引线键合研究
熊雄, 马昕剑, 毛剑宏, 金鑫, 吴建乐, 李锐平, 杜宇
2023, 45(6): 575-581.
摘要 HTML阅读量 (51) PDF免费下载(54)
摘要:
制冷型红外探测器有响应快、灵敏度高和探测距离远的特点，在智能光电装备中应用广泛。然而在实际应用场景中会经历冲击激励，引起冲击响应，为了确保制冷型红外探测器能够胜任复杂多变的苛刻环境，在设计阶段进行冲击响应谱环境适应性研究十分必要。基于应用的动力学环境，通过计算与仿真键合引线弧形受力与位移，综合考虑引线材料特性，优选设计引线材料与键合弧形，并对引线键合工艺进行优化，最终通过了1000g量级的冲击响应谱试验。
系统与设计
基于轻型平台的多模态高分辨率高光谱目标检测系统
闫赟彬, 崔博伦, 杨婷婷, 李欣, 石志城, 段鹏飞, 宋梅萍, 练敏隆
2023, 45(6): 582-591.
摘要 HTML阅读量 (47) PDF免费下载(40)
摘要:
为解决无人机高光谱成像仪体积大，探测效率低等问题，提出了一种轻小型多模态高分辨率高光谱成像仪。文中主要介绍了高光谱成像仪光学系统设计，数据采集及实时处理模块。通过切换扫描模式满足光谱特性分析，目标检测等不同领域的探测模式需求。采用低畸变、高通量、紧凑型分光光学系统设计实现无人机平台对光谱成像仪的重量要求和探测精度要求。根据设计需求实现产品的加工同时进行了性能测试，其中，MTF达到0.19，光谱分辨率3.5~5.4 nm。通过检测多种流水线中的杂质验证系统对实时目标检测的能力。实现结果表明，系统能够实现每秒2048 pixel×2048 pixel场景的高精度光谱异常目标探测，探测精度优于87%。
制冷红外光学系统中冷反射的非序列仿真分析
贺磊, 侯彬, 王仁浩, 司红利, 吴兴广
2023, 45(6): 592-597.
摘要 HTML阅读量 (47) PDF免费下载(46)
摘要:
在制冷红外光学系统中，制冷探测器通过前面的光学表面反射，使得探测器探测到自身的像，形成边缘亮而中心暗的黑斑现象被称为“冷反射”现象。冷反射严重影响制冷红外光学系统的像面非均匀性，在进行光学设计时需对其严格控制。本文以某中波制冷红外光学系统为例，提出了能有效解决或降低冷反射效应的技术途径，对原设计改进优化，利用ZEMAX光学设计软件建立非序列数学模型，进行仿真分析，经分析改进后光学系统冷反射由40%下降到13%，并开展了工程样机成像实验，实验现象与仿真结果基本一致，表明该分析方法能准确地反映红外光学系统中的冷反射实际情况，可作为制冷红外光学系统研制生产前的判定依据。
图像处理与仿真
基于局部熵-局部对比度和双区域直方图均衡化的红外图像增强
何智博, 曾祥进, 邓晨, 宋彭彭
2023, 45(6): 598-604.
摘要 HTML阅读量 (52) PDF免费下载(71)
摘要:
为了改善红外图像的视觉效果，突出细节信息，同时抑制噪声。提出了结合改进的LC显著性检测和双区域直方图均衡化的红外图像增强方法。首先使用结合局部熵加权的LC显著性检测算法得到显著图。然后使用K-means算法对显著图进行自适应分割得到前景区域和背景区域。最后对前景区域进行结合局部方差的改进直方图均衡化，对背景区域使用限制对比度直方图均衡化增强。实验结果表明，与当前主流算法相比，本文算法主观效果更佳，且峰值信噪比、结构相似性、信息熵等客观评价参数均有所提升。
改进麻雀搜索算法及其在红外图像分割的应用
胡春安, 王丰奇, 朱东林
2023, 45(6): 605-612.
摘要 HTML阅读量 (49) PDF免费下载(33)
摘要:
电力设备的故障常以异常发热的状态经红外图像检测被检测人员发现。针对使用最大类间方差法（Otsu method, Otsu）对电力设备热故障诊断精度不佳，效率不高的问题，提出了基于变螺旋麻雀搜索算法（variable spiral sparrow search algorithm, VSSSA）的红外图像分割方法。变螺旋麻雀搜索算法先采用Tent混沌序列优化初始种群，然后，通过引入Lévy飞行和变螺旋策略提高种群的寻优速度和探索能力，并使用基准函数测试验证了其性能的有效性；最后，在VSSSA优化二维Otsu函数，并对红外图像进行双阈值分割的基础上，结合自适应区域生长法进一步提取精确的目标区域。图像分割实验结果显示，该红外方法相比其他的分割方法，分割精度更优，因而具有一定的实用性。
基于受限光值与透射率修正的图像去雾算法
张俊林, 石冬阳, 杨慧敏, 聂玲, 刘天光, 武正萍
2023, 45(6): 613-621.
摘要 HTML阅读量 (51) PDF免费下载(68)
摘要:
针对暗通道先验去雾算法在滤波窗口较小时得到的去雾后图像存在颜色失真、对引入因子的选择及明亮区域透射率的计算存在误差、去雾后图像的抗噪性能较弱等问题，提出基于受限光值与透射率修正的图像去雾算法。首先对大气光值A设定阈值上限；其次通过建立引入因子与结构相似度的对应关系以获得最佳引入因子；并在引入容差机制的基础上进一步提出透射率优化方法；最后在所提去雾算法基础上融入高斯滤波算法，并调整去雾图像亮度以提升可视化效果。仿真结果表明，运用所提算法得到的图像PSNR值、SSIM值、Entropy值相对于改进前分别平均提升9.9964 dB、8.57%、0.3732，验证了所提算法的有效性与优越性。
红外点目标双门限检测方法研究
刘辉, 刘太阳, 王成良, 许松
2023, 45(6): 622-629.
摘要 HTML阅读量 (35) PDF免费下载(30)
摘要:
检测概率、虚警概率和信噪比是红外点目标检测系统的3个核心指标，本文在恒虚警检测准则下，分析了红外点目标单帧检测（单一门限检测）的检测概率、虚警概率和信噪比三者之间的关系。重点分析计算了采用多帧累积检测的双门限检测方法时，第二门限的选取策略，实现了在不提高对系统信噪比要求的前提下，提高检测概率、降低虚警概率的目的，解决了威胁度大、误报和漏报代价高的高价值目标的检测问题。
LPformer：基于拉普拉斯金字塔多级Transformer的红外小目标检测
杜妮妮, 单凯东, 卫莎莎
2023, 45(6): 630-638.
摘要 HTML阅读量 (78) PDF免费下载(51)
摘要:
红外小目标检测是指从红外图像中分割出小目标，在火灾探测系统和海上监视及救援系统应用中具有重要意义。然而，由于目标尺寸小、特征不明显、背景环境复杂等因素，导致目前红外小目标检测算法的检测性能通常受到限制。针对上述问题，设计了一种基于拉普拉斯金字塔多级Transformer的红外小目标检测算法。首先，由于红外小目标尺寸较小，容易在网络迭代过程中损失纹理细节信息，利用拉普拉斯金字塔从原始输入的红外图像中提取出不同层级的高频边界信息，进一步通过一种结构信息转换模块与主干网络中不同层级的特征进行融合，用于对损失的纹理信息进行补偿；接着为了进一步提升网络的判别能力，在提高检测准确率的同时抑制虚警率，还采用了一种基于通道维的Transformer结构，将每个通道特征图作为图像块，并沿着通道维进行自注意力的计算。实验结果表明，与目前先进的检测算法相比，本文所提出的算法具有更高的检测性能。
基于双注意力机制的红外与可见光图像融合方法
陈欣
2023, 45(6): 639-648.
摘要 HTML阅读量 (66) PDF免费下载(54)
摘要:
针对大多数基于GAN的红外与可见光图像融合方法仅在生成器使用注意力机制，而鉴别阶段缺乏注意力感知能力的问题，提出了一种基于双注意力机制生成对抗网络（double attention generative adversarial networks, DAGAN）的红外与可见光图像融合方法。DAGAN提出一种多尺度注意力模块，该模块在不同尺度空间中将空间注意力和通道注意力结合，并将其应用在图像生成阶段和鉴别阶段，使生成器和鉴别器均能感知图像中最具鉴别性的区域，同时提出了一种注意力损失函数，利用鉴别阶段的注意力图计算注意力损失，保存更多目标信息和背景信息。公开数据集TNO测试表明：与其他7种融合方法相比，DAGAN具有最好的视觉效果与最高的融合效率。
类HED网络的热红外图像显著性人体检测深度网络
张骏, 张鹏, 张政, 白云飞
2023, 45(6): 649-657.
摘要 HTML阅读量 (60) PDF免费下载(24)
摘要:
热红外图像中的人体目标易于观察显著性强，应用广泛，但受限于热红外设备的硬件，往往图像中的人体目标边缘模糊，检测效果较差，同时因为热红外的特殊成像原理，人体目标检测时极易受到发热物和遮挡物的干扰，检测的精度也无法得到保证。针对上述问题，本文提出了一种类HED（holistically nested edge detection）的热红外显著性人体检测网络。网络采用类HED网络形式，通过将不同比例的空洞卷积编解码模块进行残差相加形式，完成人体目标的检测任务。实验证明该网络可以有效地检测人体目标，准确地预测边缘结构，同时在发热物及遮挡物等环境下也具有较高的检测精度。
微光技术
一种微光像增强器的电磁兼容设计与实现
杜培德, 褚祝军, 曾进能, 朱文锦, 周盛涛, 李晓露, 李亚情, 左加宁
2023, 45(6): 658-662.
摘要 HTML阅读量 (41) PDF免费下载(30)
摘要:
一种微光像增强器的抗电磁干扰能力弱，不能通过电磁兼容（electromagnetic compatibility, EMC）试验，因此推测其在战场的复杂电磁环境下很可能出现同试验结果一样的现象，即荧光屏闪烁、高亮、熄灭等，可能干扰夜视观察。为了满足EMC要求，本文首先进行电磁兼容试验摸底，基于试验结果分析该像增强器的EMC设计薄弱环节，确定了影响EMC的关键因素，其次开展高频滤波、金属屏蔽和低阻抗接地等设计技术，最终在200 V/m强电场抗干扰试验中，该微光像增强器在全频率范围内稳定显示，通过了测试，具备了抗电磁干扰能力。
无损检测
基于一维残差网络的复合绝缘子发热缺陷检测
董懿飞, 王晓杰, 王仁书, 许军, 舒胜文, 陶贻青
2023, 45(6): 663-670.
摘要 HTML阅读量 (46) PDF免费下载(17)
摘要:
复合绝缘子在不同缺陷类型下表现出不同的发热特征，基于复合绝缘子中心轴温度数据，提出了一种基于一维残差网络的复合绝缘子发热缺陷检测方法。首先，统计分析复合绝缘子不同缺陷类型下的异常温升范围及位置信息，得到各缺陷类型下的复合绝缘子中心轴温度数据样本集；然后，建立一维残差网络模型，在残差块中引入空洞卷积来扩大感受野，并加入有效通道注意力机制模块（efficient channel attention network, ECA_Net），提升与缺陷类别相关性较高的特征权重；最后，进行了算例验证及模型对比，同时采用t分布随机紧邻嵌入（t-distributed stochastic neighbor embedding, t-SNE）可视化方法，反映模型特征提取的效果。结果表明：该模型能够有效捕捉中心轴线温度数据的空间维度信息，自适应提取类别区分度较大的特征，相较于普通卷积、自编码器（auto encoder, AE）和支持向量机（support vector machine, SVM），其识别准确率得到了提升，具有较好的鲁棒性和泛化能力，实现了端到端的复合绝缘子发热缺陷检测。
红外应用
用于二氧化碳浓度红外检测的温度补偿研究
刘崎, 汪磊, 朱向冰, 刘勇, 王震宇
2023, 45(6): 671-677.
摘要 HTML阅读量 (70) PDF免费下载(51)
摘要:
二氧化碳（carbon dioxide, CO2）浓度监测是实现碳达峰、碳中和的重要基础，非分散红外（non-dispersive infrared, NDIR）检测技术作为温室气体测量领域应用最为广泛的技术之一，如何有效抑制温度漂移、确保长期监测数据的稳定性和可靠性是研究重点。实验表明，光源光功率、气体吸收线强、滤光片中心波长等容易受到环境温度影响。文中提出一种红外气体检测的温度补偿方法，研制了用于大气二氧化碳浓度红外检测的分析仪。选取以4.26 μm为中心波长的CO2气体吸收线；利用高低温试验箱，对分析仪进行温度补偿实验研究；配置标准CO2气体浓度，对分析仪进行浓度标定实验研究。测量结果表明，红外CO2气体分析仪浓度测量稳定，温度补偿显著，具有快速响应、应用范围广等优点。该红外CO2气体分析仪为陆地生态系统碳收支监测等领域提供可靠数据支撑。
基于红外图像特征融合的变电站机器人巡视轨迹三维点云配准方法
靳丹, 刘晓光, 石刚, 宋仁平, 祖明霞
2023, 45(6): 678-684.
摘要 HTML阅读量 (49) PDF免费下载(34)
摘要:
在传感器无法满足相关条件的情况下，变电站机器人巡视轨迹的点云数据不能准确匹配，为此提出红外图像特征融合下变电站机器人巡视轨迹三维点云配准方法。提取机器人运动方向梯度直方图和局部自相似描述两种特征，即HOG特征和LSS特征，并采用多特征自适应融合方法融合两种特征，并通过三维点云初步配准获取融合后轨迹特征的关键点和最佳的目标轨迹位姿参数，采用优化的迭代最近点算法精配准巡视轨迹，提升巡视轨迹位姿配准结果。实验结果表明：所研究方法特征融合效果良好，能够提升图像的边缘清晰程度，融合后偏差指数均低于0.2，准确完成不同大小图像中关键点的配准，并且配准后的巡视轨迹与期望轨迹吻合程度较高。

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