红外图像非均匀性产生原因分析

在论述实际红外焦平面热像仪成像基础上，对焦平面热像仪红外图像的非均匀性产生机理进行了理论探索，并在理论分析指导下从测量和校正角度对各种非均匀性产生因素进行了归类，以期获得红外图像非均匀性校正的方法与减小图像非均匀性产生的技术措施。     

一种基于内插阵列变换的变速SAR成像算法

在成像平台非匀速运动条件下,SAR数据在方位方向不再是均匀采样,原有的SAR成像算法的适用条件不再满足.本文试图从均匀采样数据重建的角度研究非均匀采样下的SAR模型,借鉴非均匀阵列DOA估计中的内插阵列变换思想,提出了重构虚拟均匀采样数据的算法思想.通过对构造方法需要满足条件的分析,本文推导了基于内插阵列变换的预处理算法.仿真实验表明本文方法能对非均匀采样SAR数据成较清晰的SAR图像.本文针对位置测量存在误差的情况作了性能分析,结果表明该算法在SAR实际测绘精度下仍然具有较好的适应性.     

均匀非均匀光纤光栅反射谱透射谱特性研究

文中阐述了光纤光栅的分类以及它们的特点和应用,根据光的耦合模理论应用MATLAB仿真均匀周期布喇格光纤光栅反射率透射率特性和非均匀啁啾光纤光栅反射率透射率特性,研究得到均匀周期布喇格光纤光栅和非均匀啁啾光纤光栅的反射率、透射率与光栅长度L成正比,L＝10mm时反射率和透射率接近100％,对比得到均匀周期布喇格光纤光栅反射率透射率,啁啾光纤光栅具有较宽的反射谱透射谱。研究结论为均匀非均匀光纤光栅器件制作提供理论依据。     

景物近红外反射率快速反演测量研究

提出一种基于图像的快速、准确测量景物近红外波段反射率的反演方法。采用CMOS相机对同一光照条件下的待测地物与标准反射率板进行测量,采集近红外波段图像,在校正CMOS相机入瞳处辐照度与图像灰度关系结果的基础上,建立景物近红外反射率与图像灰度的关系,进而反演出对应景物的近红外波段反射率。结果表明,本文方法与地物光谱仪测量结果的不确定度在10%以内。此外,本文还根据景物近红外图像灰度的分布情况分析了背景、测量方位角等因素对地物反射率测量的影响,为进一步精确测量及相关的近红外场景仿真奠定了基础。     

电阻阵列非均匀性测试

电阻阵列的非均匀性是一种固定模式的空间噪声,已成为影响红外图像质量的主要因素.根据电阻阵列的非均匀性信息,对其输入数据进行补偿是校正非均匀性的一种有效的方式.分析了校正算法对非均匀性测试的需求;提出基于成像探测的非均匀性测量手段;研究了图像退化对非均匀性测试的影响;根据测试中输入图像数据的特点,提出一种基于迭代测试的盲复原方法.仿真结果表明,基于迭代的复原方法能有效地从退化图像中复原电阻阵列的实际非均匀性图像,并取得较好的校正效果.     

非均匀温度场下升余弦变迹FBG的光谱响应研究

基于模式耦合理论,采用基于光纤布拉格光栅(FBG)的二层圆光波导模型,通过转移矩阵法实现数值仿真得到升余弦变迹FBG在几种典型非均匀温度场下的反射谱。处于非均匀温度场下的FBG其纤芯、包层的有效折射率及光栅周期都会发生非均匀变化,因此其反射谱结构也会发生相应变化。仿真结果表明:非均匀温度场中升余弦变迹FBG反射谱与其温度梯度系数ΔTmax有很大关系,与均匀温度分布相比,其反射率明显下降,反射带宽明显展宽,反射峰出现分裂以至振荡;最大反射率随ΔTmax的增加呈非线性减小,其对应波长与温度梯度系数ΔTmax成正比,且不同的温度场对应不同的变化率,如线性温度场中其变化率约为0.004nm/℃,中心对称二次方分布温度场中变化率为0.006 5nm/℃。研究结果对于升余弦变迹FBG实现非均匀温度场的测量有重要意义。     

红外焦平面阵列的非均匀性仿真方法研究

在研究红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)非均匀性校正算法的过程中, 需要通过仿真获取大量带有非均匀性信息的目标图像。根据IRFPA非均匀性的产生机 理,分别建立了探测元非均匀性、读出电路非均匀性和漂移噪声的数学模型,并利用这些 模型在理想图像上分别叠加了这三部分的非均匀性,最终获取了目标图像。在仿真过程中,假设非均 匀性噪声符合高斯分布,通过设置模型系数使其具有不同的均值和方差,可以实现 不同程度的非均匀性仿真。由于考虑了漂移噪声,本文方法的仿真结果更为符合实际情况。     

Kalman-Filtering红外焦平面非均匀性仿真研究

非均匀性红外图像的仿真技术,在非均匀性校正技术的研究中起着十分重要的作用.针对红外探测器的响应参数符合高斯-马尔可夫(Gauss-Markov)过程,引入一个线性响应模型,建立了状态方程和观测方程,进而在一定的初始条件下,使用卡尔曼滤波(Kalman-Filtering)的方法,完成了红外图像的仿真计算.仿真的红外图像经过理论分析,效果很理想.     

干涉法测量光学材料光学非均匀性

为了实现光学材料光学非均匀性的高精度检测,采用将光学材料制成一小楔角(小于0.117°)光学元件并利用菲索干涉法检测其光学非均匀性的方法,对测量过程进行了理论仿真分析和熔石英材料光学非均匀性的实验验证,取得了熔石英材料的光学非均匀性数据,峰谷值为4.33×10-6,均方根值为0.862×10-6,测量准确度优于4.8×...     

焦平面探测器图像非均匀性对目标检测的影响

随着机载光电设备对远距红外小目标探测能力要求的日益提高,如何提高目标检测性能成了一个热门的研究方向。研究图像非均匀性对目标检测性能指标的影响也成为一个具有重要工程意义的课题。针对红外焦平面图像两点校正后的图像特点,通过理论推导和实验仿真,分析了图像非均匀性大小与信噪比、检测概率和虚警率的关系。     

Monte Carlo modeling of light propagation in highly scattering tissues. II. Comparison with measurements in phantoms

Measurements of the fluence-depth distributions and of the diffuse reflectance of 633 nm light have been made in liquid media with optical properties similar to soft tissues. The results are compared with predictions of Monte Carlo computer calculations in order to test the adequacy of Monte Carlo modeling of light transport in tissue. Except at extremely high albedo, the experimental data and the Monte Carlo results agree well for the depth dependence of the fluence as a function of incident light beam diameter and optical absorption and scattering, and for the dependence of the diffuse reflectance on the albedo. The absolute experimental values for the fluence must be renormalized by a factor which varies with the albedo in order to match the model values, and the possible sources of this discrepancy are discussed.     

纳米Mo膜的光学特性及最小连续膜厚研究

利用Lambda-900分光光度计，在波长为310～1250nm范围内测量了离子束溅射沉积不同厚度纳米Mo膜的反射率和透射率。选定波长为310nm，350nm，400nm，500nm，550nm，632nm，800nm，1200nm时对薄膜的反射率、透射率和吸收率随膜厚变化的关系进行了讨论。实验结果显示，纳米Mo膜的光学特性有明显的尺寸效应。提出将薄膜对光波长为550nm时的反射率和透射率随Mo膜厚度变化关系的交点对应的厚度作为特征厚度，该厚度可认为是纳米Mo膜生长从不连续膜进入连续膜的最小连续膜厚。利用原子力显微镜(AFM)观测膜厚在15．76nm时的表面形貌，此时表面形貌已呈现连续膜的特征。     

用蒙特卡罗法研究面光源在血液中的传播

用蒙特卡罗法模拟了光斑半径为0.1cm的633nm激光光源的玻璃-血液=玻璃3层样品结构中的传播，详细地讨论了漫反射率和总透过率与血液厚度的关系以及不同厚度血液其漫反射和总透过的径向强度分布。结果表明：血液的漫反射率很小且厚度达到0.08cm后，漫反射率就基本稳定；总透过率随血液厚度的增大而减小，当血液厚度达到0.10cm后，血液就基本不透光了；漫反射和总透过的径向强度主要分布的高斯光斑范围内。     

Biomimetic Polymer Film with Brilliant Brightness Using a One‐Step Water Vapor–Induced Phase Separation Method

The scales of the white Cyphochilus beetles are endowed with unusual whiteness arising from the exceptional scattering efficiency of their disordered ultrastructure optimized through millions of years of evolution. Here, a simple, one‐step method based on water vapor–induced phase separation is developed to prepare thin polystyrene films with similar microstructure and comparable optical performance. A typical biomimetic 3.5 µm PS film exhibits a diffuse reflectance of 61% at 500 nm wavelength, which translates into a transport mean free path below 1 µm. A complete optical characterization through Monte Carlo simulations reveals how such a scattering performance arises from the scattering coefficient and scattering anisotropy, whose interplay provides insight into the morphological properties of the material. The potential of bright‐white coatings as smart sensors or wearable devices is highlighted using a treated 3.5 µm film as a real‐time sensor for human exhalation.     

用Monte Carlo方法模拟光在双层生物组织中的传播

利用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法模拟了光在两层具有不同光学参数的组织中的传输。详细讨论了组织间的吸收系数、有效散射系数和各向异性因子ｇ的差异对漫反射率、漫透射率和光强的纵向分布的影响，分析了光强分布变化的原因     

偏振和位相调控分光膜的设计与制备

偏振和位相调控分光膜是自由空间量子通信系统中不可缺少的光学元件,其性能直接影响通信质量,决定通信误码率。基于等效层设计理论,采用“介质+金属+介质”的特殊膜系结构,选用Ag金属和SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅三种介质膜料作为镀膜材料,实现石英衬底45°入射时,1500~1600 nm波段消偏振平均透射/反射比为8.5:91.5,在1530、1540、1550、1560 nm控制位相的分光膜。采用电子束蒸发离子辅助沉积技术,优化沉积工艺,制备了分光膜样品。检测结果表明:在45°入射条件下,1500~1600 nm波段光谱平均透射/反射比为8.53:91.47,在1530、1540、1550、1560 nm处透射光位相差控制在5.02°以内,反射光位相差控制在8.05°以内,满足通信系统分光比及位相控制的要求。此外,该分光膜通过了相应的环境试验测试,满足可靠性要求。     

Monte Carlo simulation of light-tissue interaction: three-dimensional simulation for trans-illumination-based imaging of skin lesions

Three-dimensional, voxel-based, and wavelength-dependent skin lesion models are developed and simulated using Monte Carlo techniques. The optical geometry of the Nevoscope with trans-illumination is used in the simulations for characterizing the lesion thickness. Based on the correlation analysis between the lesion thickness and the diffuse reflectance, optical wavelengths are selected for multispectral imaging of skin lesions using the Nevoscope. Tissue optical properties reported by various researchers are compiled together to form a voxel library. Tissue models used in the simulations are developed using the voxel library which offers flexibility in updating the optical properties and adding new media types into the models independent of the Monte Carlo simulation code.     

A Monte Carlo Reflectance Model for Soil Surfaces with Three-Dimensional Structure

A Monte Carlo soil reflectance model has been developed to study the effect of macroscopic surface irregularities larger than the wavelength of incident flux. The model treats incoherent multiple scattering from Lambertian facets distributed on a periodic surface. Resulting bidirectional reflectance distribution functions are non-Lambertian and compare well with experimental trends reported in the literature. Examples showing the coupling of the Monte Carlo soil model to an adding bidirectional canopy of reflectance model are also given.     

双层组织模型中漫反射光与内层光学参数关系

研究了双层组织光学参数变化对组织表面漫反射情况的影响规律.采用一个简化的生物组织双层模型,利用Monte Carlo方法和实验进行了研究.结果表明表面漫反射光随内层吸收系数增加而减小,随内层散射系数增加而增强,特别是内层吸收系数或散射系数为小值时,表面漫反射光对内层吸收系数或散射系数的变化非常敏感.     

生物组织光学特性参数无损测量的模拟研究

生物组织的吸收系数和散射系数决定了组织表面的漫射光分布,但其理论关系式由于推导过程的近似及假设的边界条件不同,有几种不同的表示形式。为确定哪种表达形式更能精确地描述实际问题,本文给出了一种通过 Monte Carlo模拟进行校验的方法,确定了不同表达式的精确度,为进一步进行生物组织光学特性参数的无损测量打好基础。