基于高光谱成像技术的涂抹掩盖字迹识别方法研究

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。     

用于多光谱、高光谱和超光谱图像的算法

一、探测与识别 1.光谱子空间匹配滤波技术(特邀论文,A.P.Schaum,美国海军研究实验室) 2.配有超光谱自适应匹配滤波器的探测器:实际性能比较(D.G.Manolakis等,美国林肯实验室) 3.利用光学实时自适应光谱鉴别系统进行超光谱成像的自动目标识别系统(D.Gillis等,美国海军研究实验室) 4.定量研究长波红外超光谱成像器的探测性能随波段数的变化(R.T.Mayer,美国海军研究实验室)     

热红外高光谱成像仪光谱匹配盲元检测算法

受红外焦平面阵列生产工艺及材料本身特性影响,红外焦平面阵列不可避免地存在盲元,严重困扰红外数据的处理与应用。光栅分光推扫式热红外高光谱成像仪一般以红外焦平面阵列的其中的一维作为光谱维进行推扫式成像,空间维只剩一维,与一般的热像仪具有二维空间维的成像机制有很大区别。常规的实验室定标法和开窗处理的场景检测方法不能满足该成像方式的盲元检测需求。以热红外高光谱成像仪中的盲元检测为目标,有针对性地提出了基于光谱匹配的盲元检测算法。该方法从光谱维角度出发,以不同温度实验室黑体定标数据生成温升光谱数据,在数据规则化处理的基础上,自动提取有效像元目标的伪光谱曲线,采用光谱角匹配的方式实现盲元的自动检测。以典型的热红外高光谱成像仪获取数据并开展盲元检测实验,结果表明该方法充分利用了热红外高光谱成像仪的光谱维信息,检测精度较高,盲元补偿后的数据可满足热红外高光谱数据的行业应用。     

空空导弹多光谱红外成像制导技术研究

从空空导弹红外制导系统的需求出发, 探讨多光谱成像制导技术的研究思路与系统设计方法, 介绍了共光路与分光路多种多光谱光学系统的结构设计, 分析了多光谱红外导引技术中的光谱细分、多光谱红外探测器、系统匹配、多传感器信号融合及光谱特征选取等关键技术。在此基础上给出了一种空空导弹双色成像探测系统实例, 该系统利用共光路系统设计实现双波段红外成像探测, 并针对红外诱饵干扰进行了基于光谱特征的目标跟踪与抗干扰算法, 实验验证该系统具有优于单波段成像导引头的目标识别与干扰抑制能力, 显示出了多光谱成像导引头是空空导弹的发展方向。     

红外成像系统响应光谱非均匀性的理论分析

基于黑体标定的非均匀性校正方法在凝视红外成像系统中被广泛应用,但在面对天空背景成像或者高速飞行器上透过高温光学窗口观察常温目标两种情况下,出现了黑体标定不适用的现象。为此通过分析红外成像系统的响应特性,提出了响应光谱非均匀性的概念,指出了黑体标定法具有场景光谱分布依赖的特征。同时,分析了响应光谱非均匀性产生的原理,包括内外两方面原因。内在因素是红外探测器不同像元的量子效率随光谱变化存在差异,外在因素是应用场景的辐射光谱分布与黑体相差较大。在此基础上,给出了解决响应光谱非均匀性的建议。     

空空导弹多光谱红外成像制导技术研究

从空空导弹红外制导系统的需求出发，探讨多光谱成像制导技术的研究思路与系统设计方法．介绍了共光路与分光路多种多光谱光学系统的结构设计，分析了多光谱红外导引技术中的光谱细分、多光谱红外探测器、系统匹配、多传感器信号融合及光谱特征选取等关键技术。在此基础上给出了一种空空导弹双色成像探测系统实例，该系统利用共光路系统设计实现双波段红外成像探测，并针对红外诱饵干扰进行了基于光谱特征的目标跟踪与抗干扰算法，实验验证该系统具有优于单波段成像导引头的目标识别与干扰抑制能力，显示出了多光谱成像导引头是空空导弹的发展方向。     

基于可见光光谱图像的红外多光谱图像仿真生成

阐述了红外多光谱图像仿真技术的意义和原理,研究了一种红外多光谱图像的仿真生成方法.提出了一种基于可见光/近红外波段多光谱、超光谱图像数据的地面场景建模方法,以及无监督分类方法和有监督分类方法相结合的地物像元分类、匹配、标记的策略,可以高效地解决像元地物自动匹配标记的问题.利用RGB彩色图像验证了这一方法,在将图像分割后为每类像元赋予相应的红外发射率数值,生成了4个红外波段的多光谱仿真图像,验证了该方法的可行性,指出了多光谱、超光谱图像数据在仿真应用中的各自特点.从仿真结果可以看出:不同波段图像中目标和背景之间呈现不同的特征.该方法可以生成空间形貌和辐射特征接近真实环境的红外多光谱仿真图像,对长波红外波段的多光谱成像探测仪器的研制和目标、背景光谱特征分析与探测算法的研究具有一定意义.     

折/衍混合多光谱红外成像光谱仪离轴系统设计

采用二元光学透镜作为分光元件的多光谱成像光谱仪,由于焦距随波长的变化改变了系统的F数,因此改变了系统的放大率,从而引起光谱图像的像元配准误差。为改进基于二元光学透镜的多光谱成像光谱仪的性能,首次提出将离轴三反射镜系统与具有二元光学透镜的变焦距系统相结合的新技术方案。设计了由三片二次非球面生成的无中心遮拦的前置望远镜,该望远镜不仅有利于提高多光谱成像光谱仪的集光能力,且有利于系统的小型轻量化。同时设计了含二元光学透镜的三片型变焦距组件,用来消除多光谱成像光谱仪的像元配准误差。整个多光谱成像光谱仪系统仅有6个单片,非常简单。另外,该系统在空间频率为20 c/mm时MTF超过0.3,充分满足红外焦平面探测器对多光谱成像系统分辨率的要求,像面尺寸为7.2 mm。适用于探测单元尺寸为25μm、规格为128×128元的红外焦平面探测器。     

机载热红外高光谱成像仪的光谱性能测试与初步应用

介绍了机载热红外高光谱成像仪样机的低温光谱仪设计特点,为了检测系统的光谱识别能力,在实验室开展了详细的光谱性能测试。为满足气体探测对超高光谱精度的需求,提出了采用CO₂激光器结合高精度单色仪的方法应用于色散型高光谱成像系统。在实验室对氨气气体进行了准确的红外吸收光谱测试,表明系统可用于气体探测及识别。在此基础上,开展了飞行试验,应用结果表明热红外高光谱可以有效开展城市典型建筑物分类、工业化学气体排放种类和形态监测等应用,特别是后者是目前其它光学遥感手段尚不具备的。以上研究和试验结果表明机载热红外高光谱成像仪已经具备了业务应用能力,后续将在仪器辐射定量化精度的提升方面进一步开展研究工作。     

光学窗口透过光谱对特征目标红外成像探测效能影响仿真研究

红外成像在国防、消防、公共安全、化工、电力等领域有广泛应用,采用计算机建模仿真相比于实物测量方法来研究红外成像探测效能具有更高的效率。本文在建立目标辐射 大气传输 光学系统 红外探测器 信号采集完整仿真模型的基础上,通过软件仿真深入研究光学窗口透过光谱对特征目标红外成像探测效能影响规律,进而指导红外系统的设计优化。     

基于红外热像波段拓展的多光谱成像研究

红外目标多光谱图像为目标红外辐射特性的研究提供了有效的手段,在目标材质识别、伪装目标辨识和复杂背景抑制等目标探测技术领域有着极为重要的应用。以黑体辐射理论为基础,提出了一种基于波段拓展的红外多光谱成像的方法。首先,利用中波红外热像仪（3～5 μm）采集红外图像,通过目标表面的真实红外辐射反推出热图像中不同像素点的温度值,然后利用普朗克公式可以获得不同像素点在预拓展波段处的辐射出射度数值,最后根据这些数值进行红外多光谱成像。     

DFD-SS: Document Forgery Detection using Spectral – Spatial Features for Hyperspectral Images

In the present era of machines and edge-cutting technologies, still document frauds persist. They are done intuitively by using almost identical inks, that it becomes challenging to detect them—this demands an approach that efficiently investigates the document and leaves it intact. Hyperspectral imaging is one such a type of approach that captures the images from hundreds to thousands of spectral bands and analyzes the images through their spectral and spatial features, which is not possible by conventional imaging. Deep learning is an edge-cutting technology known for solving critical problems in various domains. Utilizing supervised learning imposes constraints on its usage in real scenarios, as the inks used in forgery are not known prior. Therefore, it is beneficial to use unsupervised learning. An unsupervised feature extraction through a Convolutional Autoencoder (CAE) followed by Logistic Regression (LR) for classification is proposed (CAE-LR). Feature extraction is evolved around spectral bands, spatial patches, and spectral-spatial patches. We inspected the impact of spectral, spatial, and spectral-spatial features by mixing inks in equal and unequal proportion using CAE-LR on the UWA writing ink hyperspectral images dataset for blue and black inks. Hyperspectral images are captured at multiple correlated spectral bands, resulting in information redundancy handled by restoring certain principal components. The proposed approach is compared with eight state-of-art approaches used by the researchers. The results depicted that by using the combination of spectral and spatial patches, the classification accuracy enhanced by 4.85% for black inks and 0.13% for blue inks compared to state-of-art results. In the present scenario, the primary area concern is to identify and detect the almost similar inks used in document forgery, are efficiently managed by the proposed approach.     

单透镜成像光谱设备光谱定标方法

针对单透镜成像光谱仪的光谱标定展开研究，利用单色仪扫频方式标记波长与像平面的相对关系，利用汞灯特征谱线进行验证。针对选用的单透镜型号，设计定标方案及步骤，根据方案搭建实验平台，完成实验分析验证，最终结果表明该定标方法适用于单透镜成像光谱设备。     

分光谱型天空背景辐射计的研制

为满足对天空背景辐射进行实时光谱测量和特征提取的需求,基于光纤光谱仪研制了一台一体化天 空背景辐射计,可测量340$\sim$1030 nm波长范围内的天空背景辐射光谱,波长分辨率优于0.5 nm, 具有定点测量、全天空扫描测量两种工作模式。在介绍系统总体结构的基础上,描述了光学组件、 转台系统、跟踪模块、嵌入式控制系统及恒温控制模块等硬件部件的结构,以及上位机软件的 设计思路、设备工作流程和定标方式。最后分析经光谱辐射定标后的测量数据,初步验证设备 工作的可靠性,为天空背景辐射的实时测量及光谱特性研究提供了有效手段。     

Spectral Response Model for Front-Side-Illuminated Detectors

Spectral response of detectors can be modeled using a stack matrix approach. The different material layers that make up the detector form the optical stack. Light intensity is proportional to the square of the amplitude of the electromagnetic field’s electric field component. Using the electric component of light, the model takes into account the reflective and transmission coefficients at the interface between two adjacent layers and the phase difference during propagation within each layer. The transition from one optical layer to another and the propagation within an optical layer can be formulated as 2 × 2 matrices; their multiplication through every optical layer makes up the stack matrix that defines the optical properties of the detector. Knowing the complex index of refraction for each layer in the detector, the intensity of light can be calculated at any point in the detector structure, which can then be used to determine the response of the detector as a function of wavelength. This model shows fairly good agreement with the experimental data, even revealing fine structure and etalon effects. Using this model, the detector can be designed to meet specific spectral characteristics. The spectral response model was used on high-density vertically interconnected photodiode front-side-illuminated photodiodes.     

成像光谱仪光谱定标

成像光谱仪是谱像合一的新型光学遥感器.成像光谱仪的光谱定标是辐射定标的基础,准确的光谱定标是获得地物正确光谱信息的必要条件.介绍了成像光谱仪光谱定标的原理和几种光谱定标方法,并对国内成像光谱仪光谱定标技术进行了展望.