像素偏振成像系统的耦合实现

通过将像素偏振片组阵列与CCD光敏元耦合对准,对像素偏振成像系统耦合技术进行了研究。针对偏振片组阵列与CCD尺寸不匹配的问题,采用多种工艺方法进行了加工处理,提出了完整的耦合对准工艺。文中研制的成像系统可以通过一片成像探测器同时获得4个不同偏振方向的斯托克斯分量,得到所拍摄物体的线偏振度图像和线偏振角图像,实现图像的偏振增强,经后处理形成所需要的偏振图像,有利于在复杂环境中获取目标信息。     

偏振光传感器在四旋翼飞行器中的应用

为了实现偏振光传感器在实际三维空间中的导航应用,设计了一种基于仿生偏振光导航传感器、微惯性测量单元（MIMU）与全球定位系统（GPS）的组合导航控制系统,并实际应用到了四旋翼导航控制之中.本文首先介绍了偏振光传感器的功能模型和测角原理.其次采用扩展卡尔曼滤波（EKF）技术设计了偏振光传感器、MIMU、GPS的信息融合算法,通过室外飞行试验对该导航系统的性能进行了测试,并与传统MIMU/GPS/电子罗盘导航系统进行了比较.结果显示：在有磁场干扰环境下,基于偏振光的导航控制系统平均位置精度较传统导航系统提高了50.4%.实验结果表明：该导航控制系统实时性好、精度较高、抗电磁干扰能力强,且误差不随时间累积,基本满足移动载体进行自主导航时的精度和可靠性要求.     

基于大气偏振模式对称性检测的航向角获取方法

基于自然特性的导航科学具有重要的研究与应用价值,本文针对仿生偏振光导航技术中的航向角获取问题,研究了一种基于大气偏振模式对称性检测的航向角获取方法。文章建立在对大气偏振模式分布规律的分析基础上,对获取的大气偏振模式图像进行对称性检测,利用大气偏振模式分布的对称性特征,根据检测结果确定大气偏振模式对称轴,即太阳子午线位置,进而解算出航向角信息,并通过实验验证了本文所述方法的有效性。本文提出的基于大气偏振模式对称性检测的航向角获取方法是仿生偏振光导航的一个重要研究内容,对基于自然特性的导航方法与策略研究,具有重要的实践指导意义。      

Study on polarized optical flow algorithm for imaging bionic polarization navigation micro sensor

At present, both the point source and the imaging polarization navigation devices only can output the angle information, which means that the velocity information of the carrier cannot be extracted from the polarization field pattern directly. Optical flow is an image-based method for calculating the velocity of pixel point movement in an image. However, for ordinary optical flow, the difference in pixel value as well as the calculation accuracy can be reduced in weak light. Polarization imaging technology has the ability to improve both the detection accuracy and the recognition probability of the target because it can acquire the extra polarization multi-dimensional information of target radiation or reflection. In this paper, combining the polarization imaging technique with the traditional optical flow algorithm, a polarization optical flow algorithm is proposed, and it is verified that the polarized optical flow algorithm has good adaptation in weak light and can improve the application range of polarization navigation sensors. This research lays the foundation for day and night all-weather polarization navigation applications in future.     

典型背景和目标的长波红外偏振成像实验研究

红外成像可以获得目标的强度信息,偏振成像可以获得目标的偏振信息,二者结合更有利于目标的探测识别。实验选用天空中飞机、海面上船只、草地上车辆三种典型自然背景下的典型目标作为研究对象,并利用自行研制的四通道同时长波红外偏振成像系统实现图像采集。实验结果表明,相对于传统的长波红外成像,长波红外偏振成像具有以下优势:长波红外偏振度图像在一定情况下具有更高的图像对比度,有利于目标的探测识别;长波红外偏振角图像可以突出目标细节,有利于观察者对场景内容的理解;长波红外偏振度和偏振角图像在一定情况下可以抑制杂波干扰,有利于杂波情形下的目标成像研究。     

基于STM32的六轴智能传感车设计

六轴智能传感车可通过使用者的肢体动作来使其达到想要的位置,从而完成一系列任务。文章设计的智能传感车可以通过车身上的旋转摄像头来传输一些前方所看不到的影像,从而让使用者了解到前面未知的地形。六轴传感智能车系统综合采用了六轴传感器、STM32主板、设备控制,结合人工智能与嵌入式、物联网技术,具备视觉、运动控制、导航、多传感器采集,依靠其各种传感器节点、控制节点、服务器和客户端来实现移动设备实时监控其动向和周边的环境,实现了实时、准确、高效、安全、节能的目标。     

简易分时型长波红外偏振成像系统研究

为了开展红外偏振成像技术研究工作,本文设计搭建了一个长波红外偏振成像系统,实现了目标分时成像。提出了一种改进的基于单像元非均匀性差分图像校正方法去除冷反射,基于Sobel边缘检测方法对图像进行配准,并对目标场景的偏振特性进行了分析。结果表明,设计搭建的系统能够获取目标场景的红外偏振信息,预处理后的图像能够满足实验需要,经过Stokes矢量方法得到的目标场景偏振图像边缘轮廓与细节信息更加丰富。为了进一步衡量实验系统的性能,对强度图像和偏振度图像进行了融合,融合后的图像与红外强度图像相比,图像评估质量得到明显提升,验证了实验系统的可行性。该技术在未来的复杂环境下提高目标探测效率具有应用价值。     

基于激光偏振技术的海洋牧场水下成像技术研究

良好的水下视觉环境是推动海洋经济发展的前提,海洋牧场的建设对水下成像技术提 出 新的要求,但是受水体环境吸收及散射影响,光信息丢失严重,用常规光学成像方式进行水 下 图像获取会有可视距离短,图像模糊不清,对比度低等缺点。为解决海洋牧场水下成像清晰 度 低的问题,提出一种通过532 nm激光光源与偏振技术相结合的方法并 集成了一款水下相机。 532 nm波段的绿色激光光源在水体环境中受到水体影响较小,传播效 果更佳,偏振成像技术在去 背景光散射中应用广泛,采用532 nm激光光源与偏振成像技术相结合 的方法进行水下图像的获 取,并在模拟海水环境的水池中进行了海参图像获取的实验,实验结果证明在某一偏振角度 下, 532 nm激光光源与偏振成像技术相结合的方式获取的海参图像相比于 自然光下获取的原图像对比 度、清晰度更高,含有的图像信息更加丰富,验证了此方法在水下成像的可行性。     

一种基于平面波技术的三维超声成像方法研究

三维超声成像能提供直观和真实感的组织信息,便于医生对医学体进行观察和分析,已广泛应用于疾病诊断、手术规划和导航中。针对现有超声技术在采集速度和图像质量上的不足,该文采用一种新型的多角度平面波技术获得超声回波信号,并通过USB3.0高速端口传输到PC端,然后进行平面波相干合成、对数压缩、超声序列存储及三维重建等操作,搭建了实验平台并进行测试,研究表明该文方法具有采集速度高,成像效果好的优势。     

同时偏振成像探测系统的偏振图像配准研究

同时偏振成像探测技术是一种新型的偏振成像探测技术,它能在同一个探测器上同时获得被探测目标0、45、90、135 4个偏振方向的偏振强度图像。为了准确获取被探测目标的偏振信息,这４幅图像的配准显得尤为重要。为了使配准精度达到0.1个像元,结合同时偏振成像探测系统的成像方式,提出了一种基于空域和频域互相关的偏振图像配准方法。该方法使用硬件和软件相结合的方式完成图像的配准。首先使用空域互相关的算法实现图像的像元级粗配准;然后使用频域互相关的像元级配准算法进行像元级精配准;最后使用频域互相关的亚像元配准算法实现偏振图像的亚像元级配准。     

基于主动偏振光的潜指纹偏振成像检测方法研究

作为一种无损检测方法,光学检验法是多种潜指纹检测方法中的首选。在面对越来越复杂的应用场景时,传统光学检验法往往效果不佳。然而偏振成像探测技术不仅能够获得目标的强度和光谱等信息,而且还能够得到偏振度和偏振角等反映目标表面细节特征的偏振信息,因此可以提高潜指纹检测效果。利用偏振成像技术的优势,开展了基于主动偏振光的潜指纹偏振成像检测实验研究,获取了指纹图像数据并对其进行了分析。结果表明,与一般的强度成像相比,本文方法所得到的潜指纹偏振参量图像质量更高,获取的图像更清晰,细节信息更丰富。     

变电站高压设备分布式物理化结构模型

设计基于激光即时定位与地图构建(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)技术的变电站高压设备分布式物理化结构模型,精准获取高压设备位姿信息,有效建立高压设备分布式物理化结构模型。利用无人机搭载激光雷达传感器与惯性测量单元,扫描并测量施工建设中高压设备环境信息;利用激光SLAM技术依据激光雷达传感器的扫描信息,求解设备位姿信息;通过扩展卡尔曼滤波算法,融合惯性测量单元测量的设备姿态角信息;利用加权数据融合算法,融合位姿信息与姿态角信息,获取最终设备位姿信息;依据最终位姿信息,建立设备实景三维模型;通过建筑信息模型,建立设备的建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)模型;利用Revit软件,以自动关联方式,构造两个模型间的关联关系,获取设备分布式物理化结构模型。实验证明：该模型可精准获取设备位姿信息,有效建立清晰的分布式物理化结构模型;该模型可有效融合设备姿态角,提升姿态角测量曲线平滑度。     

基于智能手机平台的计算光学显微成像技术研究综述

计算光学显微成像技术将光学编码和计算解码相结合,通过光学操作和图像算法重建来恢复微观物体的多维信息,为显微成像技术突破传统成像能力提供了强大的助力。这项技术的发展得益于现代光学系统、图像传感器以及高性能数据处理设备的优化,同时也被先进的通信技术和设备的发展所赋能。智能手机平台作为高度集成化的电子设备,具有先进的图像传感器和高性能的处理器,可以采集光学系统的图像并运行图像处理算法,为计算光学显微成像技术的实现创造了全新的方式。进一步地,作为可移动通信终端,智能手机平台开放的操作系统和多样的无线网络接入方法,赋予了显微镜灵活智能化操控能力与丰富的显示和处理分析功能,可用于实现各种复杂环境下多样化的生物学检测应用。文中从四个方面综述了基于智能手机平台的计算光学显微成像技术,首先综述了智能手机平台作为光学成像器件的新型显微成像光路设计,接下来介绍了基于智能手机平台先进传感器的计算光学高通量显微成像技术,然后介绍了智能手机平台的数据处理能力和互联能力在计算显微成像中的应用,最后讨论了这项技术现存在的一些问题及解决方向。     

条纹管激光成像雷达在近程海面监测应用分析

近程海面监测通常要在低照度条件下,获得高清晰、高分辨目标图像,以提高监测效能。与传统被动红外成像监测相比,激光成像雷达是一种主动成像技术,能获取目标强度像和距离像（统称为四维像）,具有较高的目标探测与目标识别概率。分析了美国条纹管激光成像雷达的发展现状及具有的技术优势,阐述了条纹管激光成像雷达采用的闪光式体制、一次成像、高速获取目标数据的原理。指出条纹管激光成像雷达既适用于近程海面监测,也可与现有监测手段,如被动红外、微波雷达等复合使用,提高监测效率。     

车载式北斗光学三维成像系统技术研究

本文论述了车载式光学成像系统的定位原理,在此基础之上,设计实现车载式北斗光学三维成像系统,该成像系统通过北斗高精度接收机实现成像系统的中心点位置解算,并辅助惯导设备实现成像系统姿态信息解算。通过对比试验,分析说明北斗高精度定位在光学三维成像中发挥的重要价值及成像系统优化方向。北斗定位传感器与光学传感器的有机结合,对提升光学图像信息的有效获取、特定目标的精准感知意义非凡。     

Visuelle Navigation für mobile Roboter mittels optoelektronischer Bestimmung des optischen Flusses

The proposed navigation concept solves the problem of autonomous real time navigation of mobile robots with a single wide angle camera as primary perception sensor. The key feature of this navigation concept is the synergetic combination of the optical flow concept and a special computer hardware technology on the base of photonic computing using an advanced embedded optical correlator. The navigation information derived from the optical flow measurements is used for a high rate continuous trajectory estimation using auxiliary odometry data as well as for a periodic absolute navigation with sole optical flow data. The article presents the general system layout, describes the key components and discusses performance and simulation results.     

基于偏振成像的红外图像增强

针对红外图像对比度低,细节纹理较弱的特点,利用物体偏振特性提出基于偏振成像的红外图像增强方法,即获取红外偏振度图像并与源光强图像融合。首先,分析了偏振成像理论,利用偏振成像技术获取偏振图像。其次,为了能够充分获取偏振度图中的信息,运用剪切波变换对图像进行多尺度分解。最后,采用区域特征匹配融合策略,得到增强图像。为测试方法的有效性,搭建实验装置,进行实拍图像实验。主观与客观评价结果均表明,增强后的图像较原图像具有更加丰富的图像细节与偏振目标信息,对目标识别与探测具有重要意义。     

Automated Hyperspectral Cueing for Civilian Search and Rescue

Hyperspectral remote sensing provides information related to surface material characteristics that can be exploited to perform automated detection of targets of interest and has been applied to a variety of remote sensing applications. This paper explores the application to civilian search and rescue, using the Airborne Real-time Cueing Hyperspectral Enhanced Reconnaissance (ARCHER) system developed for the Civil Air Patrol as a key example of how evolving hyperspectral technology can be employed to support these operations. ARCHER combines a visible/near-infrared hyperspectral imaging system, a high-resolution visible panchromatic imaging sensor, and an integrated geopositioning and inertial navigation unit with onboard real-time processing for data acquisition and correction, precision image georegistration, and target detection and cueing. Processing for detecting downed aircraft wreckage and other related objects employs real-time adaptive anomaly detection and matched filtering algorithms, and a non-real-time change detection mode to provide further false alarm reduction in some instances. This paper describes the system technology, with an emphasis on the current and evolving automated target detection methods, and summarizes the operational experience in the airborne employment against civilian search and rescue missions.      

基于像素偏振片阵列的实时水下目标成像技术

借助偏振成像可以增强水下目标的探测效果。传统的偏振成像方法需要光学检偏器的机械转动来实现,这限制了其在水下的实时探测性能。采用基于像素偏振片阵列图像传感器开发的相机设计了一种水下实时成像系统。系统通过阵列上排布的四向微偏振片一次性捕获四向偏振图像,从而全局估算背景杂散光的偏振角和偏振度。然后利用偏振信息反解得到杂散光光强,最后借助水下成像物理模型得到去散射后的目标增强图像。实验结果表明,将像素偏振片阵列图像传感器应用到水下成像能够有效增强水下图像的对比度,且成像处理过程实时快速,进一步提高了水下目标的探测效率。     

偏振成像及其优化技术研究

偏振成像技术中成像器件所接受到的曝光量以及成像器件的灵敏度都对图像的质量以及偏振信息的获取产生了关键性的影响。从成像器件所接受到的曝光量以及成像器件的灵敏度两个方面分别分析其对天空偏振信息获取的影响。在日照充足的晴朗天气下,器件很容易发生过曝,所以首先要采取减小曝光量的方法来进行成像。实验表明,将曝光量减小5倍,偏振信息的精确度可提高48%。其次通过控制灵敏度来控制器件对于光线的敏感程度。实验表明,灵敏度每降低一个等级,相似度就可以提高5%,并且在感光度为100时相似度可达到最大值,这时的测量精度最高可达70%左右。