基于FPGA的简易偏振成像系统设计

偏振成像是一种获取目标物表面光学反射偏振特征的新型成像技术,与传统成像相比可以获取更多的目标物信息。本文设计了一种简易轻便应用于多场景下的偏振成像采集系统。系统由光学成像模块、FPGA主芯片、上位机图像获取三部分组成,实现图像的采集、传输与显示。通过FPGA主芯片驱动图像传感器,利用偏振分光棱镜,将携带目标物表面信息的反射光分解成垂直方向（S分量）和水平方向（P分量）,收集并解析获取目标物垂直方向和水平方向上的偏振图像;同时分析了系统可能产生误差的原因并进行了标定。实验结果表明：本文设计的成像系统在不同场景下,均可稳定、实时采集到P分量和S分量图像,解析出偏振度图像。     

偏振遥感成像探测技术及其在目标毁伤效果评估中的应用研究

在未来高技术战争中,战场目标毁伤效果评估具有十分重要的作用。基于目标偏振遥感成像探测原理,介绍了一种能够获取地物目标偏振图像信息的机载多波段偏振遥感成像探测系统;通过对地面炮兵火力毁伤实验相关数据的对比分析,探讨了偏振遥感图像信息在反演目标表面毁伤状态方面的能力;实验结果表明：偏振遥感成像探测技术在目标毁伤效果评估中具有广阔的应用前景。     

双波段共口径同时偏振光学系统设计

为了实现快速提取目标在不同光谱下偏振辐射特性的目的,设计了一款可见光为0.38～0.76μm,近红外为0.85～1.6μm双波段目标探测识别的分孔径同时偏振成像系统,该系统由四个分孔径子系统组成和一个公共镜头组组成。设计结果表明:该系统对可见光和近红外波段分别进行偏振编码成像时,可见光波段和近红外波段可以同时获得不同光谱的偏振图像信息,保证了各个光谱对同一目标成像的一致性,实现了对同一目标不同辐射特性偏振图像的采集。当光学系统的焦距为60mm,F数为5,视场角2ω为3.8°,系统反应速度快,整体成像质量良好,可实现昼夜全天候工作。     

基于偏振视觉的轴承曲面划痕缺陷检测

针对轴承工作曲面划痕缺陷成像的问题,提出了一种采用正交偏振成像的检测方法.首先,采用偏振相机结合正交偏振理论获取光滑轴承曲面图像,利用形态学滤波差分运算消除不均匀背景;然后,采用特定滤波和增强方式对SWT产生的分解系数进行保边去噪和增强,并进行图像重构;最后,对其中的缺陷特征进行分割处理.结果表明:采用线偏振光源照射光...     

一种改进的水下偏振图像融合算法研究

针对传统图像融合算法造成的对比度低、细节信息模糊等问题,提出了一种改进的基于二维离散小波变换的图像融合算法.利用光强度相机和分焦平面相机同时对水下运动目标进行探测,获得光强图像和偏振图像.将计算得到的偏振度图像和偏振角图像先进行简单的融合处理,再将融合后的偏振特征图像与光强图像采用改进的二维离散小波变换进行分解,得到低频分量和高频分量.对于低频部分,提出一种基于区域方差加局部能量相结合的图像融合算法;高频部分采用一种基于Sobel算子的图像融合算法.最后将低频分量与高频分量进行二维离散小波重构,得到结果图像.仿真结果表明,与传统图像融合算法相比,该算法获得的融合图像有效地拉升了目标与背景的对比度,增强了水下图像视觉效果,有利于准确识别水下运动目标.     

多点同时空间激光通信系统高效偏振分光技术研究

在多点同时空间激光通信系统中,为实现多信号光束的高效隔离,对系统中的收发分光分系统进行了研究与设计,采用了并不常用的偏振分光方式可有效减少系统波长数量。通过实验发现使用普通偏振分光棱镜的系统隔离度较低,约为-57.27d B,为此对普通棱镜进行了改进,将其非工作面削成斜角,使杂散光偏出接收探测器视场,得到异形分光棱镜,通过实验验证偏振隔离度为-64.1d B,有了一定的提高。     

基于KAZE特征匹配的偏振图像配准算法研究

偏振成像系统主要通过多相机或多通道成像,图像之间存在平移或旋转,偏振解析前必须进行图像配准,否则可能会产生虚假偏振信息。传统的配准算法主要有SIFT和SURF的特征配准算法,但其采用线性高斯金字塔进行多尺度分解来消除噪声和提取特征点,易造成边界模糊和细节丢失。本文从非线性尺度空间构建出发,提出一种基于KAZE特征匹配的偏振图像配准算法。首先,利用Hessian矩阵寻找特征点及其描述向量;然后以最小Hamming距离作为特征点的度量,计算单应矩阵并利用双线性插值实现不同偏振方位角图像之间的配准;最后,以FD1665P相机拍摄的图片为样本进行了实验验证。实验结果表明,本文算法相对基于SIFT和SURF特征点匹配的配准算法,归一化互信息增大、均方根误差减小,配准精度有很大提高。     

基于大气散射模型的偏振图像去雾方法

雾霾天气越来越常见,导致所采集图像的应用价值降低,因此如何获得清晰度高的图像成为计算机视觉等领域重点研究的内容。在大气散射模型的基础上提出一种利用图像偏振信息的去雾方法。该方法首先利用偏振成像系统获取平行和垂直方向的两幅偏振图像,结合暗原色先验理论自动估计大气光强信息,估计传输率图并采用改进的导向滤波的方法优化传输率图,最终实现图像去雾。实验结果表明,该算法提高了图像的清晰度及对比度,有效改善了雾天条件下景物的视觉效果。     

微观平面物体的三维成像技术

利用偏振技术,设计出微观平面物体的三维放大成像系统,解决了特殊物体的三维放大成像问题。该系统主要包括显微成像和照明系统两个部分,系统放大倍数为100,采用LED作为照明系统光源,使物体在经过偏振器件和光学系统后的亮度满足人眼的要求。设计的显微系统的前工作距离为56 mm,满足系统的大于50 mm的设计要求。显微成像系统成像质量较高,空间分辨率达到0.004 mm,照明系统的像面平均照度为600 lx。     

大气散射校正静态实时偏振图像去雾技术

为了在雾霾天气下实现静态实时图像去雾,研究了大气衰减模型,分析了大气溶胶对成像的影响和大气散的射校正方法,提出了偏振去雾方法的技术原理.利用斯托克斯参数和穆勒矩阵实现原始数据的静态获取,基于偏振测量结果实现天空区域的实时提取,通过提取结果定性和定量分析,找到了偏振角范围和大气散射光强度阈值的规律性,实现了静态实时偏振去雾.静态实时偏振去雾方法将原始数据由不确定的偏振图像改变为固定的偏振图像,克服了对手动操作和主观评价的依赖,简化了去雾流程,解决了复杂的全局参数估计问题,提高了图像复原的准确度.所提出的静态实时偏振去雾方法为雾霾天气下高分辨、高稳定性和高实时性成像提供了新的理论和技术手段.     

Restoring Polarization Angle Map for High-Fidelity Underwater Imaging

Obtaining polarization information enables researchers to enhance underwater imaging quality by removing backscattering effect and to distinguish targets of different materials. However, due to the simplified assumption of unpolarized target light, most of the existing underwater polarimetric methods lose part of the polarization information, resulting in degraded imaging quality. In this work, a novel underwater polarimetric method is reported, which obtains the angle of polarization (AOP) map to improve imaging quality. Specifically, the Stokes vectors were exploited to remove the backscattering effect by obtaining two pairs of orthogonal polarization sub-images of the underwater scene. The target reflected light and the angle between the polarization directions of the target reflected light and the backscattered light were computed through the two groups of the orthogonal polarized sub-images. The AOP map of the target light could be derived from the Stokes vectors. Then, the transmission map of the target light was estimated by using the non-local color priorly combined with the properties of light propagating underwater. Experiments show that the reported technique enables distinguishing different targets when the colors are similar. The quantitative metrics validate that the reported technique produces state-of-the-art performance for underwater imaging.     

Design of and experiment on the polarization dehazing imaging system

In view of the requirement of image quality, integration level and real-time application of the imaging systems under fog weather, this paper reports a polarization imaging system with a dehazing ability. The differential signal is converted by FPGA, and a highly integrated CMOS imaging circuit is built based on the internal PLL of the image sensor and the CamLink protocol. The obtained image is inversed by stokes equations, and the real-time dehazing algorithm is realized by the built-in DSP module. The total size of the polarization imaging system is 117mm×117mm×126mm, and the weight of the system is 1.2kg. An imaging experiment was made under fog weather, and the dehazing ability of the imaging system is proved by the contrast of the original image and the dehazed image's histogram and RGB distribution. Experimental results show that the imaging system can stably obtain a color dehazed image at 2048×2048@180Hz.     

Practical calibration method for instantaneous polarization radar systems utilizing a metal sphere

A practical calibration method is proposed for instantaneous polarization radar systems.The method only needs one measurement by using a metal sphere.The distortions of system and the actual polarization scattering matrix（PSM）of target can be obtained.First,an instantaneous polarization radar system is presented.The system can obtain PSM by a single pulse echo.The dual-polarization antenna can transmit and receive two orthogonal polarization waves.The multilayer micro-strip patch antenna is adopted for this kind of radar system.Second,based on the multi-port network theory,the operation and system errors of instantaneous polarization radar system are analyzed.By making assumption on the cross-talk factors of antenna,distortion matrices of R and Tare derived.Finally,the calibration method based on instantaneous polarization measurement is introduced.Simulation results show the performance of this calibration method.The values of calibrated PSM are in agreement with the actual ones after calibration.     

高速光纤通信中的偏振控制技术

阐述了近年来偏振控制技术的研究成果,主要包括光纤中偏振态的稳定技术、光偏分复用技术和解复用技术、光纤偏振模色散和缓解补偿技术所涉及的概念、研究现状、最新技术以及发展方向.     

光学系统像面强度的偏振分析

引入偏振像差矩阵的概念,描述光学系统的偏振像差,建立了光学系统的偏振像差矩阵和复振幅响应矩阵之间的关系,并推导出光学系统像面强度的分布函数和入射光的偏振度以及光学系统的平均线偏振灵敏度的成积成正比。最后,以航天光学遥感器中常用的卡氏望远镜以及扫描系统为例,计算并分析了入射光的偏振度和光学系统的平均线偏灵敏度对像面中心点强度的影响。     

偏振控制器的研究进展

偏振控制器在高速光纤通信、相干光纤通信以及光纤传感等领域具有十分重要的作用,它是克服光传输系统中偏振相关损耗和监测仪器偏振特性的关键元件。本文在阐述偏振控制器工作原理的基础上,重点介绍了几种新的偏振控制器实现方案,并对各种偏振控制器的性能进行了分析比较。     

偏振光杨氏干涉研究

本文利用晶体的双折射现象对传统的偏振光杨氏干涉实验进行了改进，即在正交偏振光系统中置入一会聚透镜和双折射晶体后，很容易获得清晰的偏振光干涉条纹，并从理论上分析了条纹产生的原因和分布规律，经实验证明，理论分析与实验结果非常吻合．     

X型极化分集系统中的互耦分析

建立了X型极化分集系统的互耦分析模型,综合考虑了天线与电路两部分互耦对系统性能的影响．给出极化分集系统信号的相关系数表达式,能够更全面地分析互耦对X型极化分集系统中信号相关系数、信道平均接收功率比和系统极化分集增益的影响．分析表明系统耦合虽然会提高信号的相关性,但同时也可以降低信道平均接收功率比,从而提高系统的极化分集增益．指出交叉极化鉴别度对系统相关系数和信道平均接收功率比影响显著,而且交叉极化鉴别度越大,系统极化分集增益越小．