解偏振度的测量及偏振成像探测识别

在对解偏振进行定义的基础上,用Mueller矩阵参数元表述了解偏振度,并根据斯托克斯-Mueller矩阵关系式,设计了实验装置测量两种硬币的解偏振度。用线偏振激光作光源、CCD相机做成像探测器的方法对包含有两硬币的目标进行主动成像实验,实验中,采集了六张不同偏振夹角的偏振图像和一张无检偏振器时的图像。实验证明,利用偏振技术并通过选取合适的偏振夹角对目标进行成像的方法,可以有效地提高成像探测的图像对比度,有利于目标的探测与识别。     

反射式拼接CCD相机非均匀性定标与校正

依据实验室辐射定标实验,校正反射式拼接CCD相机由渐晕现象引起的图像非均匀性。通过分析反射式拼接CCD相机成像非均匀性产生机理,明确焦平面辐照度非均匀性是造成相机图像非均匀性的主要原因;分别进行"单片CCD辐照度响应度定标"和"整机均匀性定标"实验;依据定标结果所得出的入射辐射亮度和在该亮度下每个像元实际接收到的辐射照度之间的关系,设计校正算法,得出每个像元的渐晕校正因子,实现渐晕图像非均匀性校正。校正结果显示:在一定入射辐射亮度范围内,原始积分球定标渐晕图像的非均匀性大于16%,用校正因子校正后,输出图像非均匀性下降到1%以内。经过非均匀性定标和校正的相机用于外场成像也取得了符合工程需要的满意效果。     

线阵CCD测量系统的镜头畸变校正新方法

提出了一种线阵CCD测量系统镜头畸变校正的新方法.用线阵CCD相机及经纬仪组合体,对空间周期黑白条纹图像照相,通过图像处理和matlab曲线拟合建立图像像素坐标与无镜头畸变的理想像素坐标的关系式,即畸变校正函数.利用畸变校正函数可校正线阵CCD镜头畸变.将该方法应用于线阵CCD散布正交交汇测量系统后(两相机间距为1 561 mm),测量误差由畸变校正前5 mm提高到畸变校正后的0.9 mm.实验结果表明,用该方法进行镜头畸变校正后,线阵CCD散布测量系统的精度得到了显著的提高.     

基于Stokes矢量的双相机偏振成像系统

针对传统偏振成像技术机械振动大、系统不稳定的问题,提出了一种基于Stokes矢量的双相机偏振成像技术,在液晶驱动控制器的作用下,驱动2个液晶可调相位延迟器(LCVR)进行柔性调制,利用相机采集目标的偏振图像,进一步得到Stokes矢量的分量图像,解算出偏振度、偏振角图像.该方法利用双相机同时成像技术,解决了单相机采集信息不完整的问题,可以实现完全Stokes测量,同时获得目标的线偏振和圆偏振图像.实验结果表明,偏振度(Dop)图像相较于线偏振度(Dolp)图像,包含了更多的细节信息,Dop图像在图像评价指标方面均有5％以上的提升,说明Dop图像可以更好地还原被测目标物.采用该方法可以提高对静态目标的识别能力.     

伪装遮障的光学与红外偏振成像

为了研究伪装遮障对抗偏振遥感的侦察效果,采用多波段偏振CCD相机在光学与红外波段获得伪装遮障的偏振图像,并提取其中的偏振信息.研究发现:在表面形态一定的情况下,伪装遮障散射光的偏振信息受光线入射角和表面反射率的影响较大.偏振信息对遮障的表面粗糙度和空间结构非常敏感,可以增强图像中目标与背景的对比度,提高识别准确率.伪装遮障和自然背景的散射光偏振度和偏振角信息有较大差别,因而,根据偏振信息成像可以有效地识别出图像中的伪装遮障,偏振成像在伪装目标识别方面具有重要的军事应用价值.     

微偏振片阵列成像的非均匀校正研究

针对传统的非均匀校正算法难以校正偏振成像的非均匀问题，提出了一种新的矩阵校正算法。分析了偏振成像与非偏振成像的非均匀性的不同表现，阐述了微偏振片阵列成像的非均匀产生机理，指出了采用非偏振成像非均匀校正方法的失效原因。在构建偏振成像系统对入射偏振光源的响应模型基础上，提出了矩阵校正法。实验部分给出了矩阵校正法对均匀偏振场本底图像和信息丰富场景图像的校正效果，定量分析结果表明，矩阵校正法将均匀本底图像的非均匀性降至校正前的10%左右。     

大视场空间相机CCD 性能测试及筛选方法

空间相机使用CCD 拼接技术组成长焦平面,可有效地增加空间相机的视场和幅宽。拼接 CCD 之间的性能差异会影响空间相机的成像质量,为了在大视场空间相机研制时挑选高性能且性能一致的CCD,提出了一种大视场空间相机CCD 性能测试与筛选方法。首先,介绍了CCD 的成像电路设计、以及CCD 光谱特性和辐射特性的测试方法。然后,介绍了CCD 的筛选流程,第一步是从各 CCD 裸片的几何特性、信噪比、相对光谱响应、响应非均匀性、非线性、暗电流以及动态范围等角度进行筛选,将不满足指标的CCD 剔除,第二步是依据辐射响应一致性筛选出满足要求的CCD,通过数据分析比较得出饱和辐照度筛选法优于响应度筛选法。最后,采用饱和辐照度筛选法从10 片CCD 中筛选出饱和辐照度一致性最好的4 片CCD,饱和辐照度相对偏差为0.23%,该组CCD 已经被应用于某大视场空间相机的研制,并获得了良好的效果。     

偏振成像技术的发展现状与展望（特邀）

偏振成像是一种新的光电探测体制,它可以获得比传统成像多一维的场景信息,在工业检测、生物医学、地球遥感、现代军事、航空以及海洋等领域具有重要的应用价值。论文对偏振成像的典型应用、发展历程和发展现状进行了分析和总结,总结了偏振成像的实现方法,当前学术界在场景的偏振特性、偏振的传输特性、偏振成像探测器、分焦平面偏振图像非均匀性校正、分焦平面偏振图像超分辨率重建以及偏振图像融合等领域的最新研究成果。在此基础上,对偏振成像的未来发展方向进行了展望,包括高消光比焦平面偏振探测器、分焦平面多光谱偏振探测器、高精度非均匀性校正方法、偏振图超分辨率重建方法以及强度图和偏振度/偏振角图融合方法等。     

分时型长波红外高帧频偏振成像实验研究

为了弥补传统分时型长波红外偏振成像系统不能实时探测的不足,本文通过采用超高速高定位精度旋转轮,在分时型红外偏振成像装置的基础上,实现了准实时动态高温目标偏振度图像的探测。采用超高速高定位精度旋转轮,快速带动偏振片旋转,改变了目标信息的偏振态,红外相机同步采集图像数据,每4幅不同角度的光强图,解算出偏振度图,循环此过程,得到运动目标偏振度视频数据,使装置能够实现运动物体的偏振探测。利用软件控制整个装置成像过程,由于实验所用红外相机帧频的限制,所以整个装置实现了15帧/s的目标偏振度探测,得出目标偏振度变化曲线,以及强度图与偏振度图的融合结果。本文研究的基于高速旋转轮的分时型长波红外偏振成像,在具有传统装置优点的基础上,可以实现探测15帧/s的动态高温运动目标的偏振度图像。该装置在未来的火场救援、燃烧诊断和高温目标的精细成像等领域,具备潜在应用价值。     

基于偏振成像和图像融合的目标识别技术

提出了一种基于偏振特征的目标识别技术.实验采用He-Ne激光作为照明光源,根据目标散射光偏振度的差异,利用DSP图像采集系统获取了目标的偏振图像,并利用图像融合技术计算了目标的Stokes图像和偏振度图像.结果显示:偏振成像有效地滤除了杂乱背景散射光的影响,明显提高了目标成像的对比度和分辨率.所以偏振成像技术可以有效地提高目标探测和识别效率.     

多通道输出面阵CCD图像非均匀性校正

针对多通道面阵CCD输出非均匀性问题,开展了多通道输出面阵CCD图像非均匀性校正算法研究。论述了多通道面阵CCD输出非均匀性产生的原因,并对此提出了基于非线性响应的多段线性逼近校正算法,通过FPGA进行了算法实现。基于线性响应的两点校正算法精度低,且不能满足全量程的要求;基于非线性响应的多点校正算法精度高,但运算量大,不易于在FPGA上实现。文中提出的基于非线性响应的多段线性逼近校正算法,综合了以上两种算法的优点,具有运算量小、实用性强、精度高的优点。     

航空偏振相机的光学偏振特性实验研究

利用大孔径积分球辐射光源系统对航空偏振相机的偏振特性进行了实验研究,以各偏振工作波段中0°放置的偏振通道为基准,选取航空偏振相机中心视场64×64像素点计算并校正了各偏振通道中偏振片／滤光片的强度透过率差异;并进一步测量了航空偏振相机光学系统自身的起偏度,通过最小二乘法多项式拟合,给出了各偏振工作波段的偏振度随视场角的...     

Research on a novel imaging bionic polarization navigation sensor for glimmer environment application

Polarization navigation system is a hotspot in the field of bionic navigation. Compared with point source polarized light navigation sensor, the polarization information acquisition method based on image sensor and imaging technology has better robustness, and it can obtain more polarization information. In this paper, an embedded imaging polarization sensor for glimmer environment application is designed and developed. The multi-channel video processing technology of TMS320DM642 is used to capture the polarization information of charge coupled device (CCD) camera with three channels. The images are processed by digital signal processer (DSP) in real time, and the angle of polarization (AOP) image is calculated simultaneously with an acquisition and calculation speed of 10 frame per second. Sensor can obtain absolute rotation angle, and the AOP image can be displayed on liquid crystal display (LCD). It provides an effective experimental platform for the research of imaging polarization mode navigation device based on embedded system.     

空间相机异常响应图像处理方法

空间相机在轨长时间运行,受空间环境影响,相机性能下降,在轨图像中出现黑色条纹,严重影响了成像质量。局部CCD像元响应下降,高能粒子冲击,宇宙尘埃,空间相机本身的附着物等都能引发图像黑色条纹的现象。文章通过对发射前实验室辐射定标数据研究,提出一种基于最小二乘法和辐射亮度反演的在轨图像的校正方法,可以有效地去除黑色条纹。在不同辐照度下,采集所有像元的灰度值,用最小二乘法估计所有像元灰度平均值与辐照度的对应关系,计算出每个像元的校正系数,并研究实验室辐射定标数据,推算出现黑色条纹像元的校正因子,通过图像黑色条纹校正函数矩阵对每个像元的实际灰度值进行校正。校正前黑色条纹像元灰度的偏差超过10%,校正后偏差小于5%。从图像上观察,经过该方法校正的图像,能够有效去除黑色条纹,得到清晰的图像,结果令人满意。     

红外探测器非均匀性校正系统研制

分析了红外焦平面阵列（IRFPA）基于定标的非均匀性校正算法和基于场景的非均匀性校正算法的优势和不足。针对红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型这一特点,提出了一种基于S曲线拟合的校正算法。利用FLIR公司的长波非制冷红外探测器进行信号采集,建立了焦平面探测元的响应模型。描述了基于FLIR长波非制冷红外探测器在FPGA平台的处理流程,并实现了S曲线校正算法,提高了红外图像的质量。实验表明,经过S曲线拟合校正处理,减弱了红外图像的条纹噪声,使IRFPA组件的非均匀性从6.45%降低至2.06%。     

CCD摄像快速瞄准的误差补偿方法研究

针对尺寸大、厚度薄、形状复杂的大型变压器铁心硅钢片尺寸与形状测试，研究了一种以CCD摄像头作为瞄准装置的非接触式摄像快速瞄准方法。通过快速采集被测物铁心硅钢片边缘轮廓图像信息，利用图像处理技术进行快速瞄准的误差自动补偿，提高了大型变压器铁心硅钢片测试系统的瞄准精度。     

红外焦平面器件二点多段非均匀性校正算法研究

分析了红外焦平面探测器的非均匀性机理和各种非均匀性校正算法，提出两点多段非均匀性校正算法，该算法避免了二点校正算法的低精度和多点校正算法的大运算量．在红外多谱段相机上的应用结果表明二点多段非均匀性校正算法具有运算量小、精度高、实用性强的优点。     

多角度偏振探测仪的相对辐射校正方法研究

相对辐射校正是实现多角度偏振探测仪全视场高精度辐射定标的关键技术之一。提出了一种高精度自动化的相对辐射校正方法,采用15×15个分视场扫描测量的方式,通过高精度大型二维转台和大口径积分球参考光源实现全视场的辐射响应测量;模拟在轨工作模式,规范了数据采集流程,编写数据采集软件实现了辐射响应图像数据获取;设计数据图像拼接算法和相关的数据处理方法,完成了相对辐射校正的数据处理和精度分析。数据比对分析和精度分析结果表明相对辐射校正精度在0.5%~0.8%之内。