Anchor-free轻量级红外目标检测方法（特邀）

针对红外目标的特点,提出了一种anchor-free轻量级红外目标检测方法,提高了嵌入式平台对红外目标的检测能力。针对计算资源有限的平台,提出了一种新的轻量级卷积结构,引入非对称卷积增强标准卷积的特征表达能力,同时有效减少参数和计算量。设计并行多路特征通道,经过通道拼接生成丰富的特征,结合注意力模块和Channel Shuffle构建轻量级特征提取单元。增加SkipBranch促进浅层信息向高层传递,进一步丰富高层特征。在FLIR数据集进行实验验证,设计的轻量级网络结构精度为81.7% ,超过了 YOLOv4-tiny,但模型参数量减少了75.0%、计算量下降了71.1%,并且推理时间压缩了91.3%,能够满足嵌入式平台红外目标的实时检测需求。     

目标场景红外偏振成像仿真技术发展综述（特邀）

红外偏振成像技术是一种结合红外成像和偏振成像两个维度的新型探测技术。红外偏振成像仿真技术能够产生大量数据对红外偏振成像系统进行训练,能够有效地提升系统平台性能,缩短研发时间,降低投入成本。近年来,国内外学者开展了大量红外偏振成像仿真、双向反射分布函数模型以及目标材料红外偏振特性的研究工作。文中主要介绍了目标场景红外偏振成像仿真技术的研究背景、基本原理以及国内外发展历程,并展望了此项关键技术的应用价值和发展趋势。     

基于红外偏振成像的目标检测技术

红外偏振成像技术是利用物体偏振度上的差异来对复杂背景下的目标进行探测的。在战场上,由于人造物体和自然景物在偏振度上存在差异,红外偏振成像技术能够提高人们对自然景物及伪装的辨别能力。首先介绍了偏振成像理论及其系统的结构组成,然后对基于偏振图像处理的目标特征提取过程进行了分析,并对偏振图像像质评价方法以及图像融合、分割和特征提取方法进行了研究。最后给出了国外基于偏振成像目标检测技术的应用研究情况,并指出了该技术在军事领域中的应用价值。     

基于红外偏振的特征提取与小目标检测方法

针对红外目标探测所面临的杂波干扰问题,提出了一种基于红外偏振的特征提取与小目标检测方法。首先,利用人工目标和自然背景偏振特性的差异,建立了目标与背景的红外偏振信息模型,分析了其中强度信息和偏振信息的构成以及目标偏振信息的提取与增强办法。然后,将斯托克斯矢量、部分偏振光分解、变偏振理论相结合实现了目标偏振特征的提取与背景杂波抑制及随机噪声消除,进而实现了红外小目标的检测。仿真数据实验结果及与现有方法的对比证明了该方法的有效性和可靠性。该方法可用于对抗红外伪装隐身及红外诱饵技术,提升红外目标的探测能力,富有应用价值。     

红外弱小目标实时检测跟踪系统

根据红外弱小目标检测和跟踪的实时性要求,基于中波红外热像仪、双数字信号处理 器(DSP) 、管理板卡HEPC9,双DSPC6201和双现场可编程阵列( FPGA)搭建了一套实时的红外图像处理系统。同时针对C6201微处理器,成功实现了弱小目标检测与跟踪程序的优化和移植。系统测试表明:该系统实时和有效检测跟踪每秒50帧,每帧320 ×240,每像素14位的低信噪比复杂序列图像。     

基于红外偏振特性的水面溢油检测实验研究

水面溢油是一种常见的水体污染,在电磁波辐射过程中,反应出与其自身性质相关的红外偏振特性.利用红外偏振特性反演水面溢油特征成为水体监测的一种新方法.在介绍了红外偏振成像原理的基础上,对不同温度条件下水面溢油的红外偏振特性进行了实验研究.结果表明,利用水面溢油的红外偏振特性,可实现对水面溢油的有效检测.     

红外偏振成像系统高速处理模块设计

基于中波制冷320256红外焦平面探测器,设计了以FPGA为处理核心,集SDRAM存储器及其他功能模块电路为一体,适用于时间分割型偏振成像系统的高速成像处理模块。处理模块主要由前端与探测器相连的驱动板、以FPGA为核心的处理板和系统电源板等组成,实现了盲元补偿、非均匀性校正、平台直方图均衡、线性映射等算法和校正参数的在线计算,具有内外同步可切换、积分时间连续可调的功能,能够输出分辨率为320256像素、帧速为200 fps的高质量红外图像,满足偏振成像系统对运动目标的实时探测要求。采用旋转偏振片的方法对带凹槽塑料水杯开展偏振成像实验,提取出有效的Stokes参量图像,观察到显著的偏振特性。该处理模块可广泛用于空间目标探测、地雷探测、海上搜救及伪装目标的探测等领域。     

一种新的红外弱小目标检测与跟踪算法

针对低信噪比下红外序列图像中弱小目标的检测与跟踪问题,提出了一种新的基于双边滤波的方法.首先将传统的二维双边滤波扩展为空-时三维双边滤波,由于同时利用了红外序列的空域信息和时域信息,该三维双边滤波能在抑制噪声的同时增强目标和背景之间的对比度.用其实现红外图像的预处理,再用门限分割检测出红外序列中的弱小目标.同时,用序贯蒙特卡洛方法对检测到的弱小目标进行跟踪.实验中,用实际红外序列图像对算法进行了验证,结果表明,在低信噪比下,所提算法能对红外弱小目标进行实时检测和跟踪.     

机载红外搜索跟踪系统（二）

红外搜索跟踪（ＩＲＳＴ）系统在军事和民用领域中有广泛应用。叙述了机载ＩＲＳＴ系统的作用，介绍两个机载ＩＲＳＴ系统的实例。     

基于偏振权重局部对比度的目标检测

分焦平面红外偏振探测器输出的是红外偏振马赛克图像,传统处理流程需要进行去马赛克恢复出四个偏振通道的完整图像,然后再实现后续的任务。然而,去马赛克过程会引入误差,而且计算复杂度高、耗时长。针对如何直接在红外偏振马赛克图像上进行目标检测的问题,本文提出了一种偏振权重局部对比度的目标检测方法。首先分析了目标与背景的偏振特性差异;然后设计了红外偏振马赛克图像的斯托克斯矢量计算卷积核;在此基础上提出了基于偏振权重的偏振度显著图,在偏振度显著图上利用自适应阈值操作实现目标检测。此外,利用边缘检测方法进一步优化目标检测结果,得到更加完整的检测结果。最后,使用采集的红外偏振马赛克数据集验证了所提出的目标检测算法在复杂背景以及恶劣天气影响下的鲁棒性。     

基于并行注意力机制的地面红外目标检测方法（特邀）

地面背景下的红外目标检测是伪装防护、精确制导等领域的关键技术。针对现有基于深度学习的目标检测模型对地面背景下红外目标进行检测时容易受到复杂背景干扰、对目标关注不足,从而导致检测准确率不高的问题,文中提出了一种基于并行注意力机制的地面红外目标检测方法。首先,利用卷积和注意力并行的下采样方式,在降低模型的空间复杂度和提升训练速度的同时,对目标特征进行聚焦和关注;其次,对主干网络提取的多尺度特征进行融合,通过不同尺度信息的复用与互补抑制背景信息的干扰,提升目标检测的准确率;最后,利用焦点损失函数和CIOU损失函数提高模型的分类与回归精度。实验结果表明,在Infrared-VOC数据集上该模型的平均检测精度为82.2%,比YOLOv3提高了6.9%,同时模型的空间复杂度仅为YOLOv3的32.6%,训练时间为YOLOv3的43.7%,实现了模型训练效率和检测精度的提升。     

双邻域差值放大的高动态红外弱小目标检测方法（特邀）

针对现有红外弱小目标检测方法背景抑制不充分、计算复杂度高,导致红外侦察预警系统虚警率高、响应速度慢的问题,提出一种基于双邻域差值放大的高动态红外弱小目标检测方法。首先,分析真实红外图像中目标与邻域的均值特性;然后,计算出目标区域与内外双层邻域的差异,从而提升亮、暗弱小目标的局部对比度并抑制复杂背景和噪声;最后,利用自适应阈值分割算法获取目标的位置。针对信杂比增益和背景抑制因子难以客观评价红外图像序列的目标增强和背景抑制性能的问题,提出一种目标轨迹显著图评价方法,有效评价红外图像序列目标检测性能。实验结果表明:与同类检测方法相比,该方法的信杂比增益与背景抑制因子分别提高了12%与10%,运行时间约缩短了34 ms,是一种有效可行的高动态红外弱小目标检测方法。     

单像素几何矩探测运动物体定位技术（特邀）

针对快速实时定位运动物体的需求,提出了一种使用几何矩探测的单像素快速定位运动物体的方法。该方法的核心是通过探测运动物体的质心实现快速定位运动物体。根据几何矩性质构造3个几何矩照明光,并照射运动物体,利用单像素探测器收集运动物体与调制光相互作用后的反射或透射光的强度值。根据单像素成像理论,探测强度值与物体的零阶和一阶几何矩值相对应。标识物体位置的质心参数可由物体的零阶和一阶几何矩值获取。结合数字微镜调制器(DMD)和时间抖动的方法产生几何矩照明光,利用所提方法在不成像的前提下分别实现了帧频约为500 fps和1 000 fps运动物体定位。所提方法获取质心的误差在1.63个像素以内,均方误差为0.118 3个像素。文中所提方法为使用单像素探测器实现快速追踪运动物体提供了一种新思路。     

紧凑双光路单像素成像系统（特邀）

不同于使用阵列探测器的常规数码相机,单像素相机使用不具空间分辨能力的单像素探测器对目标进行成像。由于其工作波长覆盖广、灵敏度高,单像素相机在特殊波段和弱光照明等特殊场景中较普通相机更有优势,在遥感探测、显微成像、军事侦察等领域得到广泛应用。提出一种紧凑型单像素成像系统,该系统利用数字微镜阵列的工作特性形成了对称的折叠双光路以快速完成差分测量。紧凑的结构降低了相机系统的体积,使系统可采用标准尼康镜头作为成像透镜。系统具有双光路差分成像、双光路平均降噪、宽谱波段成像、双光路交替采样等多种模式,并且可根据场景对重建图像信噪比、实时帧率、成像波段的不同需求切换应用模式。基于系统样机的实验结果表明其能实现预期的功能、达到相应的性能。紧凑型单像素成像系统的提出是一次较成功的单像素成像工程化尝试,为单像素成像技术后续的实际应用奠定了较好的技术和工程基础。     

单像素复振幅成像（特邀）

传统光学成像系统主要依靠阵列探测器对目标的空间分布进行探测来达到成像的目的。而单像素成像不需要阵列探测器,在探测端只需要使用一个单点探测器来记录光场的信号,然后利用关联算法来重构目标物体的图像信息。由于单点探测器的技术较为成熟,且成本较为低廉,因此这种成像方式在近些年得到了研究人员的广泛关注,期望单像素成像技术能够应用在X射线、红外、太赫兹等波段。另外,单像素成像技术在生物荧光成像、多光谱成像、三维成像、光场复振幅成像等应用领域也得到了深入的研究。其中光场波前的相位探测在天文观测、医学诊断、光学测量等领域至关重要,研究人员针对这一问题提出了多种基于单像素成像技术进行复振幅成像的方法,这些研究有效地拓展了单像素成像技术的实际应用场景。文中主要介绍了单像素成像技术的历史发展及其基本工作原理,并着重介绍了单像素成像技术在复振幅成像应用中的工作。     

中波碲镉汞红外偏振焦平面探测器的制备研究（特邀）

针对隐身等多类高价值目标精确探测与识别以及探测技术持续发展需求,为实现复杂战场环境下的高概率真假目标识别和高精度目标检测、定位、跟踪,开展复杂战场环境下隐身及微弱特征目标探测及抗干扰探测等技术研究意义重大,其中高集成度的焦平面型偏振红外探测器技术是其中一个重要方向。围绕集成式中波（MW）256×256碲镉汞红外偏振焦平面探测器的研制,介绍了偏振结构的设计、制备到偏振探测器的集成,以及偏振探测器性能的测试等方面的研究进展状况,设计加工出了亚波长金属光栅阵列,采用倒装互连的方式实现了偏振探测器的集成,并在MW 256×256碲镉汞焦平面器件上实现了红外偏振性能的测试和评估。     

GaN基多量子阱红外探测器研究进展（特邀）

多量子阱红外探测器是一种新型的利用子带跃迁机制的探测器件,具有非常高的设计自由度。GaN/Al(Ga)N量子阱由于大的导带带阶,超快的电子驰豫时间,超宽的红外透明区域以及高的声子能量,使得其成为继GaAs量子阱红外探测器之后又一潜在的探测材料结构。文中详细综述了国内外关于GaN基量子阱红外子带吸收及其探测器件的研究进展。首先介绍了量子阱红外探测器的工作原理及其选择定则,接着从极性GaN基多量子阱、非极性或半极性GaN基多量子阱以及纳米线结构GaN基多量子阱三个方面回顾当前GaN基多量子阱红外吸收的一些重要研究进展,包括了从近红外到远红外甚至太赫兹波段范围的各种突破。最后回顾了GaN基多量子阱红外探测器件的研究进展,包括其光电响应特性和高频响应特性,并对其未来的发展进行总结和展望。     

可用于多波段融合的超结构/阻挡杂质带复合结构探测器（特邀）

太赫兹辐射是指频率在30 μm~1 mm范围内的电磁波,具有穿透性强、安全性高、特征性强及定向性好等特点,因此,太赫兹技术在天文观测、安全监控、物质鉴定及生物医学等领域具有广阔的应用前景。阻挡杂质带探测器具有灵敏度高、阵列规模大、探测谱段宽等核心优势,是太赫兹辐射探测的优良选择。阻挡杂质带探测器目前主要采用三种材料体系,分别为Si、Ge、GaAs。基于这三种材料体系的阻挡杂质带探测器可实现在3~500 μm的超宽波段探测。超结构是由亚波长结构单元构成人工复合结构,在光电探测器上引入超结构,利用等离激元共振、偶极共振调控特性,可以将电磁场能量强烈的局域在金属/探测器界面位置。因此,超结构与阻挡杂质带结合,可有效调控探测峰位、缩小探测峰半高宽、强化光谱分辨能力,并有望大规模应用于3~500 μm的多波段融合探测。同时,超结构与阻挡杂质带探测器结合,可进一步提高器件响应率,减小器件尺寸,降低工艺难度。文中简要叙述了阻挡杂质带探测器的工作机理,介绍了国内外阻挡杂质带探测器的研究历史及研究现状。最后,在探测器波段调控、光谱分辨、增强吸收等角度详细介绍了Si、Ge、GaAs基超结构/阻挡杂质带复合结构探测器的研究现状,并结合目前该技术发展瓶颈问题,在高纯材料生长、光场局域效应机理研究等方面提出了下一步的研究展望。     

非制冷红外探测器研究进展（特邀）

非制冷红外探测器由于无需制冷装置,能够工作在室温状态下,具有成本低、体积小、功耗低等特点,在红外领域得到了广泛的应用。在军事应用方面,非制冷型探测器的应用逐渐进入了之前制冷型探测器的应用范围,大量应用在一些低成本的武器系统,甚至在一些应用领域取代了原来的非制冷型探测器。在民用领域方面,更表现出了其价格和使用方便的优势,在民用车载夜视、安防监控等应用领域引起了广泛的兴趣和关注。文中介绍了Bolometer、热释电、热电堆等几种典型非制冷红外探测器的工作原理,列举了目前已实现商业化应用的主要产品在国内外的情况,着重介绍了目前应用最广泛的Bolometer器件主流产品的像元间距、阵列规格、性能及其封装发展的情况。除了已实现商业化应用的Bolometer、热释电、SOI二极管等探测器等产品,还详细介绍了一些非制冷探测新技术或新型器件:比如超表面在增强某些波段吸收方面的应用,新材料的Bolometer探测器、双材料新型非制冷器件、石墨烯、量子点、纳米线等光电探测技术的研究进展。最后文章还对今后非制冷红外探测器的发展趋势作了预测。