可见光/微光与红外平行光路融合物镜设计

现有所发布的大多数文献着重于图像融合算法的分析研究,很少有文献对采集融合图像的光学系统做出相应论述。本文根据手持融合观察镜的特点,对可见光/微光与长波红外图像融合、平行光路布局型式的融合物镜光学系统进行设计及分析。首先介绍了共光路光学布局型式与平行光路光学布局型式的优缺点,根据手持融合观察镜的特点选择了平行光路的光学布局型式;其次根据手持融合观察镜指标的要求对可见光/微光物镜进行"消热差"、定焦光学设计,针对长波红外物镜开展内调焦式光学设计;第三根据所设计的融合物镜光学系统,从平行光路光学布局型式、放大率及畸变变化3个方面对图像配准精度进行分析;最后对手持融合观察镜实际场景的融合图像进行分析判断,得出融合图像质量好,能满足手持融合观察镜融合性能的要求。     

基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪光学系统设计

头盔夜视仪由单波段向多波段图像融合的方向发展。本文对基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案、图像配准精度进行分析并进行光学仿真。首先分析悬挂式红外夜视仪与微光头盔组合使用的工作模式以及图像旋转、圆形视场的设计方案;其次根据悬挂式红外夜视仪的设计指标,对其红外物镜及投影物镜进行光学仿真;第三从悬挂精度、光轴一致性及畸变等三方面分析图像配准精度;最后根据仿真结果及图像配准精度分析说明基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案可行,能达到预期的效果。     

多层套筒结构的红外消热差镜头设计与分析

重点分析了采用多层套筒与波形弹簧垫圈相结合进行热补偿的红外机械消热差镜头,根据光学软件给出的离焦量设计热补偿结构,并运用ANSYS软件对热补偿结构进行了热变形分析。经过试验测试表明,采用多层套筒实现热补偿的镜头在-40~+60℃的范围内成像质量良好。     

基于显著性检测的不同视角下红外与可见光图像融合

融合红外图像的热源目标和可见光图像的清晰背景可以实现低照度条件下与场景关联的异常行为识别。现有以特征匹配为主的融合方法,受监控场景下可见光与红外成像的尺度、视角、目标特性等差异影响,配准及融合效率及准确性受限。针对该问题,本文提出了基于显著性检测的不同视角下红外与可见光图像融合方法。通过预设热敏感目标,计算可见光与红外的视场转换模型,预先配准红外与可见光视场。使用Mask R-CNN网络提取红外图像中的行人目标显著性区域,根据视场转换模型点将每个目标区域与可见光图像局部融合。最后,通过违规入侵行为辨识为目标进行实验验证。实验表明,论文提出的融合方法能够有效地将红外图像的热敏目标信息与可见光的场景进行融合,可以准确地判断是否发生违规入侵行为。     

基于互信息和梯度的红外与可见光图像配准新方法

红外与可见光图像配准是常见的多传感器图像配准,在军事、遥感等领域有着广泛的应用。提出了一种基于互信息和图像梯度的红外与可见光图像的自动配准方法：首先,获得图像的梯度信息,然后根据定义的扩展结构获得边缘区域图像,选择最大归一化互信息作为相似性测度,使用Powell算法获得最佳配准参数。实验结果证明,本文方法较传统的基于互信息和梯度的配准方法,提高了配准的速度和精度,可以作为一种有效的粗配准的方法。     

一种基于深度和局部特征的分布式光电图像配准方法北大核心CSCD

针对分布式光电成像系统采集的红外和可见光图像在配准时易受噪声影响,配准精度不高问题,提出一种基于卷积神经网络深度特征和RIFT局部特征的图像配准算法。首先基于改进的AVIRnet提取待配准红外和可见光图像的卷积深度特征,利用深度特征进行初匹配,得到初步的空间关系;然后在重叠图像区域内提取RIFT特征点;最后对局部特征点进行修正,得到最终的匹配点对,估算出精确的变换矩阵。实验结果表明:本文方法通过深度特征和局部特征两次匹配,对非线性辐射差异具有不变性,满足了分布式光电红外和可见光图像配准的精度要求。     

光机装校阶段红外与可见光图像配准技术研究

针对在光机装校阶段,分析光学件和金工件的设计、加工和装配的累积误差对图像配准精度的影响。首先,分析在光机装校时采取主观评价方法评价图像配准质量的原因;其次,具体分析物镜的焦距和畸变误差、光轴一致性误差和探测器安装面误差对图像配准精度的影响。通过分析误差产生的原因,提出在光机装校时的解决办法。     

分光轴式多源图像融合系统近距离配准方法研究

为了解决分光轴式多源图像融合系统近距离图像配准问题,建立了一种双目成像配准模型,分析了分光轴系统的镜头中心距对配准精度的影响。该模型以物点对不同镜头的入射角差为切入点,以入射角差作为配准精度的判别依据,分析了配准精度随镜头中心距和物距的变化关系。结合探测器角分辨率和光轴调校精度,给出了分光轴系统像素级配准的距离范围计算公式,并且引入光轴初始夹角和图像像素平移量,实现近距离变视距图像配准。计算结果表明:分光轴系统光轴平行时可对某一最近距离至无穷远范围内配准,当调节系统对更近距离配准时,可在一段有限范围内配准,缩小镜头中心距和提高光轴调校精度可以扩大系统的配准范围。利用提出的配准距离范围计算方法,结合目标测距,实现了分光轴式红外与可见光图像融合系统近距离变视距图像配准。     

基于深度学习的电力设备红外与可见光图像配准

针对现有电力设备红外与可见光图像配准难度大、配准时间长等问题,提出一种基于深度学习的电力设备红外与可见光图像配准融合的方法。本文将特征提取与特征匹配联合在深度学习框架中,直接学习图像块对与匹配标签之间的映射关系,用于后续的配准。此外为了缓解训练时红外图像样本不足的问题,提出一种利用红外图像及其变换图像学习映射函数的自学习方法,同时采用迁移学习来减少训练时间,加速网络框架。实验结果表明：本文方法与其他4种配准算法相比性能指标均有显著提升,本文平均准确率为89.909,同其余4种算法相比分别提高了2.31%、3.36%、2.67%、0.82%,本文平均RMSE(Root Mean Square Error)为2.521,同其余4种配准算法相比分别降低了14.68%、15.24%、4.90%、1.04%,算法平均用时为5.625 s,较其余4种算法分别降低了5.57%、6.82%、2.45%、1.75%,有效提高了电力设备红外与红外可见光图像配准的效率。     

基于传感器参数和改良CPD算法的红外与可见光图像点云配准

为实现前下视红外图像与可见光图像的有效配准,提出了一种基于传感器参数和改良CPD算法的红外与可见光图像自动配准算法.首先,利用传感器的姿态和高度信息,对前下视红外图像进行几何透视校正,消除图像间的旋转和比例缩放等差异;然后,对可见光图像和校正后的红外图像提取边缘特征点,基于相似变换模型,利用改良的CPD算法对其实现精配准.实测数据验证表明,该方法能实现对红外与可见光图像的良好配准,配准精度达到1个像素左右.     

远距离多波段红外图像融合系统及配准方法

研制了一种短波红外、中波红外和激光测距仪联合工作的图像融合系统。系统实现了全天时可透雾的远距离场景监控、远距离目标测距,并能够检测1.06 m和1.57 m的激光光束。为了保证系统的融合图像质量,提高配准精度,提出了一种光轴平行度校正方法,实现短波红外和中波红外图像的粗配准;提出了一种新的迭代优化方法,通过寻找最优配准参数来获得最佳的融合性能,采用基于人眼感兴趣区域的清晰度指标作为评价函数来完善配准过程,采用粒子群优化算法解决联合优化问题,实现短波红外和中波红外图像的精配准。实验结果表明该系统在远距离场景监控和战场态势感知等方面具有较大的应用潜力。     

机载复杂红外光学系统无热化补偿方法研究

为提高机载红外光学系统的环境适应性,保证红外系统在机载动态环境中能够稳定成像,提出一种无热化加权温度补偿方法,根据每个光学元件和间隔温度变化对系统成像影响程度的不同赋予不同的权重,建立在不均匀变化温度场中光学系统的加权温度补偿模型。利用光学设计软件仿真分析,工作温度在-50～+60℃范围内仿真误差<0.5%。建立了无热化光学系统的测试平台,对无热化加权温度补偿方法仿真分析结果进行实验测试。研究结果表明,加权温度补偿模型实用性强、精度高。在机载环境温度范围内,各项误差能够控制在1.5%,满足机载环境复杂红外光学系统的被动无热化的要求。     

一种基于热像仪的机载红外测量系统设计与实现

设计了一种基于热像仪的机载红外测量系统。该系统主要用于加载于空中平台上,实现对目标红外特性的空中跟踪测量,获取目标高仰角的全方位红外和可见光特性图像数据。系统结构设计采用模块化设计,重量、尺寸较小,抗震性强,符合挂飞的有关要求,能够稳定跟踪并测量海上目标的红外及可见光特性。该系统采用了被动隔离加主动陀螺稳定控制的技术、光学镜头无热化补偿措施和内场精密标定技术,具有很强的环境适应能力、作用距离远、测量精度高,整体技术与性能处于国内领先水平。     

折/衍射双波段共光路齐焦光学系统设计

为了提高双波段光学系统成像性能,结合可见光和中波红外的特点,设计了无光路补偿的折/衍射双波段共光路齐焦光学系统。对系统的4片透镜波段间消色差以及焦距补偿表达式进行了推导,采用4片透镜并引入二元衍射面,通过合理匹配光学系统光焦度,实现了系统共用一组光路,在可见光和中波红外两个波段的焦距一致,提高了双波段观测目标信息的一致性。设计的双波段共口径/共光路成像光学系统的工作波长为0.38~0.76 m,3~5 m,系统的焦距为90 mm,视场角为0.5,F数为3,在-40~+60℃的温度范围内采用光学被动式进行消热差设计。设计结果表明:系统结构简单,体积小,成像质量接近衍射极限。     

红外光学系统被动式无热化设计方法

红外光学系统在一定温度条件下会由于温度变化导致系统成像质量变差。利用光学材料热特性之间存在的差异,提出一种光学被动式无热化设计方法,分析了透镜组的消像差方程组并进行求解,讨论了不同透镜材料消热差和消色差的实现过程,利用不同材料合理匹配与合理分配光焦度实现热补偿。针对相同技术指标,设计了两个红外双波段光学系统并对两种系统性能进行比较,结果表明,采用热补偿措施的红外系统在-40～+60℃温度范围内弥散圆尺寸变化不大,焦距变化量小于系统最小焦深,成像质量接近衍射极限,不同温度下系统焦距的变化不影响成像质量和性能。     

一种多波段红外图像联合配准和融合方法

多波段红外图像配准和融合是得到更高质量夜视图像的关键步骤。过去,这两种方法被定义为两个独立的图像处理过程。因此,在融合过程中忽略配准误差会严重影响最后的融合质量。为解决上述问题,该文提出一种新的迭代优化方法,该方法通过寻找最优配准参数来获得最佳的融合性能,采用基于人眼感兴趣区域的清晰度指标作为融合质量评价函数来完善配准过程,采用模拟退火法解决联合优化问题。实验结果表明,针对夜视领域的多波段红外图像,该方法在配准精度、融合质量以及稳定性上明显优于常用的配准和融合算法。     

可见光和红外图像决策级融合目标检测算法

为了提高可见光和红外图像决策级融合目标检测算法的性能,提出了一种基于模型可靠性的决策级融合策略。首先采取图像预处理技术提高红外图像的整体质量,之后对可见光与热红外目标检测模型分别进行训练测试,根据模型测试结果得到融合策略所需参数,依据所提出的融合策略对模型检测结果进行融合,得到最后的融合检测结果。实验结果表明,相比于单一目标检测模型的检测结果,所采用的融合算法在白天的漏检率比可见光检测模型降低了8.16%,夜间漏检率比红外检测模型降低了9.85%。