红外焦平面阵列盲元检测及补偿算法

为了消除非制冷红外焦平面阵列图像盲元、改善成像质量,利用红外焦平面阵列盲元相应特性和相邻像元的相关性,提出了一种基于阈值+相邻像元检测及加窗中值补偿算法。结果表明,阈值+相邻元检测算法实现盲元误检率低、快速查找等优点;利用加窗中值的盲元补偿算法,可以使盲元图像得到明显改善,保持图像信息的完整性,同时,算法易于硬件实现。     

红外焦平面阵列探测器盲元检测算法研究

受材料、制造工艺等因素的影响,红外焦平面阵列探测器均存在一定数量的盲元.在分析探测单元响应特性的基础上,提出一新的盲元检测算法.通过调节探测单元响应的显示动态范围,利用设定阈值完成盲元检测.实验表明,算法不受盲元簇大小的影响,查找速度快、定位准确率高,有效提高了图像质量.     

一种新的红外焦平面阵列盲元检测算法

受材料、制造工艺等因素的影响,红外焦平面阵列探测器均存在一定数量的盲元.在分析探测单元响应特性的基础上,提出一种双参考辐射源+定义检测算法.实验结果表明,该算法具有盲元误检率低,查找快速等优点.     

一种新的红外焦平面阵列盲元检测算法

在分析盲元特性的基础上,依据形态学开闭运算对尖峰信号的滤波性质,提出了一种新的红外焦平面阵列盲元检测算法。选取合适的结构元素,运用开闭运算的滤波作用对图像进行平滑处理,从平滑图像中减去其均值得到阵列噪声响应图像,选取合适的图像均值的倍数作为检测阈值。对阵列图像进行开闭运算并与平滑图像取差后得到对过亮及过暗像素增强的图像,每个像素与阈值进行比较判别出盲元。     

红外焦平面阵列盲元检测技术研究

盲元的数量及其分布对红外焦平面阵列器件成像质量的影响较大.在给出盲元定义的基础上,对盲元的各种产生机理进行了分析,并给出了具体的盲元检测方法,为盲元补偿技术的研究提供了理论基础.     

基于滑动窗口的红外焦平面阵列盲元检测算法研究

由于红外焦平面阵列成像存在盲元等一系列问题,为了减少盲元对红外图像的干扰,本文提出一种基于滑动窗口的红外焦平面阵列盲元检测算法.对像元进行加窗并计算其中的均值中值以及一级梯度等数值,再进行加权计算并设定阈值与原像元对比进行盲元检测,最后使用局部中值滤波算法进行盲元补偿.仿真结果表明此种方法可以有效地检测盲元,拥有比较好的盲元补偿结果,有效地改善了红外焦平面阵列成像质量.     

基于滑动窗口与多帧补偿的自适应盲元检测与补偿算法

针对红外焦平面阵列元响应的盲元产生机理,提出了一种基于滑动窗口与多帧补偿的自适应盲元检测与补偿方法.该方法首先以多帧补偿找出闪烁盲元,再对累加图像的某一像元为中心进行加窗,计算加窗后的均值与标准差,然后通过比较窗口中心像元灰度与均值的偏差是否大于3倍标准差来判断其是否为盲元.再通过滑动窗口的中值查找法来对盲元进行补偿.仿真结果表明,该方法查找速度快、定位准确、补偿效果好,是一种比较实用的盲元检测与补偿方法.     

红外焦平面阵列盲元簇成因分析

红外焦平面阵列中盲元簇的存在增加了系统盲元补偿算法的难度和复杂度。同时,基于算法处理的红外系统对盲元簇的要求更加严格,导致红外焦平面阵列的合格率大大降低。通过对大量红外焦平面阵列产品的测试,得到了盲元类别的统计结果:单个盲元、盲元对和盲元簇的盲元分别占盲元总数的60.8%、17.6%和21.6%。经分析,确定了盲元簇的几种主要成因:前工艺阶段的材料缺陷、光刻图形缺失、铟渣残留和铟柱缺陷;后工艺中的铟柱未连通、应力导致的芯片碎裂;可靠性试验诱发的缺陷暴露与扩大。研究结果表明,在探测器材料的筛选、铟柱制备技术、低应力的工艺和结构技术等方面做进一步的优化工作,可以降低盲元簇产生的几率,从而提高红外焦平面阵列的性能和成品率。     

红外焦平面阵列盲元判据的相关性研究

红外系统中探测器盲元的存在降低了红外图像的质量和红外系统的性能。在红外焦平面阵列最终性能的测试评价中,盲元的判定主要有响应率判据、噪声判据和直流电平判据三种。本文研究了直流电平判据同其他两种盲元判据之间的关系:电平低于正常像元的盲元具有噪声高、响应低的特征;电平高于正常像元的盲元具有噪声低、响应低的特征。实际测试的数据验证了分析的结果,具有较高的判别准确率。电平判据在实现判别盲元的成因与类型的同时,亦可以推断出像元噪声和响应率的状态以及这两种判据的判别结果。在探测器的制造过程中,简单的判别准则有助于早期剔除不合格品;在系统应用中,可快速评估探测器的变化以及新增盲元的原因和特征。     

一种改进的红外焦平面阵列盲元检测算法

红外探测器受材料和工艺限制存在盲元,降低了红外成像系统的图像质量,影响目标检测系统的检测概率和虚警率。有效、实时检测盲元并进行补偿至关重要。本文根据盲元在图像中与周围点的奇异性,利用图像目标检测的方法进行盲元检测;同时利用盲元的时间特性,将盲元与图像中的点目标区分开;最终实现高检测率,低虚检率的有效盲元检测算法。     

Adaptive detection algorithm for full pixel targets in hyperspectral images

The problem of full pixel target detection (FPTD) in hyperspectral images, assuming that the target spectral signature is known, is considered. We use the replacement target model (RTM). It exploits the fact that in FPTD problems the target completely fills the image pixel obscuring or replacing the background. The derivation of an RTM-based detection strategy is one of the original contributions of this work. It is assumed that both the background and the target classes are characterised by the Gaussian model and both share the same covariance matrix. Assuming that both the background mean vector and the covariance matrix are unknown, the fully adaptive detector (FAD) is derived. It is shown that the performance of the FAD in typical operating conditions can be approximated by those of the adaptive detector (AD) derived by assuming that the background mean vector is known. The AD is theoretically analysed, its performances are derived and its CFAR behaviour is demonstrated. It is also stated that, in practice, the AD design methodology can be adopted to design FAD automatic target detectors. This issue is proved by simulation in a case study in which the model parameters are estimated from a hyperspectral dataset acquired by the airborne visible/infrared imaging spectrometer (AVIRIS).     

热红外高光谱成像仪的灵敏度模型与系统研制

热红外谱段是对地观测高光谱遥感中非常有用的波段,受限于技术发展,热红外谱段的高光谱成像系统在国内的空间光电系统中并不多见,近年来在国家相关部门的支持下发展迅速,取得了较大进展。结合十二五期间研制的机载热红外高光谱成像仪系统,建立了信号流模型,对系统背景辐射进行了建模仿真,并对红外焦平面组件等效暗电流进行了分析测量,在此基础上得出了影响系统的探测灵敏度的关键因素,给出了系统设计低温光学100K制冷的设计依据。机载热红外高光谱成像仪研制完成后,还进行了探测灵敏度实际测量并与仿真结果进行了对比分析,对未来进一步发展热红外高光谱成像技术积累了重要数据。     

红外线阵探测器盲元定位与补偿

为减少红外线列探测器的条纹噪声与非均匀性噪声受环境温度和探测器工作时间的影响,提出了一种处理盲元的综合算法.首先依据探测器最终数据输出来检测盲元通道;然后依据通道位置与数量调整偏移量值,并根据探测器的阵列结构特点,对4806个像元完成精确的盲元定位;最后完成对含有盲元通道的非均匀校正.以FPGA处理模块为核心,完成了红外探测器实时采集与处理.图像校正效果良好,具有良好的实时性和可移植性.     

红外探测器盲元检测及评价

盲元严重影响红外制导武器的成像质量和系统性能。针对目前滤波类检测算法无法准确检测连续盲元的问题,本文对基于场景的时域平均野值提取的盲元检测算法进行了改进,对滤波窗口下的盲元分布形式进行了讨论,对连续盲元提出基于时域平均和空域均值野值提取的盲元检测算法,实现了盲元位置的确定。通过仿真实验对比发现,本文检测算法对连续盲元具有更低的误检率和漏检率;然后本文提出一种红外探测器盲元的测试评价方法,通过对样本图像进行分析计算,根据罗曼诺夫斯基准则的思想确定评价参数与评价法则,作为判断红外制导武器成像探测器能否正常工作的依据。测试方法简便快捷,有较高的准确度。     

Blind separation of spectral signatures in hyperspectral imagery

For the purpose of material identification, methods for exploring hyperspectral images with minimal human intervention have been investigated. Without any prior knowledge, it is extremely difficult to identify or determine how many endmembers in a scene. To tackle this problem, a new spectral unmixing technique, the spectral data explorer (SDE), is presented. SDE is a hybrid approach combining the optimal parts of fast independent component analysis (FastICA) and noise-adjusted principal components analysis (NAPCA). Experimental results show that SDE is highly efficient for separating significant signatures of hyperspectral images in a blind environment     

基于辐亮度匹配的无人机载成像光谱仪外场光谱定标研究

针对可见光与近红外波段无人机载成像光谱仪,在保证精度的前提下,提出了一种快速优化二维反演算法,利用大气吸收特征作为参照,采用辐亮度匹配的方法,在不需要测量地面反射率数据的情况下,反演了成像光谱仪的重要光谱参数中心波长的偏移量和带宽变化量。利用2010年11月14日于内蒙古乌拉特前旗开展的无人机遥感载荷综合验证场科学实验数据,在实验室光谱定标基础上进行了外场光谱定标。算法时间、成本大大减少,反演效率比常规二维反演算法提高了近100倍。通过地面光谱靶标对定标结果进行验证,对带宽为7 nm左右的成像光谱仪外场定标精度可达到0.1nm,一般优于0.5 nm。     

基于场景的热红外高光谱数据光谱定标

传感器每个波段的中心波长和半高全宽（Full Width at Half Maximum,FWHM）随成像环境变化会发生较大的系统性漂移。这种漂移最终会影响发射率和温度的反演精度,尤其是在大气吸收波段附近的发射率反演精度。选择水汽在11.73 m处的吸收通道作为参考波段,提出了适用于热红外高光谱数据的光谱定标技术流程。模拟实验表明:光谱分辨率为50 nm,中心波长偏移在-50~50 nm、FWHM变化在-25~25 nm时,大气水汽含量对光谱定标误差的影响最大。同时,对误差分布曲面进行拟合得到描述误差分布模型,用于误差的估计。当大气水汽含量足够大时,光谱中心波长偏移估算误差可达到1 nm以内。最后,将所提方法应用于机载热红外高光谱数据光谱定标。结果显示,热红外高光谱成像仪中心波长偏移为28.4 nm,FWHM变化为-18.5 nm。     

采用纹理特征的跳频信号盲检测算法

针对通信对抗中的跳频信号检测问题,提出了一种基于纹理特征的跳频信号盲检测算法。该算法在时频分析的基础上采用灰度共生矩阵提取信号的纹理特征,通过对纹理特征量的分割实现信号与背景噪声的分割,并运用形态学滤波去除二值化后产生的椒盐噪声;然后通过连通区域标记获得时频图中各信号的位置信息,并采用聚类分析去除定频、突发等干扰,实现跳频信号的自动盲检测。仿真结果表明,该算法可以更加有效地分割信号与背景噪声,能够在较低的信干噪比下检测出跳频信号。      

像素抽取加速的匹配算法

介绍了一种新颖的基于像素抽取加速的匹配算法,并给出了抽取像素数N选取的一般原则和方法,以及N和匹配时间、匹配概率、图像大小的关系.算法首先对待匹配图像进行网格化分,然后按照所划分好的网格抽取掉不必要的冗余信息进行匹配,从而大大降低了计算量.大量的仿真实验结果表明,在保证匹配概率相近的前提条件下,该算法与归一化积相关算法相比,匹配时间不足其1/10,而且在基准图大小固定时,随着实时图尺寸的增大,算法消耗匹配时间少的优势会越来越明显,甚至优于二层金字塔分解加速的匹配方法.     

高光谱图谱仪与激光雷达及其在海洋生物检测方面的应用

海洋是涵盖超过70%地球表面的连续海水,发展先进的海洋生物光学监测手段对海洋生态系统的保护至关重要。文中综述了笔者团队在小型高光谱图谱仪与激光雷达系统搭建及其在海洋生物检测等应用上的部分近期工作。图谱仪方面介绍了不同空间扫描方式的高光谱图谱仪在透射、反射及荧光等不同工作模式下,对数种藻类、斑马鱼等海洋生物进行了图谱检测,并且基于图谱数据结合机器学习算法实现了微藻种类的精准分类和藻类生长周期的准确预测;在激光雷达方面详述了使用非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在实验室和近岸实地环境进行了多次水生生物的测量实验,成功获取其荧光高光谱,证明了非弹性高光谱沙姆激光雷达系统在海洋生物监测应用中的巨大潜力。此外,笔者团队还搭建了一套四维凝视成像探测系统能实现高光谱分辨率（3 nm）、高空间分辨率、高深度精度（27.5 μm）的精准探测。