基于压缩感知的AOTF光谱测量方法（英文）

基于声光可调谐滤波器（AOTF）的光谱仪器已经在生物医学、农业、航空航天等领域中广泛应用。然而,传统的AOTF光谱仪很难在保持光谱分辨率和减少采样次数的同时,还实现系统光通量的增加。针对上述问题,本文提出了一种基于压缩感知理论的AOTF光谱测量方法,利用AOTF可多频驱动的特点,在光谱维度上实现稀疏随机编码复合光信号调制,可利用单元或面阵探测器顺次记录完成压缩采样,再通过压缩感知重建算法获得目标光谱曲线或光谱图像数据立方体。为了验证本方法的有效性,我们利用实际测量得到AOTF光谱响应带宽数据,构建传感矩阵,以展宽光谱为恢复目标,仿真了压缩采样和目标数据重构效果。仿真结果表明,该方法可以通过202次压缩采样,重构得到512个波长点的光谱数据,光谱数据采样率和压缩比为0.39。此采样率下,本方法可以高精度恢复光谱曲线,PSNR指标达到41.75dB,SAM和GSAM指标为0.9998和0.9754。多频同时驱动下,系统光通量平均提升了5倍。与传统逐波长点扫描的采样方式相比,该方法能够在保持原有光谱分辨率的前提下减少总采样次数,提高系统的光通量,同时还压缩了光谱数据,在微弱信号检测、物质快速...     

基于图稀疏正则化多测量向量模型的高光谱压缩感知重建

压缩感知重建是解决高光谱现有成像模式数据量大冗余度高问题的一个有效机制。针对高光谱图像的多通道特性,该文建立了高光谱压缩感知的多测量向量模型,编码端使用随机卷积算子对各通道进行快速采样,生成测量向量矩阵。解码端构建图稀疏正则化的联合重建模型,在稀疏变换域将高光谱图像分解为谱间的关联成分和差异成分,通过图结构化稀疏度量表征关联成分的空谱相关性,并约束谱间差异成分的稀疏性。进一步提出模型求解的交替方向乘子迭代算法,通过引入辅助变量与线性化技巧,使得每一子问题均存在解析解,降低了模型求解的复杂度。对多个实测数据集进行了对比实验,实验结果验证了该文模型与算法的有效性。     

基于压缩感知的探地雷达成像算法研究

压缩感知理论通过从一系列非自适应线性测量中求解一个凸L_1最小化问题,从而对稀疏信号进行重构。该文基于压缩感知理论对宽带合成孔径雷达成像,利用空间目标信号成像的稀疏性,提出了一种全新的低采样率数据采集重构算法。此算法在获取雷达信号原始数据时采用压缩感知的算法,减少了原始信号数据的采样量,并且用少量的测量数据和测量孔径获得重建测量目标的信息。最后将此算法与传统的反投影成像进行了比较,其仿真试验数据表明,基于压缩感知的探地雷达成像算法比传统反向投影算法成像效果好,且所需数据量少。     

基于稀疏贝叶斯正则化的阵列SAR高分辨三维成像算法

阵列合成孔径雷达(Linear Array Synthetic Aperture Radar, LASAR) 3维成像技术是一种具有重要潜在应用价值的雷达成像新体制,但受线阵天线及平台尺寸限制,传统匹配滤波成像算法难以实现LASAR高分辨3维成像。该文利用LASAR回波信号及观测目标的先验分布特性,提出了一种基于快速稀疏贝叶斯正则化重构的LASAR高分辨3维成像算法。该算法先结合贝叶斯估计准则及最大似然估计原理,构造LASAR目标重构的稀疏贝叶斯最小化代价函数;再利用迭代正则化方法求解联合范数最优化问题实现LASAR稀疏目标高分辨3维成像。另外,针对稀疏贝叶斯正则化成像运算量大的问题,结合位置预测快速成像思路,利用阈值分割算法对稀疏粗成像进行强目标提取,进而提升算法运算效率。仿真数据和实测数据验证了该文算法的有效性。      

基于压缩感知的稀疏采样数据大转角ISAR 成像研究

针对方位向稀疏采样条件下,大带宽大转角逆合成孔径雷达(ISAR)高分辨成像时,一维距离像中目标散射点的距离徙动问题,提出了基于贝叶斯压缩感知的稀疏ISAR 成像方法。对于方位向稀疏采样数据,该方法在包络对齐和相位补偿后,通过傅里叶变换将数据变换到距离频率域,对每一距离单元数据,根据方位向稀疏采样的位置构造相应的Keystone基矩阵,利用贝叶斯压缩感知算法重建目标在各距离频域单元的多普勒域系数,最后,通过距离向逆傅里叶变换和方位向自聚焦完成ISAR 成像。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

多帧图像编码孔径光谱成像技术

在双色散结构编码孔径光谱成像系统(DD-CASSI)的基础上,提出了利用多帧采样图方法(Multi Frame-DD-CASSI),以提高信息采样率,并提出新的数学模型,实现了对三维数据立方体的光谱维压缩编码,充分利用了光谱维数据的相关性,利用32帧采样图恢复数据,达到了0.99的光谱曲线相似度和40 db的图像峰值信噪比.     

光谱角匹配加权核特征空间分离变换高光谱异常检测算法

提出了一种光谱角匹配(SAM)加权核特征空间分离变换(KEST)高光谱异常检测算法.在基于核的特征空间分离变换(KEST)算法基础上,利用光谱角匹配(SAM)测度对高维特征空间中检测点邻域差异相关矩阵(DCOR)中的每个样本引入权重因子,各样本权重因子取决于该样本光谱向量与检测窗口数据中心向量夹角,从而抑制检测窗口中的病态数据,突出主成分数据的贡献,使得DCOR矩阵能够更好地描述目标、背景数据分布差异.通过理论分析和对模拟、实际数据实验比较,证明该算法较传统异常检测算法和KEST算法具有更高的检测率.     

基于NCS算子的大斜视SAR压缩感知成像方法

该文针对大斜视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像进行研究,提出了一种基于非线性频调变标(Non-linear Chirp Scaling, NCS)算子的大斜视SAR压缩感知成像方法。首先在详细分析大斜视SAR回波信号模型的基础上,给出了一种基于全采样数据的NCS成像算法,该算法有效完成了回波数据的走动补偿与解耦合处理,实现了准确成像。其次针对降采样的大斜视SAR回波数据成像问题,提出将上述成像算法构造成NCS算子并基于该算子建立压缩感知重构模型,通过对模型的优化求解直接获得最终的成像结果。该方法对于稀疏性成像场景能够有效降低回波数据采样率实现高质量成像,对于非稀疏成像场景在满采样条件下能够提高成像质量。最后的点目标和面目标的仿真实验验证了该文所提方法的有效性和可行性。      

基于压缩传感的红外或毫米波无源高分辨率成像

设计了一种基于压缩传感理论的红外或毫米波无源成像系统。 压缩传感是一种利用稀疏或可压缩的先验信息进行信号获取和重建的技术,它能以远低于奈奎斯特采样率的速率对信号 进行采样,并可实现高精度的重建。针对传统系统的固有缺点设计的上述毫米波无源成像系统,能在压缩传感理论的指导下进行成像。仿真结果表 明,该系统具有良好的成像性能,提高了峰值信噪比,改善了分辨率,并大大压缩了数据存储量。     

一种低秩张量约束的下视稀疏线阵SAR三维成像算法

为了解决3维稀疏数据处理中向量化或矩阵化带来的原始空间结构破坏与计算复杂度高的问题,该文针对下视稀疏线阵3维SAR成像几何模型和回波信号特点,构建了张量空间信号模型,提出了一种基于低秩张量补全的3维SAR稀疏成像算法.该算法首先利用回波张量的低秩性,通过张量补全重构稀疏回波中的丢失元素,再对补全后的全采样信号张量进行3维成像,从而获得高效率、低旁瓣、高分辨率3维图像.基于X波段下视稀疏线阵3维SAR点目标回波进行了3维成像仿真实验,比较了在不同信噪比和采样率条件下的成像性能,并基于实测数据进一步验证了该算法的有效性和优势.     

新型红外成像技术

介绍了太赫兹成像、红外偏振成像和红外相位热成像等几种新型红外成像技术的机理与成像特点,综述了这些新型红外成像技术国内外研究状况及其优势与不足,展望了各种新型成像技术的发展前景及其可能应用领域.     

太赫兹(THz)成像的进展概况

评述了太赫兹射线成像的进展情况.太赫兹(THz)辐射介于微波和红外之间.与微波、X射线、核磁共振(NMR)成像相比,太赫兹成像不仅能给出物体的密度信息,而且能给出频率域的信息,以及在光频、微波和X射线范围内所不能给出的材料的转动、振动信息.太赫兹射线与其他频段的电磁波相比,它能量低,不会造成对生物样品的电离损伤,而且太赫兹射线很容易穿过介电材料,因而可以用于产品的安全监测.因此太赫兹成像技术在生物学、工业安全监测等方面有可能带来新的关键性的突破.     

一种半全息圆柱扫描成像新方法

在采用一维线阵进行圆柱扫描成像时,若一维线阵为一发多收或多发多收,并且所有线阵单元同时接收信号,则此时合成的二维柱面阵列为半全息阵列,即沿一维线阵方向为常规阵列或半主动阵列,沿柱面扫描方向为全息阵列,对于这种半全息阵列,现有的常规计算成像方法失效。虚拟透镜成像技术是一种全新的成像技术,可兼容不同的技术体制,并且适用于远、中、近以及超近距离目标的成像。为了解决上述半全息圆柱扫描成像难题,针对半全息阵列的特点,深入研究了虚拟透镜成像技术,提出了一种半全息圆柱扫描快速成像算法,最后进行了成像仿真,仿真结果验证了新算法的有效性。     

单像素成像在特殊波段及三维成像的应用发展

与传统的面阵成像技术不同,单像素成像技术作为一种新型的计算成像技术,使用不具备空间分辨能力的桶探测器,结合空间光场调制技术,通过关联算法重构待成像物体的空间强度信息,在研究界得到了广泛的关注。近年来,单像素成像技术被广泛应用于各种波段的成像领域,尤其是在某些面阵探测器价格昂贵甚至无法制备的特殊波段,单像素成像技术逐步发展为一项低成本高成像质量的替代技术。并且,在三维成像技术中,大量基于单像素成像的相关研究工作也被相继提出。文中主要介绍了单像素成像技术的基本原理及应用发展历程,并着重介绍了其在条纹结构投影三维成像技术中的应用工作。     

2.52THz面阵透射成像系统改进及分辨率分析

太赫兹(THz)面阵成像具有成像速度快和像素多等特点,因此具有广阔的应用前景。成像系统的光路设计对成像质量具有很大影响。利用PyrocamⅢ热像仪作为面阵探测器,利用相干公司SIFIR-50连续太赫兹激光器作为成像光源,搭建太赫兹面阵实时成像系统,并通过多个离轴抛面镜和聚乙烯透镜对原有成像系统进行改进,以人民币水印、镂空金属板和分辨率板为目标进行实时面阵成像,获得了较为清晰的图像,通过与原有成像结果对比,验证了成像质量的提高,并通过分析成像结果对该成像系统的分辨率进行估计,该成像系统分辨率可以达到0.6 mm。     

激光主动成像技术应用及发展

近年来,激光主动成像技术得到快速发展,为获取高分辨率的图像信息提供了一种全新的探测手段。本文阐述了距离选通成像系统的基本原理,结合国外研究成果,对4种成像探测系统做了介绍:超分辨率距离映射成像系统、短波红外单基/双基成像系统和红外与激光双模组合成像系统。重点对各系统的构成、关键器件及技术优势进行了研究,并对实验结果进行了分析。分析了距离选通成像技术的发展趋势,对发展新型成像探测系统具有参考价值。     

电阻抗成像激励测量方式和成像方法研究

本文描述了电阻抗成像基本原理以及国内外目前在电阻抗成像方面的技术进展情况,分析了在电极数量相同条件下三种激励测量方式的优劣,从成像目标、成像算法、成像质量、使用范围、检测系统要求等方面对动态和静态两种成像方式做了简单对比,对未来电阻抗成像技术作了展望。     

导弹目标ISAR成像仿真分析

主要对导弹目标的逆合成孔径雷达(ISAR)成像进行了仿真。给出了做抛物线运动的弹头目标ISAR成像模型及仿真结果，分析了目标机动(横滚、倾斜、偏航)对成像质量的影响，对存在白旋运动的弹头目标进行成像．并指出了导弹成像中有待进一步解决的问题。     

基于激光距离选通成像的非视域成像应用

非视域成像是国外近几年出现的一种新的成像模式,能够绕过拐角对难以直接观察的场景进行成像。介绍了基于激光距离选通成像技术的非视域成像模式,给出了国外的几个典型非视域成像实验及其结果。搭建了基于532 nm激光器和ICCD探测器的距离选通成像系统,以窗户玻璃和墙面瓷砖作为中介反射面,分别获得了50 m和20 m处目标的非视域图像。实验结果表明,非视域成像的效果与中介反射面的反射特性有关,许多具有一定镜面反射特性的建筑材料均可作为中介反射面,用于非视域成像;非视域成像模式在城市巷战、公安侦察以及抗灾救援等领域展现出潜在的应用前景,是一种具有发展前景的新型光电成像模式。     

红外成像器件的发展

文章强调了红外成像器件的重要性。指出:红外探测器是红外热像仪的核心部件,它的发展水平在很大程度上决定了红外热成像技术状态,一种新型探测器的诞生就会带来红外成像系统的更新换代。单元器件、线列多元器件和面阵型器件决定了红外热像仪的发展的不同水平。文章对目前红外成像器件的发展进行了分析总结,并按照不同成像方式把成像器件分为扫描成像器件和凝视成像器件两类,对其优缺点进行评述比较。最后。对我国红外成像器件的发展状况进行了概括,并根据国情,提出了我国发展红外成像器件的意见和建议。