同时偏振成像探测系统的偏振图像配准研究

同时偏振成像探测技术是一种新型的偏振成像探测技术,它能在同一个探测器上同时获得被探测目标0、45、90、135 4个偏振方向的偏振强度图像。为了准确获取被探测目标的偏振信息,这４幅图像的配准显得尤为重要。为了使配准精度达到0.1个像元,结合同时偏振成像探测系统的成像方式,提出了一种基于空域和频域互相关的偏振图像配准方法。该方法使用硬件和软件相结合的方式完成图像的配准。首先使用空域互相关的算法实现图像的像元级粗配准;然后使用频域互相关的像元级配准算法进行像元级精配准;最后使用频域互相关的亚像元配准算法实现偏振图像的亚像元级配准。     

基于图像畸变校正的高光谱偏振图像配准方法

定焦分孔径同时式高光谱偏振成像系统可同时获取多个偏振方向高光谱图像,是一种实时机载设计高光谱偏振成像系统.然而,这种设计各路成像单元存在固定偏差,且获取的图像易存在虚焦和扭曲现象,致使解析目标信息前需对图像进行配准.为了提高不同偏振方向高光谱图像间的配准精度,结合高光谱偏振图像配准算法暂无参考,非刚性图像配准算法适应范围小、效率低的现状,本文提出了基于图像畸变校正的高光谱偏振图像配准方法.首先,分析成像系统成像特点,建立成像模型;其次,消除虚焦模糊现象影响,获取该系统成像模型的畸变系数;最后,根据畸变系数对高光谱图像进行畸变校正,利用SIFT算法实现配准.以灰度差平方和(SSD)为相似度测度,对图像配准精度进行评价,实验结果表明,本文方法配准精度优于基于Demons算法、基于三次B样条FFD算法和基于SIFT算法,是一种有效的、快速的非刚性图像配准方法,既为非刚性图像配准方法提供新参考,也为定焦分孔径同时式高光谱偏振成像系统航拍图像信息解析奠定基础.     

针对红外焦平面非均匀校正的快速图像配准方法

为了解决红外焦平面非均匀算法中出现的运动估值问题,提出了一种新的快速图像配准算法.该算法对传统光流方程计算配准精度的方法作了改进,利用基于投影信息的一维光流方程计算小数像素位移.通过与其他算法的配准效果比较,证实该算法具有配准精度高、计算复杂度低等优点.     

基于矩阵恢复的红外偏振图像分区配准算法

由于红外偏振图像具有灰度分布差别大、特征信息不明显等特点,传统区域或特征的配准算法精度难以满足红外偏振信息解析要求。从图像间相似性出发,以矩阵秩作为图像相似性的度量,提出了一种基于矩阵恢复的红外偏振图像分区配准算法。将一组待配准图像组成变化矩阵,并分解成低秩和稀疏两部分。以低秩变换矩阵核范数与稀疏变换矩阵1范数的和为目标函数,利用增广拉格朗日乘子法求得目标函数值最小时的各区域变换参数,加权平均后得到图像组的配准结果。实验结果表明,该算法配准变换参数误差小于0.02 pixel,且对噪声不敏感。     

基于矩阵恢复的红外偏振图像快速配准算法研究

针对矩阵恢复用于红外偏振图像配准,速度较慢的劣势,提出了一种用于单幅图像快速配准的算法。选取上一次对相同背景图像配准后,得到的一列低秩向量为已知条件,将目标函数减少为求稀疏矩阵的1范数,通过迭代更新得到单幅相同场景下,目标存在一定变化或偏移的图像的配准参数,明显提高了配准的速度。实验结果表明,该算法配准变换参数误差小于0.02像素,单幅图像配准仅需3.31 s,且对噪声不敏感。     

基于畸变校正的高光谱偏振图像配准方法

提出基于畸变校正的高光谱偏振图像配准方法,分析高光谱偏振图像成像特点构建畸变校正模型,依据高光谱偏振图像成像规律运算畸变校正模型,获取初始畸变系数,采用优化目标函数计算初始畸变系数得到最优畸变系数,采用该系数畸变校正不同偏振方向的高光谱图像;为提升畸变校正图像质量,采用后向插值算法-立方卷积插值方法灰度重建畸变校正高光谱偏振图像,在相同波段的重建高光谱偏振图像中选取0°、60°和120°偏振方向的图像,将60°偏振方向的图像作为基准图像,剩余方向的图像作为待配准图像,采用SURF算法实现高光谱偏振图像的图像配准。经过实验分析发现,该方法畸变校正后高光谱偏振图像径向畸变误差均方根最小值是0.438 652个像素,基准图像和配准图像SSD最低数值分别是151.26和157.62,说明该方法畸变校正效果优、配准精度较高。     

相位相关法及其在偏振图像配准中的应用研究

分析了遥感偏振探测的原理和与遥感强度探测相比所具有的优越性,指出了偏振罔像的特点。采用偏振测量方法,可以获得地物的偏振信息,有助于增强对地物的探测能力,但是对罔像像元小对准有很高的敏感性,为了得到可靠的偏振信息,配准的精度应该至少到达0．1个像素。介绍了一种基于傅妒叶变换的配准方法：相位相关法,并把该方法应用于偏振图像配准中。相位相关法根据傅立叶变换的平移性质,能够解决具有平移关系的图像配准问题,实验证明该方法具有对噪声和图像灰度变化不敏感的优点。     

相位相关法及其在偏振图像配准中的应用研究

分析了遥感偏振探测的原理和与遥感强度探测相比所具有的优越性,指出了偏振图像的特点。采用偏振测量方法,可以获得地物的偏振信息,有助于增强对地物的探测能力,但是对图像像元不对准有很高的敏感性,为了得到可靠的偏振信息,配准的精度应该至少到达0．1个像素。介绍了一种基于傅立叶变换的配准方法：相位相关法,并把该方法应用于偏振图像配准中。相位相关法根据傅立叶变换的平移性质,能够解决具有平移关系的图像配准问题,实验证明该方法具有对噪声和图像灰度变化不敏感的优点。     

Co-polar and cross-polar diffraction images in the focal plane of paraboloidal reflectors: A comparison between linear and circular polarization

Equations for the co-polar and cross-polar fields in the focal plane of paraboloidal reflectors when excited by a plane wave are derived for linear and circular polarization, it is shown that for linear polarization the co-polar diffraction image consists of an elliptically shaped bright region followed by dark and bright zones. On the other hand, the cross-polar image consists essentially of four bright spots separated by a dark cross. These theoretical findings were confirmed by measurements. With circular polarization the co-polar diffraction image comprises a bright central circle followed by dark and bright rings, whereas the cross-polar image consists of a dark central circle followed by bright and dark rings. It is also shown that the field distribution in the image space is affected to a great extent by the angular semiaperturepsi'. Graphs of the variation of the image characteristics withpsiare also given.     

红外焦平面阵列非均匀性自适应校正方法

分析基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正方法中的景物退化和鬼影现象,提出了一种基于边缘约束高斯滤波的红外焦平面阵列非均匀性自适应校正方法。该方法设计了一个边缘约束高斯滤波器来获取理想的估计图像,利用最陡下降法得到计算增益校正因子和偏移量校正因子的迭代公式,并通过迭代步长的自适应控制来增快算法的收敛速度。通过仿真实验和真实红外图像处理对比实验表明:相较于目前已有的方法,该方法在有效抑制景物退化和鬼影现象的同时,较好地去除原始红外图像的固定图案噪声,保留了图像细节信息,提高了图像质量。     

利用偏振滤波实现黑白和彩色图像增强

本文提出一种利用偏振滤波法实现零频衰减从而获得图像的边缘增强的方法。制作简单,且可连续控制边缘增强图像的对比度。     

A fuzzy noise reduction method for color images.

A new fuzzy filter is presented for the reduction of additive noise for digital color images. The filter consists of two subfilters. The first subfilter computes fuzzy distances between the color components of the central pixel and its neighborhood. These distances determine in what degree each component should be corrected. All performed corrections preserve the color component distances. The goal of the second subfilter is to correct the pixels where the color components differences are corrupted so much that they appear as outliers in comparison to their environment. Experimental results show the feasibility of the proposed approach. We compare with other noise reduction methods by numerical measures and visual observations. We also illustrate the performance of the proposed method as preprocessing step for edge detection.     

红外焦平面条带状非均匀性校正硬件实现方法

红外焦平面阵列条带状非均匀性严重影响了其成像质量,大大限制了它的应用。实现了一种基于FPGA的红外焦平面阵列条带状非均匀性实时校正系统,该系统以中值红外均衡算法为核心,针对算法以及FPGA的特性进行了优化,单帧内可进行条带状非均匀性的校正,硬件仿真结果表明:处理效果显著。系统处理速度快、资源占用量小,可以作为一个独立模块嵌入到红外焦平面成像与处理系统中,实现条带状非均匀性的实时校正,有很高的实用性与可扩展性。     

基于改进SURF算子的高低分辨率图像配准方法

针对激光三维成像传感器与可见光传感器图像分辨率差异较大,配准过程中特征点误匹配情况严重的问题,提出了一种基于改进SURF算子的高低分辨率图像配准方法。首先,采用双线性插值算法对低分辨率图像进行预处理,然后在经典SURF算子的基础上,采用最近邻向量匹配法完成SURF特征的粗匹配,并基于特征偏移一致性原则对匹配情况做进一步优化,最后结合RANSAC和最小二乘法求出图像之间的仿射关系,利用所求的变换参数插值得到配准后的图像。实验结果表明,该配准方法在保持配准速度的同时,结构相似性测量指数提高了约11%,进一步提高了配准的精度。     

非制冷红外焦平面阵列器件的热时间常数测试方法

热时间常数是基于微测辐射热计的非制冷红外探测器的关键指标参数,它与探测器的最高有效帧频直接相关,因此准确测量热时间常数对于器件设计和应用都有举足轻重的意义。但目前无论是探测器热时间常数的标称值还是基于单元的热时间常数现有方法的测试值,都无法建立与探测器的频率响应特性的直接定量函数关系,以确定探测器工作的最小帧间时间间隔。直接基于阵列器件测量热时间常数的方法,借助低于1/2帧频的斩波调制,通过变频时域采集,快速傅里叶变换（FFT）等常规测试手段,提取有效的电压响应信号,拟合频响曲线,能快速有效地提取热时间常数。通过实测分析,该测量方法具有准确度高、抗干扰能力强、稳定性高、测试用时短的特点,且均采用通用的测试仪器,无需单独制作测试样品,具有较高的推广价值。     

红外焦平面探测器热应力的有限元仿真方法分析

以64×64红外焦平面探测器为例,构建了包含探测器芯片、铟柱、填充胶和读出电路的全尺寸有限元仿真模型,与探测器芯片、填充层和读出电路的简化模型进行对比。研究表明,两种模型在芯片热应力的变化趋势上保持一致。由于铟材料与碲镉汞材料之间的热膨胀系数相差较大,随着芯片尺寸的增大,铟柱的影响逐渐增加,填充层简化模型计算得到的芯片热应力与全尺寸模型的热应力的差距会越来越大。     

基于标定信息的高低分辨率图像配准方法

针对激光三维成像系统分辨率较低,特征点不易提取,同时与可见光成像系统图像配准实时性不高的问题,提出了一种基于标定信息的低分辨率距离图像与高分辨率强度图像配准方法。首先,通过对激光三维成像系统与可见光成像系统进行标定,得到了二者的内参数、外参数以及畸变系数;其次,利用二者的标定信息,通过构造像素匹配模型,确定了低分辨率距离图像像素点所对应的高分辨率强度图像像素点。最后,通过遍历低分辨率距离图像每一个像素点,实现低分辨率距离图像与高分辨率强度图像的像素配准。实验结果表明:该方法在保持准配精度基本不变的情况下,配准时间从2.111 s减为0.856 s,降低了算法的时间消耗,具有一定的可行性。     

Crosstalk detection schemes for polarization division multiplextransmission

Polarization division multiplex (PolDM) is a bandwidth-efficient and sensitive modulation format suitable for upgrading bandwidth-limited trunk lines. We show how control signals for polarization demultiplex can be obtained efficiently. For interleaved return-to-zero (RZ) signals, incoherent crosstalk has to be detected and minimized. In other cases, in particular for non-return-to-zero (NRZ) signals, coherent crosstalk senses penalties much better and should be detected instead. NRZ transmission experiments with either scheme are presented at a data rate of 2×10 Gb/s, with endless polarization tracking. Polarization mode dispersion (PMD) tolerance is also assessed