基于微偏振阵列的干涉型高光谱偏振成像方法

光谱和偏振辐射特性是实现精细目标识别的重要光学参量,融合光谱和偏振信息分量的光谱偏振成像探测技术有效利用两者的互补性,提高在复杂背景环境下的目标识别能力,在环境监测、军事侦察和大气分析等领域具有巨大的发展潜力。围绕目标的光谱和偏振信息探测问题,研究了一种基于微偏振阵列的干涉型高光谱偏振成像技术。在研究Sagnac干涉型高光谱成像技术的基础上,利用微偏振阵列调制原理引入Stokes偏振分量信息探测。通过分析系统的工作原理,设计了系统的干涉成像光路模型,并对光谱信息反演方法以及偏振信息提取方法进行了讨论分析。搭建了实验装置,对实际场景目标进行了光谱偏振成像实验,得到了较好的实验结果。研究表明:该光谱偏振成像技术不仅具有高光通量、高光谱分辨率的优点,而且能够实现偏振信息的同步获取。     

光谱偏振探测对伪装网的识别研究

为解决传统光强探测手段难以有效探测和识别伪装网这一难题,基于偏振探测技术搭建了光谱偏振探测成像系统,对南方冬季干枯草地背景下的某林地型和荒漠型数码迷彩伪装网进行了实验研究,获得了400~1000 nm波段场景的偏振图像。通过编制的软件对测试结果进行处理分析以提取其中的偏振信息,得到了背景与伪装网偏振度的变化规律。研究结果表明：自然背景与伪装网的偏振特性有较大差别,偏振信息可以增强图像中目标与背景的对比度,提高目标识别的准确率。因此,光谱偏振探测技术可以实现对复杂背景中传统伪装目标的有效探测和识别。     

典型伪装材料高光谱偏振特性实验检测与分析

针对传统检测方法无法在复杂背景下同时获取伪装材料偏振信息与光谱信息的局限性,本文利用高光谱偏振成像技术对典型伪装材料检测并分析其高光谱偏振特性。使用一套分孔径同时式高光谱偏振成像系统,对伪装涂层和伪装网等典型伪装材料进行高光谱偏振检测并解析出伪装材料的9个偏振参量,获得了伪装材料与背景的相对反射率随光谱改变的变化规律。结果表明,利用伪装材料与背景的偏振特性差异,选择合适偏振参量可以增加目标的纹理细节特征并提高其对比度;分析其光谱偏振特性,选择760 nm检测波段有利于快速准确地检测伪装材料。     

采用长波红外高光谱偏振技术的目标探测实验

偏振探测有利于改善对目标的探测和识别能力,是当前国内外研究的重要内容之一。介绍了长波红外高光谱偏振测量的原理,并通过搭建长波红外高光谱偏振测量系统,开展了对涂漆目标和镀铝目标在不同温度、不同观测角度下的高光谱偏振成像实验,获取了有效的实验数据并进行处理分析。结果表明:温度和观测角度对目标的光谱偏振特性有较大影响,目标表面的红外光谱偏振特性随辐射温度差值及探测角度差值的增大而增大,并具有波段选择性。利用目标温度和观测角度的差异对目标光谱偏振特性的影响,可以进行有效的探测与识别,并为探测器的波段选择提供参考依据。     

用于海面目标探测的中波红外实时偏振成像系统研究

海面的强镜面反射导致强烈太阳耀光,造成海面目标探测中目标丢失.针对该问题,利用渥拉斯顿棱镜的分光特性及海面杂波的偏振特性,设计了一种中波红外实时偏振成像系统,经分光在同一探测器上获得两幅偏振态相互正交的目标场景偏振子图像.并通过偏振子图像计算场景偏振度,结合目标与背景的偏振特性差异,为准确识别目标提供依据.结果表明,该系统能够有效抑制太阳耀光,并能够充分利用偏振度实现目标探测.     

白天天体光谱偏振成像技术及实验研究

为了解决白天天体观测能力受限问题,采用光谱偏振成像技术,并结合天空背景偏振态实时测量方法,显著降低大气散射影响,将提高白天强背景下天体探测信噪比和对比度.讨论了针对天空强背景下天体光谱偏振成像探测原理,介绍了相关实验系统,开展了白天恒星光谱偏振成像实验研究,获得了星等为6.33的恒星目标实验结果,并与光谱强度图像进行了对比.实验结果表明了使用光谱偏振成像能够明显改善天体探测对比度,证明了光谱偏振成像技术能够很好地应用于白天天体天文观测研究.     

汗潜指纹紫外偏振反射特性研究(特约)

汗潜指纹是犯罪现场最常见的指印类型,具有特征消失快且不易被检测等特点。根据其特点,使用紫外偏振成像探测技术进行目标检测,相比传统强度图像,偏振参量图像可以提高目标对比度,有助于辨别不同背景中的目标。但紫外偏振成像探测技术对角度、波段及客体材料等较为敏感,所以通过设计合理的实验,分析了汗潜指纹紫外偏振反射特性随角度、波段及客体材料的变化特点。结果表明:汗潜指纹在不同角度下表现出规律的偏振特性;在系统提供的四个光谱偏振通道中,近紫外波段相比之下有很好的可重复性和区分性;不同客体材料偏振特性差异变化较大,对比分析样本的紫外偏振反射特性能有效提高潜指纹的探测和识别性能,为汗潜指纹紫外偏振成像探测技术提供依据。     

红外偏振图像的目标检测方法

红外偏振成像探测通过对目标辐射和反射偏振态的探测,针对传统光学无法解决的问题,在目标检测方面取得高精度的结果,特别是在军事探测中,能够快速地将混杂在自然背景下的人造目标检测出来,以增强对目标的识别。偏振探测中所依据的强度、偏振度及偏振角信息反映出的不同物理特性,具有很强的冗余性和互补性。针对该特性,提出一种红外偏振图像的目标检测方法:首先使用Mean-Shift算法对红外图像和偏振度图像进行聚类处理;然后利用DS证据理论将聚类后的红外图像和偏振度图像中的物体信息充分结合,以区分目标与背景,达到目标检测的目的;最后通过仿真实验图像与小波融合图像结果的对比表明该算法的优势。     

典型背景和目标的长波红外偏振成像实验研究

红外成像可以获得目标的强度信息,偏振成像可以获得目标的偏振信息,二者结合更有利于目标的探测识别。实验选用天空中飞机、海面上船只、草地上车辆三种典型自然背景下的典型目标作为研究对象,并利用自行研制的四通道同时长波红外偏振成像系统实现图像采集。实验结果表明,相对于传统的长波红外成像,长波红外偏振成像具有以下优势:长波红外偏振度图像在一定情况下具有更高的图像对比度,有利于目标的探测识别;长波红外偏振角图像可以突出目标细节,有利于观察者对场景内容的理解;长波红外偏振度和偏振角图像在一定情况下可以抑制杂波干扰,有利于杂波情形下的目标成像研究。     

前向调制散斑偏振关联成像技术研究

近年来,关联成像成为光学成像领域的前沿和热点研究之一,它是一种新型的成像技术,具有广泛的应用价值和前景。偏振探测技术可以提升系统探测识别能力,且具有对不同材质物体的分类能力。将关联成像技术与偏振探测技术相结合,固定探测端偏振配置,使用Hadamard模式照明散斑,对照明散斑进行分时偏振调制,搭建了前向调制偏振关联成像系统。利用该系统对含有多材质物体的场景进行了偏振探测成像实验,利用探测信号与照明散斑计算出了场景的强度和偏振信息。使用演化压缩采样复原技术,在不同采样率下对场景信息进行了复原,在12.5%的采样率下获取了场景清晰的强度和偏振信息。     

AOTF偏振光谱成像数据采集系统设计

偏振超光谱成像技术是一个新兴的交叉技术领域,探索该技术在航天、民用等领域的应用已经成为国内外的重点研究课题,特别是基于声光可调谐滤波器(AOTF)的光谱成像仪,与传统仪器相比,在工作机制和仪器设计上都有着众多的优点。通过研究AOTF的工作原理,分析实验中AOTF偏振光谱成像仪的工作过程,制定了相应的数据采集系统设计方案,并且详细论述了系统基于LabVIEW平台的设计流程,同时给出了各模块的LabVIEW程序设计框图。经过实测实验对系统的功能进行了验证,结果表明:系统能够高效可靠地完成对图像数据的采集与相应仪器的控制,具有一定的研究价值和实用价值。     

基于AOTF分光方式的短波红外成像光谱仪背景辐射特性

由于声光可调滤波器(AOTF)晶体和声电换能器制造工艺的限制,基于AOTF分光方式的成像光谱仪通光孔径和光学透过率较小,导致有效目标入射量较小,此时系统背景辐射的影响不容忽视。具体阐述了系统背景辐射对信噪比及辐射精度的影响,对系统背景辐射量进行了理论分析计算,并通过实验验证了背景辐射的温度特性。最后,提出局部控温的方法来抑制背景辐射的影响,并通过实验验证了其有效性,为工程系统设计提供了必要的参考。文中的研究同样适用于其他有效目标入射辐射量小或系统工作环境温度变化大的红外光谱成像系统。     

基于像素偏振片阵列的实时水下目标成像技术

借助偏振成像可以增强水下目标的探测效果。传统的偏振成像方法需要光学检偏器的机械转动来实现,这限制了其在水下的实时探测性能。采用基于像素偏振片阵列图像传感器开发的相机设计了一种水下实时成像系统。系统通过阵列上排布的四向微偏振片一次性捕获四向偏振图像,从而全局估算背景杂散光的偏振角和偏振度。然后利用偏振信息反解得到杂散光光强,最后借助水下成像物理模型得到去散射后的目标增强图像。实验结果表明,将像素偏振片阵列图像传感器应用到水下成像能够有效增强水下图像的对比度,且成像处理过程实时快速,进一步提高了水下目标的探测效率。     

红外偏振成像在伪装目标识别中的应用研究

红外偏振成像技术可以提高探测伪装或隐身目标的能力。作为对抗红外隐身的侦察手段,它已成为国内外研究的重要内容。通过分析红外偏振成像的进展,提出将红外偏振成像技术应用于目标检测。为了研究伪装目标的偏振散射特征,利用红外偏振成像系统对覆盖和未覆盖军用三色迷彩伪装网的目标场景进行了探测研究。研究发现,红外偏振成像可以作为探测伪装或隐身目标的新途径,其成像效果较好。此外还证明偏振探测技术对复杂背景中低反射率伪装目标的独特识别优势在中红外波段同样成立,而且偏振角成像对伪装网的外形特征非常敏感。     

利用热红外偏振成像技术识别伪装目标

介绍了热红外偏振测量的原理,采用利用偏振信息在红外图像中识别伪装遮障的方法研制了一台热红外偏振成像仪,编写了偏振信息分析软件。利用该系统对地物背景（土壤）中的不同种类金属目标板及红外伪装遮障进行了热红外偏振成像探测实验。结果表明：在利用热红外偏振探测系统获得的Stokes矢量图中, 地物背景、金属目标板及红外伪装遮障的热红外偏振特性各不相同,并且和其红外辐射强度无关,相对红外强度探测更容易从地物背景中识别出金属目标板及红外伪装遮障。     

基于黑体红外偏振特性的定量分析探索

通过基于微面元理论的偏振双向反射分布函数模型,推导分析了物体表面红外辐射偏振传输方程的Stokes表达式,得出物体表面红外线偏振度与表面反射率(发射率)、波长、探测角度以及波长、目标与背景辐射差异等参数的数学关系;针对环境因素对红外偏振度的影响,开展了不同材质以及标准黑体的中、长波红外偏振成像及红外高光谱偏振成像实验,结果表明:黑体表面的红外偏振度与波长不相关,进而提出以标准黑体红外偏振特性作为溯源基准进行红外偏振定量处理的方法.     

线列红外偏振成像系统的设计

作为近年来偏振探测技术研究的新热点,焦平面分割型偏振探测器在增强目标与背景对比度和伪装目标识别方面具有明显效果。基于线列短波红外微偏振探测器,设计了一种以Jetson TX1 为处理核心的成像系统。该系统主要包括控制模块和处理模块。其中,控制模块由探测器驱动板和FPGA控制板构成〗,用于实现探测器信号AD转换和图像信号usb传输等;处理模块采用Jetson TX1平台,用于实现图像信号usb接收、积分时间调节、非均匀性校正、偏振度计算以及GPU并行算法。开展了目标场景红外与偏振成像实验,获得了分辨率为500×268的红外图像和红外偏振图像。     

基于偏振图像的低照度场景多目标检测算法

偏振光反射信息可直接反演目标本征特性,且在传输过程中具备较强的抗干扰特性,因此偏振成像技术可适用于多种复杂环境中的智能监控、交通监察领域。近年来使用深度学习判读图像检测目标的方法迅速发展,已经广泛应用于图像处理的各个领域。本文提出了一种基于偏振图像与深度神经网络算法的行人、车辆多目标检测算法YOLOv5s-DOLP。首先,通过实时获取到偏振图像进行偏振信息解析,获取目标偏振度图像。其次,为增强偏振度图像中检测目标与背景存在高对比度的特性,在主干网络中引入通道注意力与空间注意力,提升网络特征进行自适应学习的能力。此外,使用K-means算法对目标位置信息进行聚类分析,加快网络在偏振度图像的学习速度,提升目标检测精度。实验结果显示,该算法结合了偏振成像和深度学习目标检测的优势,对于低照度复杂场景中的车辆、行人目标检测效果好、检测速度快,对于道路车辆的目标检测、识别与跟踪具有一定的应用价值。