红外成像系统的调制传递函数测试

研究了刃边法测试光学系统调制传递函数(MTF)的原理,提出将改进倾斜刃边法用于红外成像系统MTF的测量。考虑刃边倾斜角度的测量误差和噪声干扰会引起红外系统MTF的测量误差,采用Canny算子、直线拟合和边缘扩散函数(ESF)重构行数变动等方法来提高MTF的测试精度;同时针对ESF与线扩散函数(LSF)提出有效的降噪算法来降低噪声对MTF测试精度的影响,从而系统地降低了MTF的测量误差。搭建了实验平台,以红外成像系统的理论模型和实测参数得到的MTF曲线为依据,实验验证了本文方法的有效性,测试分析了刃边倾角的变化对MTF测试精度的影响。实验结果表明:通过本文方法测试得到的MTF曲线的测试精度为0.010,测试重复精度为0.008,刃边倾角保持在2°~10°。实验结果显示:本文方法有效地降低了刃边倾角的测量误差和噪声干扰对MTF测试产生的影响,测试结果具有良好的重复性。     

基于刃边法计算大气调制传递函数

调制传递函数MTF（ModulationTransferFunction）是描述成像系统空间频率响应特性的重要方法之一。本文为了获得大气调制传递函数,主要运用倾斜刃边法测量灰霍大气对光学成像系统的空间频率响应。详细阐述了倾斜刃边法测量MTF的基本原理,其中边缘扩展函数ESF和线扩展函数LSF是计算图像MTF的理论基础。通过对采集到的灰霾图像进行数据采样、插值和拟合得到ESF和LSF,LSF经离散采样并截取有效长度,进行傅里叶变换得到图像MTF。最终对比演算多组灰霾图像的MTF,可得到大气的调制传递函数。     

一种实用的红外成像系统图像仿真方法

为了实现对红外成像系统静态性能计算机仿真评估,提出一种用于静态红外成像系统图像的生成方法。红外成像系统的调制传递函数（MTF）和噪声是系统图像的主要影响源,针对这一点,对系统调制传递函数和各类噪声源分别进行分析和建模,再根据红外目标和背景的辐射特性建立红外标准图像。通过模型的建立最终得到红外仿真图像,结果表明该方法具有很好的应用前景。     

基于月球观测的FY-2G中波红外波段在轨调制传递函数评价与图像复原

针对风云二号(FY-2)中波红外波段地球目标图像空间分辨率低的问题,提出了从月球图像中提取刃边目标进行调制函数(MTF)计算,根据图像质量评价参数进行图像复原提高图像空间分辨率的方法。首先根据FY-2定位模型设计了月球可视位置算法,搜索到月球图像;通过一阶微分、极值匹配等处理,基于傅里叶变换得到FY-2G中波红外波段在轨MTF评价曲线。然后,根据MTF计算结果,采用维纳滤波器对中波红外波段图像进行复原;以像素平均梯度、功率谱分量和以及图像信息熵作为评价参数,通过3种评价参数的变化确定合理的滤波参数。最后,得到经过MTF复原的高分辨率图像。实验结果显示,应用提出的方法,不仅MTF计算正确,图像复原有效,空间分辨率得到提高,还保证了图像复原前后能量的一致性。     

基于月球目标的FY-2G在轨调制传递函数评估

调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)是客观评价遥感器光学系统在轨特性的主要指标之一。为了避免使用地面目标评估气象卫星在轨MTF时,大气传输对计算结果的影响,研究了使用月球目标来计算其在轨MTF的方法。选择由风云二号G星扫描辐射计(VISSR)获取的不受大气传输影响的月球目标遥感图像,作为刃边法的输入图像来计算VISSR的在轨MTF,并且根据探测器的不同探元,划分不同的子图像,分别计算其MTF特性。实验结果表明,使用月球目标得到的MTF结果为0.320 1,而地球目标由于有大气影响MTF结果仅为0.216 4,月球目标结果明显优于地球目标。且遥感器各探元结果一致性较好,在连续时间内由同一子图像计算的不同探元的MTF结果的标准差仅为0.013 31,表明使用该方法评估的MTF具有稳定性。     

基于点扩散函数的小目标辐射测量

提出了一种基于点扩散函数(PSF)精确测量尺寸很小或者距离很远的一类小目标的红外辐射特性的方法。该方法在已知目标几何形状的前提下,采用倾斜刃边法测得光学系统的点扩散函数;对目标成像和探测器焦平面阵列采样过程进行建模,得到目标在探测器上成像的模拟图像;通过对红外系统捕获的模拟图像与真实图像进行匹配获得最优化估计的目标亮度、尺寸以及中心位置。最后,通过实验对该方法进行了验证。结果显示:圆形目标温度为70℃,理想几何成像直径大于4个像元时,测得的辐射亮度最大误差为2.35%;目标尺寸(面积)最大误差为1.89%。该方法可用于获取目标和背景辐射特性,测试红外成像系统性能,完成图像复原和小目标定位等。     

一种图像融合的实时实现方法

针对可见光和红外图像实时融合的需要,提出了一种实时图像融合系统。该系统由成像和图像处理两部分组成。成像部分使用同一孔径以减少视差效应,并采用分光器以使红外和可见光传感器共用同一光路。图像处理利用FPGA实现了一种基于拉普拉斯塔形分解的图像融合方法,实现了对两路PAL制黑白视频图像实时进行融合。和Matlab中双精度运算结果相比,该系统的输出结果可达约50dB的信噪比,满足实际的工程应用。     

锥束CT系统PSF的多孔成像测量与评估方法

针对实际锥束CT系统成像质量退化的问题,提出一种基于多孔成像的方法测量并评估锥束CT系统的点扩展函数(point spread function,PSF).首先针对平板探测器(flat panel detector,FPD)的PSF进行测量,设计了针孔测量装置,并据此提出一种简便的基于图像恢复的针孔成像PSF测量方法;然后分析了一般条件下锥束CT成像的PSF,提出面向切片图像恢复质量的多孔成像PSF测量与评估方法,并建立了任意直径针孔测量PSF的计算模型.实验结果验证了该方法的可行性,并得到了可恢复出较高质量切片图像的锥束CT系统PSF.     

基于不变矩特征匹配的目标定位方法(英文)

红外成像匹配辅助导航系统中由于基准图像和实时图像是从不同的观测角度,在不同时间、不同高度条件下获取的,实时图像与基准图像之间会产生仿射变换与像质差异,增加了成像匹配的难度.为了提高实时图像与基准图像的匹配正确率,提出了基于改进不变矩特征的成像匹配方法.从红外成像的基本原理出发,重点讨论了实时红外图像地面分辨率不同对统计不变矩特征不变性的影响,并从理论上推导出了6维不变矩特征向量的表达式.综合得出,在一定的条件下,该特征向量对平移、旋转、加噪、分辨率变化等多种复合变换下的图像具有不变性,可以作为成像匹配定位应用的特征量.文中选用Camberra距离作为实时图像和基准图像匹配测度,仿真实验部分验证了方法的可行性和正确性.     

基于小波变换的实时图像融合技术的实现

提出了一种针对可见光和红外图像实时融合的系统。该系统由成像和图像处理两部分组成。其中,成像部分使用同一孔径以减少视差效应。并采用分光器以使同一光路光分别在红外和可见光传感器上成像。在图像处理部分。首先对两路图像进行配准、同步处理。然后在FPGA内部实现了一种基于小波分析的图像融合方法,实现了对两路视频图像实时进行融合。和Matlab中双精度运算结果相比,该系统的输出结果可达约43dB的信嗓比。满足实际的工程应用。     

适用显微镜质量测试的高分辨率测量镜头设计

利用Zemax光学设计软件设计了一款适用于光学成像尺寸为38mm的互补金属氧化物半导体(CMOS)型工业相机的高分辨率测量镜头,该工业相机用于自动化定量分析检测显微镜像差。通过数码图像处理的方式去评判显微镜物镜性能的好坏。在满足性能要求基础上,对普通的测量镜头结构加以优化,使得测量镜头拥有非常高的分辨率。该镜头焦距为36mm,后工作距约为32mm,视场像面高度为36mm,在90lp/mm处,中心视场调制传递函数(MTF)值大于0.45,边缘视场MTF值大于0.25。     

铁谱磨粒图像多焦点融合算法研究

铁谱分析技术是一种常用的磨损监测技术。受限于高倍物镜下的景深限制,一张铁谱大磨粒图像往往只有局部聚焦清晰的特征。为了能够解决在高倍物镜下铁谱大磨粒图像的自动化清晰采集以及高质量图像融合问题,设计并构建一套自动化扫描显微系统,该系统可进行多焦点铁谱图像的自动扫描采集;同时,提出一种基于相位一致性的铁谱磨粒图像多焦点融合算法,对自动扫描的多焦点图像进行融合,得到清晰的磨粒图像。实验结果表明,设计的自动化扫描显微系统能快速完成多焦点铁谱图像的自动化采集流程,提出的图像融合算法相较于传统的小波图像融合算法具有更高的图像评价质量,并能获得更加清晰的图像边缘信息。     

胶片摄影空间相机动态成像质量评价

对以胶片为图像载体的可见光高分辨率空间相机来说,除光学系统本身的像质和胶片分辨力对相机的最终成像质量产生影响外,相机的像移补偿机构、像移速度控制系统、最佳成像焦面位置的确定等都对相机的最终成像质量产生影响,通过对胶片式可见光高分辨力空间相机整机系统的成像理论进行分析探讨,采用光学传递函数的方法进行相机整机系统的像质评价及像面位置的准确标定。详细给出了空间相机的实验室检测和在轨摄影的动态摄影传递函数及数据分析结果,通过理论值与此方法分析出的传递函数值作对比,证明了胶片摄影刀口阴影经付立叶变换等方法处理所得MTF的方法可以用来评价空间相机的动态成像质量,对用实验室实测的相机动态MTF结果来预估相机在轨动态MTF及在轨摄影分辨力方面做出了有益的尝试。     

一种红外场景仿真系统工作状态寻优方法

红外场景仿真系统的成像质量关系着仿真实验的质量。对红外场景生成装置的主要技术指标进行测评,主要包括时间特性、空间分辨率、空间均匀性、几何畸变等,这些指标可以全面反映仿真系统的技术性能。为了在实际应用过程中迅速、简洁地确定仿真系统的最佳工作状态,提出了一种客观评价算法,通过采用标准红外成像设备对仿真系统进行探测成像,与场景生成器所仿真的实物场景进行对比,实现对场景仿真系统的定性评价和标定。实际应用表明,该方法便于每次使用之前进行系统标定,可以快速、便捷确定仿真系统的最优工作状态。     

基于波前编码技术的红外系统温度敏感性的研究

波前编码技术是在成像系统的光阑面插入一个非球面相位板,得到一个中间模糊图像,并通过数字图像处理得到清晰图像。波前编码使得成像系统对很多离焦像差不敏感,例如温度引起的像差。这使得该技术可以应用于红外成像系统中,同时可以增大系统的焦深。设计了一个有效焦距f′为35mm,光圈F为2,工作波长为8~12μm的红外成像系统,并且通过数值模拟温度-20°C至60°C的改变,得出波前编码系统在不同温度不同物距下的MTF和PSF基本一致,最后通过数字滤波,可以在大温差的情况下重建大景深清晰图像。