光电成像中的一种编码解码方法

本文提出了光电成像中的环形编码孔径编码成像及图像恢复处理方法。实验表明,利用该方法成像可以在保证高分辨率的情况下,具有较高的集光效率和信噪比,成像效果很好。     

基于盲估计和双边滤波的SAR图像稀疏降噪

合成孔径雷达（SAR）在成像过程中由于固有成像机制的缺陷导致图像被乘性噪声污染，图像噪声对后续目标检测识别等处理过程造成了阻碍。现有的去噪算法存在不能自适应估计噪声大小和对边缘保持效果不理想的问题，如何自适应处理不同噪声水平的图像是一个研究难点。提出一种基于盲估计和双边滤波的SAR图像稀疏去噪算法。首先利用双边滤波得到具有良好边缘保持特性的预处理图像；接着利用盲估计获取图像全域噪声水平，将其充当稀疏重建过程中的残差阈值；最后利用稀疏编码和字典学习算法，用尽可能少的原子信息来表示图像，达到图像去噪的目的。实验结果表明，结合了盲估计的稀疏重建算法不仅有效去除了图像噪声，使等效视数获得了显著提升，而且峰值信噪比和边缘保持指数也有良好的表现，有效保留了原图的细节纹理信息。     

多孔径压缩编码超分辨率大视场成像方法

多孔径成像是一种融合了仿生复眼视觉的新型成像方法,具有小型化、大视场、高分辨率等多种优势,但由于每个子孔径对应的单元图像分辨率过低,导致其成像质量和视场角的提升十分有限。为了进一步提高成像分辨率和探测视场,基于压缩感知理论设计随机编码模板,并紧贴子孔径放置对入射光场进行调制,通过单次曝光记录编码后的低分辨率单元图像阵列,利用稀疏优化算法,重构所有低分辨率单元图像获得超分辨率大视场图像。理论分析和仿真实验证明了该方法的有效性。该方法不仅能兼顾大视场高分辨率成像,而且大大缩小系统等效焦距,具有薄层结构,体积小而重量轻,可为微光机电一体化系统的研制设计提供借鉴。     

多值压缩编码孔径超分辨率成像方法

针对近期提出的基于压缩感知(CS,compressed sensing)理论的压缩编码成像方法在重建后引入较多类似于噪声的伪影(artitacts)问题,为了使压缩编码成像方法获得更好成像质量的图像,本文提出一种改进的压缩编码成像方法。本文方法将多值模板(MVM)代替二值模板来增强编码质量,并利用自适应全变分(TV,total variation)去噪方法去除重建后的高分辨率图像的伪影。实验结果表明,这种方法很好地改进了压缩编码孔径(CCA)的成像质量,并且大幅提高了图像的信噪比(SNR)。     

机载合成孔径雷达大斜视高分辨率重叠子孔径成像算法研究

该文提出了一种结合图像二维几何失真校正和空变相位误差补偿的大斜视、高分辨率机载合成孔径雷达重叠子孔径成像处理方法。其运动补偿过程不需要实时调整雷达参数,易于工程实现。整个成像处理过程融合了基于频谱分析的分步变换技术,以线性距离多普勒算法生成子孔径图像为前提,根据转台成像的基本原理,通过固定参考系下地理坐标的变换和定位,实现了不同子孔径图像之间散射点的距离和多普勒对准,并有效地补偿了空变剩余相位误差。点目标仿真和实测数据成像结果证明了该处理方法的有效性。     

雷达小知识

（一）稀布阵综合脉冲孔径雷达Sparse array synthetic impulse and aperture radar一种采用正交编码全向发射，接收用匹配滤波处理获得发射和接收天线阵方向图的雷达。采用大孔径天线阵列稀疏布阵，各发射阵元为全向天线，辐射一组相互正交的宽脉冲信号，在空间形成无方向性的均匀照射；各接收单元也是全向天线，各路接收通道对不同方向、距离的回波信号进行匹配滤波处理，     

光声层析成像的信号处理

报道了采用滤波反投影的光声层析成像的信号处理方法，为了还原空间位置的光声信号，声探测器接收到的光声信号和探测器的脉冲响应在频域进行逆卷积处理；由于光声信号相对于触发时刻的延迟时间就是光声源到探测器的走时，重建时根据光声信号的延迟时间以及声速的距离，把速度势信号反投影到与探测器等距离的圆弧上。通过多个角度的反投影，能够重建出光声源的图像，但是由于反投影时光声信号投影到没有光声源的地方产生伪迹信号，模糊了光声源图像的边界，降低了图像的分辨率和对比度。因此在反投影之前采用CT成像中的R-T空间滤波函数与光声速度势信号进行卷积处理，然后再进行反投影成像；这种方法降低了由反投影带来的伪迹。应用这些处理方法，获得了埋藏深度为12mm的四个光吸收体的二维光声层析成像。     

DMD编码哈达玛变换高灵敏成像

为了增强探测器在微弱光信号条件下的成像质量,提出了一种利用哈达玛变换(Hadamard Transform,HT)实现高灵敏探测的成像方法。基于探测器噪声独立于信号,且每次测量噪声也相互独立的假设,分析了在哈达玛编码成像与经典成像中,噪声对图像信噪比的影响。推导出编码成像的信噪比提升与编码模板长度n有关,约为经典成像信噪比的n/2 倍。同时采用分区编码的方式,减小了高分辨率图像的编码时间。实验结果表明,与经典成像方式相比,采用分区编码的哈达玛变换成像方法明显的提高了图像的信噪比,同时可以在高分辨率图像条件下,缩短编码时间。     

多谱段共孔径跟踪/引导系统光学设计

共孔径光学结构可以充分利用长焦距、大孔径光学系统高分辨率的特点,是光学系统发展的重要方向之一。文中设计了一套可见光成像、激光成像和激光测高共孔径的跟踪引导系统。共孔径设计结合了高分辨率的可见光系统与高测量精度的激光系统,使系统既可以获得目标的高清图像,又可以得到目标的相对位置信息。同时,共孔径光学结构可以压缩系统尺寸,降低光学系统在跟踪过程中的转动惯量,有利于系统的整体实现。可见光子系统的焦距1 200 mm,F数6,视场1.2;1 064 nm激光成像子系统焦距1 500 mm,F数7.5。各系统的成像质量均接近衍射极限,并通过公差分析验证了系统的公差分配结果。     

基于多视点伪序列的光场图像压缩

近年来，作为一种能够提供更富有沉浸感的多媒体媒质，光场图像（Light Field Image，LFI）引起广泛的关注。针对光场图像数据量巨大的问题，本文提出了一种基于多视点伪序列的光场图像高效压缩方案。在编码端，所提方法首先将光场相机捕获得到的原始光场图像根据相机的微透镜阵列分解成子孔径图像。接着根据子孔径图像存在较强视点内和视点间相关性，选取部分子孔径图像进行多视点伪序列构建，基于MV-HEVC设计适用于多视点伪序列的预测编码结构进行编码。在解码端，所提方法基于已解码多视点伪序列通过视频帧插值方法重建出未编码传输的子孔径视图，从而重建出全部光场图像。实验结果表明本文所提算法优于现有基于视差引导稀疏编码的光场图像压缩方法，BD-rate平均节约18.5%，BD-PSNR平均提高1.28dB。      

基于空域变换的超分辨成像系统

传统的超分辨成像系统易受外界环境影响,抗噪效果差,输出的超分辨图像清晰度较低,基于此设计基于空域变换的超分辨成像系统,系统先将激光集中在孔径光栏上射出,通过聚光镜汇聚激光,根据分光镜和辅助镜将激光聚焦在显微镜焦平面上,依照物镜将激光束转变成平型光,使平行光能够均匀照射测量样品上,采用显微镜和辅助物镜处理从样品表面反射的带有样品信息的激光,最后通过分光镜反射带有信息的激光,反射光束在CCD上显示成像,核心处理器是FPGAWie的图像采集模块,采集CCD传输的视频图像后,通过通用并行接口将采集的视频图像数据传输到图像处理模块,该模块通过空域变换方法处理图像,获取超分辨图像,最终传输到计算机上进行显示。经过实验分析发现,该系统图像稳定性和图像清晰度平均值分别是98. 538%和99. 19%,干扰信噪比为16 d B时,该系统成像时间最短为6. 57 ms,说明该系统成像清晰度高、抗干扰性能优。     

均匀分布狭缝阵列编码光谱成像系统的仿真与验证

为解决传统色散型高光谱成像仪扫描速度慢和编码孔径光谱成像系统存在部分信息失真或丢失、光谱重构复杂度高等问题,设计了一种基于均匀分布狭缝阵列的光谱成像系统,在编码孔径光谱成像系统的基础上,采用微位移电机控制阵列编码狭缝对成像视场进行微扫描,以实现光谱不混叠成像,在满足一定成像帧频的条件下实现动态场景的无损探测.仿真结果表明:在光谱图像重构质量与单狭缝系统结果一致的前提下,该系统的采集效率提升了 17倍;空间结构相似度和光谱保真度分别是50％压缩采样率编码孔径光谱成像系统的1.8倍和1.17倍,在完成仿真的基础上,搭建实验装置进行了可行性验证.     

基于噪声分析和稀疏正则化的图像盲复原方法

在海事搜救过程中,机载红外相机拍摄的红外图像由于直升机振动、气流扰动、高速飞行以及红外相机摆扫等因素,严重影响图像质量.根据直升机载红外相机成像特点,提出了一种基于噪声分析和稀疏正则化的图像盲复原方法.该方法首先分析了成像过程中的噪声分布,并对噪声进行预处理,再根据稀疏表达理论,用图像边缘的稀疏先验信息指导点扩散函数复原,接着通过非盲复原方法得到目标图像,将目标图像作为下一次迭代的输入图像,如此循环迭代得到清晰图像.最后,对仿真模糊图像和实拍模糊图像进行了复原实验.实验结果表明这种方法能有效改善图像质量,并且在处理实拍运动模糊图像时,相比其他复原方法效果更好.     

基于高阶马尔可夫随机场及非线性压缩感知的相位恢复算法

在编码衍射成像系统中,为精确重构复图像的幅值和相位,需获取大量的编码衍射图样,导致数据采集时间长.为减少编码衍射图样的数量,本文基于非线性压缩感知理论框架,利用高阶马尔可夫随机场统计先验模型,提出了一种鲁棒相位恢复算法.该方法将复图像的幅值和相位分别进行正则化,并将数据保真项与幅值和相位正则项结合作为代价函数,采用Heavy-Ball算法求解所对应的非凸优化问题.实验结果表明,本文算法在编码衍射图样较少的情况下仍能获得较高的图像重构质量,且对噪声鲁棒.     

多分辨率图像锥的FCM聚类图像分割算法

模糊C-均值（FCM）聚类算法是一种基于像素分类的图像分割方法，在分割的过程中，仅仅利用了像素点的灰度信息，但在灰度密度丰富变化和图像的对比度不明显的情况下，物体和背景的分布将相互重叠而密不可分，往往得不到满意的分割效果。为了解决上述问题，现提出了一种基于多分辨率图像锥的模糊C-均值聚类图像分割算法。该方法利用多分辨技术产生多分辨率图像锥，将图像从空间信息引入，考虑图像的局部特性，使分割算法局限于图像的子图像中，物体和背景比单纯运用FCM更容易区分，且算法稳定性高，速度快。     

镜面反射综合孔径成像方法研究

常规的综合孔径成像方法需要进行相干探测,阵列单元为结构复杂的超外差结构,随着成像频率的增加,其研制难度和性能要求将限制综合孔径成像技术在高频段的发展。文章提出的镜面反射综合孔径成像方法采用非相干探测方法,通过探测器阵列或单元扫描对目标场景进行幅度(功率)探测即可获得可视度函数,然后通过成像反演方法获得场景的亮温图像。镜面反射综合孔径成像方法使用的非相干探测单元结构简单,实现难度低,可避免在高频段实现综合孔径成像的难点。镜面反射综合孔径成像方法相比常规综合孔径成像方法实现相同的成像结果可节约一半的天线阵列孔径,并且最少只需一个阵列单元即可实现综合孔径成像。通过理论分析、仿真计算和点目标源成像实验对镜面反射综合孔径成像技术进行了研究。镜面反射综合孔径成像技术为实现综合孔径成像技术提供了一种新途径。     

一种舰船目标SAR图像的仿真方案

对舰船目标的合成孔径雷达（SAR）图像（复值）进行再处理,可以对舰船目标进行更精细的成像及轨道计算。开发这些算法需要大量的测试图像。但是由于实验条件的限制,这些图像的数目非常有限,因而研究舰船目标的SAR图像仿真就显得十分必要。提出了对舰船目标的SAR图像进行仿真的一种方案。首先通过仿真舰船目标的SAR成像过程以得到舰船目标的SAR图像,接着根据海杂波SAR图像的统计特性对海杂波的SAR图像进行仿真,最后将两者叠加以获得海面舰船目标的SAR图像。仿真结果显示了该方案的有效性。     

正负步进频率编码信号及其处理

本文讨论了步进频率编码信号的模糊函数,提出了一种正负步进频率编码信号及其处理方法。该信号克服了常规步进频率编码信号存在距离一速度耦合的缺点,具有较高的目标距离－速度联合分辨力和较强的杂波抑制能力,并且采用相应的信号处理方法可同时完成对目标速度的精确测量。