船舰远程尾流散射光偏振特性的蒙特卡洛模拟

为了研究船舰尾流气泡幕散射光的偏振特性,利用偏振光传输的蒙特卡洛模型模拟了不同偏振态入射光经过船舰尾流时散射光偏振度的二维空间分布模式,分析了偏振度的径向分布与气泡半径、气泡散射系数和气泡幕厚度的关系。研究表明,尾流气泡幕散射光的偏振度的二维分布具有空间方位选择性,不同状态入射光的分布模式差异明显;随着气泡半径的增大,尾流气泡幕前向散射光偏振度二维分布的图像的空间方位选择特性减小;随着散射系数的增大,尾流气泡幕前向散射光的偏振度数值减小;随着气泡幕厚度的增加,尾流气泡幕前向散射光的偏振度数值减小。     

聚酰亚胺薄膜表面微纳米尺度下电荷特性的研究

利用静电力显微镜(electrostatic force microscope,EFM)在微纳米尺度下对聚酰亚胺薄膜表面的电荷起因及特性进行研究.采用Dimension 3100型扫描探针显微镜的导电探针摩擦聚酰亚胺薄膜表面,在薄膜微纳米区域内产生电荷分布.通过静电力显微镜对微纳米区域产生的电荷进行表征,得出探针摩擦速度、探针电压对表面电荷的极性、密度、区域分布有很大的影响.同时也为微纳米尺度下探索聚合物绝缘材料表面电荷生成规律和机理提供了一个新的研究方法和途径.     

基于数字图像处理的水中微气泡参数的测量

对实验室条件下拍摄到的气泡图像进行了一系列的图像处理操作,得到了较为清晰的气泡图像。继而应用扫描法测量气泡的直径,用粒子跟踪测速法(PTV)测量稀疏气泡的运动速率,用粒子图像测速法(PIV)测量高密度气泡的运动速率。以上方法均得到了相应的测量结果,为工业上对微气泡的测量提供了一定的参考。     

基于片光源照明成像的水中群气泡特性测量

研究了舰船尾流分布特性规律,分析了图像法测量舰船尾流气泡参数的难点,提出了片光源照明、高速摄影技术结合的尾流气泡群测量方法.采用空气泵产生压缩空气,并通过微孔陶瓷管释放的方法建立了水中气泡产生及控制平台,系统通过调节空压泵气压,产生不同大小、密度、运动速度的气泡源,并采用片光源、短曝光时间（最小曝光时间为14μs）高速相机对不同气泡源进行了测量分析.结果表明：采用片光源照明、CCD照相技术可对气泡群进行清晰成像,空压泵压力的调节可获取不同尺寸、密度、运动速度的气泡源.     

一种测试等离子体损伤的新方法

开发了一种用于评估等离子体损伤的测试方法。利用电流流经氧化层时会在氧化层产生缺陷,从而导致隧道电流降低的原理,通过测量氧化层的隧道电流,来评估工艺制造过程中等离子体对介质造成的损伤。测量结果用气泡图表示,气泡面积表示隧道电流大小,面积越大,表示等离子体损伤越小。     

基于小波分析的微尺度波斜率波数谱计算

 海面微结构光学测量装置能够获得以颜色表示的海面毛细波和毛细重力波的斜率信息的图像.可以从局部图像计算微尺度波的斜率波数谱.但图像大小有限引起的空间截断导致谱分析时出现频率混叠,表现为数学上的Gibbs现象.本文利用小波分析方法滤除造成频率混叠的重力波,得到海面微尺度波的斜率波数谱.     

基于多融合多尺度特征的高光谱图像分类研究

针对高光谱图像(HSI)波段之间的冗余性给高光谱图像分类结果产生的不利影响,研究基于多融合多尺度特征的高光谱图像分类方法。将采用于主成分分析降维处理的HSI数据作为多尺度特征多融合残差网络输入,利用多尺度特征多融合残差块提取HSI中的光谱特征和空间特征,并组成若干组光谱-空间特征;采用支持向量机展开分类处理,获取各光谱-空间特征的概率输出结果和权重,建立多特征加权概率融合模型,利用最大后验概率获取高光谱图像分类结果。实验结果表明:光谱-空间多尺度特征融合残差块数量为2+2模式、空间输入尺寸大小为9×9,可获取最佳多尺度特征融合残差网络;所提方法抗噪能力较好,可较好体现地物细节信息;且具备较高的高光谱图像分类精度。     

激光全息干涉测定微通道内气液传质

为了进一步理解微通道内气液两相传质过程机理,利用激光全息干涉条纹与流体折射率以及折射率与流体浓度的关系,采用激光显微全息干涉测试系统对微通道入口处Taylor气泡形成过程中的液相侧浓度分布进行了测定。微通道尺寸为深100μm,宽2000μm,长4cm。气相采用CO2,液相使用无水乙醇。利用图像采集系统对干涉条纹的变化过程进行实时记录,并利用自编图像处理软件对干涉条纹图像进行处理,得到了Taylor气泡形成过程中液相侧浓度分布和近界面浓度边界层厚度。结果表明,在Taylor气泡形成过程中有较强的传质发生,液相近界面浓度和浓度边界层厚度均随着气液相流速的增大而减小。结果显示,利用激光显微全息干涉测试系统,对微观尺度通道内部的气液传质过程进行实时测定研究,可得到清晰的图像和满意的结果。     

用前向光散射测量气泡特征参数

根据光对水中气泡的前向散射信号的时域波形特点,提出了一种测量舰船尾流中气泡分布特征和运动状态的新方法,可以准确解算出气泡的尺度和运动速率。该方法具有精度高、方法简单、容易实现等优点。     

基于层次化离散与残差网络的可调谐二极管激光吸收光谱层析成像

快速、准确、适用性强的重建算法是可调谐二极管激光吸收光谱层析成像(TDLAT)的核心研究内容之一。现有算法一般取位于燃烧场中心的某局部区域作为感兴趣区域(RoI),利用整个燃烧场对激光束的光谱吸收值重建RoI这一局部区域内的气体参数分布。重建结果与实际情况存在一定偏差。针对这一问题,该文研究燃烧场的空间层次化离散方法,进而为TDLAT系统设计一种基于残差网络(ResNet)的层次化温度层析成像方案(HTT-ResNet)。该方案能够根据有限数量的光谱吸收测量值完整重建整个燃烧场的温度图像,并对计算资源与燃烧场不同空间区域的成像分辨率进行优化配置,着重实现RoI内温度分布的高空间分辨率成像。利用随机多模态高斯火焰模型与实际TDLAT系统测量数据进行的实验均表明,HTT-ResNet重建的温度图像能够准确定位火焰的空间位置、清晰描述燃烧场的温度分布。     

空间目标临边探测背景红外成像建模与图像仿真

临边红外观测是对辐射强度较弱空间目标的一种有效探测方式,探测临边背景的红外辐射分布规律直接影响目标检测跟踪的效果。通过实测图像对临边背景辐射统计特征进行建模:临边背景辐射亮度在地平线垂直和水平方向具有不同的分布规律,垂直分布与视线切线高度相关,水平方向可近似为正态分布,变异系数取值集中于[0.01,0.05]。基于建模成果提出了一种临边背景红外图像快速仿真方法,实验结果表明仿真图像与实测图像具有较高的一致性,验证了成像模型和仿真方法的有效性。同时,快速仿真方法耗时仅为常规逐像元仿真方法的1/200,能够满足实时仿真的需求。研究结果可应用于红外相机设计和目标检测算法测试等领域。     

偏心摄影验光仪的空间变分析与数字模拟

偏心摄影验光(EPR)是测量人眼屈光状态的一种简便方法。在分析偏心摄影验光仪中新月形的形成过程和瞳孔像的光强分布时,目前所有的方法都是利用几何光学理论并忽略光的衍射作用。为了提高理论分析的准确性,提出一种建立在波动光学基础上的空间变分析法,详细说明了形成新月形的空间变过程,并用计算机模拟出不同屈光度的近视眼瞳孔像及其沿子午方向的光强分布。对比几何光学理论的结论,该方法更为精确。     

Ocean thermal feature recognition, discrimination, and trackingusing infrared satellite imagery

A method for quantitatively measuring ocean surface movement, using sequential 10.8-μm-band AVHRR images, is presented. An ordered statistical edge detection algorithm is used to select ocean thermal pattern features by detecting and mapping gradients and at the same time discriminating between the water surface, land, and clouds. Use of edge detection to select features in this manner reduces the need to perform preprocess screening and masking to remove clouds and land. A constrained correlation based feature recognition scheme is then used to find the best match to the pattern feature in a subsequent image. Surface displacement direction and distance are calculated for each selected point with average period velocity being computed based on elapsed time     

采用最优峰值的相位相关红外图像配准方法

对数极坐标域下的图像配准方法常因相位相关互功率谱呈现多峰分布而影响匹配准确度,为此提出了一种基于区域最优峰值的相位相关红外图像配准方法。首先将待配准图像和参考图像转换到对数极坐标域,其次以自适应巴特沃斯高通滤波为预处理,最后结合归一化互相关和相位相关的相似性测度,在合理截断互功率谱半径轴低数值段的基础上,筛选出最优峰值实现自动配准,同时研究了对数极坐标变换尺寸对匹配性能的影响,给出了最优尺寸变换比。实验结果表明:该算法对噪声污染图像表现出较好的鲁棒性,对于存在平移、旋转和缩放的红外图像具有更高的配准精度。     

基于深度学习的3D打印球形粉末颗粒自动统计与测量

随着金属粉末3D打印技术的不断发展,如何从显微图像中准确提取粉末颗粒的粒形粒径和球化率信息变得越来越重要。文中基于深度学习算法Mask R-CNN,提出了一种电镜图像球形粉末颗粒自动统计与测量的方法。该方法可对单幅显微图像上超过1 000个颗粒进行自动识别,有效检测电镜图像中的遮挡颗粒,并且生成粒径分布、球形度和球化率统计结果。相比传统图像分割算法,颗粒识别准确度提升了23.6%。相比激光干涉仪的粒径分布测量结果,文中提出的方法可以将位于较大球形粉末上黏附的小颗粒也有效识别出来。     

稀疏微波SAR图像特征分析与目标检测研究

稀疏微波成像利用观测场景在空时频极化等表示域上的稀疏先验,通过线性综合测量方式获得比传统Nyquist采样低得多的回波数据,使用优化重构算法恢复观测场景微波图像,相对于传统微波成像体制具有诸多优势。在稀疏微波成像体制下,图像的获取和表征均发生了变化,需要在雷达图像理解现有理论和方法的基础上,研究新的特征分析和认知解译理论与方法。该文分析了稀疏SAR图像的统计特性以及点、线、面等特征的变化情况,对于使用空域稀疏模型重构的SAR图像,统计分布退化,适当降低采样率不影响点、线目标的提取精度。在此基础之上,研究了稀疏SAR图像海上舰船目标检测方法,得益于较弱的背景噪声,稀疏SAR图像的目标检测使用简单的阈值处理即可获得较好的检测效果。      

基于星图模拟的星空目标提取

提出了一种将星图模拟技术应用于星空背景空间目标提取的方法,建立了地基光测设备的星图模拟模型,推导了光轴指向计算和星体到焦平面成像的坐标转换。利用模拟星图生成掩模,对实拍星图处理去除恒星背景。实验证明利用模拟星图能够有效去除恒星背景提取空间目标。     

一种基于混沌映射的快速图像加密算法优化

为了解决现有图像加密算法存在随图像尺寸变大导致加密时间迅速增加的问题,采用基于logistic和Arnold映射的改进加密算法实现了快速图像加密算法的优化。该算法基于两种混沌映射对原文图像进行像素置乱和灰度值替代,像素置乱是按图像大小选择以H个相邻像素为单位进行,通过适当调整H的取值实现加密时间优化;灰度值替代是利用Arnold映射产生混沌序列对置乱图像进行操作而得到密文图像。结果表明,对于256×256的Lena标准图像,加密时间降低到0.0817s。该算法具有密钥空间大和加密速度快等优点,能有效抵抗穷举、统计和差分等方式的攻击。     

基于Nakagami分布的自适应斑点抑制与边缘增强方法

超声图像中的特殊斑点噪声严重影响了图像质量,针对此问题提出了一种基于Nakagami分布的自适应斑点抑制与边缘增强方法.根据斑点噪声的Nakagami分布模型,设计一个基于斑点局部统计特性的自适应滤波器.并应用"窄条"技术以不同方向与长度的"窄条"来近似图像的局部线性特性,滤波区域采用"窄条"代替常用的方形窗口,其中"窄条"的方向由假设试验优化方法确定,"窄条"长度与斑点的局部统计特性相关.实验证明,该方法在抑制斑点噪声、保留与增强图像边缘和细节方面均具有良好的性能.     

基于运动模糊效应的图像测速方法

通过分析影像与成像平面以及地面景物之间相对运动关系,建立了航拍图像运动模糊模型,分析了模糊带宽度和相机运动及曝光时间之间的关系,设计了基于模糊带边缘增强和自相关分析的模糊带宽度测量算法,在此基础上提出了基于运动模糊效应的图像测速方法.给出了实用的测速算法,并分析了像素尺寸、模糊带宽度、相机姿态等对测速精度的影响.与传统的基于多普勒、地形匹配等测速算法相比,此方法无需增加额外设备和保障数据,实现更为简单.算例分析表明,此算法对于速度无剧烈变化的准匀速运动具有较好的测速效果,为飞行器实时飞行速度的测量提供了一种新的解决手段.