1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
可调谐半导体激光器是可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）系统的重要器件之一，激光器输出波长的稳定性直接决定系统测量的准确性和稳定性，而注入电流和工作温度是激光器输出波长的主要控制因素。设计了激光器驱动控制电路，并利用PID控制实现激光器工作温度的恒温控制，不仅能提供高精度低噪声的注入电流，而且对激光器有完备的安全保护功能。首先对注入电流和温度控制进行了短期测试分析，随后将设计的电路应用于中心波长为1512 nm的激光器，开展了测试分析，对激光器的温度、电流调谐特性进行研究，并对激光器输出波长的稳定性进行了短期和长期测试。结果发现激光器输出波长的标准偏差为0.0002，满足TDLAS系统对激光器恒流恒温控制的要求，表明该驱动控制电路实现了对半导体激光器的高精度驱动控制。
光电子学 可调谐半导体激光器 电流驱动 TEC恒温控制 optoelectronics tunable semiconductor laser current drive TEC temperature control
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
光学合成孔径成像系统是利用多个小口径望远镜排列成稀疏孔径阵列来增大系统等效口径, 从而实现大口径光学系统的高分辨成像效果。子孔径间的共相误差探测是实现合成孔径系统高分辨率成像的重要前提, 该技术一直是该领域研究人员关注的焦点之一。新兴的人工智能及大数据技术为合成孔径成像系统共相误差探测提供了新思路和开辟了新方向。本文在简要回顾合成孔径成像系统共相误差探测方法的基础上, 介绍和分析了近年来深度学习技术在合成孔径成像系统共相误差探测方面的研究进展, 并对未来发展方向进行了总结和展望。
大气光学 合成孔径 共相误差检测 深度学习 卷积神经网络 atmospheric optics synthetic aperture co-phasing error detection deep learning convolutional neural network
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院 月球与深空探测重点实验室，北京100101
3 一汽-大众汽车有限公司，吉林长春10011
4 安徽农业大学，安徽合肥230036
为了实现天问一号高分辨率相机在大椭圆轨道下对火星表面高质量成像，建立了基于火星的大椭圆轨道像移计算模型。对大椭圆轨道和像移计算方法进行研究。首先，根据大椭圆轨道的特点，分析大椭圆轨道与近圆轨道存在的差别。接着，依据椭圆特性和角动量守恒原理计算高分辨率相机到火星中心的距离、椭圆运动轨道速度、轨道速度与离心速度的夹角。然后，根据齐次坐标变换的方法将火星景点坐标系与高分辨率相机坐标系建立联系，通过对位置关系的求导得出像移速度。最后，通过动态成像试验验证了像移补偿计算方法的正确性和对图像质量的影响。实验结果表明：大椭圆轨道像移补偿计算方法正确；动态传函大于0.1，满足动态传函不小于0.1的指标要求；像移匹配（Modulation transfer function， MTF）最小值为0.953，满足不低于0.95的指标要求。
像移补偿 大椭圆 高分辨率 火星 齐次坐标 image motion compensation large elliptical orbit high resolution Mars homogeneous coordinates
安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230031
基于深度学习的波前复原方法是利用训练好的卷积神经网络(CNN)模型并直接根据输入的光强图像得到波前像差的Zernike系数,不需要进行迭代计算,方法简单易于实现,便于快速获取相位。CNN的训练是通过对大量畸变远场光强图像和其对应的Zernike波前系数数据进行训练,自动提取光强图像特征,学习光强和Zernike系数的关系。本研究基于35阶Zernike大气湍流像差,建立了基于CNN的波前复原模型,通过分析该方法对静态波前畸变的复原能力,验证了基于CNN的波前复原方法的可行性及复原能力。
成像系统 自适应光学 波前复原 深度学习 卷积神经网络 非迭代复原方法 激光与光电子学进展
2020, 57(8): 081103
1 安徽农业大学 信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
相邻两片成像传感器的拼接区能够形成具有相同目标景物的图像, 是提炼像移信息的关键, 具有相同目标景物的图像并非贯穿于每次成像任务全程, 无相同目标景物期间的像移估计问题仍然存在。提出基于遥感图像及工程参数的全局像移探测算法, 试图对包含无相同目标景物期间在内的像移进行全覆盖探测。根据拼接区成像特点, 将成像过程分为无相同目标景物和有相同目标景物两个阶段: 在无相同目标景物阶段, 利用工程参数计算像移的低频分量, 建立基于拼接区图像和像移低频分量的目标函数, 衡量像移曲线与低频分量之间的偏离程度; 采用最速下降法搜索偏离度最小值点, 作为无相同目标景物期间像移的最优估计; 推导有相同目标景物期间的像移计算公式, 利用无相同目标景物期间的估计值求解像移。以XX-1号空间光学遥感器为实验对象, 检测到0.133 Hz、7 pixels左右的像移, 可探测的时间范围包含最初226 ms的无相同目标景物阶段, 且显著削弱了盲点处的像移测量偏差。实验结果证明, 提出的算法能够对包含无相同目标景物期间的全局像移进行有效测量。
遥感图像 工程参数 全局像移 像移探测 remote image engineering parameters global image motion image motion detection
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
以不同像移探测需求为导向,梳理了像移探测方法的发展脉络,将像移探测历程划分为基于工程参数的像移计算、基于联合相关器的像移估计和基于遥感图像的像移探测三个阶段;客观分析了每个阶段所解决的问题及面临的瓶颈;结合空间相机的发展趋势,剖析了目前像移探测方法中迫切需要解决的三个关键科学问题,为宽频带像移探测提供了一种可能的研究思路。
测量 空间相机 像移测量 平行观测图像 带宽 激光与光电子学进展
2019, 56(8): 080006
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 农业部农业物联网技术集成与应用重点实验室, 安徽 合肥 230036
提出了一种基因表达式编程寻优的色调对比度增强算法。选用多幅低照度图像作为参考图像,将该方法与自适应直方图均衡化、同态滤波、多尺度Retinex和带颜色恢复的多尺度Retinex等方法的实验结果进行了比较。所提算法的峰值信噪比、结构相似度和基于局部方差质量指数的平均值分别为25.93、0.75和0.87,均优于其他算法,在主观上亮度和对比度都更自然,更符合人眼视觉特性。该算法可广泛适用于低照度环境下的机器视觉领域。
机器视觉 图像增强 基因表达式编程 低照度 激光与光电子学进展
2019, 56(9): 091502
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
提出了基于双重约束函数的无重叠图像期间的颤振估计算法。建立了视差图像与低频颤振相结合的双重约束函数,以评价无重叠图像期间颤振曲线的平滑度;采用共轭梯度法筛选颤振曲线平滑度最优解,并以此作为无重叠图像期间颤振的最佳估计;建立了无重叠图像期间与重叠图像期间颤振之间的函数关系式。以我国XX-1号可见光详查相机为例进行实验,颤振探测结果在被测颤振的频率既不等于也不接近特征频率的整数倍处具备有效性,证明了所提算法能够对无重叠图像期间非特征频率整数倍及其附近处的颤振进行有效探测。
卫星颤振 颤振估计 无重叠图像 电荷耦合器件拼接区
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对基于时间延迟积分(TDI)传感器重叠区图像的像移测量方法的多解性问题，提出了以光滑性评价函数最小值为像移解的多解去除方法。根据像移测量原理，探析了像移测量方法的多解性；新增了光滑性评价函数，评价像移曲线的光滑性；以共轭梯度法求解的光滑性评价函数的最小解为像移解，实现从多个伪解中提取真实解；实验结果表明像移测量结果唯一，且测量误差为0.13 pixel，证明了以光滑性评价函数最小值为像移解的多解去除法的有效性。
传感器 空间相机 像移测量 多解性 光滑性评价函数 共轭梯度法 光学学报
2014, 34(12): 1212002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了对由飞船振动引起的空间相机像移随时间变化规律进行分析，在NASA对Landsat-4卫星平台振动在轨测试结果的基础之上，提出了连续谱及各级非严格整数倍频谐波线性相加的焦面干扰力功率谱模型，推导出了相应的焦面干扰力时域模型，依据刚体运动学原理，建立了连续谱分量和各级非严格整数倍频谐波的线性相加的空间相机焦面像移模型。实验证明了由飞船振动引起的像移模型的正确性。
测量 飞船振动 空间相机 像移模型
