1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，江苏 南京 211106
2 南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏 南京 211106
伪装目标与背景的综合相似度能够衡量伪装目标与周围背景之间的特征差异，综合相似度越高，目标与背景的融合程度越高，目标伪装效能越高。组合使用目标及背景图像的亮度、颜色、纹理、形状、尺寸、结构、直方图等7个典型特征来表征目标伪装特性，采用与其相应的相似度量法得到各个特征相似度，采用熵权法客观确定不同特征指标权重，线性加权得到伪装目标与背景的综合相似度，从而获得量化的目标伪装效能评估结果。不同背景、不同侦察距离、不同目标姿态下的多组实验表明：所提伪装目标与背景的综合相似度具有与目标发现概率一致性、与探测距离一致性、背景鲁棒性，证明了所提方法的正确性和有效性；并通过对比实验验证了该方法的可靠性。
伪装效能评估 综合相似度 可见光谱段 伪装目标 熵权法 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0430001
南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，江苏 南京 210016
针对高精度遥感应用中含云大气波段辐射传输计算成本较高的问题，提出单次散射参量极大相关k分布优选算法（SSP-MCKD）。通过分析不同环境条件下含云大气消光系数、单次反照率和不对称因子等参量在光谱分布上的相关性，将CKD理论从单一吸收系数扩展至多种光谱参量。根据对单次散射源函数的影响程度，优选各条谱线的极大相关光谱参量并进行分组重排，在组间和组内求解平均等效参量和求积权重。实验结果表明：与算法和云层属性参数化的相关k分布算法相比，SSP-MCKD适用于吸收、半吸收和透过等各类波段，收敛速度最快；在不同高度云层场景中，辐射亮度平均误差低于2%；在不同类型云层场景中，辐射亮度平均误差低于6%。SSP-MCKD在适用性、稳定性及计算精度方面均具有明显优势。
遥感 含云大气 波段辐射传输 相关k分布 单次散射源函数 极大相关参量 光学学报
2023, 43(18): 1801001
1 中国科学技术大学 生物医学工程学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院 苏州生物工程技术研究所，江苏 苏州 215163
3 长春理工大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130022
4 季华实验室，广东 佛山 528200
5 徐州医科大学 医学影像学院，江苏 徐州 221004
对于高灵敏原子磁力计极弱磁测量，激光温度的精确稳定控制是一项必不可少的工作。激光温度不稳定会导致激光波长波动和漂移，从而降低原子磁力计的灵敏度。为了降低激光器温度波动对原子磁力计的影响，本文设计并实现了一个基于ADN8834温度控制芯片的高精度DBR激光器自动温度控制系统。首先，基于ADN8834和高精度模/数转换芯片LTC2377设计了温度反馈电路，成功采集到了与温度对应的模拟电压信号并将其转换为数字信号送入FPGA。然后，在FPGA中实现了增量式数字PID算法，自动计算温度控制信号。最后，设计了数/模转换电路将该温度控制信号转换为模拟信号传递给ADN8834，ADN8834输出加热或冷却信号来控制半导体热电制冷器，从而实现闭环温度自动控制。实验结果表明，当目标温度分别设定在20，25，30 ℃时，该温度自动控制系统的温度稳定性均在±0.005 ℃，测试DBR激光器输出波长稳定性范围为±2 pm。该激光器自动温度控制系统温度稳定性高，且操作方便，设计灵活，基本满足原子磁力计系统对激光温度控制器的要求。
ADN8834 数字PID算法 温度控制 半导体热电制冷器 ADN8834 digital PID algorithm temperature control TEC
1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，江苏 南京 211106
2 南京航空航天大学航天学院，江苏 南京 211106
3 哈尔滨工业大学空间光电工程中心，黑龙江 哈尔滨 150001
为解决遥感图像小目标检测中目标特征信息量少、定位困难等难题，提出一种基于特征融合与注意力机制的遥感图像小目标检测算法FFAM-YOLO（Feature Fusion and Attention Mechanism YOLO）。该算法首先针对主干网络特征提取有效信息量少、特征图信息表征能力弱的问题，构造特征增强模块（FEM）以融合较低层级特征图中多重感受野特征，提升算法主干网络的目标特征提取能力；其次，主干网络提取得到高低层级特征图后，建立重构算法的高低层级特征融合结构，利用特征融合模块（FFM）显著增强小目标的特征信息；在增强的有效通道注意力机制（E-ECA）与空间注意力模块（SAM）所组成的级联注意力机制（ESM）作用下，可更精确地捕获小目标特征；最后在输出的两路特征图上进行小目标检测并输出结果。实验结果表明，基于构建的遥感图像小目标数据集USOD（Unicorn Small Object Dataset），所提算法的查准率达到91.9%，查全率达到83.5%，检测框与真实框之间的交并比阈值（IoU）为0.5时的平均精度（AP）为89%，IoU为0.5∶0.95时的AP达到32.6%，检测速率达到120 frame/s，具有一定的鲁棒性和实时性。
机器视觉 小目标检测 遥感图像 特征融合 注意力机制 特征增强 光学学报
2022, 42(24): 2415001
1 南京航空航天大学 空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，南京206
2 南京航空航天大学 航天学院，南京11106
3 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心，哈尔滨150001
针对高分辨率探测应用中三维云层辐射传输计算成本较高的问题，提出了一种基于有限邻域的多次散射近似模型.根据不同空间位置邻近云体间的辐射耦合规律，将有限邻域分解为水平邻域和垂直邻域.通过水平辐射通量密度变化方程，计算水平方向辐射交换，表征水平邻域产生的辐射效应.针对辐射通量沿垂直方向误差，利用辐射通量密度补偿函数加以修正，更准确地表征垂直邻域产生的辐射效应.选择三维积云场为实验场景，以独立像元近似模型和结合了严格单次散射的爱丁顿多次散射模型作为比较对象.实验结果表明：当太阳天顶角小于60°时，本文模型对上行和下行辐射源函数的精度提升优于8%和10%，最高可达47.39%和33.93%；在不同光照和观测条件下，辐射亮度计算精度优于40%；在计算效率方面，本文模型优势显著，有助于研究大规模场景下的辐射传输快速求解.
辐射传输 多次散射 辐射效应 云层 大气光学 Radiative transfer Multiple scattering Radiative effects Clouds Atmospheric optics
1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210016
2 哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对遥感应用中的三维云层辐射传输计算问题,提出一种水平方向邻域多次散射近似模型。通过分析水平方向相邻云体单元间的辐射通量密度变化机制,建立相邻云体水平辐射交换方程。引入太阳方向补偿函数,修正太阳入射角对辐射传输的影响。利用I3RC Phase Ⅱ淡积云场(Cu)数据、基于实测修正的多尺度叠加分形算法得到的层积云场(Sc)数据和高积云场(Ac)数据进行实验。实验结果表明,与独立像元近似(IPA)模型和严格单次散射结合爱丁顿多次散射(SSEddMS)模型相比,在0~60°太阳天顶角范围内,所提模型的上行方向辐射源函数(USF)平均相对误差优于13%;在低太阳天顶角条件下,计算精度提升超过15%;在不同观测条件下,像元级辐射计算精度优于5%。所提模型能够适用于具有不同光学厚度与水平非均匀性的三维云层,在稳定性、适用性及计算精度方面均具有显著优势。
大气光学 遥感 三维云层 辐射传输 水平方向邻域 多次散射 光学学报
2020, 40(24): 2401003
1 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
3 南京航空航天大学 航天学院, 江苏 南京 210016
针对天基观测复杂环境下空中弱小目标远程广域探测的需求, 立足于天基光学探测链路, 分析太阳光照、云层及地表等复杂背景环境与目标辐射的相互作用机理, 在此基础上提出影响天基目标光学特性的探测场景环境要素; 然后结合目标的可探测性表征, 分析在不同探测谱段情况下, 不同光照、地表背景类型及云层等复杂环境要素对目标可探测性的影响规律; 最后以某典型目标为例, 结合现有的目标特性认知与理论建模, 分析得出复杂环境要素的影响排序, 并根据目标信杂比随谱段的变化特性, 提出探测谱段的优选建议, 为我国隐身/反隐飞行器设计、探测系统设计及信息处理算法优化提供理论依据与科学指导.
天基观测 复杂环境 空中弱小目标 可探测性分析 探测谱段优选 space-based observation complex environment aerial weak and small targets detectability analysis detection spectral optimal selection
1 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院 红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 南京航空航天大学 航天学院, 江苏 南京 210016
围绕海洋背景下飞机和海面舰船等运动目标的探测需求, 本文研究了目标和载荷在多个坐标系下的空间位置与运动特性, 建立了天基探测场景的几何模型; 通过Pierson-Moskowitz海洋谱模型计算海面起伏, 实现大气层外海面辐射亮度的建模仿真; 利用多种目标的三维几何模型, 实现目标辐射特性的建模仿真。在上述研究的基础上, 利用MATLAB平台, 开发了一套海洋背景下多种运动目标的天基红外探测场景生成系统。结果表明: 该系统生成的海洋辐射亮度均值在中波红外谱段优于Modtran的生成结果, 在长波红外谱段与Modtran的生成结果之差小于3%。该系统可生成连续的海面背景下运动目标的辐射亮度图像, 为开发天基红外探测系统提供技术支撑。
红外 天基探测 海面 运动目标 场景生成 Infrared space-based detection ocean surface moving targets scene generation
