1 光学辐射重点实验室, 北京 100854
2 31401部队80分队, 呼和浩特 010051
星光级宽光谱全彩色成像技术研究是针对当前夜间由于环境光照度低, 传统的可见光成像、激光成像、热成像等技术方法只能获取目标的灰度信息, 而不能获取目标的真彩色信息。据统计, 彩色图像包含的信息是灰度图像的30倍, 光谱信息在目标识别中极为关键。文中采用一种集超大像元、超薄工艺微透镜集光、大口径通光的成像方式, 并在此基础上设计深度学习图像处理算法, 对器件物理真彩色进行彩色增亮增强, 进一步提升图像信背比。最终将器件的感光能力提升50~100倍, 彩色夜视最低照度0.000 4 Lux@25 Hz, F1.0, 从而实现宽光谱全彩色成像, 为后续目标检测、识别和产业化应用提供技术基础。
星光级 宽光谱 全彩色 starlight level wide spectrum full color
1 中国科学院半导体研究所 固态光电信息技术实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
3 北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室, 北京 100854
4 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
为克服传统光电被动测距系统稳定性差、远距离条件下测距精度收敛性差、系统难以小型化等不足, 本文提出一种基于目标特征尺寸的可视化光电被动测距系统。建立了被动测距模型并分析测距原理, 从理论上分析获得距离反演公式和测距误差精度; 设计了被动测距算法并分析相关成像参数获取途径和方法; 通过高清成像器、半导体激光器和信号处理器等软硬件设计, 实现了系统的可视化被动测距功能和全天候图像信息获取; 最后通过目标特征尺寸及其成像系统参数反演目标距离, 实现了在成像过程中实时测距并进行被动测距实验验证。实验结果表明, 被动测距精度优于10%, 当前软硬件参数配置下, 目标的测距距离大于1 km, 测距鲁棒性好, 性能稳定, 可广泛应用于全天候目标图像信息获取和光电被动测距的实际工程实践中。
特征尺寸 被动测距 可视化 feature size passive ranging visualization
北京环境特性研究所 光学辐射重点实验室,北京 100854
为克服传统大容量FLASH视频存储控制器时序设计复杂、缓存资源要求较高的缺点，设计了一种利用视频行场信号消隐期进行时序控制的FLASH视频存储控制器。该控制器基于FPGA时序设计，利用视频行场同步信号消隐期时间写入FLASH的读出和写入控制命令。由于无需缓存资源即可实现多级流水线的设计，提高了时序控制效率，简化了时序设计过程。基于Verilog 硬件描述语言，设计了3级流水线和并行控制时序，数据达120 MB/s，实现了对2 048 pixel×1 752 pixel/15 frames高速视频数据的实时存储与回放。仿真与实验结果均表明，系统时序设计正确，大容量FLASH阵列读写操作正常，可实现视频数据的采集、存储、回放等多种功能。
FLASH存储控制器 大容量FLASH 现场可编程门阵列(FPGA) 消隐期 FLASH storage controller large capacity FLASH Field Programming Gate Array(FPGA) blanking period
设计并实现了数控变速调焦控制电路，该电路基于双极性三极管(PNP型和 NPN型)使之工作在射极输出器状态，对电机进行驱动。 FPGA接收上位机的控制信息，对电机转动进行高精度控制； DA数模转换器产生可，调模拟电压，调节电机的转速；模拟减法器产生 PNP型和 NPN型三极管的基极控制电压，保证电机正反转转速一致。仿真和实验表明，该电路工作稳定，结构简单，无需继电器，减小了体积，提高了稳定性，有利于产品的小型化，可广泛用于电动镜头内电机手动调焦和自动聚焦等场合，提高了调焦精度。
变速调焦 控制电路 三极管 减法器 focusing with variable speed control circuit transistor subtracter
1 青岛大学 信息工程学院,山东 青岛 266071
2 青岛大学 物理科学学院,山东 青岛 266071
基于变分方法提出了一种运动模糊退化图像的盲复原算法。考虑自然场景的图像梯度符合长拖尾概率分布, 提出的方法采用归一化的超拉普拉斯先验项作为变分能量方程中的光滑项, 从而有利于图像在去模糊的求解过程中正确解收敛。由于建立的能量方程不是严格凸的函数, 故引入了分裂方法进行求解。整个运动模糊退化图像的盲复原过程在多尺度框架下由粗到细尺度渐进执行。最后利用估计出的点扩展函数计算清晰图像。相对于传统的盲复原算法, 本文提出的算法不需要预测图像的梯度信息和对梯度进行筛选, 直接求解能量方程就能够得到相应的正确解。得到的结果验证了本文算法的有效性。
图像盲复原 运动去模糊 归一化超拉普拉斯先验 变分方法 分裂方法 blind image restoration motion deblur normalized hyper laplacian prior variational method split method
设计并实现了基于红外热像仪图像处理板 FPGA模块的硬件通讯电路, 该电路采用串行通讯和 FIFO读写方式。通讯电路一方面接收上位机的控制数据并实时应答反馈, 一方面将通过 FIFO与图像处理板的 DSP模块实时进行控制信息交互, 从而形成各模块间的双向通讯链路。该设计避免了传统图像处理板采用专用串行通讯芯片, 如 TL16CP754等, 将该芯片功能通过 FPGA实现, 节省了面积与成本, 提高了系统集成度和稳定性, 利于系统的小型化、低成本发展。仿真与实验结果均表明, 该设计合理, 系统工作稳定。
硬件通讯 热像仪 串行 hardware communication infrared thermal imaging system serial FIFO first-in-first-out (FIFO)
中国科学院半导体研究所光电系统实验室，北京100083
为三维选通成像提供了纳秒级阴极选通高速门控开关的设计与实现。该门控开关创新性地采用互补级联开关的方式实现阴极正负电压的高速选通。结合功率开关管的特性，使用功率PMOS作为前级开关，产生平顶质量好的正脉冲；采用功率三极管作为后级开关，无需额外驱动，通过二者互补级联的方式产生阴极选通负脉冲。实验表明，最终开关的上升沿时间为13.4 ns，下降沿时间为24.6 ns，最小脉宽为50 ns，最高工作频率100 kHz，导通电压-200 V，关断电压40 V，满足三维选通门控要求。门控开关通过互补级联方式，不但寄生参数小，脉冲上升、下降时间小，脉冲平顶质量好，时序控制精度高，无需隔离驱动，而且通过功率三极管作后级开关，可以获得比TTL触发脉冲更窄的脉宽，具有良好的脉宽特性。
三维选通成像 像增强器 互补级联 门控开关 脉冲 3D range-gated imaging image intensifier complementary cascade gate-control switch pulse
1 山东大学,控制科学与工程学院,山东,济南,250061
2 临沂师范学院,物理系,山东,临沂,276005
3 达尔豪西大学,电气与计算机工程系,哈利法克斯,加拿大
针对互信息测度在配准医学图像时易陷入局部极值、速度慢的缺点,提出了基于均值不等式的均值距离测度.首先根据均值不等式推导出5种均值距离测度:方根-算术均值距离(SAM)、方根-几何均值距离(SGM)、方根-调和均值距离(SHM)、算术-几何均值距离(AGM)、算术-调和均值距离(AHM).然后通过人体脑部CT/MR和MR-T1/PD图像的刚体配准实验,从函数曲线、配准精度、计算时间和收敛性能方面,对互信息与5种均值距离信息测度进行了比较与分析.实验结果表明,在不损失配准精度的前提下,AHM和SAM测度可以获得更快的配准速度,对噪声有很强的鲁棒性.
图像配准 相似性测度 互信息 均值距离 Image registration Similarity measure Mutual information Mean divergence
1 山东大学,控制科学与工程学院,山东,济南,250061
2 临沂师范学院,物理系,山东,临沂,276005
3 达尔豪西大学,电气与计算机工程系,哈利法克斯,加拿大
在磁共振图像(MR)的偏差场纠正中,针对灰度信息最小化方法没有考虑空间信息问题,提出联合信息最小化方法,该方法把图像的灰度信息和空间信息结合起来.空间信息采用灰度导数信息.被偏差场破坏的图像灰度及其导数值的联合信息(联合熵)大于对应的没被偏差场破坏的图像联合熵.联合熵是通过计算灰度及其导数值的联合概率分布得到.仿真脑部MR数据和临床脑部MR数据的试验结果都表明,灰度及其二阶导数联合信息最小化方法纠正效果良好,大大减少了脑白质和脑灰质的灰度交叠.
图像处理 偏差场纠正 磁共振成像 联合熵最小化 Image processing Intensity inhomogeneity correction Magnetic resonance imaging Joint information minimization
