红外与激光工程
2022, 51(2): 20210889
南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
光谱测量技术在无损检测、地质勘探、农业普查等诸多方面均有广泛应用, 且随着技术的发展, 相关工艺器件近几年得到了长足的进步。在结合实际应用需求的前提下, 比较全面地介绍了光谱测量技术的发展历史, 以及近年来相关技术的研究现状和发展动态。并且从传统型、计算型、多路复用型三个角度较详细地总结了目前光谱测量的主要形式。着重介绍了包括计算层析、压缩感知、傅里叶变换、哈达码变换等多种光谱测量技术的原理及实现方法, 并分别总结了优缺点。对目前光谱测量技术中亟待解决的问题进行了分析总结, 对未来光谱测量手段的发展进行了展望。
光谱测量 压缩感知 哈达玛变换 傅里叶变换 spectral measurement compressive sensing Hadamard transform Fourier transform 红外与激光工程
2019, 48(6): 0603001
1 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
传统的基于过渡区域提取的目标分割算法存在噪声敏感问题, 从而会影响到过渡区域提取的准确性。 与可见光图像相比, 红外图像特别是红外光谱图像, 受到探测器无法消除的热噪声影响, 传统的目标提取算法准确率普遍降低。 此外, 虽然通过边缘能够精确定位目标, 但是无法获取目标完整边缘。 而过渡区域的灰度分布特点是可以解决基于边缘的目标提取难题。 因此为了提高目标提取的抗噪性和准确性, 提出了一种将过渡区域提取与边缘检测结合的自适应红外目标提取方法。 首先利用像元空间邻域信息构造密度, 以此有效降低噪声影响和获取图像边缘信息。 然后基于像元密度信息最大分离目标边缘与背景, 得到有效边缘和过渡区域, 进而以此生长出目标。 将边缘与过渡区域结合, 可以很好地抑制噪声, 多幅复杂场景实验评估了该方法的抗噪性能, 结果显示, 提出的方法在噪声的干扰下能较好的提取目标。
过渡区域 边缘 像元密度 抗噪性 目标提取 红外图像 Transition region Edge Pixel’s density Performance of anti-noise Target extraction Infrared Image 光谱学与光谱分析
2018, 38(6): 1729
南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
在保证分类结果清晰、准确的前提下，为了提高分类执行效率，本文基于图形处理器（graphicprocessing unit, GPU）及并行优化，提出一种基于归一化光谱向量的高光谱图像实时性非监督分类方法。利用高光谱图像的空间一致性有效提高分类精度，同时，利用归一化光谱向量简化了像元间相似性的计算公式，统一了图像内像元处理方式，并利用GPU 并行技术有效提高计算速度。首先，利用GPU 并行处理方法计算空间相邻像元间光谱向量相似性，根据高斯拟合取得安全阈值；然后利用光谱角作为像元光谱相似测度，将相似像元划为同质区；最后以同质区内各像元平均光谱向量表述同质区光谱特征，根据安全阈值合并相似的同质区完成分类。用AVIRIS 数据评估了该方法性能。本文的理论分析和实验结果显示，与现有非监督分类方法相比，该方法分类精度更高，同时，算法本身运行速度更快。
归一化光谱 并行优化 空间一致性 非监督分类 高光谱图像 normalized spectrum parallel optimization spatial coherence property unsupervised classification hyperspectral images
Author Affiliations
Abstract
1 Optical Networking and Sensing Department, NEC Laboratories America, Inc., Princeton, NJ 08540, USA
2 School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
Remotely sensing an object with light is essential for burgeoning technologies, such as autonomous vehicles. Here, an object’s rotational orientation is remotely sensed using light’s orbital angular momentum. An object is illuminated by and partially obstructs a Gaussian light beam. Using an SLM, the phase differences between the partially obstructed Gaussian light beam’s constituent OAM modes are measured analogous to Stokes polarimetry. It is shown that the phase differences are directly proportional to the object’s rotational orientation. Comparison to the use of a pixelated camera and implementation in the millimeter wave regime are discussed.
280.4788 Optical sensing and sensors 280.3420 Laser sensors 260.6042 Singular optics 080.4865 Optical vortices 140.3295 Laser beam characterization Chinese Optics Letters
2017, 15(3): 030012
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
2 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，江苏 南京 210094
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sqrt(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。
高灵敏成像 哈达玛变换 编码探测 图像重建 high sensitivity imaging DMD DMD Hadamard Transform encoding detection image reconstruction 红外与激光工程
2015, 44(12): 3819
南京理工大学电光学院江苏省光谱成像与智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
针对位置已固定的双目立体装置，提出了一种基于非平行模式测距原理的双目系统光轴-光心参数标定方法，减小了光轴-光心位置误测量带来的测距误差;为解决低照度下双目立体视觉中存在的立体匹配误匹配点多、目标识别度低的问题，采取了最大熵法结合整体光强变化的阈值选取方法提取显著目标，提高了目标识别率,搭建了显著目标测距系统。结果表明：采用文中的系统标定与阈值选取方法的双目立体视觉装置在低照度下具有较高的测距精度及目标识别率。
双目测距 相机标定 目标识别 硬件实现 binocular vision ranging cameral calibration target recognition hardware implementation
南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
针对反射式成像光谱系统普遍存在多次反射(和衍射)产生杂散光和装调难度大等问题,设计了一种高性能透射式系统,全部使用通用光学组件,简化了系统结构,降低了成本和装调难度,较传统成像光谱仪有更广的适用范围.该设计中全部部件都非定制,可以根据应用场合更换,具有较好的灵活性,采用透射的方式,减少了杂散光的影响.利用ZEMAX软件仿真、优化了搭配两组不同物镜的系统光路,对畸变、MTF、色差等性能进行测试.对比25和50 mm物镜的系统性能,发现望远镜头的更换对整个系统成像质量的影响不大.参照设计参数成功搭建出一台成像光谱仪,其中望远物镜采用准对称双高斯结构,有利于控制场曲和畸变;采用透射式平面衍射光栅作为分光器件,制作工艺成熟,无需定制,装调简单.光谱分辨率和畸变测试结果显示该系统拥有良好的畸变控制能力,光谱分辨率达到2 nm,满足设计要求,利用标定后的系统测得的氘灯光谱取得了较为理想的结果。
透射式成像光谱仪 平面光栅 组件式系统 易装配 Transmission imaging spectrometer Plane grating Component-based system Easy assemble 光谱学与光谱分析
2015, 35(5): 1414
南京理工大学 电光学院 光电技术系，南京 210094
为了解决现有偏振成像系统难以满足目标检测和跟踪等实时图像处理领域的要求，提出一种实时三通道偏振成像系统，并对该系统存在的视场差异和非一致性误差提出了校正方法.该系统采用三个独立通道采集0°、60°和120°方向上的偏振图像，针对三个独立通道之间存在的视场差异提出了采用尺度不变特征转换配准法进行校正的方法；同时针对三个独立通道之间的灰度响应非一致性现象，根据积分球的退偏特性和探测器的线性响应模型，利用积分球产生完全非偏振光对灰度响应非一致性误差进行了校正.对比实验证明：1）本文提出的三通道偏振成像系统进行校正后的成像效果能够接近单通道偏振成像系统的水平；2）该系统能够在实时采集图像的同时，克服了多通道带来的偏振图像质量下降问题，提高了实用性.
偏振 误差校正 图像配准 视场差异 非一致性校正 退偏 实时系统 Polarization Error correction Image registration Field difference Non-uniform correction Depolarization Real time systems
南京理工大学 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室,江苏 南京210094
提出了一种光谱角匹配(SAM)加权核特征空间分离变换(KEST)高光谱异常检测算法.在基于核的特征空间分离变换(KEST)算法基础上，利用光谱角匹配(SAM)测度对高维特征空间中检测点邻域差异相关矩阵(DCOR)中的每个样本引入权重因子，各样本权重因子取决于该样本光谱向量与检测窗口数据中心向量夹角，从而抑制检测窗口中的病态数据，突出主成分数据的贡献，使得DCOR矩阵能够更好地描述目标、背景数据分布差异.通过理论分析和对模拟、实际数据实验比较，证明该算法较传统异常检测算法和KEST算法具有更高的检测率.
高光谱 异常检测 光谱角匹配 特征空间分离变换 SAM加权KEST hyperspectral imagery anomaly detection spectral angle mapper(SAM) kernel eigenspace separation transform(KEST) SAM weighted KEST(SKEST)
