1 中国刑事警察学院痕迹检验鉴定技术公安部重点实验室，辽宁沈阳 110035
2 长春理工大学电子信息工程学院，吉林长春 130022
3 沈阳工业大学软件学院，辽宁沈阳 110870
偏振探测技术能够在复杂的背景环境中凸显出目标，为我们提供了更为清晰和精准的目标识别能力。然而，在法庭科学领域上，利用偏振成像技术对水下物证进行探测搜寻的研究仍属空白。针对这一问题，本文通过偏振成像装置，对目标强度图像和偏振度图像进行融合。利用非下采样剪切波（non-subsampled shearlet transform, NSST）对图像进行分解后，在高频子带提出了参数自适应的简化型脉冲耦合神经网络模型，在低频子带则采用一种基于区域能量的自适应加权融合规则。在可见光下，对 3类典型目标进行相关算法比对实验。实验结果表明，通过偏振成像技术可有效探测到水下物证，利用本文提出的图像融合算法有效突出了水下物证的细节特征，验证了偏振探测技术对水下物证成像的有效性，有利于突破当下法庭科学领域水下物证探测技术的空白。
偏振成像 图像融合 法庭科学 水下物证 polarization imaging, image fusion, forensic scien SPCNN
长春理工大学 电子信息工程学院,吉林 长春 130022
针对近红外图像彩色化过程中因近红外与可见光图像间模态差异较大,导致着色后图像在纹理细节处存在颜色晕染、区域误着色的问题,提出了颜色预测和语义感知相结合的生成对抗网络。设计颜色预测和语义感知双分支生成器,颜色预测分支采用带有跳转连接的残差网络,语义感知分支采用带有语义融合的空洞卷积金字塔结构;不同的扩张率,能够获得多个感受野提取多尺度语义特征,将感知到的语义嵌入到颜色预测分支,提高模型的语义理解能力,改善颜色晕染、区域误着色问题;设计循环一致语义损失函数,约束生成器中语义信息的一致性;算法在RGB-NIR场景数据集上进行性能实验比对以及消融实验。实验表明,所提算法相比于现有彩色化算法,PSNR、SSIM和LPIPS评价指标优于现有算法,着色效果更符合视觉感受。
彩色化 近红外图像 生成对抗网络 颜色预测 语义感知 colorization near-infrared images generative adversarial networks color prediction semantic perception
长春理工大学 电子信息工程学院， 吉林 长春 130022
针对单幅偏振图像在一定场景下无法提供充足信息的问题，结合强度图像和线偏振度图像的优势特征，提出一种基于密集梯度生成对抗网络的偏振图像融合算法。利用密集连接卷积网络和梯度算子构建密集梯度卷积模块，并将该模块应用在生成器中，用以增强融合图像的纹理细节; 构造多尺度结构相似度和L1范数相结合的损失函数，用以提高网络的整体性能。在ZJU-RGB-P数据集进行定性比较和定量分析，实验结果表明，所提算法具有更好的主观视觉感受，同时各项评价指标均得到明显提升。
图像融合 偏振图像 生成对抗网络 密集连接卷积网络 image fusion polarization image generative adversarial networks densely connected convolutional networks
长春理工大学电子信息工程学院，吉林长春 130012
针对目前卷积神经网络未能充分提取图像的浅层特征信息导致近红外图像彩色化算法存在结果图像局部区域误着色及网络训练不稳定导致结果出现模糊问题，提出了一种新的生成对抗网络方法用于彩色化任务。首先，在生成器残差块中引入自行设计的空洞全局注意力模块，对近红外图像的每个位置理解更加充分，改善局部区域误着色问题；其次，在判别网络中，将批量归一化层替换成梯度归一化层，提升网络判别性能，改善彩色化图像生成过程带来的模糊问题；最后，将本文算法在 RGB_NIR数据集上进行定性和定量对比。实验表明，本文算法与其他经典算法相比能充分提取近红外图像的浅层信息特征，在指标方面，结构相似性提高了 0.044，峰值信噪比提高了 0.835，感知相似度降低了 0.021。
彩色化 近红外图像 生成对抗网络 空洞全局注意力 梯度归一化 colorization, near-infrared images, generative adv
1 长春理工大学电信学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室，吉林 长春 130022
针对利用主动光进行透窗探测所产生的反光问题，若仅依赖单偏振抑制反光，目标与背景之间对比度低，难以适用于强反射干扰下的目标透窗成像。而利用双偏振正交抑制反光，虽然对比度有所提高，但图像整体亮度较低，识别暗弱目标具有挑战性。本文以玻璃的镜面反光作为干扰对象，首先分析偏振抑制反光的能力，其次分析不同光源入射角下Mueller矩阵元素的变化规律，最后采用退偏图像来提高目标的显著性。结果表明，Mueller矩阵中M22和M33图像在灰度值的分布中明显不同于其他矩阵元素，通过M22和M33生成的退偏图像可有效区分目标与背景。该方法在保证图像整体亮度较高的同时，有效地提高了目标与背景之间的对比度，从而可应用于强反射干扰下的目标透窗成像以及暗弱目标的识别。
偏振抑制反光 透窗成像 Mueller矩阵 退偏图像 光学学报
2023, 43(20): 2012003
1 长春理工大学空间光电技术研究所，吉林 长春 130022
2 西安交通大学电信学院，陕西 西安 710049
3 北京理工大学光电学院，北京 100081
开展了多谱段信息融合的偏振成像探测方法和技术研究，提出了多谱段偏振成像仪器总体方案；深入分析了目标起偏和传输特性建模与测试、高消光比金属微纳格栅偏振元件的优化、多谱段偏振成像探测系统光学设计、多谱段偏振信息处理等关键技术方案。提出一种新颖的深度网络，通过自学习策略来解决偏振图像融合问题，为研制多谱段偏振成像探测实验样机提供技术支撑，以满足偏振光学成像中目视辅助和引导的实际应用需求。
成像系统 多谱段偏振 目视辅助 偏振特性 微纳格栅 光学学报
2023, 43(15): 1511004
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学电信学院，吉林 长春 130022
为了更加准确地表征粗糙水面环境下溢油的偏振反射特性，建立了改进型溢油偏振二向反射分布函数（pBRDF）模型。该模型基于Priest-Germer（P-G）理论，引入遮蔽函数、漫反射和体散射分量，并结合水面微小平面的概率分布函数，更加适合检测粗糙水面背景的溢油偏振反射特性。在粗糙水面环境下对5种不同溢油（机油、原油、柴油、煤油、汽油）目标进行多角度可见光波段偏振特性测试实验。结果表明：若相对方位角为180°，线偏振度随观测天顶角的增大先增大后减小，随入射天顶角的增大也先增大后减小；线偏振度随相对方位角的增大先增大后减小，在相对方位角为180°时达到最大，且受波长影响较小。该模型的置信精度可达到80%以上，证明了该模型的准确性，为研究粗糙海面溢油的偏振特性提供了一种新的途径。
海洋光学 偏振特性 偏振二向反射分布函数 P-G模型 可见光 溢油目标
长春理工大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
针对近红外图像彩色化过程中存在近红外与可见光图像间模态差异较大、图像域样式不佳而导致其彩色化结果出现色彩纹理不吻合的问题, 提出一种基于空洞循环卷积的近红外图像彩色化方法。改进CycleGAN网络, 利用级联结构和空洞卷积块的优势设计了一种名为空洞级联模块, 该模块采用编解码级联结构, 代替原模型残差网络中的单向连接结构, 进行特征通道的级联。在编解码级联层中引入空洞卷积模块, 利用空洞卷积不损失图像纹理细节的优势, 进一步提取不同尺度的近红外图像特征信息, 最后通过解码将近红外灰度图像上色成彩色近红外图像。算法在生成网络中采用空洞级联方式改善误着色问题; 在判别网络中引用感知损失函数改善网络收敛速度慢的问题。并且在NIR_VIS数据集上开展验证和分析。实验结果表明, 所提方法提升效果明显, 更好地保持了原目标的结构及色彩纹理特征, 有效地提升了近红外图像的可视化效果。
近红外图像 彩色化 空洞级联 对抗生成网络 near infrared images colorization dilated convolution generative adversarial network
