1 长春大学, 吉林 长春 130022
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
针对多光谱图像存储和传输安全性问题, 提出一种将混沌思想、 小波变换和KL(karhunen-loeve)变换相结合的多光谱图像压缩加密算法。 首先, 采用K-means聚类方案将多光谱图像聚类为通用像素, 通过选择合适的K值使算法的性能最优, 同时便于后续处理; 然后对通用像素进行二维离散9/7小波变换, 对变换后的系数进行Arnold变换以及加密处理, 消除多光谱图像大部分空间冗余, 减少压缩过程中的块效应; 之后对产生的小波系数进行改进的KL变换, 消除残余空间冗余和光谱冗余; 最后采用差分脉冲滤波器对系数进行编码, 并采用Tent映射对码流进行混淆扩散加密。 通过实验可知, 本算法的信息熵达到11.794 3(选取12位多光谱图像), 信息熵更接近最大值12, 优于现有算法, 可以更好的隐藏原图特征; 该算法的像素变化率(NPCR)和归一化平均变化强度(UACI)分别为99.81%和34.19, 优于现有的其他算法, 本算法可以更好的抵御差分攻击; 输出比特流变化率保持在47.62%~47.71%之间, 密文比特流变化率保持在47.45%~47.52%, 本算法具有较好的密钥敏感性; 在压缩比为4∶1~32∶1范围内, 系统PSNR在42 dB以上, 具有很高的压缩性能。 在4∶1~32∶1范围内, 本压缩算法达到很高的峰值信噪比, 优于现有的压缩算法, 在正常工作压缩比为16∶1时, 比现有压缩算法的信噪比提高了0.64 dB以上。 为进一步验证算法在高压缩比情况下的压缩性能, 该研究测试了压缩比为128∶1时系统的信噪比为31.28, 此时, 重建后的图像较为清晰, 优于现有算法1 dB以上。 可见, 该算法可行, 且特别适合对压缩比要求较高的场合, 并在频谱保真方面具有较好的效果。
KL变换 Arnold变换 差分脉冲滤波器 KL transform Arnold transform NPCR UACI Differential pulse filter NPCR UACI 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2976
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
为了进一步提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar，SAR)面对海量回波数据的实时成像处理能力，基于4f光学结构对SAR实时成像光学处理器进行了光机系统设计和分析。首先，设计了适用于滤波算法的入瞳直径21 mm、视场角7°、焦距172 mm的傅里叶变换透镜，并对4f光学系统采取紧凑化设计。然后，利用集成优化方法优化了4f光机结构中的柔性镜座，并对整体结构进行了模块化设计和分析。分析结果表明：4f光学系统成像质量趋于衍射极限，傅里叶变换透镜的MTF在55 lp/mm处优于0.57，4f光机系统在常温1
g重力工况下透镜面形RMS值小于
，整体结构基频大于100 Hz。4f光学处理器整体尺寸为405 mm×145 mm×92 mm，质量约为2.94 kg，其体积、质量分别仅是同等SAR数据处理水平的斜平面光学处理器的30%、48%。通过数据的模拟仿真，表明系统设计满足星载或机载的实时成像使用需求。
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
光学遥感图像海面舰船目标检测易受云雾、海岛、海杂波、阴影等多种复杂因素的干扰。同时, 由于卫星遥感图像的幅宽较大, 若需要满足实时检测和硬件移植的需求, 还要考虑算法的计算量和可移植性。鉴于实际工程的需要, 本文提出了一种基于视觉显著性适用于复杂背景下的自适应舰船目标快速定位与检测方法。本算法首先基于图像梯度自适应获取全局最优尺度, 通过谱残差显著性模型获得全局显著性区域。对于显著区域局部存在全局阈值分割效果不佳的区域(称为复杂区域), 本文通过设计轮廓等形状特征来筛选出局部复杂区域, 并对其进一步计算显著图, 之后将处理结果与原显著图进行融合, 获取最终的疑似区域提取结果。最后使用支持向量机对候选区域进行进一步判别。结果表明, 本文算法可以有效检测出复杂背景下不同尺寸和方向的舰船目标区域, 算法检测正确率为91.4％, 召回率为91.2％, 优于大多数同类算法, 接近深度学习算法精度。同时在算法体量上, 本文算法的计算量和参数量远远低于大多数深度学习框架, 更适合硬件移植, 同时算法的迁移性更强, 易于修改和维护。
图像处理 目标检测 视觉显著性 特征提取 多尺度分析 自适应阈值 image processing target detection visual salience feature extraction multiscale analysis adaptive threshold
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
为了实现对合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)数据实时成像处理的目的，在利用空间光调制器(SLM)的基础上，设计了SAR数据实时成像斜平面光学处理器，并调整光路，在保证像质的情况下减少系统所占体积。首先，利用SLM代替传统斜平面处理器中的胶片，提高SAR数据光电转换的速率。然后，根据已知的SAR相关数据设置光学处理器的结构参数。根据SAR的横纵缩尺比设计满足要求放大率的柱透镜，根据柱透镜的总体长度设计球面镜，以保证柱透镜有足够的工作空间，球面镜部分设计为4组元全对称结构形式。设计完成后，再调整光路以减少系统所占体积，紧凑轻便以便于星载或机载使用。设计结果表明，系统MTF在截止频率内均大于0.4，满足成像要求。光路优化调整后，由总长1 400 mm左右变为700 mm左右，满足设计要求和实际使用要求。
合成孔径雷达 光学处理器 实时成像 紧凑型结构 synthetic aperture radar optical processor real-time imaging compact structure
1 北京信息科技大学机电工程学院, 北京 100192
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
针对复杂背景下船舶目标检测率低和光学遥感传感器的多光谱近红外(NIR)波段利用率低的问题,提出一种四波段多光谱遥感图像船舶目标显著性检测算法。所提算法利用四波段遥感数据中可见光波段图像的色彩内容饱满、NIR图像细节突出的特点,首先将可见光蓝、绿、红三通道图像变换到CIE-Lab色彩空间;然后对NIR图像进行非下采样轮廓波变换分解,对得到的高频分量进行非线性增强,以抑制噪声并增强细节,对低频分量进行反锐化掩模处理增强,以改善图像亮度的均匀性,并将高频分量和低频分量与Lab空间的亮度图像相结合,得到新的Lab图像;最后利用最大对称环绕模型对Lab图像进行显著性分析,得到船舶目标的显著性图像。实验结果表明,所提算法能够充分抑制云层、海浪尾迹等杂波干扰的复杂背景信息,同时在低对比度背景下能够突出船舶目标,具有高的查准率和查全率。
遥感 图像处理 多光谱遥感 显著性检测 船舶检测 光学学报
2020, 40(17): 1728001
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
太阳Hα空间望远镜是国际上首次实现全日面Hα单色像(包括Hα线心和线翼3个波段)的空间观测望远镜,对太阳物理研究有着重要的意义。信噪比是定量评价空间望远镜成像质量和工作稳定性的重要指标, 因此信噪比的计算和估计对太阳Hα空间望远镜的研制和使用至关重要。本文从太阳Hα空间望远镜工作原理和能量传递的角度出发, 建立了信噪比计算模型, 推导了信噪比计算公式。在此基础上计算了信噪比以及曝光时间区间, 给出了最佳工作状态下单像元和像元合并情况下曝光时间分别为5 ms和10 ms。实验结果表明, 计算值和测量值误差在1%以内, 由此可以验证该信噪比计算模型的准确性和实用性。
空间望远镜 太阳Hα成像 信噪比 space telescope solar Hα imaging signal to noise ratio
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 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
提出了一种基于暗通道图像质心偏移量的去雾算法。该算法对雾天图像暗通道进行了聚类分析,按场景划分图像并分析和计算了每个场景暗通道图像的质心偏移量,以用于场景的透射率修正。结合四叉树搜索算法,提出了基于景深阶跃图的大气光值估计方法,使估算大气光值的位置不受白色或平坦物体的影响而落到景深较大的区域。实验结果表明,所提算法能有效地恢复明亮区域的原本色调和细节信息,复原图像亮度适宜且颜色自然。在主观上,复原图像有较好的视觉效果;在客观上,所提算法的复原图像评价指标整体优于暗通道先验算法。
图像处理 图像增强 图像去雾 暗通道图像 质心偏移 景深阶跃图
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了解决三维激光扫描系统中重构曲面存在的空洞问题, 提出了基于Floyd最短路径选择算法的空洞识别与修复方法。该方法对三维曲面中所有可能构成空洞的边界点进行逐个处理, 采用树搜索算法获得与处理点直接或间接相连的边界点; 将搜索到的边界点作为路径选择的节点, 将连接节点的边界边作为路径选择的边并根据节点的搜索级别设置边的长度。当新搜索到的边界点与已搜索点发生重复时, 首先, 利用Floyd算法处理距离矩阵和路由矩阵找到空洞端点; 然后, 根据重复点与空洞端点生成空洞边集, 最后, 采用波前法对空洞边集进行处理。实验结果表明: 本文所提方法能够准确识别连接有孤立边的空洞以及两个相邻空洞的特殊空洞结构, 与传统方法相比, 该方法具有更强的通用性和鲁棒性, 空洞修复数量与两个传统方法相比分别提高了541%和213%。
三维重构 空洞识别 曲面修复 three dimensional reconstruction hole-recognition surface repair
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
2 中国科学院研究生院，北京 100049
为了实现对远距离目标的实时监控，并全面清晰的捕获目标细节特征，设计了以千兆以太网为数据传输通路，通过 FPGA进行采集分辨力切换，同时具有可见及近红外波段独立自动对焦功能的双波段高清视频采集系统。根据监控模式要求，系统将可见光、近红外探测器采集的视频数据，通过 FPGA设置为指定分辨力的视频信号，通过千兆网将图像数据传入控制计算机，并由控制计算机进行图像显示与存储、自动对焦等操作。实验表明：系统能够根据监控要求，灵活的进行视频采集分辨力的切换及两路视频的自动对焦，最终实现了在两个波段下通过千兆网对远程目标视频的实时显示和高清存储。Based on Gigabit Ethernet
视频采集 千兆网 高清传输 双波段 SOBEL自动对焦 video acquisition Gigabit Ethernet high-definition transfer dual-band SOBEL auto focusing
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
设计与开发了一种基于红外图像的SF6 气体检漏定位系统。本系统利用TMS320C6416 高速图像处理能力及其灵活可配置的视频端口, 结合S3C6410 强大的控制能力, 对可能发生SF6 泄漏的现场进行红外视频图像的实时采集, 利用帧间差分和局部熵差相结合的算法对泄漏点进行检测和定位。仿真及实验结果表明,该算法不仅克服了帧间差分法检测位置不够精确和局部熵差法计算量大的缺点, 同时还有效的降低了诊断过程中被测对象的外形、表面缺陷和背景环境的噪声等影响, 能够高效、准确地实现SF6 泄漏点的检测和定位。
检漏定位 红外图像 帧间差分 局部熵差 SF6 气体 leak detection and location infrared image frame difference local entropy SF6 gas
