光学 精密工程
2023, 31(19): 2910
国防科技大学电子科学学院ATR重点实验室，湖南 长沙 410073
为解决水面及水下目标侦察、探测、识别过程中存在的水面耀光干扰问题，利用偏振特征实现了水面耀光的抑制和目标的增强。分析了水面光波反射和折射过程中偏振特征传输规律，利用光波在垂直方向和平行方向上的光强分布关系，提出一种基于偏振反折射效应的水面耀光抑制方法。该方法利用水面反射偏振度、折射偏振度、垂直方向光强图像和平行方向光强图像，实现了水面耀光的分离和抑制。针对饱和耀光抑制过程中存在的垂直方向光强图像饱和失真问题，提出了一种基于完全偏振分解的饱和光强恢复方法，利用平行方向光强图像和任意一个非饱和起偏方向上获取的光强图像计算恢复出垂直方向光强图像，然后利用恢复后的垂直方向光强图像实现水面饱和耀光的抑制。实验结果表明，通过对水面耀光的抑制，有效提升了耀光区域内目标和背景之间的对比度及信噪比，增强了目标的显著性。
海洋光学 偏振特征 完全偏振分解 水面耀光抑制 饱和图像恢复 目标增强 光学学报
2022, 42(24): 2401009
国防科技大学电子科学学院ATR重点实验室, 湖南 长沙 410073
对无人机群的红外视频进行监视是安防和**领域的新热点。由于复杂背景下无人机图像获取难度大,图像数量难以满足相关算法的模型训练和验证等需求,因此提出一种基于图像衍生的红外无人机图像仿真方法。采用该方法对红外无人机模板图像与红外背景图像进行混合,从而生成大量不同背景下的无人机目标图像。针对图像混合技术受背景噪声影响严重、无人机目标边缘模糊和合成图像调和度低等问题,采用一种无监督的生成式对抗网络来生成调和度较高的灰度约束图像,将其与目标梯度图像作为联合约束来求解高斯-泊松方程,得到与真实图像特征一致性较高的混合图像。实验结果表明,所提方法生成的混合图像具有较高的图像调和度和视觉真实性,说明所得图像作为扩充样本可有效提高机器学习算法的性能。
图像处理 红外探测 图像混合 无人机探测 数据增强
1 国防科技大学电子科学学院ATR重点实验室, 湖南 长沙 410073
2 国防科技大学电子科学学院电子信息系统与复杂电磁环境效应国家重点实验室, 湖南 长沙 410073
针对监控视频中的多尺度近岸舰船检测问题,提出了一种基于特征重聚焦网络的舰船目标检测算法,设计了由多维特征聚合模块(MFAM)与注意力特征重构模块(AFRM)组成的特征重聚焦策略。其中,MFAM基于输入的特征金字塔构建特征聚合块,进一步融合多尺度舰船不同层次特征的语义信息。AFRM基于多分支空洞卷积以及通道与空间注意力机制提升网络对目标非局部信息的表征和对背景干扰的抑制,并构建了用于目标检测的特征重聚焦金字塔。在Seaships7000舰船公开数据集上的实验结果表明,相比其他算法,本算法对监控视频中多尺度近岸舰船的检测效果更好。
机器视觉 卷积神经网络 舰船目标检测 特征重聚焦网络 注意力机制 光学学报
2021, 41(22): 2215001
国防科技大学电子科学学院, 湖南长沙 410000
针对不同谱段图像获取代价不同的问题, 提出一种基于生成对抗网络的图像转换方法。转换过程以肉眼可分辨范围内图像轮廓不变为出发点。首先, 通过成对的训练数据对生成器和判别器进行交替训练, 不断对损失函数进行优化, 直到模型达到纳什平衡。然后用测试数据对上述训练好的模型进行检测, 查看转换效果, 并从主观观察和客观上计算平均绝对误差和均方误差角度评价转换效果。通过上述过程最终实现不同谱段图像之间的转换。其中, 生成器借鉴U-Net架构; 判别器采用传统卷积神经网络架构; 损失函数方面增加 L1损失来保证图像转换前后高、低频特征的完整性。以红外图像与可见光图像之间的转换为例进行实验, 结果表明, 通过本文设计的生成对抗网络, 可以较好地实现红外图像与可见光图像之间的转换。
生成对抗网络 图像转换 红外图像 generative adversarial networks image conversion pix2pix pix2pix infrared image 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 724
国防科技大学电子科学学院ATR重点实验室, 湖南 长沙 410073
首先,利用透明物体表面反射光和透射光在垂直和平行方向上的光强分布关系,基于偏振正交分解原理,推导出反射光成分、透射光成分、反射光偏振度、透射光偏振度之间的函数关系。然后,根据相机成像原理,利用表面法向量求解得到透明物体表面不同位置处入射光线和法向量的夹角及入射面方位角,进而归纳出图像中各个像素点的反射光偏振度和透射光偏振度的分布规律。最后,基于反射和透射的偏振特性和相关特性,利用梯度下降算法计算得到反射分量和透射分量之间归一化的互相关最小值,最终实现反射光和透射光的分离,进而抑制了透明物体表面反射光的干扰,这为复杂反射光场景下的目标检测识别及图像匹配等提供了支持。
物理光学 法向量 透明物体 偏振特征 相关特征 反射光分离 光学学报
2021, 41(15): 1526001
国防科技大学 电子科学学院 ATR 重点实验室, 湖南 长沙 410073
针对海面场景长波红外偏振特性建模问题, 文中根据表面微元双向反射分布函数BRDF, 对物体表面偏振效应进行了分析, 并结合红外发射效应和红外反射效应的综合作用, 提出了一种长波红外偏振度计算模型.该模型有效描述了偏振度和物体自身红外发射值、红外反射值以及探测角之间的关系.利用RadthermIR软件对海水辐射、大气辐射与舰船目标辐射进行计算, 结合本文构建的偏振度计算模型, 仿真了不同时间段内、不同观测角度下海面背景和舰船目标在长波波段的偏振度变化规律.通过仿真数据与实际测量数据的对比分析, 结果表明两者具有较好的拟合度, 验证了该模型对于海面场景偏振度计算的有效性.
红外偏振 斯托克斯矢量 偏振仿真 发射和反射 infrared polarization Stokes vector polarization simulation emitted radiation and reflected radiation
国防科技大学电子科学学院ATR实验室,湖南 长沙 410073
针对目标影响区域重叠时的图像目标检测前跟踪问题, 推导了基于多伯努利滤波器的多目标联合检测与跟踪算法.在分析多个目标叠加条件下观测似然函数的基础上, 利用预测得到的目标状态对观测似然函数进行估计, 从而消除目标叠加对观测更新带来的影响.该方法在目标预测与跟踪阶段皆保持了目标状态的多伯努利分布特性, 是较为严格意义上的多伯努利多目标滤波器, 可应用于一般图像观测条件下(目标重叠或非重叠)的目标检测前跟踪.给出了该算法的实现步骤, 并通过加标签的方法, 更准确地实现目标轨迹提取和虚假目标剔除, 最后通过计算机仿真实验验证了所提算法的有效性.
多伯努利滤波器 检测前跟踪 重叠目标 multi-Bernoulli filter track before detect (TBD) overlapping objects
国防科技大学ATR重点实验室，湖南 长沙 410073
：一氧化氮(NO)是高超声速飞行器流场中重要组分, 对飞行器本体和流场红外辐射传输有重要影响，因此研究NO有效带宽的快速算法很有必要。根据HITEMP 2010数据库，研究了NO在1~15 μm红外波段的谱线线强以及吸收系数分布特征，提出了改进的k分布模型，采用高斯数值方法快速求解；此外分析了吸收系数阈值对g-k曲线以及有效带宽的影响，提出了吸收系数阈值的选取方法。实验结果表明：文中方法计算得到的NO有效带宽与与逐线计算方法结果较为吻合，误差不超过5%；与宽带k分布算法相比，该算法计算效率更高，且当选择合适阈值时精度更高。
一氧化氮 红外辐射 k分布 吸收系数 有效带宽 nitric oxide(NO) infrared radiation k-distribution absorption coefficient equivalent band width
国防科学技术大学ATR 重点实验室, 湖南 长沙 410073
以高超声速乘波体为例，针对稀薄大气空间高超声速目标的红外可探测性能进行分析研究。采用工程算法计算了不同飞行条件下的飞行器驻点热流分布，由此得到其辐射平衡温度；采用小区间求和方法计算大气对红外辐射的传输衰减作用；考虑了目标与背景辐射强度差异、点目标成像的弥散现象对探测器作用距离的影响，建立了新的红外探测系统作用距离计算模型。仿真实验表明，弥散系数随着目标探测器间距离而变化；随着飞行器飞行速度的增加，系统对目标的探测距离增大，同时与长波波段相比，中短波波段时的探测距离更大。外场试验结果表明，与现有算法相比，本文方法具有较高精度。
探测器 高超声速飞行器 红外辐射 弥散 作用距离
