刘忻伟 1,2,3朴永杰 1,3,*郑亮亮 1,3徐伟 1,3籍浩林 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春30033
2 中国科学院大学,北京100039
3 中国科学院 天基动态快速光学成像技术重点实验室,吉林长春100
基于深度学习的目标检测算法直接应用于航天光学遥感(Space Optical Remote Sensing,SORS)复杂场景图像中会出现舰船目标检测效果不佳的问题。针对该问题,本文以近海复杂背景的密集排布舰船和远海多干扰中小目标舰船为检测对象,提出一种改进的YOLOX-s(Improved You Only Look Once-s,IM-YOLO-s)算法。在特征提取阶段,引入CA位置注意力模块,分别从高度与宽度两个方向对目标信息的位置进行权重分配,提高了模型的检测精度;在特征融合阶段,将BiFPN加权特征融合算法应用到IM-YOLO-s的颈部结构,进一步提升了小目标船只检测精度;在模型优化训练阶段,以CIoU损失替代IoU损失、以变焦损失替代置信度损失、调整类别损失权重,增大了正样本分布密集区域的训练权重,减少了密集分布船只的漏检率。另外,在HRSC2016数据集的基础上增加额外的离岸中小舰船图像,自建了HRSC2016-Gg数据集,HRSC2016-Gg数据集增强了海上船只及中小像素船只检测时的鲁棒性。通过数据集HRSC2016-Gg评测算法性能,实验结果表明:IM-YOLO-s对于SORS场景舰船检测的召回率为97.18%,AP@0.5为96.77%,F1值为0.95,较原YOLOX-s算法分别提高了2.23%,2.40%和0.01。这充分表明该算法可以对SORS复杂背景图像进行高质量舰船检测。
舰船检测 深度学习 CA注意力模块 加权特征融合 损失函数优化 ship detection deep learning coordinate attention weighted feature fusion loss function optimization 
光学 精密工程
2023, 31(6): 892
陶淑苹 1,*冯钦评 1陈晓龙 1,2郑亮亮 1[ ... ]高倓 1,2
作者单位
摘要
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
调制传递函数(MTF)是遥感相机的重要评价指标,但是目前对于数字域 TDI CMOS 相机动态MTF特性研究十分有限,为了深入研究其像质下降机理,结合数字域TDI CMOS成像原理,建立了像元、电子快门、曝光时间、振动引起的数字域TDI成像MTF下降数学模型。结合推导模型开展了预估分析和实验验证。结果表明:传感器的有效像元区域分布会影响图像MTF,且开口率越小影响越大;CMOS传感器的卷帘快门会导致数字域TDI成像MTF下降,卷帘速度越慢影响越严重,其中卷帘速度从6 μs变为10 μs时,对应的图像MTF从0.191下降为0.177;曝光时间越短则MTF越高,尤其当存在低频像移失配时更为明显,曝光时间从180 μs减小为100 μs时,图像MTF从0.126提高为0.155,但同时也会影响图像信噪比,因此在实际应用中应合理选择曝光时间。
时间延迟积分 图像传感器 卷帘快门 调制传递函数 像移 TDI image sensor rolling shutter MTF image motion 
中国光学
2022, 15(5): 983
作者单位
摘要
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
基于事件的视觉传感器是一种新型的仿生型视觉传感器, 它更类似于人眼的工作机制使其广受关注。与基于帧的传统相机的工作机制和输出方式不同, 基于事件的视觉传感器的像素可以单独检测光照强度对数的变化, 并在变化量超过一定阈值时输出包含位置、时间、极性的事件信息, 拥有低延迟、高动态范围、低功耗的优点, 其独特的输出方式和工作特性使其特别适应于有高速运动、光照条件变化较大或小能耗的场合。本文介绍了事件相机的发展历程、分类和工作原理、优缺点, 以及事件相机在快速运动的跟踪与监测、目标识别、即时定位与地图构建(SLAM)等领域近些年的应用情况。最后总结了事件相机在不同应用领域仍存在的挑战, 并展望其未来的发展。事件相机的广泛应用将为目前传统相机仍很棘手的高速运动和高动态范围场合提供新的解决方案, 在未来的不断更新和发展下, 它将能够在更多复杂的应用场景发挥作用。
事件相机 视觉传感器 基于事件的视觉传感器 原理和应用 event-based camera vision sensor event-based vision sensor principle and application 
液晶与显示
2021, 36(12): 1664
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间新技术研究部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为进一步抑制遥感图像的非均匀噪声,首先分析了空间遥感高光谱图像条带噪声产生的原因及噪声模型,进而提出一种基于窗口阈值判决的改进矩匹配算法。选取相对平坦,且条带噪声与背景对比较明显的区域进行阈值估算,并选取参考均值、标准差和条带阈值判决对条带噪声进行矩匹配处理。实验结果表明,所提算法的峰值信噪比相对传统方法至少提高了6.2163 dB,均方误差最小降低了5.9630,结构相似度至少提高了0.254。与传统方法相比,采用所提方法处理后的图像变异逆系数有所提高,图像横向梯度与标准差有所降低,该方法还去除了图像中的条带噪声,保留了原始图像的细节信息。
遥感 阈值判决 矩匹配 条带噪声 非均匀校正 
激光与光电子学进展
2020, 57(8): 082801
作者单位
摘要
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
针对时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)成像系统多通道间存在响应非均匀问题,开展了基于辐射定标的校正方法研究。结合成像系统的信号处理流程,推导了响应非均匀性校正的理论模型,提出了一种基于加权最小二乘的定标校正方法,分别在1/4、1/2和3/4饱和响应处采集三组图像数据,并利用高斯加权函数对三组通道间的校正参数进行加权最小二乘拟合,从而获得优化的校正参数。利用TDI CCD成像系统进行实验验证,结果表明,系统的响应非均匀性(1/2饱和响应处)由原来的4.09%降低至0.85%,并优于两点校正法的1.93%,同时该方法在宽响应域内均获得了良好的校正效果,具有精度高、实用性强等特点,可应用于机载、星载等相机载荷,为获取高质量的遥感图像数据奠定技术基础。
成像系统 非均匀性校正 加权最小二乘法 时间延迟积分电荷耦合器件 
光学学报
2017, 37(11): 1111001
作者单位
摘要
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
为获得高信噪比的航天遥感图像, 针对CCD成像系统链路分析了影响图像信噪比的主要因素。结合CCD成像系统的响应模型, 明确了系统信噪比的表达式, 并摆脱了具体CCD型号的束缚, 提出了一种"总-分-总"的高信噪比成像电路系统通用设计方法。描述了系统从顶层总体设计、底层各电路模块设计以及全系统联试的完整研制方法。将该方法应用于吉林一号卫星高分辨率多光谱CCD成像电路系统的设计中, 并对成像系统进行了辐射定标试验, 获得了高信噪比的图像数据。结果显示: 在灰度为80%饱和输出时, 获得的全色图像信噪比达到了53.9 dB, 多光谱图像的最高信噪比达到了56.3 dB, 且图像数据经融合后色彩真实、绚丽。本文的CCD成像电路系统设计方法能够为其他航天遥感载荷的电路系统设计提供参考。
电荷耦合器件(CCD) 星载CCD相机 CCD成像电路 信噪比 吉林一号卫星 Changed Coupled Device( CCD) space-borne CCD camera CCD imaging circuit signal-to-noise ratio Jilin-1 satellite 
光学 精密工程
2016, 24(8): 2027
杨飞 1,2,3,*曲宏松 1,3金光 1,3郑亮亮 1,3
作者单位
摘要
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
3 小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130033
基于线阵时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)机动成像原理,分析了灵巧卫星在姿态机动过程中动态成像的几何畸变问题。由于地球曲率及姿态机动因素导致像面空间几何映射形状不断改变,通过光线追迹逐点匹配算法推导出了机动成像方式下的空间成像几何关系数学解析表达式。利用小卫星姿态控制系统物理仿真平台对TDI CCD 相机机动成像快速几何校正算法进行实验验证,姿态角确定精度与姿态稳定度优于0.05°、0.005°/s。结果表明,在卫星最大扫描角为45°时,所设计的算法能够解决机动成像几何畸变问题,提高成像质量。
成像系统 机动成像 像移 地面像元分辨率 快速几何校正 
光学学报
2015, 35(5): 0511002
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130033
为建立准确的时间延迟积分电荷耦合元件(TDI CCD)成像电路系统的响应模型,根据成像系统的信号处理流程,详细分析了CCD传感器、预放电路与视频处理电路等主要环节对系统响应的影响,并结合理论响应模型,针对实际的处理流程,建立了实际系统的理论响应模型。利用某航天相机TDI CCD成像系统进行了暗电流噪声、视频处理电路噪声等专项测试实验,并在不同的拍照参数与光辐射条件下进行了辐射定标实验,分析了具体的实验图像数据,采用最小二乘法的线性拟合与二次多项式拟合分别得到了系统响应的近似数学模型和高精度数学模型,拟合决定系数R2分别达到了0.992和0.9998。利用该响应模型可以准确计算卫星在轨拍照时地物的辐射特性,并为合理选择相机在轨拍照参数提供依据。成像实验表明,系统响应模型准确,参数设置合理,满足相机在轨拍照的任务要求,提高了相机在轨工作的效率。
成像系统 时间延迟积分 电荷耦合元件 成像电路 响应模型 辐射定标 
光学学报
2014, 34(11): 1104001
作者单位
摘要
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130033
为了解决多时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)拼接遥感相机不同CCD通道间的成像串扰问题,提高相机信噪比(SNR)和成像质量,利用周期信号的傅里叶级数分析法推导成像串扰的数学模型。根据理论分析结果提出多TDICCD成像串扰的根本原因是CCD工作不同步造成TDICCD成像电路电源的地平面高频扰动影响到了相邻通道CCD有效视频信号的采集。从工程研制实际出发,采取CCD通道之间的工作电源隔离以及共用统一的系统时钟等措施对多TDICCD成像电路系统进行改进,抑制成像串扰的发生。对改进后的多TDICCD成像电路系统进行成像和信噪比测试。实验结果表明,采取的措施有效地去除了CCD通道间成像串扰条纹,相机信噪比得到了显著的提高,在相机入瞳辐亮度为42.6 W/(m2·Sr)的条件下,相机信噪比提高18.85 dB,达到了50.42 dB,且外场成像质量高,满足实际工程的需求。
成像系统 数学模型 傅里叶级数 成像串扰 信噪比 
光学学报
2014, 34(7): 0711003
作者单位
摘要
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130033
为实现多光谱TDI CCD的高速高信噪比成像, 利用可空间应用的多光谱TDI CCD传感器研制出了高性能成像电路系统。该系统以现场可编程门阵列(FPGA)为核心逻辑单元, 带有RS422外围通信控制接口, 并采用CAMERALINK接口输出图像数据。系统具有动态推扫成像的能力, 可同时输出全色和彩色两种模式的图像数据。利用灰度条纹的靶标对传感器的3个多光谱(R、G、B)感光区标定白平衡, 利用彩色条纹的靶标对系统进行成像测试, 在驱动频率为15 MHz的情况下, 系统单片CCD输出的图像数据率达到12 Gbps。试验结果表明, 获取全色图像的信噪比达到了5356 dB, 各多光谱图像的信噪比较高的也在40 dB以上, 满足空间对地高分辨多光谱遥感成像的技术指标要求, 对高速空间多光谱遥感相机的研制具有借鉴意义。
多光谱 高速成像 成像电路 信噪比 multispectra high-speed imaging TDI CCD TDI CCD imaging circuit Signal-to-noise Ratio(SNR) 
中国光学
2013, 6(6): 939

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