1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室,江苏 南京 211106
2 南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏 南京 211106
伪装目标与背景的综合相似度能够衡量伪装目标与周围背景之间的特征差异,综合相似度越高,目标与背景的融合程度越高,目标伪装效能越高。组合使用目标及背景图像的亮度、颜色、纹理、形状、尺寸、结构、直方图等7个典型特征来表征目标伪装特性,采用与其相应的相似度量法得到各个特征相似度,采用熵权法客观确定不同特征指标权重,线性加权得到伪装目标与背景的综合相似度,从而获得量化的目标伪装效能评估结果。不同背景、不同侦察距离、不同目标姿态下的多组实验表明:所提伪装目标与背景的综合相似度具有与目标发现概率一致性、与探测距离一致性、背景鲁棒性,证明了所提方法的正确性和有效性;并通过对比实验验证了该方法的可靠性。
伪装效能评估 综合相似度 可见光谱段 伪装目标 熵权法 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0430001
南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室,江苏 南京 210016
针对高精度遥感应用中含云大气波段辐射传输计算成本较高的问题,提出单次散射参量极大相关k分布优选算法(SSP-MCKD)。通过分析不同环境条件下含云大气消光系数、单次反照率和不对称因子等参量在光谱分布上的相关性,将CKD理论从单一吸收系数扩展至多种光谱参量。根据对单次散射源函数的影响程度,优选各条谱线的极大相关光谱参量并进行分组重排,在组间和组内求解平均等效参量和求积权重。实验结果表明:与算法和云层属性参数化的相关k分布算法相比,SSP-MCKD适用于吸收、半吸收和透过等各类波段,收敛速度最快;在不同高度云层场景中,辐射亮度平均误差低于2%;在不同类型云层场景中,辐射亮度平均误差低于6%。SSP-MCKD在适用性、稳定性及计算精度方面均具有明显优势。
遥感 含云大气 波段辐射传输 相关k分布 单次散射源函数 极大相关参量 光学学报
2023, 43(18): 1801001
1 北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094
2 南京航空航天大学 航天学院, 南京 211106
3 中科院南京天文仪器有限公司, 南京 210042
研制基于楔板型分束镜的可见-红外光同步成像望远镜系统,通过优化设计分束镜楔角,抑制反射可见光鬼像产生,校正透射红外波段像差,实现对可见光波段与红外波段同时成像。对望远镜系统进行像质检测,主次镜系统RMS为0.093λ(λ=6328nm),可见光支路RMS达到0.120λ,红外光路成像质量满足要求。该系统采用卡塞格林共光路,用楔形板实现对可见光到中红外波段光线同步成像,使得宽波段望远镜设计更加轻便的同时提升装置成像性能。
楔板分束镜 卡塞格林系统 鬼像 像差 wedge beam splitter cassegrain system ghost image aberration
1 南京航空航天大学 航天学院,江苏 南京 210006
2 北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室,北京 100094
3 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
白光显微干涉术通过驱动干涉显微物镜垂直扫描移相,采集低相干干涉图序列,定位干涉包络中的零光程差位置,获取待测表面的三维形貌。微观形貌的计算由获取粗略形貌的垂直扫描(VSI)算法和获取精细形貌的移相(PSI)算法两部分组成。通常情况下,设置垂直扫描移相的步长为八分之一中心波长,但移相器误差和干涉显微物镜数值孔径效应等都会使得移相量偏离π/2。文中采用基于对比度变化重心提取的VSI算法,4M幅法和7幅法两种PSI算法,分别讨论了两种类型移相误差对形貌计算的影响。理论和数值分析结果表明,在宽带光作用下,7幅法仍对移相误差不敏感,4M幅法产生的精细相位误差形式恰好与干涉物镜数值孔径效应对条纹展宽的影响相一致,在从精细相位转换为精细形貌时相互抵消。因而,采用基于对比度变化重心提取的VSI算法和4M幅PSI算法计算形貌数据,干涉物镜数值孔径效应造成的移相误差无影响,移相器误差造成的形貌复原误差可以通过预先测量已知高度的标准台阶进行标定去除。应用上述移相误差校正方法测量了高度为460 nm的台阶,形貌测试结果正确且鲁棒。
移相误差 台阶 形貌测量 白光显微干涉 phase-shifting error step topography measurement white light interferometric microscopy 红外与激光工程
2022, 51(7): 20220050
1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室,江苏 南京 211106
2 南京航空航天大学航天学院,江苏 南京 211106
3 哈尔滨工业大学空间光电工程中心,黑龙江 哈尔滨 150001
为解决遥感图像小目标检测中目标特征信息量少、定位困难等难题,提出一种基于特征融合与注意力机制的遥感图像小目标检测算法FFAM-YOLO(Feature Fusion and Attention Mechanism YOLO)。该算法首先针对主干网络特征提取有效信息量少、特征图信息表征能力弱的问题,构造特征增强模块(FEM)以融合较低层级特征图中多重感受野特征,提升算法主干网络的目标特征提取能力;其次,主干网络提取得到高低层级特征图后,建立重构算法的高低层级特征融合结构,利用特征融合模块(FFM)显著增强小目标的特征信息;在增强的有效通道注意力机制(E-ECA)与空间注意力模块(SAM)所组成的级联注意力机制(ESM)作用下,可更精确地捕获小目标特征;最后在输出的两路特征图上进行小目标检测并输出结果。实验结果表明,基于构建的遥感图像小目标数据集USOD(Unicorn Small Object Dataset),所提算法的查准率达到91.9%,查全率达到83.5%,检测框与真实框之间的交并比阈值(IoU)为0.5时的平均精度(AP)为89%,IoU为0.5∶0.95时的AP达到32.6%,检测速率达到120 frame/s,具有一定的鲁棒性和实时性。
机器视觉 小目标检测 遥感图像 特征融合 注意力机制 特征增强 光学学报
2022, 42(24): 2415001
1 南京航空航天大学 航天学院,江苏 南京 211106
2 北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室,北京 100094
大口径凹椭球面反射镜光轴偏心会引起遥感相机光学系统失调,导致成像焦面与设计位置偏离。针对此问题,根据反射镜的几何参数设计了基于平晶补偿的消球差系统,通过灵敏度分析计算得到系统中平晶失调1″对系统像差无影响,主镜失调1″带来0.04λ (λ=632.8 nm)的彗差。结合仿真计算的结果,搭建测试光路,并利用经纬仪和激光跟踪仪对反射镜进行偏心测量。误差分析表明:主镜倾斜测量误差约为1.2″,主镜偏心测量误差为0.028 mm,可以满足绝大部分空间遥感相机大口径反射镜的测量需求。
波前测试 光轴 椭球面 偏心测量 wavefront test optical axis ellipsoid eccentricity measurement 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210196
1 南京航空航天大学 空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室,南京206
2 南京航空航天大学 航天学院,南京11106
3 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心,哈尔滨150001
针对高分辨率探测应用中三维云层辐射传输计算成本较高的问题,提出了一种基于有限邻域的多次散射近似模型.根据不同空间位置邻近云体间的辐射耦合规律,将有限邻域分解为水平邻域和垂直邻域.通过水平辐射通量密度变化方程,计算水平方向辐射交换,表征水平邻域产生的辐射效应.针对辐射通量沿垂直方向误差,利用辐射通量密度补偿函数加以修正,更准确地表征垂直邻域产生的辐射效应.选择三维积云场为实验场景,以独立像元近似模型和结合了严格单次散射的爱丁顿多次散射模型作为比较对象.实验结果表明:当太阳天顶角小于60°时,本文模型对上行和下行辐射源函数的精度提升优于8%和10%,最高可达47.39%和33.93%;在不同光照和观测条件下,辐射亮度计算精度优于40%;在计算效率方面,本文模型优势显著,有助于研究大规模场景下的辐射传输快速求解.
辐射传输 多次散射 辐射效应 云层 大气光学 Radiative transfer Multiple scattering Radiative effects Clouds Atmospheric optics
1 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210016
2 哈尔滨工业大学空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对遥感应用中的三维云层辐射传输计算问题,提出一种水平方向邻域多次散射近似模型。通过分析水平方向相邻云体单元间的辐射通量密度变化机制,建立相邻云体水平辐射交换方程。引入太阳方向补偿函数,修正太阳入射角对辐射传输的影响。利用I3RC Phase Ⅱ淡积云场(Cu)数据、基于实测修正的多尺度叠加分形算法得到的层积云场(Sc)数据和高积云场(Ac)数据进行实验。实验结果表明,与独立像元近似(IPA)模型和严格单次散射结合爱丁顿多次散射(SSEddMS)模型相比,在0~60°太阳天顶角范围内,所提模型的上行方向辐射源函数(USF)平均相对误差优于13%;在低太阳天顶角条件下,计算精度提升超过15%;在不同观测条件下,像元级辐射计算精度优于5%。所提模型能够适用于具有不同光学厚度与水平非均匀性的三维云层,在稳定性、适用性及计算精度方面均具有显著优势。
大气光学 遥感 三维云层 辐射传输 水平方向邻域 多次散射 光学学报
2020, 40(24): 2401003