1 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
2 中国科学院智能红外感知重点实验室，上海 200083
3 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
4 中国科学院大学，北京 100049
在天基平台下实现对空中飞机目标的探测，存在距离远、目标信号弱、背景杂波复杂和探测器噪声等不利因素，因此，要获取目标的最强信号，确定在探测过程中的谱段至关重要。为此系统性地建立了飞机羽流的梯形羽流和锥形羽流仿真模型，并提出了利用信噪比（SNR）和信杂比（SCR）联合的SNCR方法对空中目标的探测谱段进行确定。实验结果表明：针对空中目标，不同目标SNCR值不同，但峰值区域不变，由此方法可以确定探测谱段，最终确定探测的谱段分别为：中波波段为
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，波段间隔在0.3
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以上；长波波段为
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，波段间隔在0.35
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以上。
1 Key Laboratory of Intelligent Infrared Perception, Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai200083, China
2 Huzhou Center for Applied Technology Research and Industrialization, Chinese Academy of Sciences, Huzhou1000, China
3 Key Laboratory of Intelligent Infrared Perception, Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai200083, China
为了有效地检测复杂背景下的红外弱小目标，提出了一种基于横纵多尺度灰度差（HV-MSGD）的方法来增强弱目标，并通过距离和像素差异来实现对背景强边的抑制。目标区域与周围区域之间存在不连续性，为了加强它们的差异，HV-MSGD与双边滤波（BF）相结合，可以在抑制背景的同时提高目标强度。进一步通过自适应局部阈值分割和全局阈值分割来提取候选目标。为了进一步验证对单帧检测的影响，将上述单帧检测算法与改进的无迹卡尔曼粒子滤波器（UPF）相结合，实现轨迹检测。实验结果表明，该方法在弱信噪比（SNR）下优于其他方法，在抑制背景的同时可以增强目标，增强效果是其他方法的6-30倍。在实验中，输入信噪比分别为2.78,1.77,1.79,1.13和1.16。图像处理后，背景抑制因子（BSFs）分别为13.48,21.33,11.73,20.63和121.92，信噪比增益（GSNRs）分别为40.09,71.37,27.53,12.65和131。该方法的检测概率（Pd）也优于其他算法。当误报率（FARs）为
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,
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和
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，计算五组真实序列图像的Pd为94.4％，92.2％，91.3％，95.6％和96.7％。
1 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院智能红外感知重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
使用点源法可以严密检测调制传递函数(MTF),能够有效检验各个方向的MTF值,可用于空间探测相机在轨性能的监测。但点源图像存在噪声,利用传统滤波方法对其进行去噪处理,会存在检测精度不足甚至出现MTF曲线阶跃近似为0的现象,从而影响其对成像质量的评判。因此,根据点源图像光强分布的特点,提出一种基于平缓区均值的点源图去噪方法,并将该方法与传统滤波方法进行定量比较。仿真和实验结果表明:该方法将MTF曲线的检测率提高到90.91%以上,相比于传统滤波方法中效果最好的中值滤波,MTF的检测精度能提高98.73%,同时提高图像的峰值信噪比和结构相似度。
图像处理 图像去噪 点源图 调制传递函数 点源法 激光与光电子学进展
2020, 57(18): 181001
1 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院智能红外感知重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
空间相机作为空间态势感知的主要器件,需实时监测其成像质量,但旋转卫星平台观测地面靶标以测量调制传递函数(MTF)会增加技术风险且无法进行多次测量,因此需要研究无需进行平台翻转以实时测量空间相机在轨MTF的方法。利用深空背景中常见的星点作为在轨MTF测量的目标,结合点源法研究其在轨MTF测量的方法,利用高斯拟合定位和多图配准重构点扩展函数,提出最终基于星点的MTF检测方法。仿真和实验结果表明:所提方法的抗噪性好,当随机噪声标准差为40时,MTF的均方误差为10 -4量级,且对小星点目标的检测效果好,当MTF的均方误差小于0.2 pixel时,能够检测的最小弥散圆半径为0.9 pixel。
成像系统 调制传递函数 星点 点源法 空间相机 在轨测量 激光与光电子学进展
2020, 57(16): 161102
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
在低温红外光学系统中，光学元件及其支撑结构的加工和装配温度与其实际工作环境温度之间存在较大差异。根据低温红外光学系统对光机结构设计的要求，设计和加工了一套适用于低温光学透镜的柔性支撑结构。透镜的径向定位与支撑采用一组周向均布的悬臂柔性支撑结构来实现；轴向则采用压圈定位和波形垫圈来为透镜提供轴向预紧，以避免由于温差以及材料的物理性能差异与变化而造成透镜面型无法满足指标要求。试验结果表明，这种透镜支撑结构在133 K低温下具有良好的成像效果。
低温光学 大温差 透镜支撑 cryogenic optics large temperature difference lens supporting
1 中国科学院智能红外感知重点实验室, 上海 200083
2 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
4 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
以II类超晶格320×256长波红外探测器为核心部件, 开发了一套高灵敏度长波红外探测系统.介绍了II类超晶格红外探测器的技术指标及系统的主要结构和工作方式.为充分发挥该红外探测器的灵敏度, 设计了高灵敏度信息获取系统, 并介绍了该信息获取系统的软硬件设计.该信息获取系统采用了自适应信号调理技术, 以降低信息获取噪声, 提升探测系统的灵敏度和动态范围.最后对整套长波红外探测系统开展了信息获取噪声测试、系统性能测试及外场成像实验.实验结果表明：长波红外探测系统的信息获取噪声低至0.065 mV, 系统的噪声等效温差(NETD)达到19.6 mK, 黑体探测率为7.72×1010, 外场成像质量良好, 图像细节清晰, 对比度高.该长波红外探测系统有利于推动II类超晶格红外探测器在高灵敏度长波红外遥感探测中的应用.
光电探测系统 长波红外 高灵敏度 II类超晶格 photoelectric detection system long wavelength infrared high-sensitivity type-II superlattice
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
针对红外复杂背景下的弱小目标检测难题, 提出一种基于背景自适应的多特征融合的复杂背景下弱小目标的检测算法。首先, 通过对红外图像进行空域滤波去除孤立噪声点, 并利用恒虚警率分割消除大面积平稳背景, 获得疑似目标集。然后融合红外图像的背景信息、弱小运动目标的灰度特征、目标与周围像素的方向梯度特征等多个典型特征, 消除疑似目标集中的大部分假目标, 最后运用运动特征获取真实目标的轨迹, 最终实现复杂背景下的红外弱小目标的检测。实验表明: 该算法能实现复杂背景下低信噪比的红外弱小目标快速检测, 具有检测概率高, 算法速度快, 鲁棒性好的特点。
弱小目标检测 多特征融合 背景自适应 红外图像 dim and small target detection multi-feature fusion background adaptive infrared image 红外与激光工程
2019, 48(3): 0326002
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
图像融合可以获取目标更加丰富的层次和细节信息, 有利于对探测目标信息的有效地获取, 在包括空间目标的三维重建等应用中有着重要意义。针对空间目标的宽动态范围提出了一种多次曝光的图像融合方法, 利用信息熵的非线性压缩判定图像融合权重, 并引入双边滤波残差加强弱纹理的分配权重, 有效地增加了图像的特征信息, 提高了三维重建点云的数量。利用提出的融合方法开展了空间目标模拟成像试验, 采用融合的图像对目标三维重建, 并与多种不同曝光程度以及采用其他融合图像的方法进行了对比, 提出的方法得到的重建点云数量相对恰当曝光状态提高了35%, 重建结果优于其他方法。结果表明: 将图像融合引入到三维重建中, 能有效地加强了重建图像信息, 避免了光照条件对目标三维重建的不利影响, 获得较高质量的重建效果, 该方法可以很好地应用到基于图像序列的空间目标三维重建应用中。
图像融合 三维重建 动态范围 image fusion 3D reconstruction dynamic range 红外与激光工程
2018, 47(9): 0926002
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
体三维显示技术是三维显示技术的一个重要分支。首先对目前国内外较为成熟的体三维显示技术进行了分类和举例, 然后对该技术的特点进行了总结。虽然目前的技术方案仍然存在一定的局限性, 但是未来的新方案将会应运而生, 并将逐步取代现在的二维显示。
三维显示技术 体三维 扫描体 3D display volumetric 3D display swept volume
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
体三维显示技术是一种在空间中显示立体图像的技术。简要介绍了这种技术, 并针对其中的空间坐标转换方法问题进行了研讨。通过对实际问题进行近似与归纳, 得出了相应的几何光学问题; 然后对其进行了详细求解, 并设计了实验测量的相关参数; 最后, 根据该求解设计了相关算法并开展了实验。结果表明, 该算法的正确性和有效性均得到了验证。
体三维显示 空间坐标 数字微镜器件 volumetric 3D display spatial coordinate DMD
