大连理工大学 高性能精密制造全国重点实验室,大连 116024
不同冰云条件对以偏振模式为导航信息源的偏振导航影响较大,为探究冰云大气相关参数(冰晶粒子形状、有效半径、冰水含量以及光学厚度等)对天空偏振模式的影响,建立了基于蒙特卡罗法的矢量传输模型,利用libRadtran模拟了实际冰云大气辐射传输过程,分析了不同冰云大气相关参数对天空偏振模式的影响,并通过图像式测试系统,实地测试了大连地区10组实际大气条件下天空偏振模式随冰云大气相关参数的变化情况。结果表明:冰晶粒子形状对冰云大气偏振度影响较大,对冰云大气偏振方位角影响较小。并且冰云大气偏振度随有效半径的增大而增大,随光学厚度和冰水含量的增大而减小,后逐渐趋于稳定的状态。在不同日期同一时刻下,大连地区实际冰云大气偏振度变化规律与仿真基本一致,验证了本文方法的有效性,为偏振导航的在实际冰云大气条件下的工程应用提供了理论支撑。
大气光学 偏振模式 libRadtran 冰云 大气散射 Atmospheric optics Polarization mode LibRadtran Ice cloud Atmospheric scattering 光子学报
2023, 52(11): 1101001
1 杭州电子科技大学电子信息学院,浙江 杭州 310018
2 杭州电子科技大学碳中和新能源光电研究院,浙江 杭州 310018
夜间图像去雾技术已经成为图像处理技术领域的重要研究内容,在目标跟踪探测、视频监控、遥感等方面有着重要的意义。夜间有雾图像通常具有对比度低、光照不均匀、颜色偏移等特点,这些特点使得夜间图像去雾面临着极大的挑战。通过调研近年来夜间图像去雾算法的国内外研究现状,从物理模型、非物理模型和深度学习的角度对其中比较经典的算法进行了归纳总结,详细阐述了算法的流程以及优缺点。最后,对夜间去雾算法的未来研究方向进行了展望。
图像去雾 深度学习 大气散射模型 物理模型 非物理模型 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2400002
1 河南理工大学测绘与国土信息学院,河南 焦作 454003
2 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室,国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心),北京 100081
3 许健民气象卫星创新中心,北京 100081
深对流云是卫星传感器可见光与近红外波段替代定标的地球稳定目标,其方向反射特性是影响场地定标精度的重要参数。为了提高定标的准确性,需要双向反射率(BRDF)模型进行各向异性因子校正。基于Himawari-8卫星成像仪,利用提取的2016—2020年期间深对流云数据,依据查找表方法实现BRDF特征建模。在同一角度下对比业务化Hu模型归一化后的各向异性因子,分析两种模型降低深对流云响应标准误差的校正效果,并将经本文模型校正的长时间序列深对流云反射率数据和定标系数方法计算的仪器衰减率进行比较。研究结果表明,在可见-近红外波段范围内BRDF特性差异较小,与Hu模型相比,该方法表现出较高的一致性,使用本文模型校正后的深对流云响应标准误差小于Hu模型,且计算衰减率数值基本一致。在短波红外通道,本文模型与Hu模型相比,各向异性特征差异较大,使用Hu模型校正后标准误差增大,而使用本文模型校正后,标准误差最高可减少31%,在深对流云与定标系数计算衰减结果方面存在差异,这可能与短波红外通道的波动太大相关。因此,基于Himawari-8卫星成像仪对深对流云的BRDF特征建模是可行的。
传感器 大气散射 深对流云 后向散射 双向反射率函数 光学学报
2023, 43(12): 1228007
1 南京信息工程大学, 南京 210000
2 江苏省气象探测与信息处理重点实验室, 南京 210000
针对目前图像去雾方法中存在的输出图像色彩偏暗、场景信息丢失以及去雾不彻底等问题, 提出了一种基于注意力机制的端到端图像去雾方法。首先将通道注意力机制嵌入到Inception网络中, 并由融合后的网络进行浅层特征提取; 然后通过多尺度卷积和残差密集连接块学习深层图像信息, 同时以跳跃连接的方式实现深浅特征融合; 最后经过单一卷积层回归到像素比例系数矩阵, 依据改进后的大气散射模型生成无雾图像; 网络模型在均方差(MSE)的基础上设计了保真度损失函数作为约束。在RESIDE雾天数据集上的实验结果显示, 提出的方法的峰值信噪比(PSNR)、结构相似度(SSIM)、学习感知图像块相似度(LPIPS)和CIEDE2000分别达到32.545,0.970, 0.026和2.711, 表现出良好的效果, 输出图像去雾彻底, 色彩保真度高, 并有效避免了已有方法中的细节信息丢失问题。
图像去雾 保真度损失 大气散射模型 通道注意力机制 跳跃连接 image dehazing fidelity loss atmospheric scattering model channel attention mechanism skip connection
江西理工大学信息工程学院,江西 赣州 341000
针对传统基于暗通道先验的去雾方法容易导致边缘区域和天空区域分别出现伪影和颜色失真的问题,提出了一种基于区域透射率融合的暗通道图像去雾方法。首先,将含雾图像分为非天空、天空及过渡边缘等3个区域。其次,在暗通道结合块透射率估计和点透射率估计分别对非天空区域和过渡边缘区域进行融合,并利用梯度域引导滤波进行平滑处理,得到融合后的暗通道透射率。然后,合成天空区域的亮度透射率和暗通道融合透射率,以获得最终的透射率。最后,利用得到的透射率和改进后的大气光值对图像进行复原,得到去雾结果图像。实验结果表明,与传统暗通道方法相比,所提方法明显更优,其在有效抑制边缘伪影的同时能够较好地保留含雾图像的颜色特征。所提方法得到的去雾图像在主观评价和客观评价方面均能取得更好的结果。
图像处理 透射率融合 暗通道先验 大气散射模型 引导滤波 图像去雾 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0410005
光学 精密工程
2022, 30(18): 2267
中国矿业大学信息与控制工程学院,江苏 徐州 221116
针对现有图像去雾算法中大气光值和透射率估计不准确导致图像去雾后失真的问题,提出了一种基于雾线暗通道先验改进的图像去雾算法。首先,根据HSV空间雾浓度与亮度和饱和度差值的关系计算图像的全局相对雾浓度,并结合暗通道图对应的高像素值来设置能够自动选择合适的大气光值的权重系数;其次,利用暗通道先验得到的粗略透射率值对每条雾线中最大半径透射率进行修正,然后引入容差参数对明亮像素的透射率进行优化,引入快速引导滤波对透射率图进行进一步优化;最后,根据大气散射模型获得最终的无雾图像。实验结果表明,所提去雾算法在主观视觉效果和客观数据上均优于其他算法。
图像处理 雾线暗通道先验 雾浓度 容差参数 明亮像素 大气散射模型 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0810014
中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
讨论分析了现代大气光学研究及其在光电工程应用中几个方面的常见问题,给出了下列主要观点:(1)大气对光电工程应用的影响不容忽视;(2)光电工程设计需要考虑大气光学特性;(3)大气对光电工程的影响需要用概率来说明;(4)不能根据天气状况直接来判断大气对光电系统影响的程度;(5)作为统计平均量的大气光学参数不是唯一确定的;(6)用一个参数Cn2不能可靠地描述大气湍流的光学特性;(7)有必要进一步提高光电仪器大气探测结果的可靠性;(8)大气湍流对光电系统性能的影响难以完全被消除;(9)不需要投入很大精力去研究一些理想的问题。根据现状,提出了一些值得深入研究的大气光学问题。
大气光学 光电工程 大气吸收 大气散射 大气湍流 atmospheric optics optical engineering atmospheric absorption atmospheric scattering atmospheric turbulence 红外与激光工程
2022, 51(1): 20210818