1 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, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国资源卫星应用中心, 北京 100094
利用自主研制的地表反射自动监测光谱仪 (ARMS) 和可见-短波红外光谱辐照度计 (HIM)，实现了嵩山遥感定标场内三种灰阶靶标反射率的自动测量，并与使用ASD便携式光谱仪人工测量的靶标反射率开展了比对。两种方法的比对结果表明：在400～1600 nm范围内，自动化测量与人工测量的反射率数据在非大气吸收波段的相对偏差优于 ±2%。进一步基于自动化设备的观测数据，分析了2019年10月至2020年11月场地内的靶标反射率。分析结果表明，受环境变化的影响，嵩山场内灰阶靶标的反射率也会发生变化，且反射率的变化趋势与波长范围及测量区域有关。在整个波段范围内，反射率的标准偏差在 ±2.5%以内。该工作的开展为基于嵩山遥感定标场的自动化、高频次在轨辐射定标提供了有力的技术支撑。
嵩山定标场 在轨替代定标 灰阶靶标 光谱反射率 Songshan Calibration Field on-orbit vicarious calibration grayscale target spectral reflectance 大气与环境光学学报
2023, 18(2): 141
1 湖北工业大学机械工程学院，湖北 武汉 430068
2 武汉大学遥感信息工程学院，湖北 武汉 430072
3 中铁大桥科学研究院有限公司，湖北 武汉 430034
4 桥梁结构健康与安全国家重点实验室，湖北 武汉 430034
针对大型桥梁车辆移动荷载监测场合中车辆的重心估计能力不足和车辆再识别困难等问题，提出一种基于点云灰度图的彩色图像与点云快速融合方法，以提高对车辆的空间定位能力和对目标的辨识能力。首先利用立体标定靶对不同视角相机和点云采集装置的位姿进行标定，获取它们彼此间的相对位置和姿态；然后利用标定的结果对不同视角采集到的点云进行拼接，得到完整的车辆点云；再将完整点云转换至彩色相机坐标系并投影，提取点云灰度图，实现彩色图像与点云灰度图的配准，将其姿态调整至与车辆实体在彩色相机坐标系内的位置和姿态一致。进一步建立彩色像素点与三维点云间的映射关系，并将颜色信息与点云相关联，从而实现彩色图像与点云的融合。利用融合后的彩色点云和相机成像模型，可以得到车辆在彩色相机坐标系中的虚拟图像，为车辆的再识别提供依据。结果显示，相比于采样一致性算法，所提配准算法缩短了约74.1%的耗时。实验表明，所提算法实现数据融合后生成的彩色点云具有较高的还原度，证明了所提算法的可行性，为解决类似的问题提供了新的思路和方法。
激光点云 多源数据融合 立体标定靶 点云灰度图 虚拟图像 点云着色 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1028005
1 湖北工业大学机械工程学院, 湖北 武汉 430068
2 湖北省现代制造质量工程重点实验室, 湖北 武汉 430068
3 湖北工业大学工程技术学院, 湖北 武汉 430068
针对低光照条件下拍摄的图像受光和环境的影响, 其重要信息丢失严重, 出现对比度低、细节模糊等问题, 提出了一种基于灰度变换与改进 Retinex的图像增强方法。首先采用引力搜索算法(gravitational search algorithm, GSA)优化的全局灰度变换函数对图像的 RGB各通道灰度图像进行灰度变换, 增强图像光照强度, 使其更接近均匀光照场景; 然后将图像转为 HSV色彩空间, 对 V通道(亮度通道)采用改进的多尺度 Retinex(MSR)算法处理, 将基于范围的自适应双边滤波和 Gabor滤波作为 Retinex算法的环绕函数, 结合两种滤波的特性来增强图像的亮度和细节。最后采用伽马校正避免图像融合造成的图像色偏。实验结果显示, 该方法处理过的增强图像在主观和客观评价上优于其他方法, 图像颜色失真较小, 细节更清晰, 为图像的后续应用做了铺垫。
图像增强 全局灰度变换函数 引力搜索算法 双边滤波 Retinex理论 image enhancement, global grayscale transformation
1 空军航空大学 航空作战勤务学院, 长春 130022
2 陆军勤务学院, 重庆 400050
3 93525部队, 西藏 日喀则 857000
针对航空滤光片阵列多光谱图像中存在的条带灰度差异问题, 提出条带灰度校正算法。首先, 对多光谱图像构建条带图像模板, 基于SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)算法提取图像特征点并计算图像间坐标转换矩阵, 用于确定条带图像重叠区域; 其次, 依次计算各条带图像重叠区域像素灰度均值, 并以中间图像各条带灰度为基准, 依次拟合相邻图像间灰度校正系数; 最后, 利用投影后的图像模板依次提取序列单波段条带并进行拼接, 得到灰度一致的单波段图像。实验结果表明: 该方法可以有效解决航空滤光片阵列多光谱图像条带灰度差异, 且能够最大限度保持地物光谱信息特征。
Author Affiliations
Abstract
1 Southern University of Science and Technology, Department of Materials Science and Engineering, Shenzhen, China
2 Southern University of Science and Technology, Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering, Shenzhen, China
3 Hong Kong Baptist University, Department of Physics and Institute of Advanced Materials, Hong Kong, China
Structural color from artificial structures, due to its environmental friendliness and excellent durability, represents a route for color printing applications. Among various physical mechanisms, the Fabry–Perot (F–P) cavity effect provides a powerful way to generate vivid colors in either the reflection or transmission direction. Most of the previous F–P type color printing works rely on electron beam grayscale lithography, however, with this technique it is challenging to make large-area and low-cost devices. To circumvent this constraint, we propose to fabricate the F–P type color printing device by the laser grayscale lithography process. The F–P cavity consists of two thin silver films as mirrors and a photoresist film with a spatially variant thickness as the spacer layer. By controlling the laser exposure dose pixel by pixel, a centimeter-scale full-color printing device with a spatial resolution up to 5 μm × 5 μm is demonstrated. The proposed large area color printing device may have great potential in practical application areas such as color displays, hyperspectral imaging, advanced painting, and so on.
structural color laser grayscale lithography Fabry–Perot cavity Advanced Photonics Nexus
2022, 1(2): 026002
1 山东大学 a.光学高等研究中心
2 b.信息科学与工程学院，山东青岛 266237
3 山东大学 b.信息科学与工程学院，山东青岛 266237
4 中国科学院 a.上海技术物理研究所，上海 200083
5 b.上海微系统与信息技术研究所，上海 200050
为了增强短波红外成像仪的成像对比度，提高目标的识别率，介绍了一种基于现场可编程门阵列 (FPGA)的灰度拉伸算法的实现方法。利用视频数据两帧之间灰度分布近似的特性，通过统计上一帧图像的灰度分布，计算图像拉伸所需要的参数，处理当前帧的图像，达到实时处理的效果。在灰度统计模块中，利用 FPGA的片上块随机存储器 (Block RAM)资源，采用非倍频的流水线数字逻辑设计，避免了跨时钟域的操作，降低了系统状态机的复杂度，提高了系统的工作频率。采用国产 320×256元 InGaAs面阵探测器，搭载了 Xilinx Artix-7系列芯片的实验平台进行实验，仿真结果表明,该方法能有效提高短波红外图像的对比度，具有占用资源少、运算速度快、成本低、可移植性高等优点，满足短波红外成像仪实时灰度拉伸处理的设计要求。
灰度统计 灰度拉伸 现场可编程门阵列 块随机存储器 grayscale statistics grayscale stretching Field Programmable Gate Array Block RAM 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(7): 713
南京航空航天大学自动化学院，江苏 南京 210016
针对连接器表面裂纹人工检测操作繁琐、效率低的问题，提出一种基于机器视觉的连接器表面裂纹智能检测方法。首先，利用基于随机采样一致性的直线拟合方法对待检测区域下边界进行拟合，以定位待检区域和边界。其中，基于单一尺度的形态学运算方法无法有效提取到裂纹区域，根据裂纹特点，提出一种基于多尺度形态学运算的裂纹提取方法，对比实验结果表明，该方法具有良好效果，实现了对裂纹区域的粗提取。再根据裂纹结构特征，提出一种自适应阈值分割方法完成对裂纹区域的分割。最后，通过Blob分析统计目标连通域的位置信息及目标区域的灰度响应强度，完成对真伪裂纹的判别。所提方法最终实现对连接器表面裂纹的实时在线检测，检测准确率可达97.1%。
图像处理 裂纹检测 灰度形态学 阈值分割 Blob分析 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415015
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
纯相位迭代全息图可以用来设计空间光滤波器。由于介质与空气存在折射率差, 空间光在经过全息干板时, 会产生相位变化。文章以每个像素光刻胶的高度调制相位, 设计出了2.5D灰度全息空间光滤波器。文章还利用电子束光刻机进行灰度曝光, 制备不同高度的光刻胶, 通过干法刻蚀将图案刻蚀到硅片上。对电子束曝光工艺、显影参数、刻蚀工艺等进行了优化, 制备出了高衍射效率空间光滤波器, 并进行了表征。
全息光学 灰度曝光 空间光滤波器 hologram optics grayscale lithography spatial optical filter
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210123
