红外与激光工程
2004, 33(5): 441
期刊基本信息
创刊：
1972年 • 月刊
名称：
红外与激光工程
英文：
Infrared and Laser Engineering
主管单位：
中国航天科工集团有限公司
主办单位：
天津津航技术物理研究所；中国光学工程学会
主编：
吕跃广
ISSN：
1007-2276
刊号：
CN 12-1261/TN
电话：
022-58168883,58168884,58168885
邮箱：
地址：
天津市空港经济区中环西路58号
邮编：
300308
定价：
200元/期
红外与激光工程 第33卷 第5期
非制冷红外焦平面技术在过去的几年内飞速发展,非制冷焦平面由原来的小规模,发展到中、大规模320×240和640×480阵列,在未来的几年内有望获得超大规模的1024×1024非制冷焦平面阵列.像素尺寸也由50 μm减小到25 μm,提高了焦平面的灵敏度,使非制冷红外热成像系统在**领域得到了成功应用,部分型号已经装备于部队,并受到好评.今后,随着焦平面阵列规模的不断增大、像素尺寸的进一步减小,非制冷热成像系统在**领域的应用将越来越广泛,尤其在轻**瞄具、驾驶员视力增强器、手持式便携热像仪等轻**方面,非制冷热成像系统在近年内有望逐步取代价格高、可靠性差、体积大等笨重的制冷型热成像系统.
非制冷焦平面阵列 红外热成像 轻** Uncooled focal plane array Infrared thermal imaging Light weapon 
阐述了评价红外成像系统性能的最主要参量MRTD的实验室测试方法,分析了国际上提出的用来改进和替代经典MRTD的方法及所应用的性能模型,比较了MRTD-ID、MTDP、TOD三种替代方法的优缺点,指出TOD方法在未来红外成像系统评价中将起到很重要的作用.
红外成像 最小可分辨温差 测量方法 三角方向辨别模型 Infrared imaging MRTD Measurement method TOD 对于红外预警系统,目标定位的最大难点是观测量只有角度,没有距离,这就使得火控系统的目标导引遇到困难.通过融合红外探测器对目标辐射的响应信息,利用所测得的角度参数,建立了获取目标距离的估算模型,为系统的研制提供了重要的理论依据.
红外探测器 红外预警系统 被动测距 距离估算模型 Infrared detector Infrared surveillance system Passive ranging Range estimation model 通过对光学系统分辨率检测原理和检测手段的现状分析,提出了一种新型的分辨率全自动检测方案,通过对程控分辨率板、卡塞格林平行光管及CCD图像采集器三个主要部件的设计,研制出了一台全新的以计算机为中心的分辨率自动检测装置.它具有体积小、质量轻、速度快、精度高、智能化程度高、可扩展性强等特点,推广应用前景十分广阔.
激光测距机 瞄准系统 分辨率 自动检测 Laser range finder Aiming system Resolution Automatical test 对光纤耦合激光二极管端面泵浦Nd:YAG激光器泵浦光偏离谐振腔轴的情况进行了实验研究,提出了一种利用CCD精确调整泵浦光与振荡光空间耦合的方法.使用此方法调整泵浦光的空间位置,使其与振荡光达到最佳空间耦合,得到了椭圆率为0.98,M2因子为1.01的近似理想高斯光束输出.该方法适用于各种激光介质的二极管端面泵浦固体激光器,提高了耦合精度,故具有一定的实际应用价值.
电荷耦合器件 端面泵浦 空间耦合 M2因子 CCD End-bumped Spatial coupling M2 factor 根据激光末端制导的工作原理,分析了激光照射指示器的性能指标,提出了各性能指标的数字化检测方法.采用模拟回波和精密延时电路检测照射能力、用CCD采集激光光斑测试激光束散角,实现了整机性能的数字化检测.能够测量每个照射周期各激光脉冲的能量、脉冲间隔、频率精度等参数,并在同一脉冲序列图中绘出波形.给出了电路框图、光路图和数据处理的方法.采用的四通道结构和上位机与下位机串行通讯的措施,减小了仪器的体积,提高了硬件的模块化结构和软件的?煽啃杂肟墒踊潭?
激光照射指示器 性能检测 数字化检测 Laser radiation indicated meter Performance test Numeralization test 研制了一种单片机控制的连续半导体激光器(LD)驱动电源.LD可以工作于自动电流控制(ACC)模式、自动功率控制(APC)模式和自动电压控制(AVC)模式.LD的电流可实现0～2A连续可调,满量程精度在±0.1%以内;对LD的温度可以实现精确的控制,采用了比例积分(PI)控制技术,并结合积分分离的思想,使温度控制快速而有效,控制精度为±0.1℃;采取了软启动控制、短路开关和限幅保护的措施,有效地保证了LD的安全.实验表明:该电源具有智能化程度高、抗干扰能力强、稳定度高和使用方便的优点.
半导体激光器 驱动电源 单片机 比例积分 Laser diode Driver Single-chip microcomputer PI 对激光刻蚀过程中的气化现象进行了热力学分析,根据不同的材质合理地选取工作条件,进行了激光狭缝刻制、太阳电池硅片打孔及激光标识的试验,并对刻蚀结果进行了对比分析,得出与理论分析相符的结果.
激光刻蚀 激光标识 光学狭缝 硅片 Laser etching Laser marking Optical slots Silicon wafer 提出一种无线激光通信系统USB接口的设计方案.该方案采用Cypress公司EZ-USB系列的AN2131Q芯片为核心作为USB外围设备,AN2131Q芯片在USB外围设备上电加载后运行其固件程序,负责管理USB外围设备及其与主机的通信.论述了如何利用该公司的EZ-USB开发板和配套软件调试系统.
USB接口 无线激光通信 调试 USB interface Wireless laser communication Debug 在光电跟踪设备的电视或红外自动跟踪系统中,引入目标的速度信息是提高跟踪精度的一种有效方法.为了得到目标的速度信息,设计了电视或红外脱靶量滞后时间的辨识方法以及目标速度预测的卡尔曼滤波方法,通过对电视或红外脱靶量信息同辨识出的脱靶量滞后时刻的仪器位置信息进行拟合,预测出被跟踪目标的速度信息,从而构成复合控制.仿真和实验结果表明,通过上述方法能够得出较为准确的目标速度信息,所构成的复合控制系统有效地提高了系统的跟踪精度.
卡尔曼滤波 滞后时间辨识 光电跟踪 伺服控制系统 Kalman filter Identify the delay time Electro-optical tracking Servo-control system 指出了小目标检测与跟踪中存在的难点问题;综合该领域近年来的研究成果,按照检测与跟踪的先后次序,将算法分为DBT和TBD两大类,并给出相应的数学模型和各自的主流方法;对两大类算法的执行性能进行了比较;最后指出该领域可以深入研究的方向.
检测 跟踪 形态学 小波 匹配滤波 小目标 Detection Tracking Morphology Wavelet Matching filtering Dim target 针对红外图像弱小点目标检测中遇到的难点,即信噪比低、帧间相对运动和强噪声干扰等问题,给出了一种帧间膨胀累积提高信噪比的方法,并且提出将1/f噪声白化和白噪声去除同步处理的新思路,大量的仿真实验证明,该方法能够很好地抑制噪声对图像的影响,大大提高信噪比,降低误检率.
红外图像 小波变换 弱小目标 1/f噪声 信噪比 形态膨胀 Infrared image Wavelet transform Weak small target 1/f noise SNR Morphological dilation 当成像系统与反舰导弹的运动方向在同一条直线上时,无法采用基于运动轨迹分析的时间滤波算法.针对这一问题,提出了一种基于小波变换的空间滤波与基于像素灰度值变化检测的时间滤波混合算法进行点目标探测.试验用的图像采用实际的背景图像与模拟的点目标信号相结合.试验表明该算法具有良好的探测精度和灵敏度以及低虚警率.
点目标 探测 时空滤波 小波分析 反舰导弹 Point target Detection Spatio-temporal filtering Wavelet analysis Antiship cruise missile 介绍了MPI并行计算的基本概念和并行计算集群的实现,着重论述了图像处理算法的并行实现方法.列举了提高并行算法效率的一些措施.在并行计算集群上实现了灰度相关匹配算法和快速傅里叶变换算法,对它们的实验结果进行了分析和对比,通过实验数据说明了并行计算通信量和并行计算效率的关系,提出了并行计算在图像处理方面的适用范围.
消息传递接口 并行计算 灰度相关 集群 快速傅里叶变换 Message passing interface Parallel-computing Intensity-based correlation Cluster FFT 介绍了利用非制冷红外焦平面传感器,采用PC-104 plus嵌入式PC与FPGA技术构建的便携式红外图像处理系统.针对凝视型红外图像处理系统的两个技术问题--红外焦平面非均匀性校正的硬件实现和保证图像帧的完整性,本文结合所研制的系统进行了深入的阐述.利用本系统,针对应用背景可以构建诸如红外检测、红外跟踪等各种具体应用系统.
非制冷红外焦平面阵列 非均匀性校正 PCI总线 UIRFPA Nonuniformity correction PC-104 plus PC-104 plus PCI bus PCI 9054 PCI 9054 模板更新策略是匹配跟踪算法成败的关键,为了提高基于模板匹配跟踪算法的性能,在分析多种模板更新算法的基础上,给出使用Kalman滤波器更新模板的方法.该方法不再将模板图像视为一个整体,而是使用Kalman滤波器对模板图像逐像素点进行更新,以得到自适应和最佳的目标模板图像,使匹配跟踪算法的性能得到很大提高,特别对于目标被遮挡、目标姿态变化以及环境照度变化有很强的适应性.对匹配算法的改进和遮挡的处理使该算法的性能得到进一步提高.实验结果表明该方法行之有效.
跟踪 模板更新 Kalman滤波器 遮挡 Tracking Template updating Kalman filter Occlusion SPIHT算法是一种简单、有效的嵌入式零树编码算法,但是,它需要大量存储空间,而且存在多次重复运算,因而复杂程度高,时间消耗大,不利于实时压缩.改进的SPIHT算法针对原算法的不足引入了"最小阈值"和"最小输出位",同时改变了原算法的扫描顺序,降低了算法的复杂程度,并使其更有利于并行优化处理.实验证明,改进后的算法减少了编解码过程中的存储容量和时间消耗,而重建图像的峰值信噪比和人眼视觉效果与原算法相当.
图像压缩 小波变换 零树编码 多级树集合分裂算法 Image compression Wavelet transform Zerotree coding SPIHT 分析了图像直方图均衡增强算法中信息损失的内在机理,提出基于自适应局部灰度修正的直方图均衡算法.首先对图像作常规直方图均衡处理,然后分析比较处理后图像和原图的梯度变化,以此为依据对图像作局部灰度修正,从而减小直方图均衡处理过程中信息损失的程度,最后通过实验验证了算法的有效性.
直方图均衡 图像梯度 图像增强 Histogram equalization Image gradient Image enhancement 特征选择是数据挖掘中的重要研究内容.在现实中,许多待研究系统都很复杂,其中还存在噪声,信息缺失等问题.通过几种特征筛选方法:样本可分类性的评价、对特征集各元素的评价,找出一个信息缺失的复杂系统几个可测特征中对系统性能有较大影响的特征.从而正确指出了系统优化的改进方向,实验结果验证了方法的有效性.
数据挖掘 特征选择 信息缺失 Data mining Feature selection Information absence 提出一种基于多小波变换结合矢量量化的图像编码算法(MDWT+VQ).首先对图像进行多小波分解,然后对高频系数用改进后的LBG算法形成的码书进行VQ编码.算法充分利用了多小波域不同分辨率层间各方向子图像的相似性,仅对最高分辨率层进行码书地址索引,低级分辨率层的系数按照一定的组织形式直接套用最高分辨率层的地址索引信息.对比实验的结果验证了该算法在提高图像的重建质量以及在降低位码率方面均比传统的单小波图像编码算法有一定的提高.
多小波变换 矢量量化 多分辨率码书 Multiwavelet transform Vector quantization Multiresolution codebook 随着计算机网络技术与多媒体技术的快速发展,数字产品的版权保护已经成为信息技术领域中最重要的问题之一.提出了一种小波域透明图像水印算法,该算法的特点是选择一个二值图像作为水印,将其内嵌到原始图像经过小波多分辨率分解后的低频子带上,并利用人眼视觉掩蔽特性对水印的添加强度进行自适应调节,设立标志矩阵记录水印嵌入信息并用作水印的检测.实验结果表明:水印是不可察觉的,经过常用的图像处理后仍是鲁棒的.
版权保护 小波变换 图像水印 视觉掩蔽 Copyright protection Wavelet transform Image watermark Visual masking 提出了一种结合权值背景融合的小波域多尺度图像分割方法.首先通过小波域隐马尔可夫树模型获得图像各个尺度上的初始分割,然后为各个尺度上每一分割像素点分别赋予权值,并建立一种融合父子尺度信息的新背景模型,最后利用权值背景融合各个尺度图像初始分割结果,得到像素级分割.仿真结果表明,该方法可得到优于已有文献的分割效果.
图像分割 二维小波变换 HMT模型 多尺度融合 权值 Image segmentation 2D wavelet transform HMT model Multiscale fusion Weight values 统计学习理论中提出的支撑向量机回归(SVR)遵循了结构风险最小化原则,从而避免了一味追求经验风险最小化带来的弊端.采用扩展方法使SVR与支撑向量机分类(SVC)具有相似的数学形式,并在此基础上提出了一种用于SVR的简化SMO算法.与SVR现有的SMO算法相比,简化算法的数学形式简洁直观,在不增加算法空间和时间复杂度的前提下避免了大量繁复的判别条件,较大幅度地简化了算法实现,有利于SVR的广泛使用.
支撑向量机回归 支撑向量机分类 顺序最优化方法 Support Vector Regression Support Vector Classification Sequential Minimal Optimization 根据现有光电测量设备对高速图像数据和测量数据实时记录的要求, 实现了一种基于SCSI硬盘的高速图像数据记录系统的技术.阐述了它的组成结构和基本原理、高速实时无压缩记录和测量参数同步存储的特点,通过高速图像数据记录技术在光电经纬仪的应用,设计了一种数字化、小型化的高速运动目标的特性测量系统.系统样机完成的指标结果表明:高速图像数据记录系统能够较好地完成图像的记录和目标的特性测量任务.
光电经纬仪 小型计算机系统接口 高速图像数据记录 特性测量 Photoelectric theodolite SCSI High speed image data record Characteristic measurement 提出一种融合柔性形态学方法与Sobel算子的边缘检测方法.利用全方位结构元素对图像进行重复柔性形态学处理,提高了运算速度并抑制了大量的噪声.建立相应的融合原则,对形态学运算获得的边缘和Sobel算子检测的边缘进行融合,得到清晰、连续的边缘图像.该方法对噪声具有很好的鲁棒性,处理含噪声图像能得到准确可靠的边缘检测结果.
图像处理 边缘检测 柔性形态学 Sobel算子 融合 Image processing Edge detection Soft morphology Sobel operator Fusion 微波辐射计具有全天时全天候的工作能力,可提供红外、可见光不能提供的信息.然而提高微波辐射图像的质量是一个急需解决的关键问题.针对简单场景,研究了波段相差极大的多传感器图像的融合算法,提出利用小波变换将基于光学的模拟毫米波图像和实测毫米波辐射图像的相关信息进行融合,合成的图像可作为精确制导中地图匹配的标准地图.仿真结果表明:融合图像包含了模拟图像和实测图像的更多互补信息,在一定程度上提高了图像的分辨率.
辐射图像 高分辨率 模拟图像 图像融合 小波变换 Radiometric image High resolution Simulated image Image fusion Wavelet transform 测量了特殊的镀金聚酯薄膜、镀铝绝热材料和硅化合物材料表面的激光(1.06 μm)双向反射分布函数、光镜反射率谱、总体反射率谱以及等效光学常数,利用多参数优化的遗传算法,建立了材料表面的BRDF统计模型.并采用Powell算法反演了铝基绝热材料在不同波段上、某一波长的光学常数.
粗糙表面 双向反射分布函数 半球反射率谱 等效光学常数 Rough surface BRDF Hemisphere reflectivity spectrum Equivalent optical constant 阐述了IEEE 1394总线的工作原理与链路层控制器的设计方案,并以Altera公司的Cyclone系列FPGA为平台,给出了IEEE 1394链路层控制器的逻辑设计、功能仿真和电路验证.实验表明,该控制器芯片达到了100 Mbit/s的传输速度,符合IEEE 1394规范.
1394串行总线 1394链路层控制器 IEEE 1394 IEEE 1394 1394 Serial Bus FPGA FPGA 1394 Link Layer Controller