1 中国人民解放军陆军工程大学 石家庄校区 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 中国人民解放军陆军工程大学 石家庄校区 导弹工程系, 石家庄 050003
为了提高二向性反射率分布函数(BRDF)模型参数拟合的效率, 充分了解地物目标的光谱方向特性, 提出了一种基于广义逆矩阵的BRDF模型参数拟合方法。首先分析了地物光谱反射的方向特性, 然后使用成像光谱仪测量不同方向条件下目标的光谱反射率, 将实验条件与先验测量数据代入BRDF模型中, 建立广义逆矩阵等式并拟合出测量目标的模型参数; 利用拟合的目标BRDF模型参数反推任意特定方向条件下的光谱反射率,并与实测数据作对比, 采用光谱角制图法度量其相似度。结果表明, 草地和迷彩雨衣的拟合光谱曲线与实测光谱曲线的相似度很高, 分别达到了0.1307和0.0896, 证实了该参数拟合方法的有效性, 同时也验证了BRDF模型的泛化拟合能力。该方法原理简单、快速有效, 可为其它类型的BRDF模型参数拟合与后续地物目标光谱特性研究提供参考。
光谱学 BRDF模型 广义逆矩阵 参数拟合 spectroscopy binary reflectance distribution function generalized inverse matrix parameter fitting
1 陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 陆军工程大学石家庄校区 导弹工程系, 石家庄 050003
为了准确地对陆基成像条件下高光谱图像的噪声水平进行评估, 提出了一种基于边缘剔除后残差调整的局部标准差法。首先将获取的高光谱图像分成若干个大小合适的子块, 而后利用Canny边缘检测算子检测出图像的边缘信息, 判断并剔除其中含有边缘的子块, 将剔除边缘子块后的均匀子块采用多元线性回归后求取残差的方法进行噪声估计。结果表明, 对同一幅陆基高光谱图像的不同子区域进行4×4像元与8×8像元分块, 得到的噪声总误差值分别为1.985×103与2.197×103。该噪声估计方法对陆基成像条件下高光谱图像的噪声评估具有较强的鲁棒性, 可为后续陆基高光谱图像处理与应用提供参考。
光谱学 高光谱图像 噪声评估 边缘剔除 spectroscopy hyperspectral image noise assessment edge elimination
陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
高光谱成像是一种先进的图像获取技术, 其在获得地物空间信息的同时还可以获得地物的光谱信息, 得到“图谱合一”的三维图像数据。 其光谱分辨率高, 光谱曲线近似连续, 可以有效探测用多光谱成像技术中无法探测的地物, 在目标检测、 地物分类与图像压缩等领域取得了广泛的应用。 地物分类的分类结果是专题制图的基础数据, 在**、 农业、 地质等领域有重要地位了良好的效果。 地物分类是指将图像中的像元赋予类别标签, 即将同类地物赋予相同标签, 不同类地物赋予不同标签。 根据分类前是否已经获取目标的光谱信息, 地物分类分为监督分类、 半监督分类和无监督分类。 然而, 地物光谱受成像条件的影响较大, 特别是陆基成像, 不同成像条件的地物光谱会发生一定的改变, 不再具有严格的唯一性, 因此无法根据未知成像条件下的地物光谱数据进行准确分类。 但是同种地物的散射系数(由特定算法获得的散射占比)具有唯一性, 与成像条件或探测方向无关, 不受二向反射特性的影响, 只与地物类型及波长有关, 是一种反映地物本质属性的物理量, 因此可以作为地物的分类依据。 基于陆基成像条件下测量了多种地物的散射系数, 详细描述了散射系数的测量过程并且验证了核驱动模型的拟合能力。 通过对比发现不同地物的散射系数具有较大的差异, 进而提出了利用散射系数进行地物分类的方法。 采用两组数据对该分类方法进行验证, 并分别用投影、 距离、 信息量三种相似性度量指标定量地衡量了分类结果。 实验表明, 同种地物的散射系数几乎一致, 与成像条件无关, 只与地物类型有关, 不同种地物的散射系数各不相同, 利用散射系数可以有效地实现地物分类, 取得了良好的效果。
高光谱成像 陆基条件 散射系数 地物分类 相似性度量 Hyperspectral imaging Land-based conditions Scattering coefficients Ground object classification Similarity measurement
陆军工程大学石家庄校区, 河北 石家庄 050000
目前比较成熟的高光谱成像手段有卫星遥感和航空成像技术, 这两种成像方式侦察时间大致相同, 入射光方向基本一致, 因而地物的光谱曲线比较固定; 在陆基条件下, 地物的光谱曲线受成像环境的影响凸显, 因此应该对适用于陆基条件下的高光谱图像分类方法进行研究。 在陆基高光谱图像中, 对每个地物进行类型以及种类的判别有利于后续对目标的识别和处理, 不同于传统遥感图像分类, 陆基条件下的高光谱图像目标分类训练样本不仅较难获得, 并且在陆基条件下的高光谱图像中, 训练样本之间的相关性随着目标类型、 探测器参数以及成像环境等因素时刻发生变化。 基于稀疏性表示的分类方法已经被广泛应用于处理图像问题以及各种机器视觉问题。 对于陆基高光谱图像来说, 基于固定范数约束的稀疏编码策略无法适应陆基条件下高光谱成像多变的环境, 而自适应稀疏表示可以根据样本相关性自适应的调节范数约束, 相关系数可以提高图像中的破坏因素(阴影、 噪声点等)的识别精度。 通过引入正则化参数, 融合了自适应稀疏表示和相关系数, 提出了一种新的高光谱图像分类方法。 为了验证所提方法的有效性, 分别在绿色植被背景和荒漠背景中设置伪装物, 通过不同的分类方法对图像进行分类, 实验结果表明, 不管是分类精度还是分类一致性, 该方法都有明显的优势, 可以应用于陆基条件下的高光谱图像分类, 为目标分类提供了理论基础。
分类 陆基高光谱图像 伪装 自适应稀疏表示 相关系数 Classification Land-based hyperspectral image Camouflage Adaptive sparse representation Correlation coefficient 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3851
陆军工程大学电子与光学工程系, 河北 石家庄 050000
近年来, 随着**侦察识别技术的快速发展, 用于侦察探测的**装备已经逐步实现高精度化水平, 拥有高技术侦察手段的一方往往可以对目标实施精准打击, 大大降低战争胜利的成本。 在高光谱成像方面, 目前比较成熟的有卫星遥感和高空航空成像技术, 这两种成像方式侦察时间大致相同, 入射光方向基本一致, 并且由于高光谱设备基本垂直于地面, 因而反射光方向保持不变, 地物的BRDF系数比较固定。 在陆军应用时, 侦察时间随机, 太阳的入射角度时刻变化, 而且侦察的方向任意, 高光谱在地面或者近地位置, 探测方向变化无穷, 地物在不同成像条件下的光谱曲线受到物体表面的BRDF系数影响凸显。 通过展开不同的实验, 挑选了绿地植被和三种人造伪装材料, 细致的分析了太阳高度角、 方位角和探测角对陆基条件下地物光谱的影响。 实验结果表明, 虽然四种材料的反射特性存在差异, 但在不同的太阳高度角、 探测角以及探测器与地物的方位角上呈现相似的规律。 对于太阳高度角, 当探测角一定时, 人造伪装物光谱一般随着太阳高度角的变化整条光谱曲线都发生变化, 反射比曲线呈现出平移的规律, 而绿地植被在白光波段变化不很明显, 在近红外波段的变化很明显, 随着太阳高度角的升高先升然后降低; 对于方位角而言, 四种材料随着方位角的增大, 光谱反射比一般先升高后降低, 同时后向观测时的反射比一般比前向观测时大; 对于探测角, 三种材料的光谱反射比与探测角的关系并不很大, 但三种材料均在不同的探测角度上出现了“热点”现象。 最后, 对绿地植被和迷彩伪装板的BRDF模型参数进行了分析, 得到了其在不同方向上的反射规律。
高光谱成像 反射比 陆基 伪装 Hyperspectral imaging Reflectance Land-based Camouflage 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2956
1 陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系, 河北石家庄 050003
2 解放军 94019部队, 新疆和田 848000
在市场需求驱动下, 非制冷红外测辐射热计阵列在多个领域正逐步应用, 对其激光干扰的研究也被提上了日程。本文以多晶硅探测器为例, 结合非制冷微测辐射热计阵列的构造和工作原理, 分析了激光辐照作用下的温度响应；通过 10.6 .m连续激光的辐照实验, 得到了像元阵列进入不同损伤状态对应的激光功率范围, 分析了激光损伤的热效应机制, 指出干扰面积大于光斑面积是由于热量的“倒灌”；将战场上激光传输的影响简单等效为斩波调制, 研究了调制频率和占空比对激光干扰效果的影响。经分析得出, 在调制频率 100～500 Hz、占空比 0.1～0.5的范围内, 连续激光对非制冷微测辐射热计在传输等效调制频率较低、占空比较大的条件下能得到更好的干扰效果。
非制冷微测辐射热计 激光损伤 功率密度 损伤等级 多晶硅 uncooled microbolometer, laser damage, power densi
陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系，石家庄 050003
为了研究非制冷微测辐射热计的激光损伤阈值，根据非制冷微测辐射热计的构造和成像原理，分析了像元温度响应机制，推导出了零偏置下和单次偏置时间内像元受到激光辐照的温度增量计算公式；建立了激光辐照非制冷微测辐射热计的有限元分析模型，结合实际工作条件加载热源载荷进行仿真，模拟了激光造成软损伤的过程。结果表明，激光软损伤阈值可按照零偏置条件下像元温度响应的公式近似计算，其对应的温度偏差不大于3%。该研究为激光压制干扰红外成像系统的损伤阈值计算提供了参考。
光学器件 损伤阈值 有限元仿真 温度响应 optical devices damage threshold finite element simulation temperature response
1 陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 酒泉卫星发射中心, 酒泉732750
3 解放军31648部队, 崇左 532200
为了研究雪崩光电二极管(APD)对大气传输后的激光进行探测时, 所受大气湍流效应及APD噪声的影响, 分析了激光在湍流大气中传输、APD对激光探测两个过程, 结合APD的探测原理, 建立了指数威布尔-高斯双重随机过程模型。通过实验测量了不同信噪比、不同大气湍流下APD输出电流的概率密度, 对探测距离不同、接收口径不同的情况进行了仿真。结果表明, 接收信噪比为2,5,10时, 光强分布方差分别为0.5354,0.3565,0.2781, 偏移量分别为0.05,0.0109,0.0029; 大气折射率结构常数为2.5×10-15,3×10-14,4.9×10-14时, 方差分别为0.1198,0.2781,0.4035, 偏移量分别为0.0002,0.0029,0.0039; 双重随机过程模型可准确描述经过大气传输的激光被APD探测的过程; 探测器口径的变化对APD输出电流的概率密度影响不大, 而接收信噪比、探测距离、大气折射率结构常数的增大会使APD输出电流平均值较信号电流产生较大偏移、且离散程度加剧。该模型的建立对激光探测技术研究具有一定的参考价值。
探测器 大气湍流 双重随机过程 雪崩光电二极管 概率密度分布 噪声 detector atmospheric turbulence dual stochastic process avalanche photodiode probability density distribution noise
1 陆军工程大学石家庄校区 光学工程教研室， 石家庄 050003
2 吉林大学珠海学院 电子信息工程学院， 广东 珠海 519041
针对红外动态伪装系统，提出了一种基于特征综合的红外动态伪装效果评估方法。根据红外侦测图像的特性，选择了亮度对比度、直方图特征、纹理特征和边缘形状特征等四种特征指标，分别统计背景图像与伪装图像之间四种特征的相似度。四种特征相似度在综合评估过程中所占的比重不固定，特征权重分配依据伪装图像特征序列数据的信息熵的大小决定。最后累加单幅伪装图像的四种特征值与特征权重的乘积，作为该幅图像的综合评价结果。在红外动态伪装系统上进行了试验，通过采集背景图像和序列伪装图像，验证了效果评估算法的可行性和有效性。红外动态伪装效果的评估结果可为优化伪装设计算法提供数据支撑。
红外伪装 特征综合 权重分配 效果评估 infrared camouflage feature synthesis weight distribution effect evaluation
1 陆军工程大学(石家庄校区) 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 酒泉卫星发射中心, 甘肃 酒泉 732750
3 解放军31648部队, 广西 崇左 532200
针对恒虚警工作方式下, 噪声、信号及倍增因子之间相互作用的问题, 分析了倍增因子、背景辐射对APD探测系统性能的影响以及恒虚警补偿方式的工作原理, 建立了恒虚警下背景辐射与倍增因子的关系模型。通过求取有、无背景光时系统可探测到的最小信号功率, 建立了APD性能的评估模型, 设计实验对模型进行了验证, 利用该模型分析了不同噪声对APD探测性能的影响。结果表明, 随着背景光增强, 其对APD的性能影响逐渐增大, 且增大速率逐渐减缓; 暗电流噪声较小时, 背景光对APD作用较为明显, 随着暗电流噪声的增大, 背景光对系统影响迅速减小, 最终趋于平稳; 背景光对APD的影响随热噪声、放大电路噪声的增大而均匀增大。
背景辐射 雪崩光电二极管 恒虚警率 探测能力 评估方法 background radiation avalanche photodiode constant false alarm probability detection capability evaluation method
