1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
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
基于美国国家极地操作环境（NPP）卫星可见光红外成像辐射仪（VIIRS）的红外和微光遥感数据开展夜间火点检测识别研究，并提出一种联合微光辅助红外遥感数据的夜间微小火点识别（FRJLI）算法。首先，采用VIIRS多天数据融合获得研究区的城市灯光背景图，为火点检测消除城市灯光影响；然后，在传统红外通道火点识别算法的基础上，联合微光通道的火点阈值调试，通过多通道阈值判别、绝对火点识别和上下文判别得到最终的识别结果。以韩国2022年3月4—13日森林火灾和蒙古国2022年4月18—19日草原火灾案例进行实验，根据夜间假彩图和植被指数验证了FRJLI算法识别火点的正确性，分析每天识别火点的亮温和辐射值关系，得出红外与微光数据的相关性及敏感性差异，FRJLI算法较NASA官方火点产品或其他火点算法结果具有更高的识别质量，特别是提高了微小火点的识别率，为更高效准确地识别火点提供了技术支持。针对森林和草原火点的识别效果表明，该算法适用性更广。
遥感 VIIRS 微光 红外波段 夜间火点识别 联合识别
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，合肥 230031
2 中国科学技术大学，合肥 230026
3 西安应用光学研究所，西安 710065
为满足气候监测、微光辐射计量、单光子计量等定量应用需求，设计了基于相关光子自校准的紧凑型三通道微光辐亮度计，其光谱范围为460~1 550 nm，辐亮度测量范围为1×10-9~1×10-6 W/（cm2·sr·nm）。设计时考虑整机的集成化、小型化和模块化，将8个光谱波段集成为三通道结构。其中可见光近红外波段采用自由空间耦合，短波红外波段采用多模光纤耦合方式。通过设计优化分析，微光辐亮度计的第一、二通道的聚焦光斑满足Si单光子探测器光敏面300 μm像元要求，第三通道的聚焦光斑满足多模光纤62.5 μm芯径和0.22数值孔径要求，三个通道的聚焦光斑均可被单光子探测器光敏面接收，满足设计目标，可为后续的工程化应用提供参考。
辐射定标 辐亮度计 光学设计 相关光子 微光 Radiometric calibration Radiance meter Optical design Correlated photons Low light 光子学报
2023, 52(12): 1212002
针对在低光照环境下拍摄的图像受光照强度的影响而导致图像质量差的问题，本文提出了基于双边滤波的MSR与AutoMSRCR算法融合的低光照图像增强算法。首先，在原始低光照图像的HSV颜色空间中针对V分量使用基于双边滤波MSR算法对亮度通道进行增强，得到保留原有色彩信息的亮度增强图像。然后，将此初始亮度增强图像运用CLAHE算法基于LAB颜色空间进行亮度通道细节增强，得到细节增强的图像。最后，采用AutoMSRCR算法对原始低光照图像进行处理，并与细节增强图像进行加权融合得到最终的增强图像。以UCIQE，AG，SD，IE为评价指标，将经过该算法增强的图像与MSR算法，MSRCR算法，CLAHE算法，改进GAMMA算法等进行比较。结果表明，使用该图像增强算法处理的图像效果最佳，UCIQE达到了0.472 1，AG达到了12.674 2，SD达到了0.263 2，IE达到了7.637 9。增强后的图像色彩信息更加丰富，图像更加清晰，图像对比度更好，图像的边缘纹理信息保留更完整，图像质量更高，本研究为低光照图像增强提供了一种可行方法。
低光照图像 图像增强 双边滤波 细节增强 加权融合 low light image image enhancement bilateral filtering detail enhancement weight fusion 光学 精密工程
2023, 31(24): 3606
1 南京航空航天大学自动化学院, 南京 210000
2 近地面探测技术重点实验室, 江苏 无锡 214000
针对低光照航拍图像亮度低、对比度弱、噪声多、细节缺失等问题, 提出一种基于Retinex和多注意力机制的低光照航拍图像增强 (MARNet) 方法。首先, 将低光照航拍图像分解为光照图和反射图, 再将CBAM注意力机制引入噪声调整网络, 让网络更加关注高噪区域, 去除反射图中大量噪声; 然后, 设计了由上下采样结构组成的光照调整网络, 引入通道注意力机制, 提升光照图亮度, 同时, 加入区域损失函数, 提高细节对比度; 最后, 为实现低光照近地面目标检测与跟踪, 利用低光照图像合成方法, 加入真实噪声, 制作了一套低光照航拍配对数据集。实验结果表明, 所提方法在提高图像亮度、减少噪声的同时还原了细节信息, 3项性能指标PSNR, SSIM和NIQE及人类视觉感知效果均有所提升。
低光照航拍图像 图像增强 Retinex理论 多注意力机制 区域损失 low-light aerial image image enhancement Retinex theory multi-attention mechanism regional loss
福州大学物理与信息工程学院，福建 福州 350108
针对低照度图像存在识别度不高、亮度低、信噪比低和细节模糊等问题，提出了一种非下采样剪切波变换（NSST）域结合生成对抗网络（GAN）的低照度图像增强方法。首先，收集弱光图像和正常光图像数据集，将图像进行RGB颜色空间到HSV颜色空间的变换处理，保持色度、饱和度分量不变，对亮度分量进行NSST多尺度分解，利用分解得到的低通子带图像构建训练集；其次，构建基于GAN的低频子带图像增强模型，并利用低频子带图像训练集对模型进行训练；然后，对待处理的低照度图像进行NSST分解，利用训练的模型增强低频子带图像，利用尺度相关系数去除各高频方向子带噪声，并通过非线性增益函数增强边缘系数；最后，将增强处理后的低频、高频子带图像进行NSST重构，并将重构图像恢复至RGB颜色空间。所提方法与常见的方法相比，就低照度图像增强而言，结构相似度平均提升了3.89%，均方误差平均降低了1.03%，且在对噪声图像增强时，峰值信噪比和连续边缘像素比保持在21 dB和88%以上。实验结果表明，所提方法不论从视觉效果还是图像质量客观评价指标上较常见方法都有较大提升，能有效改善低照度图像的低质问题，为后续的图像处理分析奠定基础。
低照度图像增强 非下采样剪切波变换 生成对抗网络 图像去噪 图像边缘增强 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2410007
1 上海大学 微电子研究与开发中心，上海200444
2 上海大学 机电工程与自动化学院，上海00444
3 上海大学 上海电影学院，上海200072
针对舞台场景拍摄亮度动态范围受限问题，提出一种基于改进Retinex算法的舞台低照度增强方法。先对舞台场景的低照度图像采用改进的Retinex算法进行增强处理，得到整体增强后图像。将原图与增强后图像进行融合，处理掉过度增强和不需要增强的背景区域，得到最终图像。其中，改进的Retinex算法采用高斯-拉普拉斯高通滤波先求出反射分量后求出光照分量，解决反射分量细节丢失的问题。然后对反射分量进行对比度和细节增强处理，再与光照分量相乘得出增强后图像。本方法在软件平台验证的基础上进行FPGA硬件平台验证。实验结果表明，与其他经典方法相比，本方法在不同的舞台场景，尤其是明暗差距较大的舞台场景上，视觉效果明显，峰值信噪比（PSNR）平均提高了57.06%，结构相似性（SSIM）平均提高了27.34%。处理后的图像还原了舞台的真实亮度动态范围，并且色彩饱和度较好自然不失真，保证了较好的图像质量。
图像融合 低照度增强 Retinex算法 舞台场景 image fusion low light enhancement Retinex algorithm stage scenes 光学 精密工程
2023, 31(17): 2573
针对低照度图像亮度低、对比度低、颜色失真以及现有增强算法大多没有区别处理不同的通道，不利于提取多层次特征的问题，提出多通道融合注意力网络的低照度图像增强算法。首先，通过将八度卷积（Octave Convolution， OctConv）引入通道拆分后的残差结构中提出多层级特征提取模块；其次，利用注意力机制与交叉残差结构提出跨尺度特征注意模块；再次，通过大小与通道数不同的模块堆叠的方式获取多层次信息；最后，在通道维度上进行特征融合，并通过重建模块获得输出。实验结果表明，与RISSNet算法相比，在真实图像上的峰值信噪比与结构相似度分别由27.001 6 dB和0.889 2提升到27.978 1 dB和0.925 5。所提算法在峰值信噪比、结构相似度、均方误差、视觉信息保真度4种客观评价指标上均获得了最好的结果。该算法能够有效地提高低照度图像的亮度及对比度，且图像纹理细节及色彩保持较好。
图像增强 低照度 注意力机制 多通道 八度卷积 image enhancement low light attention mechanism multi-channel OctConv 光学 精密工程
2023, 31(14): 2111
