作者单位
摘要
中国人民解放军63963部队, 北京 100072
受限于材料和制造工艺, 红外图像中普遍存在着条纹非均匀性, 其严重影响了图像的成像效果, 进而对后续的目标识别、检测等工作造成干扰。典型的最小均方误差(LMS)算法在一定程度上可以抑制条纹非均匀性, 但其场景适应性差, 存在拖尾和“鬼影”现象。提出一种改进型的最小均方误差(LMS)自适应滤波算法对图像进行处理, 利用双边滤波和最速下降法快速获取准确的校正参数, 将前一帧算出的校正结果作为后一帧的初始输入值, 提升算法的准确性, 同时算法还增加了边缘检测模块以保留图像细节。采用不同场景下非制冷型探测器的真实红外图像, 从主观和客观两个方面对比了本算法和经典LMS算法, 结果表明, 提出的算法可以很好地保护图像细节, 也具有良好的场景适应性。
红外图像 条纹非均匀性 最小均方误差 边缘检测 自适应滤波 infrared thermal image stripe nonuniformity least-mean-square error edge detection adaptive filtering 
光学与光电技术
2023, 21(6): 0014
黎明清 1,2王宇庆 1,2,*孙海江 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
在红外焦平面阵列探测器(IRFPA)非均匀性校正问题中,传统的神经网络算法会出现图像边缘模糊、对比度低、“鬼影”等现象。针对此类现象,本文提出一种基于侧窗滤波改进的神经网络非均匀性校正算法。该算法首先对输入图像采用侧窗滤波获得期望图像,在去除非均匀性噪声的同时保护目标边缘细节达到提升图像质量的效果。在此基础上,通过饱和非线性函数抑制校正参数局部发散,能够有效避免校正后图像出现‘鬼影’问题。实验结果表明,使用本文提出的算法能够有效去除图像中的非均匀性噪声,且无明显“鬼影”现象。在3组测试图像序列中,平均图像粗糙度降低了30.17%。在实验计算机上连续处理400帧图像序列最大耗时为37.417 0 s,较基于双边滤波改进的对比算法耗时减少了95.05%,较基于小波主成分分析的对比算法耗时减少了45.81%。本文算法在非均匀性校正效果和算法运行效率方面具有明显优势,为小算力、低功耗移动平台实现实时非均匀性校正提供了新的研究思路。
红外焦平面阵列 非均匀性校正 侧窗滤波 神经网络 infrared focal plane array nonuniformity correction side window filter neural network 
液晶与显示
2023, 38(11): 1567
李中平 1,2,3杨敏 1宗阳 1,2曹树春 1,2,3[ ... ]张科武 3
作者单位
摘要
1 中国科学院 近代物理研究所,兰州 730000
2 中国科学院大学,北京 100049
3 兰州科近易安辐射科技有限公司,兰州 730000
研制了冷链食品包装箱表面辐照消毒灭菌成套装置,重点针对装置的核心部件小型电子帘加速器进行设计和调试,应用E-gun电子束轨迹跟踪程序对加速器的束流光学进行了计算,合理设计了栅极和聚焦极形状,获得了对束流包络的理想控制,应用多物理场仿真软件CST进行高压结构优化,使电子帘阴极表面高压区电场分布均匀,降低了打火几率。对电子帘加速器进行了整机调试,针对调试中出现的高压打火现象进行了分析,并给出了结构优化设计方案,使得最终调试主要技术参数达到了140 keV/20 mA,束流不均匀度小于10%。通过了连续8 h稳定性运行测试,达到了工业加速器辐照应用标准。
辐照消毒 电子帘加速器 阴极 束流不均匀度 sterilization electron curtain accelerator cathode nonuniformity of beam 
强激光与粒子束
2023, 35(8): 084002
江军 1,2姚志刚 1,2
作者单位
摘要
1 地理信息工程国家重点实验室, 陕西 西安 710054
2 北京应用气象研究所, 北京 100029
地球的夜间微光信号强度是白天反射的可见光强度的百万分之一, 星载微光CCD成像载荷像元响应特性的微小变化将显著影响成像质量。 针对CCD推扫式载荷在轨响应特性的分析表明, 异常响应导致微光图像中出现多条强弱不一的沿轨亮线, 且具有数量时变性、 位置随机性和响应非线性的特征。 针对异常响应校正中无统一参考目标以及像元响应差异的非线性问题, 提出了一种空间域松弛匹配而辐射域严格映射的修正方法。 通过计算沿轨方向像元辐射均值的相对偏差, 利用直方图分析确定亮线检测阈值并实现自动检测。 在此基础上, 针对每一条亮线采取先建立参考辐射值、 后排序映射的方法实现亮线校正。 为验证算法效果, 分别选取包含海表、 沙漠、 湖冰、 大雾和冰川等5种典型均匀场景的微光观测数据进行测试。 测试结果表明, 校正处理后图像中亮线基本消失, 整体非均匀性相对改进44%、 强亮线非均匀性相对改进60%, 典型暗背景图像的信噪比由2提升至4.2。 该方法具有逐像元实时检测与校正的特点, 适用于无星上定标装置的推扫式CCD光学遥感卫星业务化辐射校正处理。
微光 非均匀性 辐射校正 Low light CCD CCD Nonuniformity Radiometric correction 
光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1175
刘石 1,2邹国星 1,*张国玉 1,2王刚 3[ ... ]任太阳 1
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心,吉林 长春 130022
3 连云港杰瑞电子有限公司,江苏 连云港 222000
针对积分器入射面的辐照不均匀度高导致的太阳模拟器辐照均匀性较差的问题,设计了一种自由曲面聚光镜。基于点光源模型,根据能量守恒定律和非成像光学中的边光理论,建立光源出射角度与目标面对应点的映射关系;依据菲涅耳定律结合映射关系推导出微分方程,通过龙格-库塔法求解微分方程,计算出离散点数据;拟合离散点数据得到自由曲面聚光镜的母线,旋转母线获得自由曲面聚光镜的初始结构。使用贝塞尔曲线表征自由曲面母线,利用模拟退火算法对引入扩展光源的自由曲面进行反馈优化,从而得到连续的自由曲面面形。采用LightTools软件仿真太阳模拟器光学系统,结果表明:自由曲面聚光镜的辐照均匀性较椭球聚光镜的辐照均匀性显著提升,辐照面?50 mm内辐照不均匀度优于±0.32%,辐照面?100 mm内辐照不均匀度优于±0.53%;通过误差仿真分析,依据现有自由曲面加工与检测水平,验证了所设计自由曲面聚光镜加工、检测与装调的可行性。
光学设计 太阳模拟器 自由曲面 辐照不均匀度 
光学学报
2023, 43(6): 0622001
作者单位
摘要
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西 桂林 541004
2 广西光电信息处理重点实验室,广西 桂林 541004
3 桂林电子科技大学教学实践部,广西 桂林 541004
为了获得高精度的光谱,必须对空间外差光谱仪干涉图进行校正。针对空间外差光谱仪自身缺陷导致的干涉图非均匀误差,提出了一种基于傅里叶变换的校正方法。通过理论推导发现目标光谱是非均匀误差的傅里叶变换与误差光谱的卷积,并以连续光水汽干涉图为例进行了验证实验。结果表明,在2693组实验数据中,2679组数据得到了明显的校正效果,随机抽取3组数据校正后的标准差均提升了一个数量级,验证了该校正方法的有效性。
光谱学 空间外差光谱仪 干涉图 非均匀误差 误差校正 
激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1930002
宗永红 1,*高昕 1李希宇 1李周 2[ ... ]师恒 1,3
作者单位
摘要
1 北京跟踪与通信技术研究所,北京 100094
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
3 中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119
红外探测器的非均匀性问题直接影响红外成像质量和测量精度。地基红外辐射测量系统对远距离飞行目标进行成像时往往不能占满全靶面区域。为提高图像质量,提出了一种基于定标的非均匀性分区域校正算法。以靶面大小为640×512的制冷型中波红外探测器为实验对象,基于黑体定标的两点校正法,采用全靶面校正算法及本文算法进行了验证。结果表明,当成像区域小于全靶面的1/3时,分区域非均匀性校正后非均匀性误差低于0.002%。与全靶面非均匀性校正算法相比,此校正算法使非均匀度进一步降低了30%至75%不等,非均匀性误差的下降率大于30%。采用本文算法后,各区域的非均匀度进一步下降,校正目视效果进一步提高。因此该校正方法具有一定的工程应用价值。
红外图像 地基红外辐射测量 非均匀性校正 辐射定标 infrared detector ground-based infrared radiation measurement nonuniformity correction radiometric calibration 
红外
2022, 43(4): 33
王旭 1,2涂成翔 1,3张亮 1,2,*王建宇 1,2,4,**
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
3 上海科技大学 信息科学与技术学院,上海 201210
4 上海量子科学研究中心,上海 201315
为了实现空间光通信中高精度的链路,本文重点研究了影响面阵探测器对于目标定位精度的关键因素。首先从机理上分析了质心算法的误差,并仿真验证了满足空间无损采样条件的必要性。我们定义了NU值并以此为指标来量化探测器的非均匀性,随着NU自0开始线性增长,质心的定位误差持续增长但是速度放缓。当NU值为0.005时,最大定位误差为0.043 像素。在目标入射到光学系统的光强不断改变的条件下,NU值越小,质心位置越接近光斑的真实位置。我们通过实验测试了某种典型的CMOS探测器在不同光照强度下的像元响应,建立了像元响应非均匀性的数理模型,计算出NU值于线性响应范围内在0.0045到0.0048范围内波动。光斑质心定位精度的实验结果表明,绝对定位误差小于0.05 像素,可以满足高精度链路的需求,验证了理论和仿真的有效性。
空间光通 信误差分析 定位精度 面阵探测器 非均匀性 space optical communication error analysis positioning accuracy flat-panel detector nonuniformity 
红外与毫米波学报
2022, 41(3): 631
常松涛 1,2夏豪杰 1,2,*
作者单位
摘要
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009
2 测量理论与精密仪器安徽省重点实验室,安徽合肥30009
时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)图像传感器具有高速、高灵敏度等特点,广泛应用于高通量、大视场的荧光显微成像系统中。显微物镜视场内响应均匀是精确获取荧光能量分布的基础,为提高系统成像质量和测量准确度,研究了适用于TDI荧光显微成像系统的平场校正或响应非均匀性校正方法。根据TDI荧光成像系统的工作原理推导激光诱导荧光成像模型,分析图像均匀性退化机理。提出一种基于微阵列生物芯片的两步式校正方法,将系统响应非均匀性分为高频和低频部分分别校正,高频部分采用传统的两点校正方法,低频部分采用微阵列生物芯片校正。基于高通量TDI荧光显微成像系统开展实验,执行并验证本文的校正方法。实验结果表明:本文方法将TDI荧光成像系统的响应非均匀性由25.21%降低至2.87%,显著提高了系统性能。本文提出的校正方法能够满足TDI荧光显微成像系统的平场校正需求,具有一定的应用价值。
荧光显微成像 时间延迟积分 非均匀性校正 微阵列生物芯片 fluorescence microscopy imaging time delay integration nonuniformity correction microarray biochip 
光学 精密工程
2022, 30(5): 527
明杉炽 1,2孙高飞 1,2,*张国玉 1,2刘石 1,2[ ... ]张燃 3
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心, 吉林 长春 130022
3 长春工程学院, 吉林 长春 130022
现有太阳模拟器在辐照度调节时存在调节范围窄、数值不连续等缺陷,这会严重影响辐照不稳定度和光谱匹配度。针对这个问题,提出基于环带聚光与对称匀光理论的太阳辐照调制方法。首先,研究椭球聚光镜配光所形成的辐照面的能量分布;接着,研究光学积分器的匀光机理,提出基于通孔的能量调制方法,结合辐照度分布函数获得均匀的辐照度分布;最后,设计辐照调节系统,通过改变辐照调节板开孔尺寸实现辐照度的连续调节,利用Lighttools软件进行辐照度仿真。仿真结果表明:太阳模拟器的辐照度在490.38~1473.78 W/m 2范围内连续可调,且椭球聚光镜的斜率误差为σ=2 mrad时,不同辐照度下的不均匀度均优于1.76%(达到太阳模拟器校准规范的A级要求),实现了太阳模拟器辐照度的宽范围调节,且辐照度调节不会改变辐照不稳定度和光谱匹配度。
光学设计 照明设计 太阳模拟器 辐照度 连续可调 不均匀度 
光学学报
2021, 41(16): 1622002

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