基于灰度相关的高分辨率红外图像重建

介绍了提高空间分辨率的受控和不受控的微扫描法。基于空间灰度相关分布特性,提出了一种微扫描误差修正算法,该算法利用灰度相关特性匹配低分辨率图像的位置关系。为准确评估成像质量,利用高精度METS-L型红外测试系统对MTF进行了测试。测试结果显示,该算法能较好抑制微扫描位移误差引起的图像模糊,有效提高了空间分辨率。     

一种改进的凝视红外图像高分辨率重建算法

光学微扫描和亚像元成像处理技术,是提高凝视型红外焦平面探测器空间分辨率的重要技术途径。通过分析2×2光学微扫描原理和图像插值重建模型,提出一种基于拉格朗日(Lagrange)多项式的高分辨率重建算法。算法根据局部梯度特征将图像划分成多个同性区域,在同性区域内自适应调整Lagrange的阶数,进而完成插值重建。实验表明,算法有效抑制了光学扫描误差引起的图像模糊,提高了红外成像系统的空间分辨率,具有较强的实用价值。     

光学微扫描显微热成像扫描零点定标方法研究

为改善已研制光学微扫描显微热成像系统的空间分辩力,微扫描零点需要确定.基于几何原理,研究提出了一种利用数字图像处理技术进行零点定标的方法.给出了微扫描零点的定义、详细分析了零点定标原理及方法,完成了实际显微热成像系统的微扫描零点定标.针对红外热图像,模拟零点定标前后的实际系统,采用不同重构方法进行了仿真研究,给出了评价参数;利用零点定标后的光学微扫描显微热成像系统采集低分辨力显微热图像序列进行过采样重构研究,仿真和实验结果表明了该方法的有效性,从而得到了高分辨力光学微扫描显微热成像系统,可应用于需要显微热分析的场合.     

微扫描对空间分辨率的影响

在详细分析使用微扫描技术减少混淆效应的基础上，给出一种利用微扫描技术进行空间分辨率影响分析的像素传递函数（PTF）方法，并基于2×2和4×4两种微扫描形式对该函数进行分析计算和讨论。计算结果表明，在焦平面阵列给定的情况下，微扫描技术能适当提高焦平面空间的分辨率，有效减小图像混淆，明显改善成像质量。指出在没有高空间分辨率成像器件的情况下，利用微扫描技术和低分辨率成像器件来获得较高空间分辨率的图像是完全可能的。     

显微热成像系统像素相关度插值微扫描图像重建技术

显微热成像技术根据温度变化对细微目标进行热成像,是国内外光电成像领域重要的研究方向。由于加工技术精度有限,前期研制的光学微扫描显微热成像系统存在扫描位置误差,该误差使基于微扫描图像直接融合形成的图像质量下降。提出一种结合图像预处理思想、微扫描原理和通过计算像素相关度进行微扫描图像插值重建的算法。仿真及实验表明:方法能改善图像重构质量,提高系统的空间分辨力,还可应用于其他带有微扫描的光电成像系统以提高其系统性能。     

利用扫描近场红外显微镜对化学样品组分进行成像研究

介绍了用北京自由电子激光为光源的扫描近场红外显微镜对化学样品组分进行的成像研究，通过所得到的近场微区图像，可以对样品在微区范围内的成分组成，混合的均匀程度等作出比较清晰的判断. 关键词： 自由电子激光 近场光学 扫描近场红外显微镜     

微扫描显微热成像系统的降采样高分辨力图像重建算法

提出了一种基于降采样模型的显微热图像高分辨力重建算法,该算法通过与三次样条插值放大得到的像素点相比较以补偿微扫描产生的系统误差。仿真和实验结果表明,提出的方法减少了由于微扫描误差所带来的图像重建质量下降,提高了光学微扫描显微热成像系统的空间分辨力,具有较强的实用价值。提出的方法还可以应用到其他光电成像系统中以提高系统空间分辨力。     

显微热成像系统自适应位置标定方法

利用光学微扫描技术,可在不改变探测器结构的情况下,提高显微热成像系统空间分辨率。但为了获得高质量过采样重构图像,微扫描位置需要标定。基于零点定标,提出一种各点自适应定标的微扫描位置标定方法。模拟实际系统在定标前后的欠采样图像,采用不同重构方法进行仿真对比验证;完成了实际采集的欠采样显微热图像序列的重构对比实验。实验结果表明该方法明显改善了显微热成像系统的过采样重构图像质量,提高了系统空间分辨率。此方法还可以应用在其他光电成像系统中。     

基于局部约束群稀疏的红外图像超分辨率重建

针对红外图像分辨率低、视觉质量差等问题,提出基于局部约束群稀疏模型的红外图像超分辨率重建方法.考虑到红外图像的纹理自相似性和原子系数的群结构稀疏性,首先建立了基于局部约束的群稀疏表示模型.然后,在假定低分辨率图像空间和高分辨率图像空间具有相似流形的前提下,联合局部约束群稀疏表示模型和K-SVD(K奇异值分解)方法,训练得到高低分辨率图像对应的群结构字典对.最后,通过高分辨字典和对应的红外图像群稀疏表示系数重建得到高分辨率的红外图像.实验结果表明,本文方法具有更好的超分辨率效果,无论是在客观评价指标还是主观视觉效果方面都有明显的提高.     

基于多帧背景的泄漏气体自适应匹配滤波检测

被动傅里叶变换红外(FTIR)扫描遥测成像系统采集的红外高光谱图像具有空间、光谱等维度信息,可被用于大气环境中有毒有害气体的识别、定量及可视化。该系统具有光谱分辨率高、非接触式及远距离探测等优点,然而其单帧图像的像元数量少且部分存在气体吸收或发射特征,无法直接用于红外高光谱图像的目标检测。提出了基于多帧背景的泄漏气体自适应匹配滤波(AMF)检测方法,以短时间内、同一区域的多帧红外高光谱图像为基础,筛选出无目标气体特征的背景光谱并计算探测区域的背景最大似然估计,应用于后续帧的目标气体泄漏检测。红外高光谱图像来自于SF₆气体的遥测实验,共扫描四帧（120像元/帧）,去除前三帧内含有目标气体特征的像元光谱,剩余背景光谱被用于计算背景的最大似然估计,第四帧红外高光谱图像逐像元对SF₆气体进行的AMF检测,并与非线性最小二乘法反演的SF₆柱浓度图像比对,结果表明AMF检测高值与柱浓度高值有较强的相关性。为验证多帧背景在不同空间检测方法下的性能,分别对该帧数据进行了基于正交子空间的自适应子空间检测(ASD)、基于混合空间的自适应余弦检测(ACE)及基于斜子空间的最大似然比检测(OGLRT),并分别与SF₆柱浓度图像比对,结果表明多帧背景适用于不同空间的检测方法。此外,为验证存在目标气体吸收特征的非背景光谱对背景空间的影响,向背景空间中加入多条含有SF₆气体吸收特征的光谱,通过ROC曲线检验,结果表明背景空间中混入目标气体特征会降低AMF方法的检测性能。AMF检测值的假彩色图像也能应用于被动FTIR扫描遥测成像系统,相较于柱浓度假彩色图像,泄漏源及扩散趋势更为明显。基于红外高光谱图像的检测方法依赖于整体背景的统计特性,相较于单像元光谱波段的反演算法,极大地降低了背景的依赖性。多帧背景下的AMF泄漏气体检测方法能很好地应用于被动FTIR扫描遥测成像系统上并满足在线监测要求。     

Assessment of the Performance of Staring Infrared Imaging Array Based on Microscanning Modes

Staring infrared detector arrays, which sample a scene with pixels of finite size, generate images that are affected by aliasing and blurring caused by the sampling process. One potential method to reduce the effects of sampling is microscanning. In this paper, the sampling-averaging modulation transfer function at half the detector spatial cutoff frequency is introduced to be as a figure of merit to quantitatively assess microscanning image quality for selected cases of fill factor. Analytical results show that microscanning process can significantly reduce aliasing in the reconstructed image, and that the improvement of different modes of microscanning process to the reconstructed image quality is different, which is closely associated with fill factor. The microscan sampling and restoration imagery are also simulated with pixel interpolation method to qualitatively verify the reduction in aliasing with respect to typical microscanning mode (2×2, 3×3, 4×4 microscan) for the detector array of 100% and 50% fill factor respectively. And, the determining method of the optimum step number of microscanning needed is discussed for the staring imaging array with certain fill factor.     

微扫描减少光电成像系统频谱混淆的数学原理及实现

光电成像系统由于欠抽样引起谱混淆,推导分析了包括均匀微扫描在内的非均匀微扫描在减少混淆贩数学原理以及与亚像素位移之间的关系,同时用计算机模拟实现了微扫描的一维和二维过程。     

光电成像系统中的微扫描技术

在介绍微扫描成像原理的基础上,介绍了目前国际上流行的各种微扫描技术,分析了它们各自的特点和利弊因素,以及在关键技术上有望取得的突破。     

Theoretical analysis for integral imaging performance based on microscanning of a microlens array

An integral imaging method based on microscanning of a microlens array is proposed. The effects of microscanning on the depth resolution and the product of depth of focus and lateral resolution squared (PDLRS) of an integral imaging system are quantitatively analyzed. Calculation results show that microscanning can improve not only the depth resolution, but the PDLRS can be increased. The amount of improvement of different microscanning modes to the performance of integral imaging is closely related to the fill factor of the detector and the diffraction factor of the microlens.     

微扫描技术对光电图像混淆噪声的影响

在分析采样理论和微扫描理论的基础上,引入了一个评价光电成像系统混淆噪声的品质因数,定量地分析了不同模式的微扫描对系统混淆噪声的改善程度。     

Influencing factors of microscanning performance based on flat optical component

To decrease the performance difference between the actual microscanning thermal imager and the theoretical value, a germanium lens (placed at a certain angle between the infrared focal plane array and infrared lens) dip angle model of flat optical component microscanning is introduced in this letter. The model is the basis for choosing the dip angle of the germanium lens, which is used in the microscanning thermal imager. In addition, the actual dip angle of the germanium lens is chosen according to the model, the infrared lens parameters of the thermal imager, and the germanium lens parameters of manufacture and installation. Only in this manner can the optimal performance of the microscanning thermal imager based on the flat optical component be obtained. Results of the experiments confirm the accuracy of the conclusions above.     

一种基于改进频域图像配准技术的超分辨力图像处理方法

为提高光电成像系统的空间分辨力,提出了一种基于改进的频率域图像配准技术的超分辨力图像处理方法。首先利用改进的频域图像配准方法估算出低分辨力图像之间的微位移量,然后采用Papoulis-Gerchberg超分辨力处理方法完成图像复原。利用不同重构方法进行了仿真及实验研究,给出了评价参数。模拟和实际显微热图像的处理结果表明:该算法可使图像质量得到改善,分辨的细节更多,可有效地提高光电成像系统的空间分辨力;处理算法简单,计算量小,可实现快速处理。该算法还可应用于其他不可控光学微扫描成像系统中,具有广泛的应用前景。     

Terahertz single pixel imaging based on a Nipkow disk

We describe a terahertz single pixel imaging system based on a Nipkow disk. Nipkow disks have been used for fast scanning imaging systems since the first experimental television was invented in 1926. In our work, a Nipkow disk with 24 scanning lines was used to provide an axial resolution of 2 mm/pixel. We also show that by implementing a microscanning technique the axial resolution can be further improved to 0.5 mm/pixel. Imaging of several objects was demonstrated to show that this simple scanning system is promising for fast or real time terahertz imaging applications.     

扫描型亚像元成像处理对热成像系统性能改善的模拟分析

基于光学微扫描的亚像元成像技术是当前国内外迅速发展的一种高性能成像技术,它对探测器单元数较少且探测器单元尺寸较大的热成像系统更为有效。以扫描型焦平面探测器热成像系统FC和GP为研究对象,采用热成像系统性能模拟软件包CFLIR4.0,分析了光学系统的相对孔径、过采样和亚像元成像等对热成像系统性能的影响,包括传递函数MTF、噪声等效温差NETD、最小可分辨温差MRTD以及系统的探测和识别距离。模拟分析表明:过采样成像可提高热成像系统的性能,亚像元成像处理可进一步提高热成像系统的性能,可明显地提高系统的作用距离。研究结果对亚像元热成像技术的发展具有参考意义。