光电子技术与器件 电视、电视技术

TN949．14 2005032104 微光电视成像系统表征方法=Characterization method for low-light-level TV imaging system[刊,中]／王晓蕊(西安 电子科技大学技术物理学院．陕西,西安(710071)),张建 奇…∥强激光与粒子束．-2004,16(9)．-1111-1115 在分析微光电视成像系统的基础上,提出了适用于微 光电视成像系统仿真所用的微光场景图像数据的要求及 生成方法。针对第二代近贴聚焦系统和第三代像增强系 统,建立了微光电视成像系统的能量增益理论模型;引入     

基于尺度相关性的微光图像降噪算法及其硬件实现

微光电视是低照度条件下的重要观测手段,但微光电视图像信噪比低,观察效果差,必须进行降噪处理.根据噪声小波系数随着小波分解尺度加大而减小的特性,文中算法利用微光图像小波分解层间相关性,可以良好地消除噪声,同时克服了传统降噪方法在滤除噪声的同时会造成图像细节损失的缺点.从所介绍的微光图像实时处理系统实现结果看,降噪效果明显.本文还给出了算法工程化实现的定标和阈值确定方法.     

自动亮度控制对微光电视系统强光适应性的影响

定量分析了自动亮度控制对微光电视系统强光适应性的影响。结合系统信号响应特性,建立了自动亮度控制作用后强光能量与系统成像对比度的关系模型;充分考虑系统动态范围、增益特性、灰度量化等因素,建立了自动亮度控制电路作用后系统响应特性的定量表征模型。基于上述模型,建立了引入自动亮度控制后强光作用微光系统成像的数字仿真模型,并基于模拟输出图像定量分析了不同能量强光对系统侦察性能的影响。理论分析及实验仿真结果表明:自动亮度控制的引入,能够扩大微光系统的动态范围,增强微光电视系统的适用性,但同时导致系统随着强光光亮度增大,成像灰度及对比度下降,侦察性能下降。     

微光成像系统的阈值探测理论和视距探测方程的研究

研究目前文献中常见的１８种微光成像系统探测方程之间的内在联系和异同之处，分析论证各种阈值探测理论和探测方程存在的问题和不足。在此基础上，从人眼的视觉理论和阈值特性出发，建立微光成像系统新的阈值探测理论模型，并分别导出微光直视系统和微光电视系统的视距探测方程。应用所导出的理论公式计算的数据与各种实际系统的实测数据进行了比较，证明新的阈值探测理论和视距探测方程是正确可靠的，且具有很高的精度。     

MPPC low-level-light imaging enhancement algorithm based on sub-window box filtering北大核心CSCD

针对多像素光子计数器(MPPC)进行微光成像时,图像受光照不足和噪声影响出现的图像亮度低、对比度差、边缘模糊等问题,提出一种基于子窗口盒式滤波的自适应微光图像处理算法。为了减少算法运行时间的同时突出图像的边缘细节信息,利用子窗口盒式滤波器对图像进行分层得到基础层和细节层;对基础层图像采用自适应阈值直方图均衡化拉伸对比度,细节层图像采用自适应增益控制方式进行增强;根据基础层图像中有效灰度值个数占总灰度的比值自适应确定融合系数,将基础层图像与细节层图像融合得到增强后图像。通过微光实验平台设置3组不同照度的微光环境进行实验仿真,验证了本文算法在保持边缘信息和增强细节方面获得了更好的效果。实验结果表明本文算法在标准差、信息熵、平均梯度等客观评价方面优于改进前算法,提升了微光图像的成像效果。     

微光景像匹配实时图模拟生成技术研究

景像匹配实时图模拟生成是导弹制导系统仿真和景像匹配算法验证的关键技术。研究了光照条件、气象条件、像增强型电荷耦合器(ICCD)相机特性以及地面光谱反射特性等因素对微光成像的影响,建立了微光视景像生成的数学模型,包括:地面反射特性模型、像增强型电荷耦合器相机特性模型、大气传输模型和噪声模型,研究了白天与夜间地面反射特性造成的日光图像与微光图像的衬比度差异,提出了微光景像匹配实时图仿真方案,并在此基础上研制了一个完整的蕴含LOWTRAN7计算内核和像增强型电荷耦合器后段仿真的微光景像匹配实时图生成系统。仿真实验结果说明了该方案的有效性。     

利用帧积分法去除微光图像噪声研究

在微光成像中，迭加在图像上的时空域噪声，不仅限制了系统可工作的最低照度，而且使显示图像具有随机蠕动颗粒闪烁的外观。图像处理技术能够提高图像质量，增强微光成像系统作用距离。实验证明，帧积分法对光子噪声以及系统内部信息载流子产生与复合所引起的散粒噪声的抑制有十分有效的作用。     

一种基于强迫性选择MRC测量的新方法

与传统光电成像系统成像质量的评价方法相比,最小可分辨对比度(MRC)能够更全面地反映光电成像系统的极限性能。它考虑了系统的灵敏度、噪声、目标空间频率以及人眼视觉特性等因素对系统阈值对比度的影响,可用于光电成像系统的视距估算。在分析微光ICCD成像系统工作原理的基础上,研制了新型微光ICCD成像系统MRC特性测试仪。以该系统为实验装置、以Weibull心理测量方程为理论基础设计了一种选择性靶标。基于选择性靶标,提出了一种基于强迫性选择MRC测量的新方法,利用该方法对微光ICCD成像系统进行了实际测量。该方法对建立微光ICCD成像系统MRC理论模型具有重要的指导意义,对直视型微光成像系统MRC特性的测量具有借鉴意义,对光电成像系统成像质量的评价具有重要的使用价值。     

时域递归滤波对微光成像视距影响的研究

 针对微光成像中噪声较大及视距较短的问题,提出了一种自适应时域递归滤波算法。该算法通过自动调节时域递归的滤波系数来提高信噪比和延伸视距。实验显示当滤波系数分别为0.50、0.75和0.875时,视距分别能延伸至原始的1.73倍、2.64倍和3.87倍,所得到的视距延伸与理论值基本保持一致。实验结果表明该算法在保持图像运动部分清晰的同时,还能有效地消除噪声并延伸微光成像系统的视距。     

基于图像分割和局部亮度调整的微光图像颜色传递算法

为提高微光夜视图像质量，提出一种基于图像分割和局部亮度调整的颜色传递算法。用简单线性迭代聚类结合K均值聚类对微光图像进行分割，在YCbCr颜色空间中利用子区域与参考图像每一个像素点上亮度的一致性，将匹配参考图像的颜色分量传递到目标图像的子区域，以目标图像纹理特征中对比度的值作为系数，调整目标图像子区域的亮度值，进行颜色空间转换并显示颜色传递结果。搭建了微光图像成像系统，进行了微光图像分割及完成了微光图像的颜色传递。结果表明，改进的分割算法将图像中不同的景物分割出来，得到的彩色微光图像的峰值信噪均值达到12.048 dB，比Welsh算法平均提高2.63 dB。     

军用微光夜视系统的现状与研究

叙述三代像增强器及其相关的夜视仪和微光电视的发展现状，评定像增强器探测和识别目标的能力，探讨提高微光夜视系统作用距离的途径。     

像增强器MTF测量理想像面选择方法研究

为了能够获得准确的调制传递函数测量结果,对测量系统中投射图像的理想成像面进行选择性调节。通过对微光像增强器调制传递函数测量系统光学成像性质的深入分析,讨论了光学系统的像差特性,利用平均中点取值法实现了微光像增强器调制传递函数测量中对理想成像面的选择。通过与微光像增强器已有测量结果的对比,证明所述方法能够保证微光像增强器调制传递函数测量的准确性。     

Apparent distance theory revision for low-light-level night vision system based on noise factor

This paper introduces basic concept of the detection range of a low-light-level (LLL) imaging system, and on the basis of previous derivation of visual distance detection equation for the LLL imaging system, the influence of noise factor on visual distance of LLL night vision system is discussed emphatically. Image intensifier is the most important part of LLL night vision device and SNR is one of the important parameters of micro-light image intensifier, whose value determines the detection distance and image sharpness of LLL imaging system in low-light conditions. In this paper, using system noise factor relation, by modifying the noise factor, a more practical and perfect horizon detecting equation is established, and the horizon estimation is carried out with the experiment, and the practicability of the corrected Horizon formula is verified. It has a certain guiding significance for improvement of the LLL imaging system and the development of night vision technology.     

基于纹理显著性的微光图像目标检测

微光图像对比度较低,目标显著性不明显,目标自动探测难度大.针对此问题,本文提出一种噪声鲁棒性较好的图像局部纹理粗糙度算法,并给出一种适用于微光图像显著分析的纹理显著性算法.首先,提出一种新的局部纹理粗糙度算法,该算法利用最佳尺寸计算局部纹理粗糙度,对纹理图像进行加噪实验,与基于局部分形维的粗糙度方法相比,本文局部纹理粗糙度算法表现出较好的噪声鲁棒性;其次,在提取图像粗糙度特征图的基础上,给出一种针对纹理的显著性度量算法;最后,将纹理显著性算法应用于微光图像目标检测,实验结果证明了该算法的有效性.     

基于微光像增强器的偏振成像系统设计与实验

为验证用微光像增强器实现偏振成像的可行性,根据偏振成像原理,设计了基于分时型偏振成像技术的微光偏振检偏器。选用三代像增强器和高动态范围数字CCD,设计了相应大口径成像物镜和中继光学耦合透镜,获得了高透过率、高调制函数（MTF）的图像耦合性能。采用数字CCD、数字图像采集卡,编写了相应图像处理软件,实现了实验室和野外微光条件下的人造目标和自然景物的偏振探测成像。结果表明,原始图像中目标与背景对比度之比为1.35,基于微光像增强器的偏振成像系统的目标与背景对比度之比为2.35,微光偏振成像能够提高夜间环境下人造目标和自然背景的对比度。     

基于三代微光ICCD成像装置的目标对比度影响因素测试分析

微光夜视整机可以在夜间光照条件较差的情况下，对目标实施有效观察，而夜间观察目标对比度是整机作用距离影响因素中的重要指标。为满足微光夜视整机夜间观察理论分析及试验对目标对比度数据的迫切需求，基于三代微光像增强器具有与星光条件下自然光辐射光谱良好匹配的使用特性，搭建了基于三代微光ICCD的成像装置。并从微光成像系统的能量传递链及光电子成像系统的视觉特征方程分别推导环境光照度和目标-背景反射率比与对比度关系。在暗室和夜天光条件下开展了对比度试验，试验结果证明，当照度处于三代微光像增强器照度-亮度的线性相关照度区间[E_s, E_m]时，对比度与照度无关；对同一目标及背景采集图像，目标-背景反射率越接近1，对比度越小。     

总变差约束的数据分离最小图像重建模型及其Chambolle-Pock求解算法

基于优化的迭代法,可以结合压缩感知和低秩矩阵等稀疏优化技术高精度地重建图像.其中,总变差最小（total variation minimization,TV）模型是一种简单有效的优化模型.传统的约束TV模型,使用数据保真项为约束项,TV正则项为目标函数.本文研究TV约束的、数据分离最小（TV constrained,data divergence minimization,TVcDM）新型TV模型及其求解算法.详细推导了TVcDM模型的Chambolle-Pock（CP）算法,验证了模型及算法的正确性;分析了算法的收敛行为;评估了模型的稀疏重建能力;分析了模型参数的选择对重建的影响及算法参数对收敛速率的影响.研究表明,TVcDM模型有高精度稀疏重建能力;TVcDM-CP算法确保收敛,但迭代过程中有振荡现象;TV限对重建有重要影响,参数值过大会引入噪声而过小会模糊图像细节;算法参数的不同选取会导致不同的收敛速率.     

一种改进的微光夜视系统视距探测方程

视距是评估微光夜视成像系统性能的一个重要参数。随着微光夜视探测技术的发展,经典视距模型的视距仿真结果与实测结果出现了一些偏差,特别是在10-3 lx低照度条件下视距仿真结果不甚理想,这对微光夜视仪在实际应用中造成了很大的阻碍。针对这一问题,从微光成像系统成像链路的三个环节对经典视距模型进行修正：考虑大气透过率对微光夜视系统视距的影响并对经典视距模型中的大气透过率因子进行修正;基于像增强器噪声因子对视距模型进行修正;考虑人眼视觉传递特性对微光夜视系统视距的影响,在系统的传递函数模型中加入了简化的人眼视觉模型。进而推导出改进的视距模型。结合野外试验数据,验证了改进视距模型的有效性和实用性,这对于微光夜视系统的设计、评估和应用具有一定的指导性意义。     

基于低照度三基色图像去噪及融合彩色图像增强方法研究

现有的各类彩色图像增强方法,主要用于对光照不均匀或弱光条件下已获取的彩色图像进行直接增强,而低照度彩色成像系统获取的彩色图像是由单独采集的三基色图像融合而成。为此提出了基于低照度三基色图像去噪及融合彩色图像增强方法。利用小波变换对低照度条件下独立采集的三基色图像进行去噪;然后将去噪后图像融合成彩色图像,将彩色图像由RGB颜色空间转换为HSV颜色空间;在HSV空间对V进行MSR增强,再对增强后的图像进行S调整;最后再将其转换回RGB颜色空间。采用客观评价方法对选取的去噪增强后图像进行了评价。结果表明:经过去噪和增强后的彩色图像在均值、方差和熵3项指标上均优于三基色直接融合的彩色图像,平均提高幅度为均值11.37%、方差8.46%、信息熵0.44%。该方法可移植到低照度彩色成像系统中,对成像质量的提升具有指导意义。