基于热像仪的太赫兹成像及图像增强初步研究

初步利用美国生产的Pyrocam Ⅲ热像仪和SIFIR-50激光器构建了太赫兹(THz)面阵成像系统, 对20元人民币水印进行了2.52 THz激光成像实验, 探索了面阵成像机制和图像增强方法。针对5幅图像叠加后的太赫兹面阵图像, 研究了对比拉伸变换、直方图均衡化和中值滤波等图像增强方法的效果。实验结果表明, 利用此成像系统和后续的图像处理, 能够获得与成像物体较相似的图像; 对于比较暗的图像, 不能单靠对比拉伸变换。采用直方图均衡化方法效果较好, 在直方图均衡化后再运用中值滤波, 图像增强效果会更好。     

基于小波变换的激光主动成像图像去噪方法

 针对激光主动成像图像的特点,提出了将小波变换和中值滤波相结合的图像去噪方法。在对小波分解后的水平、垂直和对角3个方向高频细节图像进行处理时,我们采用3种不同形状的模板进行均值滤波,为了保护图像的边缘和细节信息,采用边缘检测法来将高频中的边缘细节与噪声分开。实验结果表明:该方法在降低图像噪声的同时又较好地保留了图像的细节,去噪效果比较理想。     

QR码图像预处理中的滤波研究

QR码图像采集过程中会出现椒盐噪声,为了在滤除图像椒盐噪声的同时能很好地保持图像的细节,将几种常用中值滤波方法应用到QR码的图像预处理中,进一步对其结果进行比较,得出QR码图像中值滤波的规律。据此提出利用窗口系数的新中值滤波方法,先二值化,然后进行基于滤波窗系数的中值滤波处理,经过实验比较找到一组系数。实验结果表明:将该系数的中值滤波用在QR码图像预处理中可以大大提高译码的效率和准确率。在加噪一定情况下,实验的识别率达到了100%。     

基于小波包变换的叶片高光谱数据的树种分类

非成像高光谱数据的特点为树种的精细识别提供了可能.非成像高光谱数据的多波段特性,使得利用数据间的微小差异来进行树种的识别分类研究成为可能.该文利用光谱相关匹配(Spectral correlation matching,SCM)方法来对树种进行识别分类,分别采用均值平滑法、中值平滑法、小波包变换对高光谱数据进行预处理及识别分类研究.结果表明,经过数据平滑预处理,可以有效地去除噪声,提高叶片高光谱数据的树种分类的精度.小波分析能有效的去除光谱中的噪声信息,保留光谱中的有效信息.在小波包变换的基础上,经过中值滤波数据预处理之后的分类精度高于均值滤波数据预处理后的分类精度.     

抗亮度和对比度调整的盲鲁棒量化水印算法

针对现有许多图像水印算法无法抵抗亮度和对比度调整,提出了一种抗亮度和对比度调整的盲鲁棒量化水印算法.对原始图像进行离散小波变换,将低频子带分成互不重叠的子块,对每个子块进行离散余弦变换,在每个子块的离散余弦变换低频系数奇偶量化嵌入水印.检测端先对攻击后的含水印图像进行抗亮度和对比度调整修正,然后通过奇偶判断盲提取出水印.实验结果表明:该算法在抵抗亮度和对比度调整上表现出较强的鲁棒性,而且在抵抗添加高斯噪音、添加椒盐噪音、剪切、中值滤波、高斯低通滤波和JPEG压缩也表现出较强的鲁棒性.     

基于粗糙集与小波变换的图像融合算法

粗糙集理论是处理不确定性问题的数学方法，本文提出了基于粗糙集与小波变换相结合的图像融合算法。该方法首先将粗糙集理论应用于图像滤波中，对含有椒盐噪声的图像进行粗糙中值滤波，然后对滤波后的图像进行小波融合。实验结果表明，粗糙中值滤波有较强的去噪能力，且较好地保持了图像的细节信息，在此基础上进行小波融合，使得融合结果图像具有良好的效果。     

基于空频双域滤波的SAR变化检测算法

合成孔径雷达图像变化检测中的差异图生成对变化检测二值图生成有着重要作用。现有的差异图构建方式主要集中在空间域滤波上,不能完好保留变化信息,且对频域内滤波方式考虑较少。为提高SAR影像变化检测的模型泛化能力和检测的准确率,提出了一种基于双域滤波的SAR影像变化检测方法。首先,对原始SAR影像在空间域进行滤波,采用自适应中值滤波后构建对数比算子,采用均值滤波后构建差值算子。然后,利用Laplace融合算法对空域中的差异图进行融合,综合不同差异算子的特征信息。最后,将融合后的图像通过傅里叶变换变换至频域内,进行频域低通滤波以检测图像变化。实验使用伯尔尼、渥太华、旧金山和黄河口4组数据进行验证,表明了双域滤波后的差异影像在聚类方法中的有效性。     

自适应中值-加权均值混合滤波器

为了去除图像中混入的脉冲噪声和高斯噪声,提出了一种基于自适应中值滤波和自适应加权均值滤波的混合滤波方法。该方法先将图像分为若干区域,并对每个区域进行噪声检测以实现两类噪声的分离,然后再分别采用自适应中值滤波和自适应加权均值滤波将分离出的脉冲噪声和高斯噪声去除。对这种新方法进行了计算机模拟实验。结果表明:新方法较前人提及的三种混合滤波方法具有更优的滤波性能,在有效抑制混合噪声的同时能很好地保护图像中的细节,为消除图像中的混合噪声提供了一种有效的途径。     

模糊权值中值滤波的X射线图像消噪算法

针对X射线荧光图像的低亮度及噪音造成的对比度差和图像模糊的问题,提出了一种模糊权值中值滤波的图像消噪算法.先用模糊邻域检测法结合梯度检测法分离原始图像中的噪音点与非噪音点,然后在噪音点的邻域内,计算各像素点与邻域中值的模糊相似度,用相似度作中值的权值,对噪音点邻域进行加权滤波|这种算法使图像的非噪音点保持不变.实验结果表明, 本文算法不仅具有较强的消噪能力,而且能够保持图像的边缘细节和纹理信息.     

模糊权值中值滤波的X射线图像消噪算法

针对X射线荧光图像的低亮度及噪音造成的对比度差和图像模糊的问题,提出了一种模糊权值中值滤波的图像消噪算法.先用模糊邻域检测法结合梯度检测法分离原始图像中的噪音点与非噪音点,然后在噪音点的邻域内,计算各像素点与邻域中值的模糊相似度,用相似度作中值的权值,对噪音点邻域进行加权滤波;这种算法使图像的非噪音点保持不变.实验结果表明,本文算法不仅具有较强的消噪能力,而且能够保持图像的边缘细节和纹理信息.     

High Speed Terahertz Pulse Imaging in the Reflection Geometry and Image Quality Enhancement by Digital Image Processing

We describe the formation and enhancement of two dimensional pulsed terahertz (THz) images obtained in the reflection geometry with a high-speed optical delay line. Two test objects are imaged and analyzed with respect to material information and concealed structure. Clear THz images were obtained with various imaging modes and were compared with the X-ray images. The THz image of a sample revealed material features that the X-ray image cannot distinguish. We could enhance the THz image quality using various image processing techniques, such as edge detection, de-noising, high-pass filtering, and wavelet filtering.     

Terahertz imaging with compressed sensing and phase retrieval

We describe a novel, high-speed pulsed terahertz (THz) Fourier imaging system based on compressed sensing (CS), a new signal processing theory, which allows image reconstruction with fewer samples than traditionally required. Using CS, we successfully reconstruct a 64 x 64 image of an object with pixel size 1.4 mm using a randomly chosen subset of the 4096 pixels, which defines the image in the Fourier plane, and observe improved reconstruction quality when we apply phase correction. For our chosen image, only about 12% of the pixels are required for reassembling the image. In combination with phase retrieval, our system has the capability to reconstruct images with only a small subset of Fourier amplitude measurements and thus has potential application in THz imaging with cw sources.     

有限厚度传导孔径对太赫兹脉冲的时空整形

太赫兹脉冲经时空整形后常被用在太赫兹光谱和成像上。用三维时域有限差分法模拟了矩形和圆形孔径的整形效应,模拟结果表明有限厚度矩形和圆形孔径对太赫兹脉冲能实现有效的整形和滤波。当矩形孔径长边垂直于入射波的偏振方向时,矩形孔径有较好的整形和滤波作用,当矩形孔径长边平行于入射波的偏振方向时,几乎没有明显的整形和滤波作用。圆形孔径具有比矩形孔径更加显著的整形和滤波作用。这些模拟结果用平面光波导理论可以得到很好的解释。     

基于平均吸收的太赫兹波振幅成像研究

提出了一种基于一定频率内平均吸收的太赫兹(THz)波振幅成像新方法。太赫兹波频率在0.1～10 THz之间,波段位于红外和微波之间。太赫兹波成像技术的一个显著特点是信息量大,如何对每个样品点的大量信息进行处理提取有用信息重构出样品的图像是一项关键技术。选用中间挖空有“THz”字样的白纸为样品作太赫兹波成像研究,首先探讨了时域和频域上几种常用太赫兹波振幅成像方法所反映的样品信息及其特点,进一步使用提出的基于一定频率内平均吸收的太赫兹波振幅成像新方法对样品进行图像重构。实验结果表明这种新方法可以很好的反映样品的真实信息,反映了样品在一定频率范围内由于吸收而引起的效果的综合,与吸收系数和厚度相关,离散效应得到了很好的消除,相对几种常用的太赫兹波振幅成像方法能够得到更清晰的图像。此新方法尤其适用于结构简单的样品,能够成为几种常用振幅成像方法的有力补充。     

基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像的实验研究

提出了一种伪色彩太赫兹成像技术. 通过引入频域色彩区间积分, 建立了一套基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像系统, 实验分别研究了乳糖和对氨基苯甲酸两种不同白色化学粉末的伪色彩成像和灰度成像, 研究了不同颜色区间定义对伪色彩图像的影响, 讨论了利用不同频率信息成像系统所能达到的空间分辨率. 研究结果表明, 伪色彩成像技术可以将不同的物质信息同时成像在一张太赫兹图像中, 通过不同物质在太赫兹图像中呈现出的颜色差别来区分不同的物质及其分布. 克服了传统的太赫兹灰度成像技术中, 需要多张图像来区分不同的物质的问题, 提高了成像速度, 降低了筛选难度. 利用高频信息进行伪色彩成像, 可以将系统成像的空间分辨率提高到0.4 mm. 伪色彩成像方式可以更直观快捷地显示样品的基本属性, 对于实现太赫兹安检的初检和快速筛选具有重大的现实意义.     

Continuous-wave terahertz digital holography by use of a pyroelectric array camera

Terahertz (THz) digital holography is realized based on a 2.52?THz far-IR gas laser and a commercial 124 × 124 pyroelectric array camera. Off-axis THz holograms are obtained by recording interference patterns between light passing through the sample and the reference wave. A numerical reconstruction process is performed to obtain the field distribution at the object surface. Different targets were imaged to test the system's imaging capability. Compared with THz focal plane images, the image quality of the reconstructed images are improved a lot. The results show that the system's imaging resolution can reach at least 0.4 mm. The system also has the potential for real-time imaging application. This study confirms that digital holography is a promising technique for real-time, high-resolution THz imaging, which has extensive application prospects.     

数字图像处理在阿贝成像原理和空间滤波实验中的应用

探讨了数字图像处理技术在阿贝成像原理和空间滤波实验中的应用,介绍了用数码相机采集数据,用计算机绘制三维频谱图,进行软件空间滤波和成像的方法。     

Effects of Pumping Sizes on THz Radiation Based on Ultrashort Light Pulse Optical Rectification for High Spatial Resolution T-Ray Imaging

We present our experimental studies on the effects of the pumping sizes on THz radiation based on ultrashort light pulse optical rectification for high spatial resolution T-Ray imaging. Our experiments show that high spatial resolution T-ray imaging requires both thin THz emitter and sample, and rigorous tolerance of the gap between the sample and the emitter, as well as small pumping size which usually much smaller compared with THz wavelength. Such a small pumping size results in dramatic decrease of the THz wave power, which originates from strong diffraction of THz wave, the depolarization of the focused tightly pumping beam, the spatial filtering of the emitter exit-surface, and the strong phase-mismatching between the pumping and the high spatial Fourier components of the THz signal, rather than two-photon absorption.     

基于双阈值canny均衡化算法的太赫兹图像增强

存在于微波与远红外之间的太赫兹波,因其无损害,稳定性高等独特性质使太赫兹光谱与成像技术在近几年来得到了迅猛的发展。太赫兹波独有的无损伤检测特性,在安全检测方面具有良好的发展前景,获得广大学者的研究和关注。经过太赫兹成像系统获得的太赫兹图像,虽然可以识别出隐藏的武器或其他金属制品,但是太赫兹图像的对比度和清晰度均较差,不能完全符合人眼的视觉效果,也不利于机器识别。目前,对太赫兹图像质量的提高和改善,成为太赫兹成像技术长远发展和广泛应用的关键问题。实验采用太赫兹波投射式成像系统对藏于物体中的金属心型吊坠和金属箭头进行成像,扫描步长0.5 mm,由于太赫兹光源大,能量起伏等系统缺陷,以及外部环境的复杂与干扰,导致成像所得图像均有背景噪声严重,边界模糊等问题,成像质量较差。提出一种基于双阈值的canny均衡化太赫兹图像增强算法,根据太赫兹图像自身性质限制,确定阈值和对图像均衡化的范围,实现图像降噪并引入双阈值canny算法和梯度幅值算法,使图像的对比度和清晰得到整体提高,并保留和突出太赫兹图像的细节信息,获得高分辨率、边缘清晰的图像。实验表明该算法对太赫兹图像具有良好的降噪效果,能够保留图像细节信息,图像对比度和图像质量得到增强和提高,同时增强了太赫兹成像技术对隐藏缺陷或隐藏物体的辨别能力和透视能力,为其在安检应用方面提供必要保证。