红外扫描过采样系统点目标检测性能分析与仿真EI北大核心CSCD

过采样是为提高遥感扫描图像分辨率而提出的一种新的成像体制,为将其应用于红外搜索与跟踪系统,需研究过采样对系统点目标检测性能的影响.从扫描成像原理角度对比分析常规采样和过采样的特点;基于高分辨率图像退化方式给出扫描图像仿真方法;通过仿真扫描图像进行单帧目标检测处理,对比分析两种采样体制下的系统点目标检测性能.结果表明,在相同条件下,过采样系统点目标检测性能优于常规采样;常规采样扫描图像中目标一般呈现1×1点状,而过采样扫描图像中目标呈现斑点状,利用该特性可进一步提升过采样系统目标检测性能.     

时空过采样探测系统性能仿真

基于星载扫描辐射计的工作原理,对传统的线列扫描成像系统和过采样系统的采样过程进行了数学建模和仿真成像,在两种采样模式下对点目标探测进行了仿真。在Matlab环境下对过采样探测系统进行了仿真图像的沿线阵方向的两倍空间过采样和扫描方向上（即时间上）的2~10倍的过采样仿真。通过对过采样探测系统各种工况下的仿真,得到了图像中信号能量值和目标尺寸大小的关系,分析了目标位置的不同对成像质量造成的影响。最后给出了不同大小目标两个通道上的四倍过采样图像,并分析了图像中存在的跨像元现象。     

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。     

扫描探测系统多尺度舰船目标的空间特性分析

基于相机模型,建立多分辨率下的成像链路仿真,对不同尺度和采样体制下的舰船目标结构和方向特征进行分析。结果表明:对于长度在百米级的舰船,当空间分辨率高于12 m时,形状和方向特性能够保持稳定;当空间分辨率低于12 m时,随着分辨率下降,很难通过单帧图像信息来识别目标类型和判断目标的方向;与单采样相比,过采样虽然能够提高图像的空间分辨率,但目标边缘的扩散更明显,不利于目标形状特征的提取;对于具有对称结构的舰船目标,两种采样体制对运动目标方向的捕捉和判断能力相当。     

基于压缩感知的窄带高速自旋目标超分辨成像物理机理分析

常规窄带雷达系统对高速自旋的空天目标成像时,方位脉冲重复频率通常难以满足采样率要求.而基于压缩感知(compressive sensing,CS)理论则可实现欠采样条件下窄带高速自旋目标的成像.本文对这一成像的物理机理进行分析和讨论.首先,构建方位欠采样回波模型,分析了该模型与CS理论的关系;其次,从物理角度分析基于CS理论可以保证欠采样条件下散射点准确重构的机理,给出欠采样倍数的理论下限值.仿真结果表明,欠采样条件下窄带雷达系统可实现对高速自旋目标二维成像,同时验证了基于CS的欠采样成像性能与欠采样倍数、等效强散射点个数以及波长等有关,与信号带宽无关等结论.     

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.     

基于快速采样的剪切光束成像图像重构算法

剪切光束成像是一种非传统地基光学成像技术,在对位姿快速变化的目标成像时,为重构目标高分辨率清晰图像,其成像系统的回波数据采样速率仍不够快.本文提出一种五光束快速采样的图像重构方法,通过改变成像系统编码和解码方法,采用中心对称结构呈“十”字形排布的发射光束阵型,利用所提的快速图像重构算法,单次采样的回波数据所能重构的目标图像从1幅增加到8幅,快速抑制了重构图像的散斑效应.仿真结果表明,与传统三光束图像重构方法相比,获得相同质量图像所需的回波数据采样次数从20次减少至5次,大幅减少了回波数据采样次数,提高了回波数据采样速率.     

被动式太赫兹图像目标检测研究

研究提出一种被动式太赫兹扫描成像的目标检测方法。用0.22 THz被动式扫描成像系统采集原始图像,在滤波去噪后用针孔像分析法获得太赫兹扫描成像系统的点扩展函数,进而用Lucy-Richardson算法重构图像,通过灰度变换和边缘检测增强图像对比度和目标分辨力。实验结果表明,算法能有效改善被动式太赫兹图像质量,提高成像系统探测隐藏可疑物的能力。     

压缩感知在合成发射孔径医学超声成像中的应用

为了解决合成发射孔径技术在医学超声成像实现中面临的数据量大及接收通道多的问题,提出一种超声成像系统频率域稀疏性模型的压缩感知成像算法。首先对超声系统频率域稀疏性模型进行了验证;然后根据稀疏性模型利用压缩感知理论对回波信号进行压缩采样,并使用最优化方法完成回波信号重建;最终通过合成发射孔径技术完成超声成像。针对医学成像中常用的点目标及模拟胎儿目标进行成像仿真实验,对重建图像在均方误差、分辨率及成像质量等方面与常规成像结果对比分析。实验结果表明在保证成像质量的同时,仅使用30%原始数据量及50%总接收通道数目可完成成像;频率域稀疏性模型的压缩感知成像算法可以大幅度减少合成发射孔径成像所需数据量及接收通道数,极大地降低了系统复杂度。      

TDI-CMOS图像传感器多次采样叠加调制传输函数模型研究

提出了多次采样叠加下时间延迟积分(TDI)CMOS图像传感器沿扫描方向的调制传输函数(MTF)分析模型。基于行滚筒曝光读出原理,研究了一个行时间内采样次数、叠加次数、TDI级数和速度失配比对扫描MTF的影响机理。为验证扫描MTF模型,基于TDI-CMOS图像传感器将连续视场映射为离散图像的几何和能量传输关系分析,建立了成像仿真系统并利用刃边法计算MTF曲线。仿真结果表明,扫描MTF随着采样次数增加而增大;当采样次数固定,扫描MTF随着叠加次数增大而减小;扫描MTF随着速度失配比和TDI累加级数增大而减小。     

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。     

基于通信信道模型的关联成像系统质量评价方法

提出一种成像前评价关联成像系统性能的方法,基于通信系统信道评价方法对观测矩阵进行分析,计算成像系统的信道容量,以信道容量来评价系统性能。对100幅成像场景、20种不同类型的观测矩阵以及2种重建算法进行成像仿真,并与成像重建后的图像质量评测效果进行对比分析。结果表明：本文在成像前对系统性能的评价结果与成像后的验证结果具有较好的一致性,当采样比例相同时,重构图像的均方差和信道容量对矩阵元素分布类型具有相同的依赖关系;当矩阵元素分布类型相同时,归一化信道容量和归一化反转均方差随采样次数变化的曲线具有很高的拟合程度,其拟合系数R2值普遍大于0.8。本文方法具有很强的适用性,其效果不随图像尺寸的变化而变化,能够广泛应用于常见的遥感场景。     

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。     

基于旋转扫描探头的OCT内窥成像系统设计*

为了同时获取样品的表面和深度信息,研究光学相干层析的成像原理,建立了基于光学相干层析技术的内窥系统,实现了旋转扫描成像,系统的工作波长为1 310 nm,工作带宽为80 nm.理论推导及计算机仿真得到了系统信噪比与干涉仪的分光比、反射率之间的关系并分析了理论分辨率和探测深度.提出外径为5 mm的内窥镜扫描探头,聚焦距离为12 mm,数值孔径NA为0.47,折射率分布常量A=0.218 7.利用微型电机驱动直角棱镜实现扫描,旋转速度为25 rpm,旋转一周得到640个采样点.采用多层盖玻片和洋葱表皮作为样品进行实验分析,得到了盖玻片和洋葱的图像,横向分辨率和纵向分辨率分别为10 μm和15 μm.结果表明,设计的光学相干层析内窥系统能够用于旋转扫描成像,获取更多的组织信息.     

基于行扫描测量的运动目标压缩成像

运动目标成像在实际应用中具有重要作用,而如何获取高质量运动目标图像是该领域研究中的一个热点问题.本文采用行扫描采样的方式,通过构造运动测量矩阵,建立一种基于压缩感知理论的运动物体成像模型,并通过仿真及实验,验证了该模型对于恢复运动物体图像信息的可行性.实验结果证明,该方法可获得高质量的运动物体成像.通过引入图像质量评价标准,分析了运动物体成像质量与速度之间的关系.将该方法与普通压缩感知算法进行比较,结果证明,在相同速度下,该方法的成像质量更高.该方法在无人机对地观测、产品线视频监测等领域有着很好的应用前景.     

基于信息理论的采样成像系统匹配设计

把信息论应用于采样成像系统中，用互信息量评价图像捕捉部分的性能，做出基于信息论的系统评价仿真曲线，提出基于信息论的系统优化设计的指标。根据仿真结果，给出光学成像系统与CCD阵列探测器的宏观匹配特性与最佳匹配条件。图像捕捉实验结果证明了理论分析和仿真结论的正确性。     

基于压缩感知成像系统的动态背景去噪

为了消除背景光强动态变化引起的非线性误差,提出了基于压缩感知成像系统的动态背景去噪算法.算法将测量中不同背景光强下所得测量值的平均值之差作为补偿系数,通过补偿系数消除动态背景噪声对压缩感知成像系统的非线性影响.仿真结果表明,在总数为900次的采样过程中,背影噪声动态变化300次时,算法能够将重建图像的峰值信噪比由29.5dB提高到62dB;在动态背景噪声的影响下,本文算法能够大大提高目标图像的可读性,提高成像质量,增加压缩感知成像系统的鲁棒性.     

光学仪器 遥感、空间光学仪器

TP73 2005053977 基于等角度与等时间采样技术扫描成像系统=Study of a scanning and imaging system based on uniform angle sam- pling and uniform time sampling technology[刊,中]／简献 忠(上海理工大学电气工程学院．上海(200093)),张会林 …∥光子学报．-2005,34(3)．-438-441 为满足扫描成像系统对图像配准精度,从理论上分析 了在等时间采样方式下,遥感仪器对扫描系统速度稳定度 的要求。探讨了等角度这一新型采样方式应用于未来遥 感仪器的可行性,并将这两种采样方式成功应用于自行研 制的短波红外成像仪。扫描图像表明,角度采样可以避免 等时采样所产生的图像畸变。图6参3(严寒)     

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。     

基于折线采样的高分辨率成像系统设计

针对现有的提高线阵电荷耦合器件(CCD)成像系统的图像空间分辨率的方法存在的不足,提出了一种新的采样模式,并设计了一种高分辨率成像系统。该系统利用两个相同的线阵CCD相机进行特定的空间排列,即使得相机1和相机2的CCD阵列都倾斜θ来进行扫描取像,并利用图像校正和像素插值等图像重建方法,得到高分辨率的图像。实验结果表明,倾斜角取60°的情况下,相对于单个线阵相机在θ=0°的正常采样模式下得到的采样图像,图像的空间分辨率提高了1倍,且保持了成像的视野不变。本系统工程上实现简单,十分经济且便于维护,仅利用现有的成像装置即可获取更高分辨率的图像。