光子计数法测量微光像增强器背景噪声分布特性

针对微光像增强器噪声特性,理论上分析了微光像增强器背景光子噪声特点。设计了采用光子计数法及使用类针孔微弱光照度计对微光像增强器的背景噪声进行测量的方案。在三代微光像增强器信噪比测量装置中,采用类针孔微弱光照度计对微光像增强器无光照时荧光屏上Ф0.2 mm光斑的照度进行了测量实验。对于空间特性,以荧光屏中心点为圆心的同心圆上照度值不均匀性小于1%;对于时间特性,在微光像增强器工作大约270 min后,荧光屏中心点照度值会达到稳定状态。以各个空间点和时间点照度值为基础分析了无光照时像增强器背景噪声在时间和空间的分布特性,为评价微光像增强器的噪声特性提供了数据支持。     

三代微光像增强器信噪比测量技术研究

微光像增强器是微光成像技术中的核心部件,微光像增强器的信噪比是像增强器的重要参数之一,它可以定量表征像增强器在探测弱辐射图像时的性能,可综合反映空间因素和时间因素对探测图像特性的影响。介绍了微光像增强器信噪比的测量原理和装置,测量装置采用精确的微孔光阑、可变光阑及共轭对称透镜系统,实现直径为0.2 mm的特定光斑投射在像增强器光阴极面上。采用光子计数技术,通过研究小探测面（探测直径小于4 mm）微弱光照度标定方法,解决了针孔微弱光照度的准确标定与直径为0.2 mm信噪比光源照度准确测量。     

人体目标光谱特性对微光像增强器视距的影响

为研究不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响,以夜天空辐射光谱特性和常见衣服的光谱反射系数为基础,建立了人体目标的反射光谱分布方程,分析了人体目标穿着不同材质和颜色衣服时的反射光谱特性,并从微光像增强器视距实际探测方程出发,讨论了微光像增强器对不同人体目标的探测能力。发现不同人体目标的反射光谱特性对微光像增强器视距的影响主要体现在平均反射率和目标背景初始对比度C₀方面,棉质衣服的反射系数和光谱反射强度比涤纶衣服高,微光像增强器对穿着棉质衣服的人体目标的探测能力更强。微光像增强器对穿着同样颜色棉质衣服的人体目标的视距比穿着涤纶衣服远,对穿着浅色衣服的人体目标的视距比穿着深色衣服远,在满月情况下像增强器对衣服的材质更敏感。     

远紫外像增强器光谱响应特性研究

利用星载光学仪器对极光在远紫外波段进行形态探测是研究沉降粒子能量等空间环境参数的重要手段,而远紫外像增强器是进行空间极光远紫外形态探测仪器中所必不可少的光电成像器件,其性能的优劣将直接影响整个仪器的工作情况,其中光谱响应特性是像增强器的重要的特性之一。采用同步辐射真空紫外波段光作为光源,利用光电倍增管和硅光二极管分别测量同步辐射和像增强器光强,我们对研制的远紫外像增强器在135～250 nm波段范围进行了光谱响应测试,测试结果表明该器件在140～190 nm范围内有较好的响应,响应峰值在160 nm左右,符合远紫外极光成像探测的应用要求。     

用于探测生物芯片的制冷型ICCD系统

利用光锥耦合的ICCD系统探测荧光染料标记的生物芯片,并对CCD芯片和像增强器制冷,以提高探测灵敏度。基于实验分析结果,指出背景噪声的主要来源为杂散光和生物芯片基底所发的荧光,指出用镜头成像限制了系统探测灵敏度的提高,可采用低荧光物质作为生物芯片的基底对系统加以改进。     

用于人眼视网膜成像照明的激光消散斑技术研究

以近红外激光(808 nm)作为人眼波前像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,液晶空间光调制器(LCOS)作为波前校正器,用哈特曼波前探测器探测人眼像差,构建了人眼像差自适应校正的视网膜成像系统.利用模拟眼分析了激光散斑对相机成像的影响和对哈特曼波前探测器进行像差探测的影响,同时验证了利用旋转散射体的方法消除激光散斑的可行性和有效性;用活体人眼进行了激光消散斑前后照明视网膜进行成像的对比实验,并进一步利用自适应光学技术实现了对人眼像差的动态校正和视网膜细胞的连续成像.校正后,系统波前像差的均方根值小于0.1λ.实验表明激光消散斑后可以同时作为人眼像差探测的信号光和视网膜成像的照明光,从而可以进行连续自适应校正和成像.     

用光电倍增管测量微光像增强器噪声

在微光像增强器成像中，迭加在图像上的时空域噪声，不仅限制系统的可工作最低照度，而且使显示图像有随机蠕动颗粒闪烁的外观。随着低噪声、高增益的光电倍增管的出现，比较精确地测量微弱光信号成为可能。在此基础上提出了采用光电倍增管来测试像增强器信噪比的方法。实验中发现，这种方法能比较准确并直观地反映像增强器噪声的大小。     

混沌背景中微弱信号检测的神经网络方法

基于复杂非线性系统相空间重构理论，提出了混沌背景中微弱信号检测的神经网络方法，利用神经网络强大的学习和非线性处理能力，建立了混沌背景噪声的一步预测模型，从预测误差中检测淹没在混沌背景噪声中的微弱目标信号(包括周期信号和瞬态信号)，研究了混沌背景中存在白噪声时该方法的检测能力，指出了目标信号为瞬态信号和周期信号时检测原理的异同点，最后以Lorenz系统作为混沌背景噪声进行了仿真实验，实验表明该方法能有效地将混沌背景中极其微弱的信号检测出来. 关键词： 混沌 神经网络 信号检测     

基于相干探测的目标激光一维距离像特性分析

为了实现对空间目标的远距离、高分辨率激光一维距离像探测及特性分析,在建立点目标激光一维距离像光外差探测模型的基础上,进一步通过三维建模的方式获取了三维目标的激光一维距离像。比较了圆锥体目标光外差探测获取的一维距离像与其距离分辨激光雷达散射截面、脉冲激光一维距离像之间的区别和联系,分析了目标尺寸、姿态、调频带宽以及表面材质对目标激光一维距离像的影响。实验结果验证了目标一维距离像能够反映目标外形特征,可为目标特性分析及识别提供参考。     

强天光背景下基于超完备字典的自适应光学天体目标的检测方法

针对稀疏域对强天光背景下天体目标的探测问题,在充分利用天光背景和光斑信号组成成分的形态差异性的基础上,分别建立了天光背景和目标信号的超完备字典,以区分图像中的天光背景区域与光斑信号区域。该方法能够在抑制强天光背景的同时积累更多的信号能量,改善信噪比。仿真及实验结果表明,此处理方法能够较好地提取出光斑信号,且与减阈值算法相比,其处理后质心偏差、均方根值及峰谷值都较小。     

Crystal structure of stable protein CutA1 from psychrotrophic bacterium Shewanella sp. SIB1

CutA1 is widely found in bacteria, plants and animals, including humans. The functions of CutA1, however, have not been well clarified. It is known that CutA1s from Pyrococcus horikoshii, Thermus thermophilus and Oryza sativa unfold at temperatures remarkably higher than the growth temperatures of the host organisms. In this work the crystal structure of CutA1 from the psychrotrophic bacterium Shewanella sp. SIB1 (SIB1-CutA1) in a trimeric form was determined at 2.7?? resolution. This is the first crystal structure of a psychrotrophic CutA1. The overall structure of SIB1-CutA1 is similar to those of CutA1 from Homo sapiens, Escherichia coli, Pyrococcus horikoshii, Thermus thermophilus, Termotoga maritima, Oryza sativa and Rattus norvergicus. A peculiarity is observed in the β2 strand. The β2 strand is divided into two short β strands, β2a and β2b, in SIB1-CutA1. A thermal denaturation experiment revealed that SIB1-CutA1 does not unfold completely at 363?K at pH 7.0, although Shewanella sp. SIB1 cannot grow at temperatures exceeding 303?K. These results indicate that the trimeric structural motif of CutA1 is the critical factor in its unusually high stability and suggest that CutA1 needs to maintain its high stability in order to function, even in psychrotrophs.     

红外成像波门形心跟踪算法的误差分析

介绍了红外成像波门形心跟踪算法的原理,通过建立跟踪误差模型,讨论分析了红外成像波门形心跟踪算法的误差,当误判概率越小,波门内目标像素越多,背景像素越少时,形心跟踪误差越小;当信噪比越大,相关搜索的次数越少,相关运算的像素总数越多时,正确匹配系数越高。试验证明,该算法不仅能减小跟踪误差,而且能提高跟踪的精确度和稳定性。     

基于阈值判断的CamShift目标跟踪算法

针对CamShift算法只利用目标的颜色信息,在跟踪过程中,易受目标相似物、遮挡以及光照等复杂背景影响导致目标搜索窗口发散,跟踪稳定性能降低,提出了一种基于阈值判断的目标跟踪方法。该方法将OTSU法和Snake模型结合,利用OTSU法以最佳阈值对图像进行分割,分离前景区域和背景区域,初步提取目标轮廓作为Snake模型的初始轮廓,经收敛得到目标的精准轮廓,利用轮廓外接最小矩形框内的像素计算目标质心,判断与CamShift算法中目标搜索窗口质心之间的欧式距离,如果未超出阈值,则直接使用CamShift算法跟踪目标,反之,则将计算出的目标质心作为CamShift算法中当前帧目标搜索窗口的质心跟踪目标。实验结果表明,该算法跟踪目标具有较好的实时性,跟踪性能稳定、可靠。     

移位相加法日间探测低信噪比恒星

为实现白天红外光电测量系统对低信噪比恒星的质心及能量高精度计算,本文给出一种高效的方法。首先,分析了红外光学系统白天恒星的成像特征。其次,先对采集的图像序列进行预处理操作得到预处理图像。接着对预处理图像序列执行叠加求均值和下采样操作得到下采样图像。在下采样图像中以亮度为特征求取恒星的疑似位置后,在预处理图像序列上建立与疑似位置相对应的目标区域,在目标区域内顺序求取质心序列。对目标区域的图像序列以质心偏移为基础进行移位相加后获取目标图像。在目标图像上以信噪比为判据完成恒星提取,以及质心和能量的计算。再次,分析指出此方法能增强目标信噪比的原理,并给出其适用范围以及相关参数的确定方法。最后通过实验表明,采用移位相加法可增强目标的信噪比,并提高提取正确率;且对于SNR不大于4.8的恒星可将其质心和能量计算精度平均提高0.06 pixel和28.5%。移位相加法对低信噪比的恒星可较为精确地计算其质心和能量。     

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。     

一种新的空谱联合探测高光谱影像目标探测算法

高光谱遥感影像不但具有高分辨率的空间信息还包含连续的光谱信息,因此在目标探测领域具有独特的应用优势。传统的高光谱遥感影像目标探测侧重于光谱信息的应用,形成了确定性算法和统计学算法。确定性算法通过计算目标光谱与待检测光谱之间的距离来查找目标,不能检测亚像素目标,而且容易受到噪声的影响;统计学目标检测计算背景统计特性,通过探测异常点来检测目标,可以检测亚像素目标和小目标,但容易受到目标尺寸的影响,不能很好的检测大目标。随着高光谱遥感影像的空间分辨率的增加,探测目标已有亚像素目标逐步转换为单像素及多像素目标,此时,在高光谱图像中,相同类别的地物在空间分布上呈现聚类特性, 因此,在利用高光谱遥感影像进行目标探测时,需要将其空间信息融入算法中。将空间特征引入传统目标探测算法。提出了一种新的空谱结合的高光谱目标探测算法,将传统的基于统计的目标探测算子与空域邻域聚类算法相结合,首先利用目标探测算子将影像划分为潜在目标区域与背景区域;通过计算潜在目标区域的质心,以质心为中心进行邻域聚类,剔除潜在目标区域中的背景区域,通过迭代计算获取最终目标探测结果。传统的基于统计的目标探测算子,将整个探测区域定义为背景区域,实现对背景区域的统计特征提取,而该方法将背景区域与潜在目标区域分离,剔除了目标区域对背景区域的统计干扰。将本算子与传统的约束能量最小化算子和自适应余弦探测算子进行分析比较可知,该算子的大目标探测性能优于传统的统计算子。     

DSP图像处理技术在空间瞬态光辐射定位探测中的应用

在分析空间瞬态光辐射信号成像特点的基础上,提出了一种在空间瞬态光辐射信号定位系统中,用高速浮点DSP芯片实现图像处理的方案.图像处理过程为：首先通过阈值分割滤除背景和弱噪音;然后根据目标信号的时空连续性进行目标识别以去除强噪音;最后对识别出的目标像点进行重心位置的提取.实验表明,该硬件图像处理方案具有高的实时处理性和定位准确性,可以很好的满足系统要求.     

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。     

Influence of inherent error of fiber-optic image inverter on application北大核心CSCD

The low-level-light image intensifier is an important photoelectric detection and imaging device in the field of night vision, and it is widely used in head-mounted display, hand-held observation and night aiming. The super-second-generation inverted image low-level-light image intensifier with fiber-optic image inverter is widely used in the night aiming system. According to the requirement of practical application, the influence of turning angle error and snake-shaped distortion in the inherent error of inverted image low-level-light image intensifier on the measurement error of aiming and stroke difference in application was analyzed. The analyses show that when the image turning angle error is less than 30' and the snake distortion is less than 30 μm, it can meet the requirements of close-range aiming and measurement of stroke difference. A detection device was developed to control the error, which solved the problem and put forward the relevant quality control points for the production and manufacture of image intensifiers for this kind of application. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

Natural color low-level-light EBAPS imaging system based on three-color LCTF北大核心CSCD

The high-sensitivity electron bombarded active pixel sensor (EBAPS) not only has the characteristics of high gain and high sensitivity of vacuum imaging devices, but also has the digital characteristics of solid-state imaging devices, which greatly improves the level of night vision imaging. A natural color low-level-light EBAPS imaging system was built based on three-color liquid crystal tunable filter (LCTF). According to the characteristics of low-level-light images, the color enhancement processing such as grayscale stretching, white balance, and color correction was performed on the color images obtained by the system. The experimental results show that the system can realize the natural low-illumination color imaging that reflects the color characteristics of the scene itself, which can effectively improve the observation effect of the characteristics of the target scene at night, and can realize the color imaging under 5×10−4 lx illumination. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.