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。     

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。     

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。     

凝视成像降质模型的超分辨率重建

针对吉林一号视频03星凝视成像的特点,为提高其图像空间分辨率,解决光学系统分辨率不足的问题,提出一种视频卫星超分辨率重建的新算法——凸集中间映射。以主动观点分析视频卫星凝视成像特点,建立了基于凝视成像的图像降质模型。为求解该降质模型的逆过程,以凸集理论为基础,建立了基于中间降质过程的约束集和相应的点投影算子,通过点投影算子逐帧修正高分辨率图像灰度值,最终将重建的高分辨率图像约束于凸集的交集上。实验结果表明,该算法使图像分辨率提高近30%,克服了同类算法具有投影误差和重叠伪影的缺点,图像质量评价指标均优于所列其他算法,8帧重建得到收敛解,对不同清晰度的图像重建均具有可行性和稳健性。说明该算法适用于视频卫星图像超分辨率重建。     

基于局部梯度特征的红外微扫描成像技术研究

从空间邻近度和像素相似性角度出发,提出了微扫描和基于梯度特征加权插值技术相结合的方法.该方法利用320×240凝视型红外焦平面探测器,在DSP+FPGA硬件平台上得以实现.实验证明：与经典微扫描技术相比,它既能提高图像空间分辨率,抑制噪音,又能较好地增强红外图像的边缘.     

空间热离子成像探测器

研制一种用于热离子、紫外、X射线等多种目标源的成像探测器.该探测器输出为一张目标源的灰度图像,该图像的灰度等级及其分布对应目标源的强度分布,图像的灰度分布均匀性对应目标源的束流均匀性.以紫外光源作为目标源对探测器的性能参量进行实验测试,实验结果表明该探测器的空间分辨率优于120μm,输出均匀性优于97%,输入输出正比性误差小于±4%.     

基于多相组重建的航空图像超分辨率算法

为提高航空图像的空间分辨率, 提出一种基于多相组重建的超分辨率算法. 融合图像间的互补信息, 将多帧低分辨率图像作为图像基, 参考帧分解为多相组, 利用差异采样特性构建图像基与参考帧之间的的多相组线性关系重建得到高分辨率图像的多项组, 经图像多相分解逆变换获得融合的高分辨率图像. 根据该融合图像的局部内容和结构信息自适应调整控制核核函数, 应用改进的控制核回归算法去除图像模糊和噪声得到清晰的超分辨率图像. 与传统算法相比, 该算法无需图像配准和迭代过程, 计算效率极大地提高. 实验结果表明, 本文算法能够有效提高航空图像的空间分辨率, 在定量评价指标和主观视觉效果方面都有显著提高.     

波长相关物理成像模型的交通监控图像去雾算法

针对当前去雾算法未考虑交通监控图像中雾气浓度分布不均匀的问题,提出了波长相关物理成像模型的去雾算法.首先,根据波长与雾气浓度的相关性,构建了适用于交通监控图像的波长相关物理成像模型.然后,根据波长与颜色的相关性,设计出基于最大模糊相关图割的透射率估计算法.考虑到灰度值存在交叉重叠的模糊特性,及景物的空间相关性,利用递推的最大模糊相关算法快速获取景物划分信息,并用此信息设计图割的数据项,实施图割.该策略将基于阈值的分割算法与基于空间相关性的图割算法相结合,确保了景物的空间相关性,提高了分割精度,避免白色目标的误分.最后,通过分割结果中的天空区域,准确地计算大气光,实施去雾.在500幅仿真图像及真实图像上的测试结果表明,该算法较已有去雾算法的去雾精度至少提高7%,运行时间至少缩短了约15%,可用于交通监控系统的图像去雾处理中.     

同步辐射X射线图像对比度增强算法研究EI北大核心CSCD

在同步辐射X射线成像中,时常会出现对比度不高或对比度不均匀的问题,这将导致图像中样品的一些细节信息难以被观察和分析。针对这一问题,提出一种X射线图像对比度增强的算法。该算法以同态滤波为核心,结合图像降噪预处理及灰度调整,以现图像的对比度增强,并提高图像质量。编写程序实现该算法,并通过对分辨率靶图像和海洋鱼类样品的X射线图像进行测试。结果表明,该算法可以很好地增强灰度分布不均匀的低对比度X射线图像,使样品信息显示更清晰,灰度分布更均匀。同时,对X射线图像的降噪效果明显。     

一种空域和频域相结合的运动图像亚像素配准技术

针对视频图像运动检测问题,提出了一种结合空域灰度投影和频域相位相关的亚像素图像配准方法。首先,采用灰度投影算法在空域对运动图像进行粗配准,即在图像行和列方向上计算图像灰度投影特征数据,根据灰度相关函数最小化准则,估计像素级运动量;然后,在经过粗配准的两幅图像中心选取尺寸相同的区域,进行快速傅里叶变换,在频域采用扩展的相位相关算法对图像进行精确配准。该方法利用图像的功率谱信息,减少对图像内容的依赖,运用基于最小二乘的曲面拟合法,实现亚像素图像配准参数估计,具有从粗到精的特点,有效提高了图像检测精度。文中最后对样本图像进行了图像配准对比实验,结果表明,该方法可以检测0.01 pixel的运动量,最大配准误差为0.004 8 pixel。     

Sub-pixel processing algorithm based on boundary recursion and error optimization in staring FPA nonuniform micro-scanning imaging

For the 2 × 2 nonuniform micro-scanning, of which the interframe displacement is no longer equivalent to accurate half-pixel, a sub-pixel processing algorithm based on boundary recursion and error optimization is proposed in this paper. Boundary recursive technique is introduced to solve the ill-posed problem in the process of nonuniform micro-scanning sub-pixel image reconstruction, but the manually predefined boundary values in boundary recursion inevitably result in error. Aiming at eliminating the error in boundary recursion, error optimization based on gray statistical principle is used in this paper. All the simulation results and experiment data show that the algorithm proposed in this paper can realize accurate sub-pixel imaging and improve image resolution. The algorithm is robust, simple and effective, and it is hopeful to be used in actual system.     

高分辨率灰度投影算法及其在电子稳像中的应用

提出一种用于检测图像运动矢量的高分辨率灰度投影算法。灰度投影算法将图像在水平和垂直方向上的灰度投影数据作为图像特征,获得图像运动信息,一般只能达到一个像元精度。而通过采用相关计算进一步细分灰度投影数据,可以提高图像运动特征位置信息的精度,获得亚像元级的图像运动矢量。实验室摇摆台电子稳像实验结果表明,该方法可以有效提高图像运动矢量的计算精度。     

Three dimension double inversion recovery gray matter imaging using compressed sensing

The double inversion recovery (DIR) imaging technique has various applications such as black blood magnetic resonance imaging and gray/white matter imaging. Recent clinical studies show the promise of DIR for high resolution three dimensional (3D) gray matter imaging. One drawback in this case however is the long data acquisition time needed to obtain the fully sampled 3D spatial frequency domain (k-space) data. In this paper, we propose a method to solve this problem using the compressed sensing (CS) algorithm with contourlet transform. The contourlet transform is an effective sparsifying transform especially for images with smooth contours. Therefore, we applied this algorithm to undersampled DIR images and compared with a CS algorithm using wavelet transform by evaluating the reconstruction performance of each algorithm for undersampled k-space data. The results show that the proposed CS algorithm achieves a more accurate reconstruction in terms of the mean structural similarity index and root mean square error than the CS algorithm using wavelet transform.     

低曝光量下投影算法的稳健性研究

研究了在低曝光量情况下灰度投影算法的稳健性,为提出的稳定成像系统的设计与实现提供可行性论证。通过合成视频实验探讨、实际视频实验论证相结合的研究方法,探讨曝光量不足对灰度投影算法性能的影响。实验结果表明,灰度投影算法在欠曝5档和存在一定随机噪声的情况下,仍能保持良好的运动矢量估计性能,从而说明了投影算法在一定的曝光量范围内仍能准确地得到运动矢量估计,是一种运算量小、实时性好且稳健性较强的电子稳像算法。投影算法在低曝光量情况下良好的稳像稳健特性,使其能在低亮度及高实时性要求等环境下应用于航拍、卫星遥感等稳定成像或高清晰成像场合。     

Multi-frame sub-pixel processing algorithm based on uncontrolled micro-scanning

For the uncontrolled micro-scanning where the displacement of image sequence is random, a sub-pixel processing algorithm based on boundary recursive and subsequent error optimization is proposed in this paper. Neighboring pixels are used to approximate the boundary pixels of the original image in the algorithm. Then the approximate error is optimized by the gray statistical principle. At last a sub-pixel image with high resolution is reconstructed. The results show that our algorithm is better than the general over-sample reconstruction algorithms and robust in different displacement situations.     

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。     

单矢量水听器稀疏近似最小方差方位估计算法

针对单矢量水听器海上目标探测问题,利用稀疏近似最小方差(Sparse Asymptotic Minimum Variance,SAMV)算法进行目标方位估计,该算法利用单矢量水听器自身具有阵列流形的特点,将整个扫描空间离散化,目标方位分布于某一离散方向位置上,利用空间信号的稀疏性可提高目标方位估计性能。仿真结果表明,SAMV算法在各信噪比条件下方位估计噪声背景级明显优于常规波束形成(Conventional Beam Forming,CBF)算法和最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)算法,当信噪比大于0dB时,该算法测向结果均方根误差小于2°,且SAMV算法具有更好的空间方位分辨能力。消声水池和海上声学浮标海上试验数据处理结果表明,SAMV算法给出了噪声背景级更低的目标方位历程图,有效验证了SAMV算法对海上目标的探测性能及其有效性。      

瞬态信号的小波变换波达方向估计

针对瞬态信号方位估计问题,提出了基于连续小波变换的多重信号分类测向算法(CWT_MUSIC)。首先由信号特征确定小波尺度参数,构造Morlet小波,对信号进行小波变换,利用获得的小波变换系数建立多分辨时频阵列信号模型,并据此模型设计基于子空间的MUSIC算法以实现瞬态信号的波达方向估计;然后对该算法的多分辨与误差性能进行分析,最后仿真实验和实际爆炸试验验证了所提出的CWT_MUSIC算法能有效地提高空间谱的分辨率和DOA估计性能。     

亚胺硫磷表面增强拉曼光谱定量解析模型研究

拉曼光谱分析方法结合表面增强技术用于亚胺硫磷农药的检测。连续小波变换(continuous wavelet transforms, CWT)和连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)分别用于拉曼光谱的预处理和特征拉曼位移的选择,多元线性回归(multi-linear regression, MLR)用于特征拉曼吸收的回归分析。结果表明,芯片增强可以实现低浓度农药溶液拉曼响应的增强;CWT可以提高拉曼光谱的分辨率和平滑度,消除光谱的平移误差;基于SPA方法的特征位移选择方法,既可以提高模型的分析精度,又可以简化MLR模型的回归变量;与特征增强波段的MLR模型比较,CWT-SPA-MLR模型可将验证集的预测相关系数(correlation coefficient,r)和预测均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)由0.823和1.640改善为0.903和1.122。CWT-SPA-MLR可用于拉曼光谱定量解析模型的建立,该方法简单易用具有良好的重复性。