光纤耦合CCD相机的平场校正方法研究

对于光纤锥耦合的CCD相机中存在的响应非均性问题进行了阐述,针对这种类型的系统的平场校正方法进行了仔细的研究,分析了CCD相机输出信号的构成情况,并利用这些方法对实际存在较严重的非均匀问题的图像进行处理,获得了很好的结果,达到了图像精密处理的效果.     

高速分幅成像系统中多路图像性能不一致的校正方法研究

针对用于获取具有时间分辨能力的序列图像的高速分幅相机而言,其图像处理主要包括了图形的几何形变校正、图形位置配准、一幅图像中各像元响应的平场校正及各幅图像响应一致性的校正等内容,不仅要解决每幅图像本身的问题,还要解决各幅图像间的形态对比的问题。通过对这些处理目的所涉及的方法逐一进行进一步的研究,所获得的处理方法用于实际图像的处理获得了比较好的效果,大幅度提高了图像间的相关度和一致性,为解决多路成像系统图像性能不一致的现象提供了有效的方法,达到了实际应用的水平。     

用于自适应光学视网膜成像的平场校正方法研究

采取平场校正的方法消除薄型背照式电荷耦合器件(CCD)相机在对视网膜细胞成像时由于多光束干涉效应在输出图像上产生了干涉条纹.在分析CCD芯片多光束干涉效应产生机理的基础上,根据视网膜细胞成像的特点,提出将未进行像差补偿的视网膜图像作为平场校正的参考图像对像差补偿之后的图像进行校正,解决了标准反射率白板图像作为平场校正参...     

一种新型的空间外差光谱仪平场校正方法

针对已完成光栅胶合的一体化干涉仪组件,提出了一种利用平场校正滤光片形成高频外差干涉调制数据进而进行系统级平场校正的方法。依据空间外差光谱技术干涉调制的原理,给出了平场校正所需的外差干涉频率范围(即平场校正滤光片的光谱范围)的计算方法。通过理论和仿真分析确定了平场校正滤光片的主要技术参数,并进行了实验验证。实验结果表明,该平场校正方法使复原光谱的平均信噪比提升了115.7%,复原光谱的固定频率噪声和高频段光谱失真的抑制效果尤为显著。     

空间外差光谱仪系统级平场校正方法研究

空间外差光谱仪单独进行面阵探测器校正无法满足系统级响应非一致性校正需求,传统均匀光源照射和列平场等方法对空间外差光谱仪并不适用。首先简要阐述了空间外差光谱仪传统挡光臂平场方法原理,指出传统挡光臂平场方法存在测量单臂数据在光栅胶合后与实际干涉数据不匹配的问题,不匹配形式包括像元级、亚像元级平移和旋转。针对实验室现有实验装置分析了平场系数配准精度的影响,通过分析单臂数据不同偏移量与光谱偏差之间的定量关系,得出本实验装置平场系数的配准精度需要优于0.1像元。根据配准需求,采用对数—极坐标变换求出旋转角度和相位相关方法进行像元级平移量计算,通过基于矩阵乘法的DFT实现亚像元级平移量的估算。最后总结了系统级平场方法的流程,利用实验室装置对空间外差光谱仪系统级平场方法进行了验证,通过对光栅位置的微量调整模拟实际胶合后干涉仪整体状态,对模拟胶合后数据采用平场校正流程与单臂数据完全匹配下校正后的光谱对比显示,二者之间光谱平均偏差为0.6%,与不校正时4.1%的光谱偏差相比,校正后光谱复原精度大大提高,为后续进一步数据处理奠定基础。     

分光型偏振成像探测系统校正研究

在分析系统响应非均匀性和非一致性的基础上,根据系统响应的线性特性,采用`两点校正法和基于辐射定标的方法对分光型偏振成像探测系统进行了校正,利用偏振测量装置测量了系统校正前后的精度,并开展了成像探测试验。结果表明,该方法有效地提高了系统解析偏振信息的精度,丰富了偏振图像的细节信息。     

自适应地空背景红外图像降噪增强方法

针对地空背景红外图像对比度低,噪声干扰大的特点,提出一种自适应的地空背景红外图像的增强方法。通过基于场景的非均匀校正去掉大部分固定图案噪声,对降噪后的图像进行多宽度窗口联合的局部对比度增强。此算法只需代数运算,原理简单,效果显著,尤其适用于地空背景,海空背景或太空背景的红外图像目标探测与识别。此算法能够自适应地补偿红外图像固定背景噪声的漂移,使低对比度图像的各级细节得到增强,而且能够在压制背景噪声的同时使隐藏在暗处的人眼不可识别的细节清晰自然的显现出来。     

国产非制冷红外探测器新型场景校正方法

现有国产非制冷红外探测器多采用挡板校正进行非均匀性校正,影响了红外探测器的观测效果与目标搜跟。为了拓展红外探测器的应用方向与领域,提出了一种国产非制冷红外探测器新型场景校正方法,通过改进的神经网络场景校正方法去除高频非均匀性,再通过时空联合的低频滤波去除低频非均匀性。应用该方法的某国产非制冷红外机芯,工作1 h后图像非均匀性为0.5%。该方法具有良好的校正效果,并且能够有效地抑制“鬼影”现象,有利于减少红外成像系统的体积与功耗,有利于国产非制冷红外探测器在航天、航空、武器装备等多领域的应用。     

基于局部恒定统计的高精度联合非均匀性校正方法

为校正长波红外探测器辐射响应非均匀性,抑制非线性和随时间漂移,提出了一种基于分段两点校正法和局部恒定统计的校正方法.首先,对非均匀性噪声建模,利用分段两点校正法进行粗校正;其次,利用绝对偏差中值法剔除异常像素,并迭代累加得到均值图像;最后,对均值图像滤波,求得校正系数矩阵并对图像精校正.搭建了原理样机,进行了两次实验室标定实验和一次外场实验.实验结果表明:本文方法可以将黑体图像标准差从2.75降低至2.26,将外场图像粗糙度从1.47×10-2降低至1.03×10-2.本文方法复杂度低、鲁棒性强、精度高,可以有效去除非均匀性噪声.     

基于混合高斯模型的红外图像自适应校正算法

针对传统时域高通滤波校正算法存在的鬼影问题,提出一种新的基于混合高斯模型的红外图像自适应校正算法。新算法利用混合高斯模型对场景进行建模,只有在像元输出值满足一定条件的时候,才将其更新到校正系数中,实现有选择性地更新校正系数。通过一组仿真和真实的红外图像序列评价算法的性能,仿真图像采用峰值信噪比指标进行定量评价,新算法比传统时域高通滤波校正算法的峰值信噪比提高了约9 dB。真实图像采用主观的定性评价,传统算法校正结果中存在着明显的鬼影,而新算法校正结果中不存在鬼影。     

双近贴式X射线像增强器成像不均匀性的分析与校正

分析了双近贴式X射线像增强器响应不一致性的产生机理,对每个像元建立了光电响应的数学模型.基于该模型,提出了一种改进的多点校正算法.该算法将对数曲线模型转化为线性响应模型,通过基于最小二乘法的两点拟合算法对图像数据进行校正.对比分析了校正前后图像的背景标准差及灰度分布曲线,实验结果验证了该方法的有效性.     

光谱仪用平场凹面光栅的凸面母光栅的消像差设计思路

平场全息凹面光栅是光谱仪中的核心元件之一,其成像质量和衍射效率直接影响了光谱仪的分辨率和光能利用率。利用凸面母光栅复制制作凹面光栅,便于在凸面基底上进行离子束刻蚀以获得高的衍射效率。为了保证复制的凹面光栅具有高的成像质量,文章提出一种全息凸面光刻胶光栅的消像差设计方法,优化中考虑了凸面基底对记录光束的折射效应以及由基底折射率所引入的附加光程。通过将“光程函数级数展开法”和ZEMAX光学设计软件相结合,采用粗精两步优化的方法,显著提高了优化的效率和成功率。ZEMAX对比仿真结果显示,复制得到的凹面光栅与传统直接采用全息法制作的凹面光栅的成像质量是相当的。     

闪光照相底片成像非线性校正技术研究

介绍了利用黑密度~穿透光程关系曲线对底片接收方式下的闪光照相图像进行非线性校正的方法. 根据闪光照相成像原理, 在光场均匀、散射均匀的条件下, 图像的黑密度是照相客体的穿透光程的单调函数. 当有一定的散射分布时, 相当于校正图像中叠加了一本底成分, 利用先验知识可以扣除. 因此可以用黑密度~穿透光程关系曲线进行闪光照相图像的非线性校正. 利用本方法对一三棱柱照相客体的图像进行了非线性校正, 处理结果证实了该方法的有效性.     

高光谱分辨率紫外平场光谱仪的研制

光栅作为一重要的分光元件,广泛应用于各类光谱仪,其中球面变线距平场光栅以其独特的平场特性使其容易与阵列探测器结合使用,一次实现宽光谱范围的记录。商业球面平场光栅一般只会提供光栅的公称线密度以及相应的安装参数,而不会提供光栅具体的变线距参数,并且提供的安装参数是针对整个使用波段优化的结果。使用者往往只需要其中的一部分波段。针对这种情况,根据球面平场光栅聚焦、分光原理,利用生产厂家提供的光学元件安装参数给出了推导球面变线距光栅变线距参数的方法。并给出了利用这些参数,根据光谱仪的实际工作波段确定最佳的CCD安装位置的方法。根据推导的光栅变线距参数可以对光学系统进行光学追迹已验证光学系统的性能。研制了一台高分辨率紫外平场光谱仪,覆盖光谱范围230~280 nm。采用的球面变线距光栅公称线密度为1 200 lines·mm-1,使用波段为170~500 nm。推导了该光栅的变线距参数,并针对230~280 nm波段对CCD的安装位置进行了优化。同时利用不同元素的标准光源空心阴极灯对光谱仪进行了波长标定和光谱分辨率测试。波长标定采用参数拟合法,整个波段范围内的标定精度优于0.01 nm。光谱分辨率测试的结果表明光谱仪的光谱分辨率达到0.08 nm@280.20 nm。     

使用背照减薄型CCD的色散型超光谱成像光谱仪中近红外波段干涉条纹现象的研究与校正

使用背照减薄型CCD器件的色散型超光谱成像光谱仪在近红外波段会出现条带状干涉条纹,严重影响其在近红外波段附近的光谱分辨率。为解决该现象,建立了类似于法布里-珀罗干涉仪的多光束干涉模型,估算出700~900 nm范围内干涉条纹的强度分布并以实测数据对该模型进行了验证,分析了CCD光敏区厚度和干涉现象之间的关系。在此基础上,采用包括频域滤波在内的改进的平场校正算法,对干涉条纹的图像进行了校正,在751.83～1 010.04 nm的范围内,校正效率达到96.6%,试验结果表明,该算法可有效的消除超光谱成像光谱仪近红外波段上的干涉条纹现象,提高光谱分辨率。     

平场全息凹面光栅制作结构与使用结构之间误差补偿作用的数值模拟与实验验证

通过对优化计算出的平场全息凹面光栅制作结构(曝光记录结构)和使用结构(光谱仪分光结构)之间各个参数进行联合数值模拟,得出如下结论：在优化设计参数值附近一个较大范围的误差区域内,平场全息凹面光栅的制作结构参数误 差和使用结构参数误差可以相互补偿,最终补偿的结果可以使光谱成像质量达到与原设计结构相当的水平,满足光谱仪器的使用要求。文章给出了数值模拟结果以及与其相符的实验验证结果。此补偿作用有利于降低平场全息凹面光栅制作 中各个参数精度的调节难度,并且可以对实际使用过程中光谱仪器的设计和装调进行理论上的指导。     

光子计数成像技术及其应用

介绍光子计数实时图像采集实验系统，其中的高亮度增益的光子成像头通过超强光力中继透与高帧频电荷耦合器摄像机耦合；分析和介绍了单光子成像模式下系统工作的受限条件和多光子工作模式下系统的主要综合性能指标－读出噪声的测定方法。文中给出在自适应光学弱光波前传感中的应用，光子噪声分布规律以及光的波粒二象性实验验证等例子。     

三通道偏振成像系统及系统误差校正方法

为了解决现有偏振成像系统难以满足目标检测和跟踪等实时图像处理领域的要求,提出一种实时三通道偏振成像系统,并对该系统存在的视场差异和非一致性误差提出了校正方法.该系统采用三个独立通道采集0°、60°和120°方向上的偏振图像,针对三个独立通道之间存在的视场差异提出了采用尺度不变特征转换配准法进行校正的方法;同时针对三个独立通道之间的灰度响应非一致性现象,根据积分球的退偏特性和探测器的线性响应模型,利用积分球产生完全非偏振光对灰度响应非一致性误差进行了校正.对比实验证明:1)本文提出的三通道偏振成像系统进行校正后的成像效果能够接近单通道偏振成像系统的水平;2)该系统能够在实时采集图像的同时,克服了多通道带来的偏振图像质量下降问题,提高了实用性.     

基于偏振信息的遥感图像大气散射校正

大气散射严重影响了航空遥感图像的质量。为了提高航空遥感图像的识别能力,提出一种基于偏振信息的航空遥感图像大气散射校正方法。大气散射具有显著的偏振特性,而对于垂直探测的地物辐射信号偏振度非常低,该方法正是利用大气散射偏振特性与地物目标偏振特性的差别,从图像中提取地物目标辐射信息,从而提高遥感图像的质量。通过机载多波段偏振CCD相机获取航空偏振遥感图像数据,并采用一组443 nm波段的航空偏振图像数据进行图像大气散射校正实验,实验结果表明该方法能有效地进行航空遥感图像的大气散射校正,从而提高了航空遥感图像的识别能力。     

微光像增强器噪声功率谱测试研究

在微光像增强器成像中 ,迭加在图像上的时空域噪声 ,不仅限制系统可工作的最低照度 ,而且使显示图像有随机蠕动颗粒闪烁的外观。适用的噪声性能测试分析技术则可为改善已有系统的成像质量、研制新型高性能的微光成像器件与系统提供必要的基础和客观依据。通过用CCD对像增强器噪声功率谱的测试发现像增强器噪声主要集中在低频部分 ,高频段的噪声近似为白噪声。