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。     

太赫兹连续波成像的质量改进与降噪

太赫兹波成像具有电离辐射小,对有机物鉴别力高等多种技术优势,因而非常适合应用于非接触式、非破坏性成像检测。然而这种成像手段易受到成像时电磁环境干扰和设备功率变化等问题的影响,因而存在一些特定的干扰模式,导致大部分的太赫兹脉冲扫描图像很难获得高清晰度的图像。利用搭建的太赫兹连续波源透射光路成像系统实现了逐点扫描式太赫兹成像。通过阈值灰度变换算法的改进优化,对卡片、树叶、一元硬币和钥匙四种样品的太赫兹波图像进行了去噪,然后基于拉普拉斯算子对图像进行锐化增强,并用均方误差和峰值信噪比估计等对去噪效果进行评价。去噪后太赫兹波扫描的部分样品峰值信噪比估计值提高可达4～5 dB,图像质量得到明显改善。研究证明所搭建的太赫兹成像系统具有一定的应用前景。     

高空间分辨率高可见度的太赫兹光谱成像研究

太赫兹光谱成像,不但包括在二维图像空间的强度信息,同时可以得到太赫兹波段的光谱信息,构成了一个三维的数据矩阵。由于受到太赫兹成像系统内部硬件的限制和影响,太赫兹频域较高频段处信号存在能量弱、信噪比低的特点,导致所成的太赫兹图像普遍存在分辨率低、对比度低等问题。因此,利用三维数据矩阵,应用适合的算法,实现了提高太赫兹光谱成像空间分辨率、边缘细节可见度的目的。搭建了三维可移动式太赫兹时域光谱成像系统,实现了对标准高分辨率板的二维扫描。对该系统所采集到的信号分别进行时域、频域等多种方式成像对比,结合瑞利判据和分辨率标尺对成像系统的空间分辨率、景深进行标定,研究了提高太赫兹光谱成像的空间分辨率算法。然后,针对太赫兹频域高频区域信噪比低、对比度低、噪声原因复杂的特点,结合深度残差学习的图像去噪理论,提出了太赫兹图像深度去噪网络,在训练集中引入成像系统中真实的“太赫兹残差噪声”。最后,利用所训练出的模型对太赫兹频域高频区域图像进行盲去噪,并用重建图像分别与原始成像结果和传统太赫兹去噪算法结果进行比较,分别从主观和客观两个方面评价了不同算法对太赫兹频域高频图像的去噪效果。实验结果表明,通过该算法实现...     

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。     

基于迭代直方图均衡化的常规光源下水下成像增强算法

为了增强常规光源下水下图像的视觉对比度,提高水下图像的图像质量,提出一种基于迭代直方图均衡化水下图像增强算法.首先通过Retinex模型将水下图像分解为细节层和光照层图像.然后推导出一个图像增强模型,该模型能够在保证韦伯对比度的前提下完成图像增强工作.接着提出一种基于迭代直方图的直方图均衡化算法对光照层图像进行对比度增强,并通过S形状函数对细节层图像进行对比度拉伸.最后,合并拉伸后的细节层图像和增强后的光照层图像,进而获得较佳的图像增强效果.实验结果表明,该算法能够有效地提升水下图像的视觉对比度,图像信息熵值及均值结构相似度高于其他算法,图像的视觉效果得到显著提高.     

同步辐射X射线图像对比度增强算法研究

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。     

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。     

多层胶接结构胶层空气缺陷的太赫兹无损检测

利用建筑材料、隔热垫和胶粘剂制作了胶层中含人工空气缺陷的三层胶接结构,并利用SynViewScan 300连续太赫兹成像系统对样件进行了检测。通过分析胶接面的太赫兹二维图像及缺陷处和正常胶粘处的单点纵向信号,获得了胶层空气缺陷的位置和大小信息。结果表明,连续太赫兹波成像系统可以清晰识别胶接结构中的胶层空气缺陷。     

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。     

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。     

被动式人体太赫兹图像中的目标辅助识别

提出一种被动式人体太赫兹安检仪的图像目标标注方法,用于辅助识别被安检人员隐藏携带的违禁物品。分析了探测器中心频率为0.1THz的被动式太赫兹人体安检仪图像特点,根据其特点进行图像增强、分割、轮廓提取等处理,进而实现图像中的目标检测,将其目标位置映射在同场景同时间采集的可见光图像上。实验结果表明,该方法可以有效地提取并标示可疑目标,帮助快速发现衣物下的隐匿物品,提高太赫兹安检仪的实用性。     

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.     

室内人体隐匿物被动太赫兹成像研究进展

太赫兹波由于其极低的光子能量和对非极性物质较强的穿透特性已成为人体隐匿物检测应用的热点。本文以室内人体隐匿物品探测为主要应用背景,简要介绍了太赫兹波段的大气传播特性;重点分析了基于辐射检测的室内被动太赫兹成像原理和系统的关键技术,包括辐射计和阵列扫描方式等;回顾了国内外被动太赫兹成像技术在人体安检领域的研究现状。综合考虑系统成本和成像时间,一定数量的高灵敏度辐射计加上扫描机构成像的方式在未来很长一段时间里将是被动太赫兹成像系统的主流方式。     

Three-dimensional visualization of objects in scattering medium using integral imaging and spectral analysis

This paper presents a three-dimensional visualization method of 3D objects in a scattering medium. The proposed method employs integral imaging and spectral analysis to improve the visual quality of 3D images. The images observed from 3D objects in the scattering medium such as turbid water suffer from image degradation due to scattering. The main reason is that the observed image signal is very weak compared with the scattering signal. Common image enhancement techniques including histogram equalization and contrast enhancement works improperly to overcome the problem. Thus, integral imaging that enables to integrate the weak signals from multiple images was discussed to improve image quality. In this paper, we apply spectral analysis to an integral imaging system such as the computational integral imaging reconstruction. Also, we introduce a signal model with a visibility parameter to analyze the scattering signal. The proposed method based on spectral analysis efficiently estimates the original signal and it is applied to elemental images. The visibility-enhanced elemental images are then used to reconstruct 3D images using a computational integral imaging reconstruction algorithm. To evaluate the proposed method, we perform the optical experiments for 3D objects in turbid water. The experimental results indicate that the proposed method outperforms the existing methods.     

基于改进型平台直方图的红外均衡化算法

针对红外图像特别是红外弱小目标图像的特点,提出了一种基于改进型平台的直方图均衡算法。在设置统计上限平台阈值的基础上,设置了累计直方图上限阈值,并用修改的映射函数算法对图像进行均衡化处理。算法中的上限统计平台阈值对噪声进行了适当抑制,累计平台阈值自适应控制映射动态范围,从而克服了平台直方图均衡化对动态范围较窄的红外图像过分拉仲的缺点。相对平台直方图的均衡算法,该方法能够对多种复杂场景增强图像整体效果,在抑制噪声的同时较好地保持了图像细节。     

牙本质龋的太赫兹成像研究

牙本质龋与牙髓感染状态及活力密切相关,龋损深度则决定临床治疗方案,但目前牙本质龋的检测及诊断方法如：视诊、探诊容易受到主观因素影响;X线辅助检查对龋病灵敏度低等,都有一定缺陷,可靠性及有效性仍有待提高。太赫兹时域光谱可以利用不同的物理参数成像,在牙本质龋在体、无损检测方面有较大应用潜力。为探索牙本质龋损的太赫兹光谱图像开展本研究。实验通过搭建透射、反射式扫描太赫兹平台,对15枚含牙本质龋离体牙磨片扫描,通过数据二维重构,获得了不同参数的太赫兹透射和反射图像,再将太赫兹图像与实验室研究龋病的光镜图像与X线图像对比、拟合并进行光镜下、太赫兹图像下龋损面积评价。结果表明：太赫兹图像与光镜图像相符,较X线图像灵敏度更高。反射模式下由于太赫兹反射信号较弱,使得样品厚度,表面粗糙程度以及系统噪声对实验结果影响较大,图像仅能辨识样本轮廓,不能用于区分牙釉质、牙本质及牙本质龋。透射模式下的频域1.4 THz相位差成像、时域信号最小值对应的时间成像都能区分牙釉质,牙本质和牙本质龋,可以用来鉴别三者,其中最小值对应的时间成像效果最佳。对光镜下测得牙本质龋损面积与太赫兹透射模式下的时域信号最小值对应的时间图...     

超高灵敏度太赫兹超导探测器

太赫兹(THz)波段一般定义为0.1–10 THz的频率区间, 对应波长范围3 mm–30 μm, 覆盖短毫米波至亚毫米波段(远红外). 尽管人们早已认识到太赫兹波段具有非常重要的科学意义和广泛的应用前景, 但该波段仍然是一个有待全面研究和开发的电磁频率窗口. 因此, 太赫兹波段的天文观测在天体物理及宇宙学研究中具有不可替代的作用, 对于理解宇宙状态和演化具有非常重要的意义. 具有超高灵敏度的太赫兹超导探测器, 已经成为太赫兹波段观测的主要手段. 本文主要阐述了太赫兹超导探测器的基本类型和工作原理, 以及中国科学院紫金山天文台在该领域的主要研究成果和进展.