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。     

同步辐射双能CT图像的高精度配准研究

对双能计算机断层扫描(CT)图像进行三维图像配准是准确获取样品内部元素分布信息的前提。针对同步辐射双能CT成像存在的图像空间失准问题,提出了一种以互信息作为衡量双能CT图像相似度的图像配准方法。采用部分体积(PV)插值算法计算互信息,采用遗传算法进行较优参数的搜索,并以该参数作为Powell算法搜索的起始点,结合基于Hanning窗的部分体积插值(HPV)算法搜索得到最佳配准参数。数值模拟验证了HPV算法的优越性,同时配准精度达到亚像素级。实验结果表明,该方法能够有效配准双能CT图像并获得三维元素分布信息。     

一种结合梯度方向互信息和多分辨混合优化的多模图像配准方法

针对基于传统互信息图像配准容易产生局部极大值,同时结合梯度信息的互信息改进方法不能很好地应用于梯度幅值差异较大的多模图像配准,提出了一种新的结合梯度方向的互信息测度函数.在参量优化过程中,将具有全局优化的遗传算法和Powell局部优化算法动态结合,前者的配准结果为后者的算法优化提供有效的初始点以抑制局部极值,同时借鉴小波变换中多分辨率的思想,在低分辨率图像中粗略配准后,上升到高分辨率图像上进一步细化配准结果,增加算法鲁棒性并减少优化时间.多幅红外与可见光图像配准实验结果证明,提出的算法具有配准精度高和鲁棒性强等特点.     

基于AM测度及混合优化算法的图像配准方法

介绍了一种基于边缘特征的图像配准方法。首先利用Canny算子提取图像的边缘;然后以AM测度作为配准准则,在优化AM峰值和配准参数的时候,先用遗传算法将配准参数收敛到最优值附近,再使用Powell法进行局部搜索;最后对待配准图像进行刚体变换及双线性插值,从而实现图像配准。实验结果表明,此优化方法不仅提高了计算速度,而且提高了配准精度,配准结果达到了亚像素级水平。     

被动式太赫兹图像分割算法

提出了一种被动式太赫兹图像识别算法。算法对原始太赫兹图像进行去噪预处理之后,通过对灰度直方图分析并对其曲线拟合,选定种子点和生长阈值对图像进行区域生长,以实现图像分割。实验结果证明,算法能够有效地从被动太赫兹图像背景中提取感兴趣的目标区域,有利于快速准确地发现被检测者隐藏在衣服内的违禁品,增强了安检成像系统的实用性。     

一种高光谱图像高精度配准波段选择方法

针对高光谱图像和高空间分辨率图像配准过程中,各波段之间差异较大难以选择高精度配准波段的问题,提出一种基于Cram′er-Rao下限(CRLB)理论的高光谱图像高精度匹配波段选择算法。利用波段选择的方法选出高光谱图像中若干信息量大、相关性小的波段;将其分别与高空间分辨率图像做配准,并计算配准结果相应的CRLB;根据CRLB选择高精度配准波段。通过比较配准后的CRLB和均方根误差,验证CRLB具有较好配准质量评价性能。通过CRLB与其他方法的选择波段配准结果比较可知,本文算法选择的波段配准精度较高。上述波段为高光谱图像和高空间分辨率图像的配准提供更好的数据。     

基于双阈值canny均衡化算法的太赫兹图像增强

存在于微波与远红外之间的太赫兹波,因其无损害,稳定性高等独特性质使太赫兹光谱与成像技术在近几年来得到了迅猛的发展。太赫兹波独有的无损伤检测特性,在安全检测方面具有良好的发展前景,获得广大学者的研究和关注。经过太赫兹成像系统获得的太赫兹图像,虽然可以识别出隐藏的武器或其他金属制品,但是太赫兹图像的对比度和清晰度均较差,不能完全符合人眼的视觉效果,也不利于机器识别。目前,对太赫兹图像质量的提高和改善,成为太赫兹成像技术长远发展和广泛应用的关键问题。实验采用太赫兹波投射式成像系统对藏于物体中的金属心型吊坠和金属箭头进行成像,扫描步长0.5 mm,由于太赫兹光源大,能量起伏等系统缺陷,以及外部环境的复杂与干扰,导致成像所得图像均有背景噪声严重,边界模糊等问题,成像质量较差。提出一种基于双阈值的canny均衡化太赫兹图像增强算法,根据太赫兹图像自身性质限制,确定阈值和对图像均衡化的范围,实现图像降噪并引入双阈值canny算法和梯度幅值算法,使图像的对比度和清晰得到整体提高,并保留和突出太赫兹图像的细节信息,获得高分辨率、边缘清晰的图像。实验表明该算法对太赫兹图像具有良好的降噪效果,能够保留图像细节信息,图像对比度和图像质量得到增强和提高,同时增强了太赫兹成像技术对隐藏缺陷或隐藏物体的辨别能力和透视能力,为其在安检应用方面提供必要保证。     

太赫兹波段皮肤组织德拜参数提取算法的比较

针对非线性最小二乘法的传统算法在皮肤组织太赫兹波段德拜模型参数提取时,对参数初始值的要求很高,且所得模型与原始数据偏差较大的问题。将遗传算法应用于非线性最小二乘法对原始数据进行拟合,并提取参数。遗传算法随机产生初始解,不需要设置参数初始值,能简化参数提取过程;其搜索过程是从多个可能解开始,而不是单一初始值,所以不易陷入局部最优,基本能实现全局优化。以皮肤组织德拜参数提取为例,将遗传算法应用于非线性最小二乘法进行参数提取时不仅减小了文献中的模型在0.15~0.6THz频段与原始数据的偏差,而且在整个频率范围与原始数据都能较好吻合,验证了遗传算法提取德拜参数的有效性和皮肤组织太赫兹波段德拜模型的正确性。     

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。     

基于似然函数最速下降的红外与可见光图像配准

为了实现红外与可见光图像的自动配准,提出了基于似然函数最速下降迭代的图像配准算法.该算法以图像边缘作为配准点特征,将异源图像配准转化为边缘点集配准.基于点集的高斯混合模型建立了边缘点集配准似然函数,以该函数作为目标函数,仿射变换参量作为优化变量,利用最速下降方法进行最优变换参量求解,从而实现边缘点集配准.同时,将多分辨率金字塔引入迭代配准框架下,实现了高分辨率图像配准的加速.实验结果表明:该算法精度高,运算速度快,可以很好地完成可见光与红外图像的自动配准.     

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...     

一种红外与可见光图像的自动配准方法

针对红外和可见光图像配准问题,采用仿射变换实现图像的几何变换,利用Canny算子边界相关运算求出边界相关性最强时对应的仿射变换参数,从而有效地实现了对原始红外和可见光图像的自动配准。实验结果表明,该算法有效,可以应用于实际的红外和可见光图像配准中。     

表面粗糙样品的太赫兹光谱参数提取方法研究

很多物质在太赫兹波段内的光谱参数具有指纹特征,这是太赫兹技术在安检等众多领域有所应用的基础.但是,目前常用的太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术提取物质光学参数的Duvillaret算法,要求样品上下表面平行且充分光滑.然而在很多有潜力的实际应用场合中,尤其是对于固体样品,表面粗糙度不可避免,并且不能使用模具压片等实验...     

提取葡萄糖多晶光学参数的迭代和遗传算法比较分析

基于太赫兹反射时域光谱技术,分别利用迭代算法和遗传算法提取葡萄糖多晶太赫兹频段的两个光学参数,即折射率和吸收系数,并将遗传算法与迭代算法进行对比分析。研究结果表明：当将利用弱吸收近似条件所获得的光学参数作为迭代算法的初始值时,采用迭代算法可以提高计算效率。然而,迭代算法对初始值敏感,当初始值偏离实际值较大时,迭代算法不能保证获得较高精度的光学参数;遗传算法通过参数编码、初始种群、遗传操纵、参数控制和条件约束等设计,保证了算法的收敛性和种群多样性。而且,遗传算法的最优解并不依赖于初始种群。与迭代算法相比,采用遗传算法所获得的物质的光学参数拥有更高的精度。因此,在基于THz光谱技术提取物质的光学参数时,本文建议采用智能优化的算法,这样可以获得高精确度的光学参数。     

太赫兹波段豆油光谱的优化测量

太赫兹时域光谱技术是基于飞秒超快激光技术的有效的光谱检测技术,太赫兹波独特的优势使其成为一种有效的无损检测手段,并被广泛地应用到各个领域。然而在样品检测尤其是液体样品检测过程中,由于Fabry-Perot效应的存在,太赫兹波在样品、样品容器、以及光学元件之间的多次反射,使时域信号产生回波,样品的吸收光谱在频域内产生振荡,有可能会隐藏一些重要的吸收特征。为了解决这一问题,对解卷积算法进行改进,在传统计算模型的基础上,考虑系统中液体池窗片和光学元件对太赫兹波的非线性吸收,将包含回波的太赫兹时域信号描述为太赫兹主脉冲与一系列冲击信号和非线性传递函数的卷积。通过分析,有效去除回波引起的频谱振荡,进一步提高太赫兹波段豆油光学参数的测定精度。实验对比了改进前后0.2～2 THz波段豆油的频谱及吸收谱,实验结果证明,与传统的主脉冲截取法相比,本算法不仅能有效去除回波引起的频谱振荡,且在相同检测条件下,可将太赫兹波段豆油样品的频率分辨率由50 GHz有效提高至10 GHz。该算法不受被测对象参数的影响,同样适用于其他液体的太赫兹时域光谱测量。最后对吸收谱中残余的频谱振荡进行了深入分析。     

远距离多源图像融合系统实时配准设计

为了实现全天候多波段远距离实时图像监控,设计了具有微光、红外和可见光融合的光学前端,对多源图像进行实时配准研究。在平行光轴的基础上,通过计算不同视场图像的成像视差,计算仿射变换需要的参数,采用双线性内插算法弥补红外在成像方面与可见光图像的差别,将红外图像的变换制作成查找表存储在图像处理器DM642中,系统通过硬件查找表可以快速实现不同图像的配准变换,实现同步视频的实时配准与融合。实验表明:该设计能够准确地实现多源图像的实时配准,系统经过图像配准、图像融合和伪彩变换处理后的时间约为24.3 ms,系统探测距离大于3 km。     

基于似然函数最速下降的红外与可见光图像配准

为了实现红外与可见光图像的自动配准,提出了基于似然函数最速下降迭代的图像配准算法.该算法以图像边缘作为配准点特征,将异源图像配准转化为边缘点集配准.基于点集的高斯混合模型建立了边缘点集配准似然函数,以该函数作为目标函数,仿射变换参量作为优化变量,利用最速下降方法进行最优变换参量求解,从而实现边缘点集配准.同时,将多分辨...     

基于时钟树机制的太赫兹人体安检采集系统研究

针对太赫兹人体安检仪对数据采集的精确性、实时性和同步性的要求,分析了采集系统的幅度非均匀误差、时钟抖动和采样触发抖动问题,提出了主动式太赫兹人体安检仪的采集系统结构。在确定采集系统时钟抖动允许范围下,设计了一种高精度可编程延时的时钟树网络结构,实现了七路同源、低抖动和相位一致的采样时钟、采样触发信号和同步时钟的输出。最后,介绍了系统测试方案和测试结果。实验结果表明,在相同的测试条件下,采用时钟树机制的太赫兹人体安检采集系统在-40～40MHz频段内,采集到的I、Q信号正交性良好、波形无畸变和幅值相等,信号频谱的二次谐波均低于-40dB,相比传统采集系统的谐波抑制至少减少10dB,可用于太赫兹人体安检领域。     

基于相机扫描的太赫兹光场成像预处理方法

太赫兹光场成像是一种太赫兹波段内的计算成像手段。在太赫兹相机扫描成像的基础上进行了图像预处理和光场计算。针对太赫兹相机受器件性能限制导致输出图像存在噪声大、分辨率低和视场小等问题,对基于相机扫描的太赫兹光场成像进行了预处理,通过控制二维平移台,采集到一系列存在特定视角差别的目标图像;采取高通滤波方式对图像进行处理,得到噪声小、锐化程度好的图像;在不降低图像分辨率的基础上利用Harris特征图像拼接算法计算得到较大视场的图像。通过上述方法,有效地提高了光场成像质量,为实现太赫兹光场成像三维重构奠定了基础。     

一种从粗到精的红外和可见光卫星图像配准方法

气象卫星所携带的多种传感器可以获得可见光、红外、多光谱等多模态的卫星图像,目前处理这些多模态图像的一个重要手段是数据融合分析方法,而获取不同模态图像空间对应关系的图像配准是数据融合分析的前提和基础。针对多模态气象卫星图像的配准问题,重点研究红外图像和可见光图像的配准问题,并根据红外图像和可见光图像的特点,提出了一种由粗到精的两阶段配准方法。在粗配准阶段,将Fourier-Mellin变换应用于红外和可见光图像的边缘图像上,并通过变换图像在频域的关系实现了图像配准仿射变换参数的快速计算;在精配准阶段,基于图像的Harris算子检测红外图像和可见光图像的特征点,并通过特征点局部区域的互相关函数实现特征点的匹配,最终通过匹配特征点求得精确配准的变换参数。文章提出的由粗到精的图像配准方法,有效结合了Fourier-Mellin变换对边缘图像配准的高效性和Harris算子图像配准的准确性,是红外和可见光图像配准的一种新方法。利用FY-2D气象卫星获取的红外和可见光图像进行了配准实验,实验结果表明所提出的方法具有良好的鲁棒性和较高的配准精度。