时空过采样探测系统性能仿真

基于星载扫描辐射计的工作原理,对传统的线列扫描成像系统和过采样系统的采样过程进行了数学建模和仿真成像,在两种采样模式下对点目标探测进行了仿真。在Matlab环境下对过采样探测系统进行了仿真图像的沿线阵方向的两倍空间过采样和扫描方向上（即时间上）的2~10倍的过采样仿真。通过对过采样探测系统各种工况下的仿真,得到了图像中信号能量值和目标尺寸大小的关系,分析了目标位置的不同对成像质量造成的影响。最后给出了不同大小目标两个通道上的四倍过采样图像,并分析了图像中存在的跨像元现象。     

红外扫描过采样系统点目标检测性能分析与仿真EI北大核心CSCD

过采样是为提高遥感扫描图像分辨率而提出的一种新的成像体制,为将其应用于红外搜索与跟踪系统,需研究过采样对系统点目标检测性能的影响.从扫描成像原理角度对比分析常规采样和过采样的特点;基于高分辨率图像退化方式给出扫描图像仿真方法;通过仿真扫描图像进行单帧目标检测处理,对比分析两种采样体制下的系统点目标检测性能.结果表明,在相同条件下,过采样系统点目标检测性能优于常规采样;常规采样扫描图像中目标一般呈现1×1点状,而过采样扫描图像中目标呈现斑点状,利用该特性可进一步提升过采样系统目标检测性能.     

红外扫描过采样系统点目标检测性能分析与仿真

过采样是为提高遥感扫描图像分辨率而提出的一种新的成像体制,为将其应用于红外搜索与跟踪系统,需研究过采样对系统点目标检测性能的影响.从扫描成像原理角度对比分析常规采样和过采样的特点;基于高分辨率图像退化方式给出扫描图像仿真方法;通过仿真扫描图像进行单帧目标检测处理,对比分析两种采样体制下的系统点目标检测性能.结果表明,在相同条件下,过采样系统点目标检测性能优于常规采样;常规采样扫描图像中目标一般呈现1×1点状,而过采样扫描图像中目标呈现斑点状,利用该特性可进一步提升过采样系统目标检测性能.     

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。     

扫描探测系统多尺度舰船目标的空间特性分析

基于相机模型,建立多分辨率下的成像链路仿真,对不同尺度和采样体制下的舰船目标结构和方向特征进行分析。结果表明:对于长度在百米级的舰船,当空间分辨率高于12 m时,形状和方向特性能够保持稳定;当空间分辨率低于12 m时,随着分辨率下降,很难通过单帧图像信息来识别目标类型和判断目标的方向;与单采样相比,过采样虽然能够提高图像的空间分辨率,但目标边缘的扩散更明显,不利于目标形状特征的提取;对于具有对称结构的舰船目标,两种采样体制对运动目标方向的捕捉和判断能力相当。     

扫描型亚像元成像处理对热成像系统性能改善的模拟分析

基于光学微扫描的亚像元成像技术是当前国内外迅速发展的一种高性能成像技术,它对探测器单元数较少且探测器单元尺寸较大的热成像系统更为有效。以扫描型焦平面探测器热成像系统FC和GP为研究对象,采用热成像系统性能模拟软件包CFLIR4.0,分析了光学系统的相对孔径、过采样和亚像元成像等对热成像系统性能的影响,包括传递函数MTF、噪声等效温差NETD、最小可分辨温差MRTD以及系统的探测和识别距离。模拟分析表明:过采样成像可提高热成像系统的性能,亚像元成像处理可进一步提高热成像系统的性能,可明显地提高系统的作用距离。研究结果对亚像元热成像技术的发展具有参考意义。     

基于等角度与等时间采样技术扫描成像系统

为满足扫描成像系统对图象配准精度,从理论上分析了在等时间采样方式下,遥感仪器对扫描系统速度稳定度的要求.探讨了等角度这一新型采样方式应用于未来遥感仪器的可行性.并将这两种采样方式成功应用于自行研制的短波红外成像仪.扫描图象表明等角度采样可以避免等时采样所产生的图象畸变.     

TDI-CMOS图像传感器多次采样叠加调制传输函数模型研究

提出了多次采样叠加下时间延迟积分(TDI)CMOS图像传感器沿扫描方向的调制传输函数(MTF)分析模型。基于行滚筒曝光读出原理,研究了一个行时间内采样次数、叠加次数、TDI级数和速度失配比对扫描MTF的影响机理。为验证扫描MTF模型,基于TDI-CMOS图像传感器将连续视场映射为离散图像的几何和能量传输关系分析,建立了成像仿真系统并利用刃边法计算MTF曲线。仿真结果表明,扫描MTF随着采样次数增加而增大;当采样次数固定,扫描MTF随着叠加次数增大而减小;扫描MTF随着速度失配比和TDI累加级数增大而减小。     

基于折线采样的高分辨率成像系统设计

针对现有的提高线阵电荷耦合器件(CCD)成像系统的图像空间分辨率的方法存在的不足,提出了一种新的采样模式,并设计了一种高分辨率成像系统。该系统利用两个相同的线阵CCD相机进行特定的空间排列,即使得相机1和相机2的CCD阵列都倾斜θ来进行扫描取像,并利用图像校正和像素插值等图像重建方法,得到高分辨率的图像。实验结果表明,倾斜角取60°的情况下,相对于单个线阵相机在θ=0°的正常采样模式下得到的采样图像,图像的空间分辨率提高了1倍,且保持了成像的视野不变。本系统工程上实现简单,十分经济且便于维护,仅利用现有的成像装置即可获取更高分辨率的图像。     

压缩感知同步扫描重建及其采样方案的研究

压缩感知(compressed sensing,CS)-磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术使用随机欠采样的k空间数据来重建图像,大大提高了成像速度.但典型的CS重建很费时,这也是CS-MRI临床应用的主要障碍之一.针对这一问题,该文提出了在扫描时同步进行CS图像重建的方案.在同步重建的过程中,可以实时显示重建图像的结果,用户可以根据图像质量来决定何时终止扫描,这样可以在节约扫描和重建时间的同时,更好地控制图像质量.由于预先无法确定最终的采样率,因此传统的变密度随机采样方法并不完全适用.该文设计了适用于同步重建过程的采样模式生成方案,同时提出了分段采样方法,把采样过程分为两个阶段,不同阶段使用不同的概率密度函数(probability density function,PDF)确定待采样的相位编码行.模拟实验的结果表明,与使用单一密度函数的采样方案相比,分段采样方案能够在整个同步扫描重建过程中始终获得更好的图像.     

基于界面信号的扫频光学相干层析成像系统相位矫正方法

由于扫频光源的采集触发信号和采样时钟信号存在时间上的随机延时,导致扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统干涉信号光谱的整体错移,进而引发OCT空间域信号的相位跳变,阻碍了基于相位信息的功能成像.为了获得稳定的相位,便于开展功能OCT的研究,提出了一种基于界面信号的数字相位矫正方法.对界面附近相邻A-line间同一深度的相位信号进行差分运算,计算得到相位跳变的A-line位置与光谱错移量(以像素为单位),然后在原始干涉信号上对齐光谱,重新傅里叶逆变换,得到矫正后的复信号.该数字矫正算法不会引入额外的相位噪声,可以实现OCT信噪比受限的相位探测.通过对反射镜、荧光板和小鼠脑皮层血流的多普勒成像验证了该方法的可行性.     

Multipoint mapping for imaging of semi-solid materials

Multipoint k-space mapping is a hybrid between constant-time (single-point mapping) and spin-warp imaging, involving sampling of a k-line segment of r points per TR cycle. In this work the method was implemented for NMR imaging of semi-solid materials on a 400 MHz micro-imaging system and two different k-space sampling strategies were investigated to minimize the adverse effects from relaxation-induced k-space signal modulation. Signal attenuation from T(2) decay results in artifacts whose nature depends on the k-space sampling strategy. The artifacts can be minimized by increasing the readout gradient amplitude, by PSF deconvolution or by oversampling in readout direction. Finally, implementation of a T(2) selective RF excitation demonstrates the feasibility of obtaining short-T(2) contrast even in the presence of tissues with long-T(2). The method's potential is illustrated with 3D proton images of short-T(2) materials such as synthetic polymers and bone.     

Point target detection utilizing super-resolution strategy for infrared scanning oversampling system

To improve the resolution of remote sensing infrared images, infrared scanning oversampling system is employed with information amount quadrupled, which contributes to the target detection. Generally the image data from double-line detector of infrared scanning oversampling system is shuffled to a whole oversampled image to be post-processed, whereas the aliasing between neighboring pixels leads to image degradation with a great impact on target detection. This paper formulates a point target detection method utilizing super-resolution (SR) strategy concerning infrared scanning oversampling system, with an accelerated SR strategy proposed to realize fast de-aliasing of the oversampled image and an adaptive MRF-based regularization designed to achieve the preserving and aggregation of target energy. Extensive experiments demonstrate the superior detection performance, robustness and efficiency of the proposed method compared with other state-of-the-art approaches.     

剪切力模式近场扫描光学显微镜的恒幅反馈控制方法研究

剪切力模式近场扫描光学显微镜(Near-field Scanning Optical Microscopy,NSOM) 的音叉探针间距控制系统中,用相位反馈控制和检测剪切力,同时采用比例＋积分（PI）技术实现对音叉探针振幅的反馈控制,使探针振幅在扫描过程中保持为恒定值.用相位信号作为探针与样品间距控制信号,分别在无振幅反馈和有振幅反馈两种情况下,以不同速率扫描得到标准CD_RW光盘光栅的两组图像,并进行了比较分析.实验表明,恒振幅反馈电路的引入有助于提高探针系统的响应速度和灵敏度,改善所得图像的质量及分辨率.     

水下目标光电探测技术及其进展

 随着电子技术、激光技术和信号处理技术的发展,光电探测技术应用于水下目标探测方面的研究重新成为热点。介绍了距离选通、激光线扫描、条纹管成像、载波调制、布里渊散射、偏振差分成像技术的原理、特点以及国内外发展现状,重点分析和比较了国内外已有水下目标光电探测系统的性能水平和应用前景,指出水下目标光电探测技术的最新进展以及发展趋势。     

基于偏振菲涅尔反射比分布的主动偏振成像目标辨别方法

由于偏振特性是材料自身所决定的物理特性,其偏振图像含有丰富的目标信息,利用偏振信息对目标进行识别一直是国内外目标探测领域的研究热点,而主动偏振成像较之被动偏振成像更具有信噪比高以及可控性好等优势。在详细分析了偏振菲涅尔反射比分布的理论基础上,提出了一种利用探测物体表面的偏振菲涅尔反射比的主动偏振成像方法。该方法在发射端将偏振方向正交的两种偏振态的光源交替照射到目标场景中,在探测端用分别装有两个偏振方向垂直的偏振片的CCD采集偏振图像。同时,将探测端架构在不同的探测方向采集目标经主动光源照射后的偏振数据,最后将这些数据传输到计算中心,通过最优化拟合技术反演出不同目标的光学常数,由于不同目标的表面材质不同,其反映出的光学常数就不同,从而达到辨识不同材质目标的目的。实验分别采用了仿真数据和实测数据来验证该方法的有效性。仿真实验显示,所提出的方法利用材料的光学常数对不同材料进行区分不仅是科学的而且更方便有效。实测数据进一步验证了该方法能够较好的恢复出目标的相关光学常数,尤其在区分金属和非金属材料方面表现突出,并且探测方法结构简单实用,在目标探测、伪装识别等领域中有较大应用前景。     

Imaging oersted field around current flowing wire based on a diamond scanning magnetometer

We demonstrate imaging current flow in a transport device by measuring the current-induced Oersted field. A diamond scanning magnetometer that hosts a single nitrogen-vacancy (NV) center at the tip apex is used to obtain the image. We fabricate a U-shape of Pt wire and study evolution of the Oersted field as the current continuously changes its direction along the wire. We find a good agreement between the obtained results and the simulated images based on the Biot-Savart law. In order to show the capability of imaging different field components, we perform the same experiment but with two different axes of the NV center. This work provides a novel imaging method of the current profile and can be applied to various transport experiments.     

Spectral- and frequency-encoded fluorescence imaging

A method for obtaining fluorescence images with a high number of resolvable points by using spectral and frequency encoding is presented. Broadband excitation light is encoded with a wavelength-dependent frequency modulation and dispersed onto the sample with a grating to simultaneously illuminate an entire image line. The Fourier transform of the frequency-encoded fluorescence emission provides one line of the image. Mechanical scanning along a direction orthogonal to the wavelength-encoded axis allows creation of the two-dimensional fluorescent image. This method is applicable for developing submillimeter diameter endoscopes. The principles of the technique are validated by imaging indocyanine green fluorescence in microfluidic channels.     

Automatic detection of sea-sky horizon line and small targets in maritime infrared imagery

It is usually difficult but important to extract distant targets from sea clutters and clouds since the targets are small compared to the pixel field of view. In this paper, an algorithm based on wavelet transformation is proposed for automatic detection of small targets under the maritime background. We recognize that the distant small targets generally appear near the sea-sky horizon line and noises lie along the direction of sea-sky horizon line. So the sea-sky horizon is located firstly by examining the approximate image of a Haar wavelet decomposition of the original image. And the equation of the sea-sky horizon is set up, no matter whether the sea-sky horizon is horizontal or not. Since the sea-sky horizon is located, not only the potential area but also the strip direction of noise is got. Then the modified mutual wavelet energy combination algorithm is applied to extract targets with targets being marked by red windows. Computer simulations are shown to validate the great adaptability of the sea-sky horizon line detection and the accuracy of the small targets detection. The algorithm should be useful to engineers and scientists to design precise guidance or maritime monitoring system.