太阳射电爆发中图像网纹消除的小波NeighShrink方法

绝大多数观测得到的太阳爆发数据中均含有大量的噪声,这给数据的后续处理带来极大的困难。文章分析和研究了NeighShrink阈值函数的特点以及邻域窗口大小的选择依据,在此基础上提出了一种新的小波NeighShrink平方根阈值方法用于图像去噪。首先对太阳爆发灰度图中的每一通道作了规范化处理,在一定程度上去除由于通道间的差异造成的横条纹,然后将预处理后的图像进行小波分解,采用小波Neigh-Shrink平方根阈值函数对其小波系数作阈值处理,最后利用小波反变换恢复图像。实验结果表明该方法可以有效地实现去除干扰、增强有用信息的目的。     

颤振对TDICCD相机像质的影响分析

为了分析卫星颤振对TDICCD相机像质的影响,给出了低频正弦颤振引起的相机像移,重点分析了滚动、俯仰、偏航三个方向的颤振对相机成像质量的影响.通过对两种卫星颤振动力学仿真数据的计算,具体研究了颤振对相机像质的影响程度.结果表明,TDICCD相机对卫星颤振幅值要求较高,且随TDI积分级数的增加,颤振的影响尤为突出,必须加以限制.     

改进的Brenner图像清晰度评价算法

图像清晰度评价是基于数字图像的被动式自动调焦技术的基本问题之一.传统Brenner图像清晰度评价算法具有运算速度快特点,但是其评价准确性取决于阈值选取,且其灵敏度较低.针对上述问题,本文提出了一种改进算法.改进算法采用高通和带通两个滤波器对图像进行计算,克服阈值对传统Brenner算法评价结果的影响.为了衡量改进算法的性能,将其与传统的Brenner算法比较,并对评价算法的单峰性、无偏性、灵敏度、计算量等主要衡量标准逐一分析.实验结果表明:与传统的Brenner评价算法相比,改进算法在满足评价算法单峰性和无偏性前提下,提高了灵敏度,降低了计算次数.     

Parallel-quadrature phase-shifting digital holographic microscopy using polarization beam splitter

We present a digital holography microscopy technique based on a parallel-quadrature phase-shifting method. Two π/2 phase-shifted holograms are recorded simultaneously using polarization phase-shifting principle, slightly off-axis recording geometry, and two identical CCD sensors. The parallel phase-shifting is realized by combining circularly polarized object beam with a 45° degree polarized reference beam through a polarizing beam splitter. DC term is eliminated by subtracting the two holograms from each other and the object information is reconstructed after selecting the frequency spectrum of the real image. Both amplitude and phase object reconstruction results are presented. Simultaneous recording eliminates phase errors caused by mechanical vibrations and air turbulences. The slightly off-axis recording geometry with phase-shifting allows a much larger dimension of the spatial filter for reconstruction of the object information. This leads to better reconstruction capability than traditional off-axis holography.     

Displacement measurement based on joint fractional Fourier transform correlator

A displacement measurement technology based on joint fractional Fourier transform is firstly proposed. Contrast to conventional displacement measurement based on joint Fourier transform correlator, the position of cross correlation peak in the proposed technology could be fixed arbitrarily according to the order of fractional Fourier transform. The optical setup in the proposed technology is more flexible and easier to implement. Simulation and experiment results are given out to verify the analysis.     

Image encryption using exclusive-OR with DNA complementary rules and double random phase encoding

We propose an optical image encryption scheme based on the Deoxyribonucleic Acid (DNA) theory and the double random phase encoding (DRPE) technique. The piecewise linear chaotic map (PWLCM) is used to generate key images and random phase masks, and to determine DNA encoding rules. In order to achieve ultra-fast DNA encryption, we propose using an optical exclusive-OR (XOR) gate to achieve XOR operation in DNA encryption. Different plaintexts use different initial values of PWLCM, which are generated by Message Digest Algorithm 5 (MD5). The plaintext is encrypted by two rounds of DNA and then by DRPE to form a ciphertext. Numerical simulation and the analysis of attacks on encrypted image are implemented to demonstrate the security and validity of the proposed approach.     

高光谱成像的马铃薯叶片含水率分布可视化

为了快速检测马铃薯叶片的水分含量,并探究受到干旱胁迫时叶片含水率变化情况,利用高光谱成像对马铃薯叶片含水率进行检测和可视化研究。采集71个叶片,用烘干法对叶片水分梯度进行控制,共得到355个样本。使用高光谱分选仪器采集叶片862.9~1 704.2 nm(256个波长)的光谱成像数据,采用称重法测量含水率。利用Sample set partitioning based on joint X-Y distance(SPXY)算法将总样本按照2∶1的比例划分为建模集(240个样本)和验证集(115个样本)。对采集的数据进行光谱特征分析,本文分别用CA和RF两种算法,各筛选得到15个特征波长。基于CA筛选出相关系数高于0.96的15个波长分别为1 406.82,1 410.12,1 403.62,1 413.32,1 416.62,1 419.82,1 400.32,1 423.12,1 426.32,1 429.62,1 432.82,1 436.12,1 439.32,1 442.52和1 445.8 nm。基于RF算法筛选被选概率高于0.3的15个特征波长,按照被选择概率值从大到小排列,分别为1 071.62,1 041.12,1 222.52,1 465.22,1 397.02,1 449.02,1 034.32,1 523.22,976.42,1 172.52,979.82,1 165.82,1 037.72,1 426.32和869.8 nm。用CA和RF算法筛选到的特征波长建立PLSR模型,分别记为CA-PLSR模型和RF-PLSR模型。利用高精度模型检测结果,对马铃薯叶片含水率进行可视化分析,首先计算马铃薯叶片图像每个像素点的含水率,得到灰度图像,然后对灰度图像进行伪彩色变换,绘制出叶片含水率可视化彩色图像。为了体现马铃薯叶片烘干处理中含水率变化进程,用HSV彩色模型对样本叶片的伪彩色图像进行分割,获得分割图像结果,显示出在某含水率区间的叶片面积比例。结果显示,CA算法选取的15个波长均在1 400.3~1 450.0 nm范围内,CA-PLSR模型的建模精度(R2_c)为0.975 5、建模集均方根误差(RMSEC)为2.81%,验证集精度(R2_v)为0.933 2、验证集均方根误差(RMSEV)为2.31%。RF算法选取的特征波长分布范围较CA法选取范围广,具有局部“峰谷”特性,且RF-PLSR模型的建模集精度(R2_c)为0.983 2、RMSEC为2.32%,验证集精度(R2_v)为0.947 1、RMSEV为2.15%。选取RF-PLS模型计算马铃薯每个像素点的含水率,得到伪彩色变换图像,观察可知随着烘干时间的增加含水率逐渐下降;并能够从叶片结构角度看到,随着水分胁迫的加强,叶片从边缘开始失水,逐渐向叶片中间蔓延,其中叶茎和叶脉的含水率较其他部位高。计算得到叶片伪彩色图像中含水率大于90%,80%和70%的像素点占整个叶片图像的比例。利用高光谱成像技术可以实现马铃薯叶片的含水率检测与分布可视化表达,为监测马铃薯生长状况以及叶片含水率分析提供新的理论根据。     

高光谱图像和叶绿素含量的水稻纹枯病早期检测识别

基于高光谱成像技术和化学计量方法,实现了对水稻纹枯病病害的早期检测识别。以幼苗时期的水稻植株为研究对象,对其进行纹枯病病菌侵染,获得染病植株,采集358～1 021 nm波段范围的高光谱图像,三次实验共240个样本,包括染病植株120个样本和健康植株120个样本。根据高光谱图像的光谱维,对染病水稻叶片和健康水稻叶片提取感兴趣区域（ROI）,利用感兴趣区域的光谱数据,对其进行Savitzky-Golay（SG）平滑、Savitzky-Golay（SG）一阶求导、Savitzky-Golay（SG）二阶求导、变量标准化（SNV）和多元散射校正（MSC）预处理,建立线性判别分析（LDA）和支持向量机（SVM）分类模型,结果表明：采用SG二阶求导预处理后的线性判别分析（LDA）模型取得了较好的性能,正确识别率在建模集达98.3%,在预测集达95%;利用载荷系数法（x-loading weights, x-LW）对原始光谱和5种预处理的光谱数据进行特征波长提取,然后根据选取的特征波长建立线性判别分析（LDA）和支持向量机（SVM）分类模型,其中采用SG二阶求导预处理后提取的12个特征波长的线性判别分析（LDA）模型取得了较好的性能,其正确识别率在建模集达97.8%,在预测集达95%,而且基于载荷系数法建立的模型性能与全波段相当,可以通过载荷系数法减少数据量对水稻纹枯病病害进行识别;根据高光谱图像的图像维,研究了基于图像主成分分析、基于概率滤波和基于二阶概率滤波的图像特征提取方法,利用提取的特征变量建立反向传播神经网络(BPNN)和支持向量机（SVM）分类模型,其中基于图像主成分分析的反向传播神经网络（BPNN）模型取得了较好的性能,建模集准确识别率达90.6%,预测集的准确识别率达83.3%;根据高光谱图像光谱维和图像维的最优模型,特将叶绿素含量作为建模的另一个特征,分别与光谱特征、图像特征组合,建立反向传播神经网络（BPNN）和线性判别分析（LDA）模型,提出基于光谱特征加叶绿素含量、图像特征加叶绿素含量和光谱、图像特征加叶绿素含量三种组合方式,其中,光谱特征和图像特征分别与叶绿素组合的方式比之前单独的光谱和图像特征建模性能都有所提升,而且三种组合方式中光谱特征加叶绿素含量的反向传播神经网络（BPNN）建模方式取得本研究所有建模方式中较优的性能,其准确识别率在建模集达100%,在预测集达96.7%。以上研究表明,基于高光谱图像和叶绿素含量对水稻纹枯病病害进行早期识别是可行的,为水稻病害的早期识别提供了一种新方法。     

灰度调整与数字全息图像质的关系

如何在有限的灰度级别下输出高质量全息图是人们关注的问题之一.文章从数字全息图 （计算机制全息图）的灰度直方图出发,研究灰度调整对全息图再现像质的影响.首先通过理论推导研究了压缩计算机制全息图中占比例少的灰度,展宽占比例多的灰度后全息图衍射效率的变化,发现处理后的计算机制全息图经灰度压缩的阈值越大,衍射效率越高.然后研究了灰度压缩的阈值对计算机制全息图再现像噪音的影响,发现全息图再现像的噪音随着阈值的增大,先减少再增大.实验表明,通过取合适的阈值对全息图进行灰度调整,可以在保证全息图再现像的信噪比的同时,提高全息图的衍射效率.计算机仿真和全息图光学再现实验证明了理论分析是正确的,为制作高质量的计算机制全息图提供了参考依据.     

抗混叠轮廓波域采用压缩感知的云图融合方法

提出一种采用压缩感知的云图融合方法.该方法针对传统轮廓波存在频谱混叠的缺点,结合抗混叠塔式滤波器组和方向滤波器组,构造出一种抗混叠的轮廓波变换,并将其引入压缩感知中的稀疏表示环节,将云图分解成稠密和稀疏两部分|对稠密成份采用传统方法进行融合,而对稀疏成份,则在压缩感知框架下,通过少数线性测量的融合,并采用二步迭代收缩的图像重构算法,在迭代时利用前面两个估计值更新当前值,得到融合结果.实验表明,该方法的融合结果无论在视觉质量及定量指标上都明显优于传统方法,有利于揭示全面的天气信息.