微光成像研究与应用中的几个问题

微光成像研究与应用中的几个问题郭晓维（军械工程学院石家庄０５０００３）微光成像是指自然环境照度在１０－１ｌｘ以下的光学成像过程。这种低照度下的成像系统，在野生动物研究、新闻采记、公安保卫及军事上都有着重要的应用。影响成像质量最重要因素是入射光能量的多...     

微光侦察装备

60年代美国研制成功并装备第一代微光夜视仪,它在越南战场发挥了重要作用。目前美、英、法、德、荷兰、以色列等许多技术先进的国家都已能生产第二代微光夜视仪,少数国家已能生产第三代微光夜视仪。自80年代以后,这些国家基本上用第二代取代第一代微光夜视仪。80年代末90年代初,美国开始装备第三代微光夜视仪。现装备的第二代和第三代微光夜视仪主要是手持望远镜、轻武器瞄准具、步兵和飞行员夜视眼镜等小型夜视仪。现有的微光侦察装备有以下几类。     

微光瞄具分辨率测试系统的光源照度均匀性实验与结果分析

在对微光瞄具进行分辨率测试和其他科学实验研究中,需要模拟出一个实验室条件下的夜天光环境,以此来代替微光瞄具实际的工作环境。本文对微光瞄具分辨率的测试环境进行了照度分析,选择合适的低照度光源,根据分析在实验室内再现了夜天光的照度环境,同时对该测试微光瞄具分辨率的环境进行低照度均匀性测试。为微光瞄具的参数性能测试提供了照度依据。     

用于微光成像的BCCD,ICCD,EBCCD性能分析

研究BCCD,ICCD,EBCCD 3种微光器件的基本性能.通过实验测量了器件在各种照度下的极限分辨力及MTF,并分析了影响器件信噪比的各种因素.研究表明BCCD有一定的微光成像能力和很强的紫外探测能力,在中等微光照度下,其性能优于目前使用最广泛的ICCD;而EBCCD在各种照度下,其性能都超过ICCD.     

微光成像系统三维噪声测量及其分析

为了分别从时域和空域对微光成像系统的噪声特性进行测量和分析,分别建立了微光成像系统三维噪声模型及其测量系统,并对微光ICCD成像系统和CCD成像系统的三维噪声进行了测量与分析.测量结果表明:随着ICCD像增强器光阴极面照度的提高,空间噪声、时间噪声、信号总平均值和信噪比均升高,符合微光ICCD成像系统的实际性能.通过三维噪声分析,实现了区分微光ICCD(或CCD)成像系统中由成像面缺陷和死像素点形成的两种固定图案噪声,且对光锥耦合技术进行定性的评价.     

基于多残差注意力深度收缩网络的超微光图像增强方法

超微光成像可在极度黑暗的环境中给观察者提供近乎白昼的视觉体验,在许多民用和军事应用中起着至关重要的作用。超微光环境下拍摄的图像和视频通常存在亮度与对比度极低、噪声水平高、场景细节和色彩严重缺失等固有缺陷,近年来,深度学习为超微光成像的研究带来了新的机遇。文中采集并提供了一组实用性更强的超微光训练数据集,提出了一种多残差注意力深度收缩网络(Multi Residual Attention Shrinkage Network),以此实现了一种新的超微光成像方法。通过成功研制的小型化样机证实了该方法的工业量产前景。实现了基于通道注意力和空间注意力的残差内注意力机制,以及基于深度软阈值收缩的外注意力机制,不仅可以有效提取并还原极低照度环境下的图像细节信息,恢复场景真实色彩,而且可以有效去除此类环境下由成像设备感光不足带来的巨量噪声。实测效果显示该方法可对极低照度环境进行有效的增强且实时性高。通过与多种业界最新方法比较,文中方法在主观视觉体验以及客观参数两方面均表现更好。     

基于人眼视觉特性的Curvelet域低照度图像增强

针对低照度下图像降质严重的问题,提出了一种基于人眼视觉特性和Curvelet变换的低照度图像增强算法。首先将低照度图像转换至"色调-饱和度-亮度"(HSI)颜色空间,在Curvelet域中分解亮度参量得到不同尺度、不同方向的子带分量,以此构建人眼视觉模型;然后利用模型的亮度遮蔽特性和亮度-对比度遮蔽特性对高频分量进行非线性增强,同时对低频分量进行非线性拉伸;最后通过Curvelet逆变换重构亮度参量,结合原始图像的色度和饱和度分量将图像转换至原色彩空间,得到增强后的低照度图像。实验结果表明,该算法可以有效提升低照度图像的对比度和亮度,保持图像的细节信息,抑制图像噪声。     

微光CCD摄像机分辨特性测试

为了定量评价微光ＣＣＤ的综合性能，该文进行了微光ＣＣＤ摄像机分辨特性测试的研究，文完善了微光ＣＣＤ摄像机分辨率测试系统，整个系统由中性可变微光照明系统，光学成像系统，微光ＣＣＤ摄像机，监示器和照组成。阐述了微光ＣＣＤ摄像机分辨特性的测试方法。该文采用一定性质的鉴别图案（电视分辨率测试卡）在一定微光照度下投射到微光ＣＣＤ摄像机的阴极面，在监示器中观察到的最小空间频主就是此照度下的分辨率，文中用此测试     

APD光子计数图像的蒙特卡洛仿真与实现

该文应用统计光学理论研究微光成像;结合雪崩光电二极管(APD)光子探测器件的工作特点,采用蒙特卡洛方法模拟光子计数图像的成像过程。结果表明,通过基于器件特性和光子运动统计规律的仿真实验可以获得光子计数图像。以仿真流程为依据搭建了固态APD光子计数成像实验系统。在10-5lx环境照度下,通过对目标扫描得到一系列光子计数值。将光子计数数据进行存储和运算,恢复了光子计数图像。实验证明,基于APD的成像系统可以实现微光环境下目标的二维探测成像。     

微光图象实时模拟累加及其应用

该文提出了实时模拟多帧累加技术，利用像增强ＣＣＤ的电荷存贮与转移功能，直接在ＣＣＤ电荷包中完成图象信号电荷的累加。该技术已应用于微光ＣＣＤ摄像机，能够在极低环境照度下获得清晰的微光图象。文中详细叙述了模拟多帧累加技术的多系统结构，并对处理结果进行分析。     

微光图像实时对比度增强处理

对比度低是微光图像主要特征之一，对比度扩展是微光图像增强处理的重要技术手段。该文详细叙述了采用灰度变换方法提高对比度的基本原理，在分析不同照度下微光图像直方图分布的基础上，建立了专门的灰度变换函数，并完成了硬件电路的设计与调试，实现微光图像的实时处理。该方法可直接应用于微光电视系统，能够显著地提高微光图像质量。     

基于单片机控制的微光应力源系统

微光应力系统是微光夜视仪可靠性检测设备中的重要组成部分,为检验夜视仪提供满足正常使用要求的光应力。文章介绍了对微光模拟环境的设备设计和Monte Carlo仿真,以及一种基于仿真软件Proteus的微光应力源控制系统的仿真应用。该系统以双积分球来分别模拟1.3×10^-1Lx、1.3×10^-2Lx、1.3×10^-3Lx、1.3×10^-4Lx照度的微光环境,同时使用单片机与一些外围器件相互结合起来,实现采用按键对步进电机的实时控制与显示步进电机工作方式。与此同时,系统采用C语言进行软件编程,并在Proteus环境下通过了控制系统的功能仿真验证。     

光电子成像:走向新的世纪

半个世纪以来,光电子成像(主要包括微光成像和热成像)技术取得了惊人的发展,显示出极为辉煌的前景.在微光成像技术方面,发展了一代、二代和三代直视像增强技术,真空和固体微光摄像技术及光子计数成像技术;在热成像技术方面,发展了致冷型一代、二代和三代热成像技术和非致冷型列阵热成像技术.回顾光电子成像技术自1930年以来的进展,展望新世纪中微光四代像增强技术、新型微光摄像技术和先进的焦平面(FPA)和非致冷型热成像技术的发展.     

日光图像至夜间点光源照明图像的转换

分别从日光和夜间点光源照明模型出发，研究了目标和景物在此照明模型下的成像性质，分析了传输介质对照明和成像光束的衰减作用，得出了光学成像系统像面照度的计算公式．在此基础上对目光图像转换为夜间点光源照明下的图像进行了研究，分析了在转换中可能产生误差的各种原因，并给出了一些转换结果     

日光图像至夜间点光源照明图像的转换

分别从日光和夜间点光源照明模型出发，研究了目标和景物在此照明模型下的成像性质，分析了传输介质对照明和成像光束的衰减作用，得出了光学成像系统像面照度的计算公式。在此基础上对日光图像转换为夜间点光源照下的图像进行了研究，分析了在转换中的可能产生误差的各种原因，并给出了一些转换结果。     

小功率激光器在流动图像测速系统中的应用

将低功率激光器应用于ＰＩＶ测速系统,首次采用微光像增强技术解决光源照度问题。设计了数字可调步脉冲光照系统以产生特殊序列脉冲光源。对垂直水口旋旋涡流场的测量表明,本文的方法是可行的。     

基于5G通信和图像增强算法的交通监控系统设计

目前中国交通监控系统存在着传输速率低、低稳定性差,丢包率高,并且系统成像易受雾霾和低照度的外部因素影响使监控视频关键信息丢失,导致识别算法准确率下降的问题。针对上述的问题,设计一种结合5G无线通信技术和图像增强算法的交通监控系统。该系统在硬件方面利用5G通信设备传输视频数据,并在服务器端采用改进的单尺度Retinex算法对交通监控图像进行去雾。引入反转图像通过大气散射模型对图像亮度进行增强解决低照度对系统成像的影响。通过理论分析与实验仿真,该监控系统能够保证监控视频传输的稳定性,并且对受雾霾和低照度影响的交通监控图像具有一定的增强效果,有效地提高了识别算法的准确性。     

光应力源监测系统设计

设计了一种应用于微光夜视仪检测设备中低噪声的光电检测系统,分析了电路中产生的主要噪声,并提出了抑制方法。系统采用光敏二极管作为光电检测器件,并利用单片机实现了光照度的实时显示与超差报警以及与上位机的通信。     

微光夜视仪技术及其应用

微光夜视技术对于军事和民用都有着重要的意义，特别对与未来夜战的单兵作战有着巨大的作用，介绍了微光夜视仪的技术、第三代像增强器并概述了最新的第四代像增强器的工作原理。在军事应用方面介绍了美军最先进的AN／PVS—14、AN／PVS—17夜视仪，指出了未来战场夜视技术的重要性。     

微光与红外夜视技术的现状与发展

分别介绍微光成像技术和红外热成像技术各自的发展历程、技术特点和发展趋势,并对这二种夜视技术进行了比较,最后介绍微光图像和红外图像的融合技术.对于全面了解夜视技术及夜视装备并掌握其发展方向具有重要意义.