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期刊基本信息
红外与激光工程
(月刊,创刊于1972年)
主管单位:
中国航天科工集团有限公司
主办单位:
天津津航技术物理研究所
中国光学工程学会
主编:吕跃广
主要栏目
   » 红外技术及应用
   » 激光及光电子技术
   » 光学探测与成像技术
   » 光学系统设计
   » 精密光学加工
   » 微納光学
   » 太赫兹技术及应用
   » 光通信与光传感
   » 光电测量技术
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2013, 42 (3)   出版日期:2013-03-25
  本期栏目:激光与光电子技术 先进光学 光电器件与材料 先进光学成像技术 信息处理 红外技术及应用 光电测量 光通信与光传感 
红外技术及应用

航空发动机红外辐射实验与仿真

李建勋, 童中翔, 刘万俊, 王超哲, 张志波, 禚真福
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 549-555.
全文: HTML (1 KB)  PDF (392 KB)  ( 171 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
为研究航空发动机红外辐射分布规律和尾焰红外辐射特征,对地面试车条件下的某型发动机进行了红外辐射特性测试实验。实验结果表明:发动机红外特性在不同的Ma 数下变化较小,但因低压压气机出口的温度随飞行Ma 数增大而升高,发动机外壁面的红外辐射随之增加;发动机混合室璧面红外辐射最为强烈,其红外辐射强度随飞行Ma 数的增大呈非线性增大;尾焰的红外辐射呈现梨形包络,发动机在后方的辐射明显强于前方。在地面试车条件下,文中开发的尾焰红外辐射仿真程序的计算结果与实测结果基本吻合,相对误差不超过15%,并且其空间分布基本一致。

空间目标红外多波段温度分布反演

刘莹奇
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 556-561.
全文: HTML (1 KB)  PDF (461 KB)  ( 100 )
摘要 ( 34 ) 引用本文
地基望远镜对空间目标的长焦距红外成像能够得到空间目标的温度区域分布信息,然而成像过程的未知参量将降低传统的双波段比色测温法正向求解精度。未知参量包括目标发射率、大气透过率、地球热辐射等。文中建立了基于多波段红外探测器测量电子数的贝叶斯估计评价函数模型,能够比较精确地反向求解空间目标的真实温度分布;并推导了目标参量估计函数的克拉美·罗界,能够预测一系列不确定因素对其温度和发射率等参数求解精度的影响;最后进行了算法的仿真实验与分析。

激波辐射对红外成像探测影响的抑制方法研究

杜磊, 赵剡
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 562-568.
全文: HTML (1 KB)  PDF (541 KB)  ( 126 )
摘要 ( 34 ) 引用本文
带有红外成像系统的大气层内高速飞行器的头罩窗口外激波的热辐射将降低系统的探测性能。采用单线组模型描述激波的辐射特性。由于激波辐射相对成像系统是近场辐射,建立相应的模型,计算了激波辐射在探测器阵列上产生的光子辐射照度,还计算了激波对目标辐射的吸收特性。得到了如下的计算结果:激波辐射在探测器阵列上产生的背景辐射可以近似为均匀的背景辐射;激波对目标辐射的吸收可以忽略;激波辐射具有强烈的光谱选择性。根据激波的这些辐射性质,在成像系统中通过分别选用不同的带通滤光片,不改变成像系统工作波段的波长宽度,而仅改变其位置,可以减小激波辐射对目标探测的影响,提高探测的信噪比。

大口径空间滤波调制红外光谱仪定标方法

佟惠原, 马勇辉, 逯祎, 朱小芳
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 569-573.
全文: HTML (1 KB)  PDF (467 KB)  ( 170 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
红外辐射特性是对弱小目标进行探测与识别的重要依据,进行过辐射定标的大口径观测设备适用于弱小目标红外辐射特性的获取。大口径空间滤波调制红外光谱仪就是用于观测弱小目标的设备之一。文中讨论了一种适合应用于大口径空间滤波调制红外光谱测量系统的辐射定标方法,该方法由腔黑体加平行光管这种组合提供红外全谱段的标准辐射,计算了待定标光谱仪测量系统口面处各通道的辐射照度,用于红外短中长波的标校。用最小二乘法拟合得到光谱仪响应DN 值与辐射照度之间的定标曲线,并给出了实际定标结果。最后分析了辐射定标不确定度的来源及合成结果,合成定标不确定度在10%之内,满足大口径空间滤波调制红外光谱仪的定标需求。

改进的基于神经网络的非均匀性校正算法

陈宝国, 张学峰, 牛英宇
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 574-578.
全文: HTML (1 KB)  PDF (528 KB)  ( 150 )
摘要 ( 24 ) 引用本文
提出了一种结合图像匹配和神经网络算法的焦平面阵列非均匀性校正算法。算法首先用最新的校正系数对图像进行非均匀性校正,输出校正结果;然后对相邻两帧图像进行匹配,估计出相邻帧之间图像的运动量;最后用神经网络算法分别对校正系数进行正向和反向自适应更新。采用图像匹配技术保证了校正系数更新时不会引起场景的模糊,采用校正系数双向更新策略可以保证每帧都能对每个像元的系数至少进行一次更新,与常用的神经网络校正算法相比,降低了对场景统计特性的要求,收敛速度较快。使用模拟添加噪声和采集的红外图像序列对算法进行仿真验证,结果表明,给出的算法校正效果优于常用的神经网络非均匀性校正算法。

内编队重力场卫星相对位置确定的红外测量系统设计

肖龙龙, 唐少阳, 刘昆, 韩大鹏
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 579-583.
全文: HTML (1 KB)  PDF (553 KB)  ( 125 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
为一种新的重力场测量方式———内编队卫星设计了相对位置红外测量系统。为了实现内编队卫星系统中封闭空间内移动物体的相对位置测量,同时在满足测量精度的条件下实现对光压、电磁辐射等干扰力的抑制,提出了一系列适合该系统的特色设计。这些设计基于热-电-机一体化设计思想,主要包括:合适的腔体构型和相机布局,成像电路结构,动态循环的稳定成像热环境,delta 并联校正装置以及合理的交会定位策略。实验表明,通过上述设计,可获得信噪比良好的红外图像,能够高精度地解算出内卫星的相对位置,在满足抑制干扰力的同时实现了长时间连续精确测量。

应用于校正扩展视场偏差的红外成像测量方法

陈卫宁, 杨洪涛, 范哲源, 曹剑中, 刘广森, 张建, 武登山, 张志
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 584-589.
全文: HTML (1 KB)  PDF (599 KB)  ( 147 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
介绍了一种可扩展视场红外光学系统的工作原理,针对系统初始化后由于楔形镜装配误差引起的视场偏差对成像的影响,设计了一种校正该光学系统视场偏差的红外成像测量方法。通过计算机视觉技术在目标运动轨迹测量中的应用,把该技术与红外成像系统进行结合;用红外成像系统对运动目标成像,将目标的运动轨迹视为序列离散点,利用计算机视觉技术对这些离散点进行轨迹检测,并采集这些目标连续运动过程中的离散点图像。后期通过对采集的目标运动轨迹原始图像进行像图像处理,运用编程仿真构造目标的实际运动轨迹,最终完成了可扩展视场红外光学系统视场偏差的校正。结果表明,基于计算机视觉技术的红外成像测量方法能够很好地实现运动目标的轨迹测量。

红外探测器内部颗粒物对图像的影响

骆守俊, 彭晴晴, 郭亮
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 590-594.
全文: HTML (1 KB)  PDF (604 KB)  ( 159 )
摘要 ( 42 ) 引用本文
在高灵敏度的红外光学系统中,来自系统内部的热辐射是影响系统探测性能的重要因素之一。污染颗粒物通常是杂散辐射的主要来源,除了光学元件的表面污染,探测器内部也会存在污染颗粒物。文中主要研究探测器内部颗粒物对焦平面光场分布产生的影响。根据红外辐射及散射原理建立了相应的理论模型,对探测器内部不同温度、不同位置的颗粒物在焦平面上形成的光场分布进行了仿真计算和对比分析,并进行了实验验证。结果表明,探测器内部如有颗粒杂质,在一定的使用环境下,可在探测器焦面上产生黑斑、白斑、黑点白斑等异常现象,而这些异常光场分布会对场景中的红外目标物产生干扰,造成误判,从而影响对目标的准确识别。因此应采用措施以保证探测器内部的洁净度,防止颗粒物的产生。
激光与光电子技术

窄线宽低噪声可调谐非平面环形激光器

王云祥, 邱琪, 梁旭, 邓珠峰
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 595-598.
全文: HTML (1 KB)  PDF (566 KB)  ( 266 )
摘要 ( 214 ) 引用本文
针对空间相干光通信和探测等应用,对非平面环形激光器的线宽、噪声和调谐特性进行了系统的实验研究。单频输出功率达到752mW,光光效率42%,斜率效率54%。采用延时自外差拍频法测试了激光线宽,其随泵浦功率的增加而增大,输出功率小于200 mW 时,线宽小于1 kHz,在最高输出功率下线宽为2.3 kHz。激光强度噪声主要由弛豫振荡引起,相对强度噪声(RIN)随着泵浦功率的提高而降低。在1.78W 泵浦功率下,RIN 达到-93 dB/Hz。采用温度和压电两种方式进行了激光调谐。温度调谐范围达到62 GHz。压电调谐范围达到130MHz,响应带宽100 kHz。

光纤腔动态谐振响应特性

徐鹏飞, 张建辉, 孟祥然, 马可贞, 赵宇, 张文栋, 薛晨阳, 闫树斌
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 599-604.
全文: HTML (1 KB)  PDF (683 KB)  ( 112 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
光纤环形谐振腔的动态响应特性对其传感应用具有重要影响。为了抑制动态响应,利用多光束干涉原理对其产生原因进行了分析;通过实验测试得到了动态响应的临界振荡条件,并进一步分析了光功率对该临界条件的影响,实验结果与理论分析一致。同时,针对动态响应对谐振特性的干扰问题,测试了激光器调制参数对动态响应下振荡强度的影响,为传感系统中的误差评估提供了参考依据。

温度对激光光斑跟踪不确定度的影响

肖韶荣, 周洁, 赵静, 黄新
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 605-610.
全文: HTML (1 KB)  PDF (655 KB)  ( 114 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
对激光束四象限跟踪系统各通道输出电压随温度的变化进行了实际测量,建立了一种校正光斑中心坐标的模型,用于补偿温度变化导致的偏移量;采取控制电路系统工作温度的措施,减小光斑定位的不确定性;根据探测系统光电信号处理方式,用各象限接收的脉冲光强幅度值表述探测光束为调制脉冲串时光束中心坐标。通过测试四象限跟踪系统的输出特性,确定该系统的线性工作范围,以便保证光斑位于四象限探测器的最佳测量区域;控制电路系统环境温度后,系统跟踪分辨率达到1 μm,取决于单片机控制的步进电机步进准确度。

基于柱透镜的非成像式激光定向方法

李冰, 赵跃进, 褚旭红, 孔令琴, 张镜水, 王鹏, 朱维文
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 611-615.
全文: HTML (1 KB)  PDF (670 KB)  ( 115 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
探测报知激光威胁源的方向是激光告警必不可少的一项技术指标。针对目前的告警系统的缺点,提出了一种基于柱透镜的高精度激光告警方法,并采用非成像方式对来袭激光进行定向。系统由两个相互垂直的线阵结构组成,线阵结构包括柱透镜组与线阵红外焦平面阵列。告警系统通过来袭激光在线阵焦平面阵列上线斑的偏移量来确定入射激光的水平方位角和俯仰角,从而达到对来袭激光进行定向的目的。文中阐述了该方法的基本原理及系统的结构组成,进行了误差分析,并对光学系统进行了仿真实验。实验结果表明:基于该方法的激光告警系统的视场角达到±16°。该方法对激光告警系统在汽车、飞机以及卫星上的应用具有十分重要的指导意义。

波前分割DOE阵列半导体激光器光束的品字形整形

石振东, 李淼峰, 邱传凯, 姚军, 周崇喜
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 616-620.
全文: HTML (1 KB)  PDF (705 KB)  ( 134 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
半导体激光器(LD)输出光束受工作电流、个体差异的影响,发散角、输出光强出现波动。常规衍射光学元件(DOE)的激光光束整形设计只针对特定的输入输出光场,使用宽容度比较小。文中在LD 的整形中利用DOE 阵列化的处理,输入光场被分割成许多小单元,不同强度的光重新在成像平面内预定的区域内叠加,实现对光束的整形。用均匀平面波设计阵列DOE 每个单元,把高斯分布的球面波整形成品字形光强分布,衍射效率为90.53%,均匀性大约为96%;发散角在快、慢轴方向上2°~16°的范围内变化,均匀性为95.8%以上、衍射效率为90%以上;在离焦量±16 μm 内,光束质量变化不大。阵列DOE 提高了LD 光束整形系统的稳定性。

月面成像合成孔径激光雷达性能分析

徐显文, 洪光烈, 张琨锋, 胡以华, 舒嵘
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 621-625.
全文: HTML (1 KB)  PDF (672 KB)  ( 180 )
摘要 ( 25 ) 引用本文
合成孔径激光雷达(SAL)是一种高分辨率的主动式成像雷达,具有全天时、作用距离远的特点。以嫦娥一号绕月卫星平台为例,分析了基于月面成像的合成孔径雷达的若干问题。首先,详细推导了光外差探测信号的复数表达形式。然后,在光子受限状态下,运用统计光学原理,分析了探测信号的统计特性和信噪比。最后,基于绕月卫星平台,推导了SAL 系统的相关参数和探测器获得的单个像元光子数,论证了该系统在理论上的可行性。

磺苄西林、舒他西林、美洛西林、替卡西林的太赫兹指纹谱

朱思原, 张曼, 沈京玲
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 626-630.
全文: HTML (1 KB)  PDF (717 KB)  ( 277 )
摘要 ( 180 ) 引用本文
以一类常用的抗生素-青霉素类抗生素作为研究对象,选取4 种具有代表性的药品磺苄西林、舒他西林、美洛西林、替卡西林,基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术,进行实验研究。通过光谱实验及理论分析,获取药品的太赫兹时域光谱,结合傅里叶变换,获得频域光谱及太赫兹吸收系数曲线。结果表明,4 种药品在0.40~1.60 THz 波段存在明显不同的吸收特征。因此,太赫兹光谱技术十分适合检测抗生素这种化学结构有微小不同的药品,并且可以清晰通过吸收峰的位置分辨出抗生素药类的种类。为国家食品药品监督管理提供一种新的可靠的检测技术,且可以以数据库的形式为药品的鉴定提供标准。

环烯烃共聚物多孔太赫兹纤维的设计与特性模拟

马天, 孔德鹏, 姬江军, 王光珍, 王丽莉
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 631-636.
全文: HTML (1 KB)  PDF (748 KB)  ( 109 )
摘要 ( 53 ) 引用本文
太赫兹纤维波导是太赫兹系统中重要的组成元件。为了实现太赫兹辐射的低损耗低色散传输,设计了一种以环烯烃共聚物为基质的多孔太赫兹纤维,并利用基于全矢量有限元法的商业软件COMSOL 分析了该多孔太赫兹纤维的传输特性,着重考察了亚波长多孔纤芯的结构参数对传输特性的影响。结果表明,这种太赫兹纤维可以将模场能量很好地限制在亚波长多孔纤芯中传输,具有较小的有效模场面积、低的传输损耗和平坦近零色散等优良的传输特性;同时,通过增大多孔纤芯的占空比,可以将更多的模场能量限制在亚波长直径的空气孔洞中传输,并减小太赫兹纤维的有效模场面积和有效模式损耗,但同时会增大限制损耗和色散。

基于激光导引头对抗数据的光电对抗效果实验方法

张文攀, 吴军辉, 胡欣, 梁巍巍, 殷瑞光, 刘艳芳, 汪亚
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 637-642.
全文: HTML (1 KB)  PDF (812 KB)  ( 107 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
为了同时获得实装对抗的高可信度和数学仿真大样本的优点,提出了基于激光导引头实物对抗数据的光电对抗效果评估技术,分析了该种实验方法的主要误差因素。根据目标漫反射特性和直射式激光干扰设备特点,建立了激光导引头处目标漫反射激光能量密度模型和激光导引头处直射式激光干扰设备激光能量密度模型。采用数值计算方法,分析了激光导引头处目标漫反射激光能量密度误差分布规律和激光导引头处直射式激光干扰设备激光能量密度误差分布规律。最后利用实际试验过程,计算了该种实验方法下激光导引头接收到的目标漫反射激光能量密度和直射式激光干扰设备激光能量密度的误差,证明了该实验方法的有效性。

基于DSP的光栅衍射型激光告警系统设计与实现

苏平, 牛燕雄, 李大乾, 赵建君, 李易难, 张超, 牛海莎, 阎石
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 643-647.
全文: HTML (1 KB)  PDF (798 KB)  ( 133 )
摘要 ( 47 ) 引用本文
激光告警系统是一种可对来袭激光性能参数进行实时探测的光电对抗设备。基于光栅衍射效应以及DSP 信号采集及处理系统,设计并实现了激光告警系统,可对激光的波长、方位进行探测、告警。对激光告警系统的硬件和软件的设计与实现进行了研究,建立了入射激光波长以及方位的数学模型,推导了激光波长以及方位角与激光衍射点的数学表达式,并对激光告警系统进行了实验研究。实验结果表明:该系统能有效探测来袭激光波长及其方位,可测波长范围为500~1 100 nm,方位角为±13°,波长最大偏差10 nm,方位角最大误差1°。
先进光学

折反式红外全景天空相机光学系统设计

王健, 荆雷, 郭帮辉, 孙强, 卢振武
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 648-652.
全文: HTML (1 KB)  PDF (781 KB)  ( 120 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
利用红外全景天空相机可以获得天空中云的分布和温度信息,从而可对天气状况做出判断。采用等距离投影成像方式,可根据简单的数据转换关系从天空全景图像中任意点的位置坐标得到其对应的空间角度。为了实现等距离投影红外全景相机的设计,提出了一种简洁高效的计算等距离投影反射镜面型的数值方法,并在此基础上设计了8~12 μm 长波红外波段全景天空相机。该相机的视场角为360°×(5°~80°),校准畸变量在±0.02%以下,MTF 值在探测器Nyquist 频率处高于0.4,非常适用于全景天空观测。

失调三反消像散光学系统像差特性

庞志海, 樊学武, 陈钦芳, 马臻
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 653-657.
全文: HTML (1 KB)  PDF (797 KB)  ( 149 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
文中以矢量波像差理论为基础,对TMA 光学系统的失调像像差特性进行分析,通过分析发现失调TMA 系统的初级球差在全视场内为常量,彗差在全视场内的方向与量值均为常量,由失调引入的像散表现为失对称性、像散值与视场成线性,其零点位于中心视场。在校正失调产生彗差时,TMA 系统像散零点位于轴上视场,像差接近于零,而边缘视场的像散依然较大,因此在TMA 系统的装调过程中,需要测量多个视场的波像差。在同样情况下若轴上视场测量到像散,则是由于主镜的面形误差导致而非系统失调引起。利用CODE V对失调TMA系统的失调像差分布进行仿真,结果表明,利用矢量波像差理论可以对失调TMA系统的像差进行定性分析,以提高TMA 系统的装调效率。

部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中的展宽与漂移

向宁静, 吴振森, 王明军
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 658-662.
全文: HTML (1 KB)  PDF (813 KB)  ( 105 )
摘要 ( 29 ) 引用本文
基于广义惠更斯-菲涅耳原理,交叉密度函数以及Rytov's 相位结构函数二次近似,利用傅里叶高斯变换推导出部分相干高斯-谢尔(GSM)光束在大气湍流中的强度分布表达式,并在此基础上分析了大气湍流对光束展宽、以及光束漂移的影响。数值模拟表明:光束展宽和光束漂移与光束的初始半径、波长、光源的相干宽度以及发射机的位置高度有关,并提出了减小湍流影响的措施。

高变焦比中波红外连续变焦光学系统

周昊, 刘英, 孙强
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 663-668.
全文: HTML (1 KB)  PDF (858 KB)  ( 636 )
摘要 ( 219 ) 引用本文
针对高变焦比连续变焦光学系统,提出了一种双双组联动型变焦系统的设计方案,完成了变焦方程的推导。采用非球面技术,运用所推导出的变焦方程,完成了变焦比为40 倍、F 数为4、工作波段为3.7~4.8 μm 的中波红外连续变焦光学系统的设计。光学系统由八片透镜组成,引入了四个非球面,可以实现10~400 mm 连续变焦,满足冷光阑效率为100%,变焦曲线平滑无拐点。在不同的变焦位置,光学系统的奈奎斯特频率处(16 lp/mm)MTF 值均大于0.3,RMS 点斑半径均小于22 μm。系统具有成像质量高、镜片数量少和结构紧凑等特点。

近红外镜头系统的设计与装调

刘婷毓, 张景旭, 杨飞, 明名, 吕天宇
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 669-674.
全文: HTML (1 KB)  PDF (799 KB)  ( 131 )
摘要 ( 41 ) 引用本文
为了使1.23 m 望远镜具有大视场捕获功能,进行了口径为200 mm 的近红外镜头的设计与装调工作。首先,通过光学原理确定同轴反射式光学系统。其次,通过有限元分析方法对比桁架式与圆筒式主支撑结构、三翼梁与四翼梁式次镜支撑结构在不同工况下的变形,确定桁架式三翼梁支撑结构。最后通过设计适当的次镜装调结构和选用适当的CCD 电控平移台,对系统进行装调。装调后对系统进行检测实验,检测得到系统波前误差RMS=0.106 18λPV=0.553 62λλ=632 nm)。检测结果表明该近红外镜头足够满足光学设计要求及成像要求。

基于LCTF的大幅面高分辨率多光谱仪光学系统设计

李珂, 张康伟, 罗淼
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 675-679.
全文: HTML (1 KB)  PDF (805 KB)  ( 250 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
将液晶可调滤光片(LCTF)应用到真彩色多光谱图像采集中,设计了一款大面阵、高分辨率、轻小型的多光谱成像系统。系统利用LCTF 空间分辨率和光谱分辨率高、波长选择灵活、调谐时间短等特点,可实现幅面大小约210 mm×148 mm,分辨率达到350 ppi 的多光谱图像采集,工作谱段为420~720 nm,光谱分辨率为10 nm。结果表明,该成像系统在空间频率为91 lp/mm 时,31 个波段处轴上0 视场和轴外1.0 视场的传递函数均≥0.30,全视场畸变≤0.1%,成像质量良好,可用于大面阵、高分辨率多光谱图像的采集与分析。

计算机辅助装调的代理模型方法

张东阁, 傅雨田
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 680-685.
全文: HTML (1 KB)  PDF (789 KB)  ( 541 )
摘要 ( 147 ) 引用本文
用代理模型实现了一个新的失调量求解方法,可在较大失调范围内进行更为准确的求解。首先分析了基于灵敏度矩阵方法求解失调量的原理和局限性,提出了使用代理模型求解失调量的设想。在代理模型方法中,设定光学元件各个自由度对应的失调范围,对各自由度失调量进行大量的蒙特卡洛仿真得到充足的样本模型。然后从样本模型中提取失调量和残余像差数据,其中残余像差数据用Zernike 系数表示。对比三种不同的代理模型,选择用人工神经网络表示失调量与残余像差之间的非线性映射关系或统计关系。最后用一个离轴三反射系统模拟装调的例子,说明了如何建立代理模型,并根据当前系统的状态进行调整,表明了使用代理模型进行辅助装调的实用性和可靠性。

高马赫飞行条件下光学窗口数学模型的建立

丁亚林, 仲崇亮, 付金宝
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 747-751.
全文: HTML (1 KB)  PDF (921 KB)  ( 164 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
航空遥感器是获取地面信息的重要工具,高马赫飞行条件下光学窗口的数学模型是开展高速航空遥感成像研究的基础。高马赫飞行会对光学窗口的形状和折射率分布造成影响,进而影响遥感器的成像质量。为保证或提高航空遥感器成像质量,需要研究高马赫飞行条件对窗口造成的影响,即建立该条件下光学窗口的数学模型。首先,给出高马赫飞行条件下有关光学窗口的问题描述,并给定输入参数和进行分析的边界条件;然后,分别建立光学窗口的温度场模型和面型模型,并进一步建立折射率与温度间的函数关系;最后,推导得到高马赫飞行条件下光学窗口的数学模型。

空间光学遥感器长圆形反射镜组件优化设计与分析

徐炜, 吴清文, 翟岩, 郭万存, 徐振邦, 傅家
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 752-757.
全文: HTML (1 KB)  PDF (932 KB)  ( 143 )
摘要 ( 45 ) 引用本文
为了减轻空间光学遥感器反射镜的镜体质量,并降低反射镜在恶劣空间环境下的面形误差,利用有限元技术对某长圆形反射镜组件进行了优化设计。首先在反射镜进行轻量化后,对其进行支撑点位置优化和结构拓扑优化;其次对柔性支撑进行优化设计,引入了一种新型柔性铰链,解决了因背板热变形导致反射镜径向变形的问题,改善了反射镜面形精度。优化后的反射镜面形RMS 最大值为14.6 nm,小于λ/30(λ=632.8 nm),一阶固有频率大于100 Hz,满足了设计要求,证明了该优化设计方法合理可行。

空间目标光学散射特性研究进展

韩意, 孙华燕
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 758-766.
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摘要 ( 29 ) 引用本文
空间目标光学散射特性建模与分析是空间光学监视系统论证设计、性能评价的前提和基础。以空间目标的可见光与激光散射特性为主要研究对象,分析了空间目标光学散射特性的基本研究内容和方法,介绍了国内外应用于卫星表面材料的比较典型的BRDF 模型,从卫星表面材料BRDF 测量与建模、目标可见光散射特性测量与仿真计算和空间目标LRCS 测量与仿真计算三个方面,介绍了国内外典型研究单位的研究成果以及下一步的研究发展方向。可为空间目标光学特性研究思路与方法提供借鉴。

太阳同步椭圆轨道偏流角分布规律与像质分析

孙阳, 闫锋, 薛栋林, 王孝坤, 张学军
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 767-773.
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摘要 ( 22 ) 引用本文
提出一种根据轨道根数与TDICCD 成像原理模拟遥感器推扫成像过程,实现偏流角计算,并基于最终仿真图像的PSF 分布评价图像质量的方法,以截止频率MTF 为评价标准,研究太阳同步椭圆轨道的偏流角分布规律。结果表明:与常规圆轨道相比,近地点幅角为0°的椭圆轨道在近地点一侧偏流角与轨道半长轴成线性关系,与轨道离心率成三次函数关系。使用KH-12 卫星采用的椭圆轨道参数进行成像仿真,以穿航MTF 下降5%为约束对成像质量进行分析,结果表明:相同推扫级次下,椭圆轨道近地点一侧的偏流角更小,成像质量更高。
光电测量

自适应Kalman滤波在光纤陀螺SINS/GNSS紧组合导航中的应用

王巍, 向政, 王国栋
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 686-691.
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摘要 ( 37 ) 引用本文
为了提高光纤陀螺捷联惯性导航系统(SINS)和全球卫星导航系统(GNSS)的组合导航精度和系统稳定性,设计了基于伪距、伪距率的紧组合导航系统模型。针对光纤陀螺的白噪声特点,以及误差不稳定性导致无法精确建模,将残差引入误差方差阵的估计中,提出了一种改进的自适应卡尔曼滤波方法。采用改进的自适应卡尔曼滤波方法滤波得到导航参数的最优估计,然后对系统进行反馈补偿校正,抑制了滤波发散问题,提高了系统的稳定性。稳态测试试验结果表明:设计的光纤陀螺SINS/GNSS 紧组合导航系统具有较好的鲁棒性;在三颗卫星的条件下,系统能够在短期内保持较高的导航精度,验证紧组合导航的优越性。

时变最优的增强型比例导引及其脱靶量解析解

王辉, 林德福, 祁载康, 张頔
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 692-698.
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摘要 ( 20 ) 引用本文
以time-to-go 为基础建立时变的目标罚函数,根据最优控制理论,推导了对常值机动目标时变最优的增强型比例导引律;对权函数指数的分析结果表明,增强型比例导引有效导航比与权函数的指数一一对应。对增强型比例导引有效导航比的工程取值范围给出了合理的理论解释。将制导动力学简化为一阶滞后,并将导引头初始瞄准误差、目标常值机动引入到制导系统中,根据伴随法的数学思想,研究了增强型比例导引制导系统在初始瞄准误差、目标常值机动作用下的脱靶量解析解,最后通过伴随系统的数学仿真对解析解的正确性进行了验证。

经纬仪定向误差变化的原因及解决方法

韩光宇, 曹立华, 韩光照
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 699-702.
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摘要 ( 49 ) 引用本文
方位轴系编码器的定向误差作为光电经纬仪的系统误差,是可以在测量前就测试出来并加以修正。但是属于系统误差的定向误差在工作过程中经常发生随机变化,必然会对测量精度造成很大的影响。文中分析认为调平机构与基座连接时的连接杆与连接孔之间的间隙,是该误差发生变化的原因;在分析了早期的解决方案的基础上,提出了调平机构与抗扭薄膜组合的机械结构模式,并计算了在调平机构±7'的角度范围内,抗扭薄膜的弯曲应力、剪切应力均能够满足许用应力,抗扭薄膜内外圆之间的转角小于编码器1"的精度,这样既解决了方位轴线角度调整的问题,也保证了在4 000 N·m 的力矩作用下,定向误差没有发生变化。实践证明,该方法对解决定向误差的变化是行之有效的。

基于FPGA和DSP技术的自适应光学系统在线大气湍流参数测量平台

母杰, 郑文佳, 李梅, 饶长辉
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 703-708.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
为了实现大气湍流参数的实时估计,提出并设计了一种基于FPGA 和DSP 技术的自适应光学系统在线大气参数测量平台。该测量平台采用FPGA 作为前端处理器,在自适应光学系统闭环工作时,利用多通道并行技术和流水线技术从闭环数据高速复原开环泽尼克系数,采用DSP 作为后端处理器,根据复原的开环泽尼克系数,利用其编程灵活的特点实现大气相干长度r0、外尺度L0、风速v 和相干时间t0的复杂统计运算。最后将该测量平台应用在127 单元的自适应光学系统上,以实际天文恒星为观测目标,进行了大气湍流参数的测量。

多像机非共视场的非合作飞行器位姿测量方法

苗锡奎, 朱枫, 郝颖明
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 709-715.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
以空间非合作飞行器视觉位姿测量为背景,针对近距离及超近距离情况下由于成像空间小、像机视场等限制,位姿测量所用的视觉特征将不能在单像机中完整成像而无法完成定位的问题,提出一种多像机非共视场的非合作飞行器位姿测量方法。首先将多个像机配置成非共视场的形式,标定各个像机之间的位置关系;然后利用多个像机对目标上的不同特征成像,来自不同像机的底层信息既有冗余又有互补,为位姿测量提供足够的视觉特征和几何特征;最后结合像机之间的位置关系将各个像机中的特征信息进行融合,进而以闭式解法计算目标位姿。实验结果验证了该方法的有效性以及在大目标近距离位姿测量应用中的优越性。

大口径凸非球面反射镜子孔径拼接检测

王孝坤
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 716-722.
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摘要 ( 19 ) 引用本文
为了获得大口径凸非球面反射镜全口径的面形,提出了利用子孔径拼接检测大口径凸非球面的新方法。利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法的数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对一口径为260 mm 的碳化硅凸非球面反射镜进行了9 个子孔径的拼接干涉测量,并将拼接检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法测量面形PV 值和RMS 值的偏差分别为0.043λ和0.021λλ=632.8 nm)。
光电器件与材料

偏振无关的电光多波长滤波器设计

刘群
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 723-726.
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摘要 ( 12 ) 引用本文
基于双折射铌酸锂(LiNbO3)晶体的电光效应,设计了一种偏振无关的二端口波导型多波长可调谐滤波器。在非对称干涉仪的上下分支波导上,耦合电极与相移电极周期性交叉级联实现模式的偏振转换。利用琼斯矩阵的Z 域分析,求解驱动电压模拟实现多个波长的同时选择。仿真实现了自由光谱范围(FSR)内分布任意的窄带多波长输出。波长中心处传输率为100%;旁瓣大小受到所选波长个数的影响,三个波长同时滤波的旁瓣可达12 dB。同时得到了梳状滤波输出谱,其通带顶部平坦,旁瓣可达20 dB 以上。

实现多通道光滤波与放大功能的光子晶体量子阱

苏安
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 727-732.
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摘要 ( 11 ) 引用本文
为设计高效光滤波、光放大、光衰减和光开关等新型量子光学器件,用传输矩阵法理论研究了一维光子晶体(AB)m(AABAABAABAA)n(BA)m的光传输特性,结果发现:在实介电常量或复介电常量情况下,光子晶体均构成光量子阱结构,并呈现明显的量子化效应,实介电和复介电常量量子阱的透射谱结构与特点相同,透射峰数目和频率位置均与周期数n 密切相关;当折射率nB为含负虚部的复介电常量时,光量子阱的共振透射峰出现不同程度的透射增益、放大现象,增益倍数最高达103 数量级,同时共振透射峰频率处出现很强的受激辐射,辐射极强达到104数量级;当n≥3 时,随n的增加量子阱透射增益倍数呈现下降趋势,共振透射峰频率处的受激辐射也随之下降;当nB为含正虚部的复介电常量时,共振透射峰则出现明显地透射衰减现象。这些特性为实验制备工作提供理论依据和指导。

产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥

吴志伟
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 733-737.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
周期性局域空心光束是一种在科研上具有较高实用价值的光束。介绍了一种用于产生周期性局域空心光束的新型轴棱锥结构,可以通过在正轴棱锥底部磨削一个与本体同轴,但是底角和尺寸都较小的内凹圆锥面制成。采用几何光学的理论对新型光学元件的光束变换特性进行分析,结果表明其可以等效为两个不同底角的正轴棱锥的组合,并对周期性局域空心光束的相关参数进行计算。用衍射积分理论分析和模拟了新型轴棱锥后的光强分布特性,所得分析结果与几何光学分析基本一致。研究表明,平面波正面入射新型轴棱锥可以产生周期性局域空心光束。

液晶分子取向对一维光学多层膜光子晶体透射谱的影响

乌日娜, 李勇, 闫彬, 岱钦, 于涛, 徐送宁
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 738-741.
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摘要 ( 14 ) 引用本文
比较研究了液晶分子平行和扭曲排列对TiO2 和SiO2 介质膜交替的一维光子晶体透射谱的影响。向列相液晶平行取向时,光子禁带中出现四个透过峰,中心波长约1 840、1 814、1 466、1 423 nm,加热器件,峰位蓝移,相邻的两个透过峰合二为一。向列相液晶扭曲排列时,光子禁带中出现两个独立透射峰,分别位于1 865、1 489 nm,加热样品峰位蓝移。液晶分子平行排列,液晶层折射率各向异性较明显,光子禁带具有两种偏振模式透过峰。液晶分子扭曲排列,液晶层折射率各向异性不明显,光子禁带只有独立透过峰。加热样品,液晶分子排列变化,引起液晶层有效折射率值改变,透过峰位移动。

热处理对低损耗高反膜特性的影响分析

季一勤, 姜玉刚, 刘华松, 王利栓, 刘丹丹, 姜承慧, 羊亚平, 樊荣伟, 陈德应
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 742-746.
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摘要 ( 24 ) 引用本文
低损耗激光薄膜反射镜是环形激光器谐振腔的关键元件之一,首先设计和制备了工作角度为45°的低损耗高反膜。为了提高低损耗高反膜的光学性能,采用高温热处理的方式,研究了热处理对低损耗高反膜的透射率、散射系数、表面粗糙度、相移等特性的影响。高温热处理对高反膜的散射系数、表面粗糙度影响较小,随着热处理温度的增加,高反膜相移逐渐降低。当退火温度为550 ℃时,环形激光器输出性能稳定性最好,当工作230 h 后,输出能量仅下降到初始值的90.5%。实验结果表明,采用合适的热处理方式,可以有效改善低损耗高反膜特性以及环形激光器的输出性能。
先进光学成像技术

红外高光谱成像的光谱聚焦

孟卫华, 倪国强, 高昆, 向静波, 项建胜
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 774-779.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
文中将光学系统中能量聚焦的概念引申至光谱维,提出在红外高光谱成像系统中通过信号处理获取感兴趣目标与其环境的光谱特征差异,结合调控目标函数得到光谱聚焦调控参数,进而控制成像系统中的可调谐部件自适应调谐到最有利于探测和识别的若干个光谱通道,实现光谱聚焦。文中提出了一种可实现光谱聚焦的系统构型,重点探讨了光谱聚焦的机制和实现途径,给出了关键分系统的技术方案。利用光谱聚焦可以实现光谱自适应探测,提高光谱成像信息利用效率,降低信息处理的资源需求,有助于提高系统的实时性和小型化,对于弹载、无人机载等高实时性、无人参与的应用具有十分重要意义。

结合HJ1A/B卫星数据和生态因子的籽粒品质监测

王大成, 张东彦, 李宇飞, 秦其明, 王纪华, 范闻捷, 陈诗琳
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 780-786.
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摘要 ( 12 ) 引用本文
该研究引入温度、降水、太阳辐射和土壤肥力等影响小麦籽粒蛋白质含量的重要生态因子,结合遥感数据进行小麦籽粒蛋白质含量监测。以北京郊区的小麦种植区为实验区,获取多时相的HJ1A/B 卫星数据,多个气象站点全生育期气象数据和土壤养分数据,以及收获时小麦籽粒蛋白质含量。分别构建了遥感光谱蛋白质含量模型、生态因子籽粒蛋白质含量模型、光谱生态因子蛋白质含量模型。结果表明:北京地区冬小麦以5 月11 日(开花期左右)NDVIgreen 值与籽粒蛋白质含量相关性最好,达到极显著水平,因此该时期为冬小麦籽粒蛋白质含量遥感监测的最佳时相,并将利用该时期的NDVIgreen 参与光谱蛋白质含量模型、光谱生态因子蛋白质含量模型的构建。对光谱蛋白质含量模型、生态因子籽粒蛋白质含量模型、光谱生态因子蛋白质含量模型进行F 检验,表明各模型均达到极显著水平,3 种模型的决定系数分别为:0.782,0.635,0.843,相对误差分别为:0.151,0.123,0.049。说明综合利用遥感数据和生态因子的监测结果比单独利用遥感数据或单独利用生态因子的精度高。引入生态因子的小麦籽粒蛋白质含量遥感监测有助于提高监测精度,并增加监测模型的农业机理。

多角度成像解析大豆冠层的二向反射特征

张东彦, 梁栋, 赵晋陵, Coburn Craig, Wang Zhijie, 王秀
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 787-797.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
植被冠层二向性反射特征是定量遥感必须关注的一个问题。论文借助自主研发的多角度成像系统,在不同观测时间对不同种植密度下的大豆冠层进行多角度成像数据采集,通过对“图谱合一”的高光谱影像中大豆植株、土壤背景和阴影叶片进行逐步分离,对比分析纯大豆植被与植被-土壤混合冠层的二向反射(Bidirectional Reflectance, BR)变化特征,研究发现:在主平面观测时,土壤光谱去除后,即纯植被冠层反射率在前向观测时,随着天顶角的减小而增大,这不同于植被和土壤同时存在时的研究结果(BR 随着天顶角的增加而增大);当观测方向由主平面的前向朝后向变动时,可见光和近红外波段的纯植被冠层反射率表现为逐步增大的趋势,这和土壤光谱去除前的变化趋势也不同;在垂直主平面观测时,去除土壤背景后的纯植被冠层反射率与混合植被反射率特征有相同的趋势,但在垂直主平面方向的对称性更强。上述结果在不同密度、不同观测时间的大豆冠层BR 特征有相近的趋势,这为多角度遥感的发展提供了必要的基础研究。

基于红边位置的木荷叶片叶绿素含量估测模型研究

张永贺, 郭啸川, 褚武道, 艾金泉, 项天宋, 郭乔影, 周毅军, 陈文惠
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 798-804.
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摘要 ( 48 ) 引用本文
利用红边参数反演作物参数是定量遥感研究的一个热点, 红边参数中红边位置与作物生化组分强相关, 为监测作物胁迫提供了一个非常敏感的指标。准确估测植被叶绿素含量,对于研究森林健康和胁迫、森林生产力的估计, 碳循环的研究有着重要的意义。介绍几种红边位置算法, 并对这些算法及其应用进行了比较,通过选取红边位置的不同敏感波段来估测植被叶片叶绿素含量。经室内光谱获取叶片的光谱数据,采用一阶光谱导数法、平滑处理后一阶光谱导数法、线性四点内插法、五次多项式拟合法四种算法处理光谱数据,获得红边位置变量,并与叶绿素含量进行拟合,构建估测木荷叶片叶绿素含量的回归模型。结果表明:各种算法获取的红边位置变量所构建的回归模型估测叶绿素含量是可行的;五次多项式拟合法估算精度是最高的,其获取红边位置计算相对复杂;线性四点内插法估算精度次之,但计算较简便。
光通信与光传感

超声吸收引起的声光偏转器指向偏差研究

马晶, 王健, 谭立英, 于思源, 姜义君
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 805-809.
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摘要 ( 23 ) 引用本文
分别在不考虑晶体超声吸收及考虑超声吸收和超声功率角分布的情况下,建立了声光互作用方程。运用空间傅里叶变换方法推导出衍射光场与入射光场在空频域下的传递函数。仿真结果表明,超声吸收使得衍射光光强峰值位置偏离光束中心,光强不再呈高斯分布,会引起卫星光通信发射端的指向偏差。通过研究超声功率和频率与衍射光光强分布的关系发现,超声功率选取某一数值时可以消除峰值位置偏差,将此功率值定义为最优超声功率Popt。求出声光偏转器整个工作频带内的Popt并进行多项式拟合,得到了最优超声功率与超声频率的关系。按照该多项式关系同步调节超声频率与功率可以补偿超声吸收引起的指向偏差。

FBG传感器和电阻应变仪的振动监测特性

龚华平, 杨效, 屠于梦, 宋海峰, 董新永
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 810-813.
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摘要 ( 25 ) 引用本文
将光纤布拉格光栅(FBG)传感器和电阻应变片固定在等强度梁上,研究了两种传感器的振动监测性能,总结比较了其优缺点。通过固定在等强度梁末端的电机来产生振动,测试了FBG 传感器和电阻应变片监测到随时间变化的振动信号,并分析了振动信号经傅里叶变换(FFT)的频谱图。实验结果表明,FBG 传感器和电阻应变片监测到振动信号的时域图基本一致,但是FBG 传感器监测到振动信号经FFT 变换的频谱图出现较明显的二次谐波和三次谐波,电阻应变仪监测到的频谱图出现的谐波较弱。在实验中还观察到,在有电磁干扰情况下,电阻应变仪监测不到振动信号,而FBG 传感器正常工作,不受电磁干扰。
信息处理

基于局部均值的红外小目标检测算法

刘运龙, 薛雨丽, 袁素真, 毛峡
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 814-822.
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摘要 ( 31 ) 引用本文
复杂背景条件下红外小目标检测是红外自动寻的、红外预警系统的关键技术和研究热点之一。为了能有效地检测出小目标,对红外图像中的小目标与背景特性进行了分析,在充分利用小目标与其局部背景差异的基础上,提出一种基于局部灰度均值确定红外小目标尺寸和位置信息的算法。首先,给出判断像元属于小目标的必要条件,该条件判定图像中哪些像元可能属于红外小目标;其次,基于可能属于小目标的像元给出小目标可能的尺寸值;再次,对所得结果进行优化,排除虚警;最后,根据前三阶段所得结果确定小目标的尺寸和位置。Matlab 仿真结果表明,对复杂云层背景的红外图像,Top-Hat 检测算法虽然检测速度快,但当虚警和目标的灰度值相等时不能很好地对目标进行检测;新算法在选择合适参数的基础上能准确给出目标的位置信息,并能较好地估算小目标尺寸,然而新算法在检测速度上仍有待进一步提高。

基于生物激励计算模型在图像显著性提取中的研

纪超, 刘慧英, 邵刚, 孙景峰
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 823-828.
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摘要 ( 21 ) 引用本文
提出一种生物激励的显著性特征计算模型。首先通过注意块学习从眼动数据库中选择与视觉响应一致的稀疏基;然后基于稀疏基表达原理对图像建立计算模型并提取显著性特征:包括全局连续性、区域颜色对比以及局部复杂度对比特征;再仿照细胞调节原理,提出新的特征组合方法进行特征融合。最后将该算法在多个典型的场景中对感兴趣区进行提取实验,证明比其他算法具有优越性。并提出将此算法应用于虚拟与现实场景融合中,能良好地提取出真实场景中的有效区域和剔除虚景区域。

滑动窗口核岭回归运动目标轨迹预测算法

赵菲, 卢焕章, 张志勇
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 829-835.
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摘要 ( 31 ) 引用本文
针对序列图像中非线性运动目标轨迹的预测问题,文中提出了一种滑动窗口核岭回归运动目标轨迹预测算法。文章推导了完整的核岭回归算法,并得出了高斯核函数的条件下滑动窗口核岭回归算法的递推形式。算法的实现基于滑动窗口的方式,在每帧图像中以最近几帧中的目标轨迹位置为输入,使用核岭回归算法对下一帧轨迹位置,进行预测。实验结果表明,该算法能够较好的预测非线性的目标运动轨迹,预测误差较小,且算法结构简单,具有较强的实用性。

方向相关与互信息加权组合多模图像配准方法

谭东杰, 张安
红外与激光工程. 2013, 42 (3): 836-841.
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摘要 ( 51 ) 引用本文
针对可见光与红外图像的配准问题,提出了一种基于边缘方向相关和局部优选区域互信息加权的配准方法。首先进行区域划分,建立区域优选测度,选取信息量丰富的局部区域;在优选区域的基础上,引入了图像的边缘方向信息,构造边缘方向图,以增加全局空间特征;然后,通过综合局部区域灰度信息和全局边缘方向信息,将互相关测度和互信息测度加权集成,构造了一种新的相似测度。实验结果表明,边缘方向相关测度的引入,提高了基于互信息的图像配准的精度,利用局部优选区域代替整幅图像提高了算法的速度。
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