热成像模式及其图像处理技术的研究与应用

热成像技术具有广泛的应用领域,随着红外焦平面探测器及数字图像处理技术的发展,新型热成像模式及其图像处理技术成为国内外发展的重要方向。介绍了近年来研究的几个典型进展,其中改进的基于场景特征的时域高通与空域低通滤波结合的非均匀性校正方法能够有效滤除制冷热成像系统观察低温天空场景时的水波纹固定图案噪声,并在FPGA硬件平台上实现了算法移植;研制出红外分焦平面偏振片阵列,实现了中波制冷和长波非制冷红外焦平面探测器的耦合成像,并通过考虑偏振片效应的偏振成像模型,滤除光路中偏振片的辐射影响;研制出基于常规制冷长波红外焦平面探测器的超频高动态热成像系统,在FPGA实现了多积分时间图像融合-细节增强级联的HDR图像融合方法,实现了对高动态场景的实时成像;研究了“田”字型四孔径和“十”字型四/五孔径等三类紧凑型视场部分重叠仿生复眼热成像模式,研制了2套实验系统来验证该方法的有效性;提出一种基于双生成对抗网络的非配对热红外-可见光图像转换算法TIV-Net,该方法能够将热图像有效地转化为类彩色可见光图像,并在无人机等平台实现了不低于20 Hz的实时处理。以上具有创新性的技术突破或已获得应用或展现良好的应用...     

热成像系统性能测量及ICTS的应用

主要介绍了热成像系统性能测量的主观和客观测量技术,并对综合准直测试系统（ＩＣＴＳ）构测热像仪产品的测试结果进行分析和讨论。     

基于多路放大器加法电路噪声抑制的热声成像技术

热声成像信噪比往往较低,为提高信噪比,通常需要通过对热声信号进行多次取平均.然而,通过取平均提高信噪比的方式会降低热声成像时间分辨率,阻碍快速热声成像技术的发展.本文提出一种基于多路放大器加法电路的低成本快速热声成像技术,将超声换能器接收到的热声信号分成四路同时进入四个放大器,放大后再将该四路信号经过加法电路累加输入到采集系统中,实现硬件层面的取平均去噪.仿体实验结果表明:通过基于多路放大器加法电路的低成本快速热声成像技术,成像时间分辨率提高了5倍,信噪比由～6 d B提升到了～12 d B.本文通过低成本的简单加法电路原理,既提高了热声成像技术时间分辨率,又提升了成像信噪比,为快速热声成像技术的发展提供了一种崭新的技术,有助于推动热声成像技术的发展和临床应用.     

扫描热成像系统NETD数学模型的研究

讨论了最近几十年发展起来的最具代表性的10种NETD模型的优缺点．在对它们进行综合分析的基础上建立起了新的适用于扫描热成像系统的NETD数学模型，得到的模型消除了光学系统大的f／#影响，增加了两个可供选择的光谱滤波函数，并考虑了占空比在模型中的影响．建立起的模型能客观全面地用于热成像系统温度灵敏度的性能评价。     

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。     

基于SOPC设计的320×240红外焦平面成像电路

介绍基于SOPC设计非致冷红外焦平面热成像电路单元的方法,并对电路的结构进行了分析。     

基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别方法研究

为解决农作物冠层热红外图像边缘灰度级分布不均且噪声较大,而传统图像分割方法难以实现其目标区域有效识别的难题,以苗期红小豆冠层热红外图像为研究对象,将模糊神经网络和仿射变换有机结合,提出了基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别模型。首先利用五层线性归一化模糊神经网络的自适应特性,选取高斯隶属度函数,自动计算冠层可见光图像识别的推理规则,有效地分割了可见光图像中的冠层区域。通过分析3种分割指标和熵,定量评价可见光图像冠层分割质量。网络迭代38次时,误差精度为0.000 952,该算法平均有效识别率为96.13%,获取可见光冠层图像的像元信息熵值范围为2.454 4~5.198 7,与标准算法所得冠层图像的像元信息熵仅相差0.245 9。然后以取得可见光图像的冠层有效区域为参考图像,采用仿射变换算法,调整优选平移、旋转、缩放等图像变换因子,配准原始热红外图像,提出了基于仿射变换的冠层热红外图像识别方法。对于初始温度范围值在16.35~19.92 ℃的农作物热红外图像,计算选取旋转幅度为1.0和缩放因子为0.9时,作为异源图像的最优配准参数,获取目标图像的最大温差为3.17 ℃,相对于原图像的平均温度值由18.711 ℃下降至17.790 ℃,进而实现了基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别。最后以熵的互信息作为监督指标,对农作物冠层热红外图像识别方法进行评价。提出的冠层热红外图像识别方法,所获取的目标图像与初始热红外图像的平均互信息为4.368 7,标准目标图像和初始热红外图像的平均互信息为3.981 8,二者仅相差0.486 9。同时,两种冠层热红外图像的平均温度差值为0.25 ℃,高效消除了原始热红外图像的背景噪声。结果表明本研究方法的有效性和实用性,能够为应用热红外图像反映农作物生理生态信息特征指标参数提供技术借鉴。     

基于激光扫描热成像技术的电感裂纹检测

针对铁氧体电感表面裂纹和隐含裂纹的检测,传统机器视觉方法存在裂纹成像模糊,识别率偏低等问题。提出了一种基于激光扫描热成像技术的电感器裂纹检测方法。使用热像仪捕捉样品表面的温度变化,并基于二阶微分算法进行图像合成;使用轮廓提取算法去除外围轮廓的干扰和次大值滤波均匀图像,使用边缘检测对裂纹进行提取;最后利用裂纹的面积和长宽比并结合图像的HOG特征当作输入特征,使用支持向量机进行图像识别。结果表明,对于所有的裂纹都能正确成像,裂纹识别正确率达到98.5%,其性能优于其他检测算法。     

基于CAN总线的高可靠成像控制系统设计

为了实现多套成像设备的智能化控制,设计了基于CAN总线的成像控制系统,并给出了设计中关键技术的解决方法;首先,给出了可靠性高的热备份CAN总线控制系统硬件设计原理;其次,介绍了基于FPGA的CAN总线协议芯片—SJA1000逻辑控制原理与方法;最后结合实际工程项目阐述了控制系统的工作过程;试验结果表明,该设计性能稳定、可靠性高,能够满足多台成像系统的智能化控制;设计理念和方法具有通用性,系统的可扩展性强。     

基于NiosⅡ的非制冷红外图像处理系统研究

设计一个非制冷红外图像处理系统，该系统放弃了目前普遍应用的数字信号处理器（DSP）＋现场可编程门阵列（FPGA）的系统构架，采用基于FPGA的NiosⅡ嵌入式处理器的系统构架，实现了系统的小型化。提出一种基于流水线结构的信号处理方法，并利用NiosⅡ嵌入式处理器软硬件开发工具，实现了在该系统上对非制冷红外焦平面阵列非均匀性进行校正和盲元补偿的实时处理，降低了系统的工作频率。实验结果表明：该系统能够对非制冷红外图像进行实时处理，工作性能稳定，处理效果良好。     

轻量化超宽温度折/衍混合红外热像仪光学系统设计

设计一个用于红外热像仪的轻量化超宽温中波折/衍混合红外热像仪光学系统。光学系统参数:工作波段为3.7 m～4.8 m,相对孔径为1/2,焦距为120 mm,全视场角为5.18,满足100 %冷光栏效率。采用三片式结构,使用硅和锗两种常用的红外材料,以及一个非球面和一个衍射面,系统实现了轻量化和超宽温度下工作。系统在-60℃～160℃温度范围内成像质量接近衍射极限,可供像元尺寸为30 m、像元数256256的凝视型中波红外探测器使用,可探测到2.3 km远的坦克目标。     

用NETD表达的红外作用距离方程

从红外系统作用距离的普遍方程和等效噪声温差的定义出发，推导出用MBID表达的红外系统作用距离方程。     

基于FPGA并行处理的实时图像相关速度计

研究制作了一种采用高速线阵CCD的实时相关速度计,其测量数据的输出速率可达每秒一万次。针对以往光学相关测速方法的问题进行了讨论,探讨了适合FPGA并行处理的算法,制作了高速线阵CCD摄像机及其处理装置。通过实验验证了系统的可行性和可实现性。     

声悬浮研究新进展

建立了单轴式声悬浮的参数化模型和边界元算法,对单轴式声悬浮进行了优化设计,可以悬浮起密度高达189g/cm\\+3的金属钨.研究了声悬浮条件下非金属材料和低熔点金属的无容器处理.     

OFDM水声通信实时处理系统的多处理器并行

OFDM(正交频分复用)充分利用频带,具有较高的数据传输速率;ADSP-TS101是具有高速并行处理能力的高性能数学信号处理芯片。针对OFDM水声通信的实时处理要求,本文设计并研制了具有实时处理能力的水声通信系统。该系统包括由多片ADSP-TS101构成的松/紧联合耦合的并行处理结构作为处理核心、无相位偏差的多通道同步采样模块和FPGA(现场可编程门阵列)逻辑控制模块。湖上实验结果表明该系统具有良好的稳定性和实时处理能力,满足工程设计要求。     

图像处理在光路自动准直系统中的应用

光路自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置中的光束自动调整。图像处理是光路自动准直的关键技术之一。针对神光Ⅲ原型装置,结合阈值化、重心法、中值滤波和圆拟合等多种不同的图像处理方法设计了一套合理的准直方案,并且在模拟实验平台上进行了实验验证。实验结果表明,光路自动准直系统能够在15min之内顺利完成光路的自动调整,光束近场调整精度优于近场光斑的±0.5%,光束远场调整精度≤±0.3″,满足了原型装置的总体要求。     

压缩感知理论在图像处理领域的应用

针对传统的采样方法得到的图像数据量巨大,给图像信息的后续处理造成极大压力的问题,对压缩感知理论（Compressed Sensing,CS）进行了研究。压缩感知理论使采集很少一部分数据并且从这些少量数据中重构出更大量信息的想法变成可能,突破了奈奎-斯特采样定理的限制。综述了CS理论及关键技术问题,并着重介绍了CS理论在成像系统、图像融合、图像目标识别与跟踪等方面的应用与发展状况。文章指出CS理论开拓了信息处理的新思路,随着该理论的进一步完善,会有更广泛的应用领域。     

X光探伤电视的微机图像处理系统的研究

Ｘ光探伤电视系统虽然具备节省Ｘ光软片和可在线探伤等优点以外，还存在着图像分辨率不很高的问题。其图像分辨率不很高的主要原因是由于Ｘ光所激发的二次射线造成的，这是一种随机的噪声干扰。利用在计算机图像处理中的叠加平均法可有效的去除这种噪声干扰，从而提高Ｘ光探伤电视的图像分辨率。电视图像的数字化需要高速的信号采集系统。用硬件构成的图像存贮体可实现高速的图像信号采集，并结合开窗口技术使得Ｘ光探伤电视的成本降低，为高分辨率Ｘ光探伤电视的广泛应用创造了有利的条件。这些对保证产品质量具有十分重要的意义。     

压缩感知理论在图像处理领域的应用

针对传统的采样方法得到的图像数据量巨大,给图像信息的后续处理造成极大压力的问题,对压缩感知理论(Compressed Sensing,CS)进行了研究。压缩感知理论使采集很少一部分数据并且从这些少量数据中重构出更大量信息的想法变成可能,突破了奈奎-斯特采样定理的限制。综述了CS理论及关键技术问题,并着重介绍了CS理论在成像系统、图像融合、图像目标识别与跟踪等方面的应用与发展状况。文章指出CS理论开拓了信息处理的新思路,随着该理论的进一步完善,会有更广泛的应用领域。