1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100039
3 中国科学院 天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林长春100
基于深度学习的目标检测算法直接应用于航天光学遥感（Space Optical Remote Sensing，SORS）复杂场景图像中会出现舰船目标检测效果不佳的问题。针对该问题，本文以近海复杂背景的密集排布舰船和远海多干扰中小目标舰船为检测对象，提出一种改进的YOLOX-s（Improved You Only Look Once-s，IM-YOLO-s）算法。在特征提取阶段，引入CA位置注意力模块，分别从高度与宽度两个方向对目标信息的位置进行权重分配，提高了模型的检测精度；在特征融合阶段，将BiFPN加权特征融合算法应用到IM-YOLO-s的颈部结构，进一步提升了小目标船只检测精度；在模型优化训练阶段，以CIoU损失替代IoU损失、以变焦损失替代置信度损失、调整类别损失权重，增大了正样本分布密集区域的训练权重，减少了密集分布船只的漏检率。另外，在HRSC2016数据集的基础上增加额外的离岸中小舰船图像，自建了HRSC2016-Gg数据集，HRSC2016-Gg数据集增强了海上船只及中小像素船只检测时的鲁棒性。通过数据集HRSC2016-Gg评测算法性能，实验结果表明：IM-YOLO-s对于SORS场景舰船检测的召回率为97.18%，AP@0.5为96.77%，F1值为0.95，较原YOLOX-s算法分别提高了2.23%，2.40%和0.01。这充分表明该算法可以对SORS复杂背景图像进行高质量舰船检测。
舰船检测 深度学习 CA注意力模块 加权特征融合 损失函数优化 ship detection deep learning coordinate attention weighted feature fusion loss function optimization
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间新技术研究部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为进一步抑制遥感图像的非均匀噪声,首先分析了空间遥感高光谱图像条带噪声产生的原因及噪声模型,进而提出一种基于窗口阈值判决的改进矩匹配算法。选取相对平坦,且条带噪声与背景对比较明显的区域进行阈值估算,并选取参考均值、标准差和条带阈值判决对条带噪声进行矩匹配处理。实验结果表明,所提算法的峰值信噪比相对传统方法至少提高了6.2163 dB,均方误差最小降低了5.9630,结构相似度至少提高了0.254。与传统方法相比,采用所提方法处理后的图像变异逆系数有所提高,图像横向梯度与标准差有所降低,该方法还去除了图像中的条带噪声,保留了原始图像的细节信息。
遥感 阈值判决 矩匹配 条带噪声 非均匀校正 激光与光电子学进展
2020, 57(8): 082801
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)成像系统多通道间存在响应非均匀问题,开展了基于辐射定标的校正方法研究。结合成像系统的信号处理流程,推导了响应非均匀性校正的理论模型,提出了一种基于加权最小二乘的定标校正方法,分别在1/4、1/2和3/4饱和响应处采集三组图像数据,并利用高斯加权函数对三组通道间的校正参数进行加权最小二乘拟合,从而获得优化的校正参数。利用TDI CCD成像系统进行实验验证,结果表明,系统的响应非均匀性(1/2饱和响应处)由原来的4.09%降低至0.85%,并优于两点校正法的1.93%,同时该方法在宽响应域内均获得了良好的校正效果,具有精度高、实用性强等特点,可应用于机载、星载等相机载荷,为获取高质量的遥感图像数据奠定技术基础。
成像系统 非均匀性校正 加权最小二乘法 时间延迟积分电荷耦合器件 光学学报
2017, 37(11): 1111001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 小卫星技术国家地方联合工程研究中心， 吉林 长春 130033
基于线阵时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)机动成像原理，分析了灵巧卫星在姿态机动过程中动态成像的几何畸变问题。由于地球曲率及姿态机动因素导致像面空间几何映射形状不断改变，通过光线追迹逐点匹配算法推导出了机动成像方式下的空间成像几何关系数学解析表达式。利用小卫星姿态控制系统物理仿真平台对TDI CCD 相机机动成像快速几何校正算法进行实验验证，姿态角确定精度与姿态稳定度优于0.05°、0.005°/s。结果表明，在卫星最大扫描角为45°时，所设计的算法能够解决机动成像几何畸变问题，提高成像质量。
成像系统 机动成像 像移 地面像元分辨率 快速几何校正
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130033
为建立准确的时间延迟积分电荷耦合元件(TDI CCD)成像电路系统的响应模型，根据成像系统的信号处理流程，详细分析了CCD传感器、预放电路与视频处理电路等主要环节对系统响应的影响，并结合理论响应模型，针对实际的处理流程，建立了实际系统的理论响应模型。利用某航天相机TDI CCD成像系统进行了暗电流噪声、视频处理电路噪声等专项测试实验，并在不同的拍照参数与光辐射条件下进行了辐射定标实验，分析了具体的实验图像数据，采用最小二乘法的线性拟合与二次多项式拟合分别得到了系统响应的近似数学模型和高精度数学模型，拟合决定系数R2分别达到了0.992和0.9998。利用该响应模型可以准确计算卫星在轨拍照时地物的辐射特性，并为合理选择相机在轨拍照参数提供依据。成像实验表明，系统响应模型准确，参数设置合理，满足相机在轨拍照的任务要求，提高了相机在轨工作的效率。
成像系统 时间延迟积分 电荷耦合元件 成像电路 响应模型 辐射定标 光学学报
2014, 34(11): 1104001
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 小卫星技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130033
为了解决多时间延迟积分（TDI）电荷耦合器件（CCD）拼接遥感相机不同CCD通道间的成像串扰问题，提高相机信噪比（SNR）和成像质量，利用周期信号的傅里叶级数分析法推导成像串扰的数学模型。根据理论分析结果提出多TDICCD成像串扰的根本原因是CCD工作不同步造成TDICCD成像电路电源的地平面高频扰动影响到了相邻通道CCD有效视频信号的采集。从工程研制实际出发，采取CCD通道之间的工作电源隔离以及共用统一的系统时钟等措施对多TDICCD成像电路系统进行改进，抑制成像串扰的发生。对改进后的多TDICCD成像电路系统进行成像和信噪比测试。实验结果表明，采取的措施有效地去除了CCD通道间成像串扰条纹，相机信噪比得到了显著的提高，在相机入瞳辐亮度为42.6 W/(m2·Sr)的条件下，相机信噪比提高18.85 dB，达到了50.42 dB，且外场成像质量高，满足实际工程的需求。
成像系统 数学模型 傅里叶级数 成像串扰 信噪比
Author Affiliations
Abstract
1 National Key Laboratory of Tunable Laser Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001
2 Laser and Optoelectronic Functional Material R and D Center, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800
We report a continuous-wave (CW) 2.1-\mum Ho:YAG laser operating at room temperature pumped by a diode-pumped 1.94-\mum Tm:YAP laser. The maximum output power of 1.5 W is obtained from Ho:YAG laser, corresponding to Tm-to-Ho slope efficiency of 17.9% and diode-to-Ho conversion efficiency of 5.6%.
Tm:YAP Ho:YAG 二极管泵浦 谐振泵浦 140.3580 Lasers, solid-state 140.5680 Rare earth and transition metal solid-state lasers 140.3480 Lasers, diode-pumped 140.3070 Infrared and far-infrared lasers Chinese Optics Letters
2008, 6(7): 520
1 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国科学院上海光学精密机械研究所激光与光电子功能材料研究中心, 上海 201800
采用丘克拉斯基(Czochralski)技术生长了掺铥硅酸镥(Tm:Lu2SiO5,Tm:LSO)晶体; 测量了LSO晶体在室温下的非偏振吸收光谱和非偏振荧光光谱; 利用窄得-奥菲特(Judd-Ofelt)理论计算了Tm:LSO晶体的窄得-奥菲特强度参数、振子强度、自发辐射概率、辐射寿命、积分吸收截面和积分发射截面。Tm:LSO晶体的强度参数为Ω2=9.1355×10-20 cm2,Ω4=8.4103×10-20 cm2,Ω6=1.5908×10-20 cm2; Tm:LSO晶体在1.9 μm附近有明显的发射峰(3F4→3H6跃迁),相应的辐射寿命为2.03 ms,积分发射截面为5.81×10-18 cm2,半峰全宽(FWHM)为250 nm。用Tm:LSO晶体在77 K温度下实现了激光运转。利用792 nm的激光二极管(LD)作为抽运源,获得中心波长为1960 nm的激光输出,抽运阈值为2.13 kW/cm2。
激光器 固体激光器 激光材料 窄得-奥菲特理论 铥离子 斯塔克能级
