1 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州，310024
2 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
视频光谱成像技术是目前遥感探测发展的一个重要方向，可以实现4维信息获取（两维空间+光谱+时间），对于动态目标探测等应用场景有十分重要的意义。目前的技术手段是以滤光片方式为主，不具备光栅作为分光元件时的高光谱分辨率优势。基于此，提出了非耦合狭缝阵列扫描光谱成像（uSASHI）和编码狭缝阵列扫描光谱成像（cSASHI）系统，通过增加狭缝数目的方式，实现同一时刻多个视场信息的获取，极大地提升信息获取效率。uSASHI的每个狭缝获取信息之间不会耦合，n条狭缝可以实现n倍的信息获取效率的提升，cSASHI的狭缝按照压缩感知理论排列，可以实现欠采样条件下（采样率α≤1）视频光谱成像，信息获取效率可以提升n/α倍。本文设计的系统最终实现了1024*496*30的光谱数据立方体10 Hz视频光谱成像方式，cSASH实现了更高帧频。所提系统为视频光谱成像技术提供了新的方向，为未来动态目标探测等应用打下了基础。
视频光谱成像 计算成像 压缩感知 遥感 video spectral imaging computational imaging compressed sensing remote sensing
1 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 上海市现场物证重点实验室, 上海 200083
受红外焦平面阵列生产工艺及材料本身特性影响, 红外焦平面阵列不可避免地存在盲元, 严重困扰红外数据的处理与应用。光栅分光推扫式热红外高光谱成像仪一般以红外焦平面阵列的其中的一维作为光谱维进行推扫式成像, 空间维只剩一维, 与一般的热像仪具有二维空间维的成像机制有很大区别。常规的实验室定标法和开窗处理的场景检测方法不能满足该成像方式的盲元检测需求。以热红外高光谱成像仪中的盲元检测为目标, 有针对性地提出了基于光谱匹配的盲元检测算法。该方法从光谱维角度出发, 以不同温度实验室黑体定标数据生成温升光谱数据, 在数据规则化处理的基础上, 自动提取有效像元目标的伪光谱曲线, 采用光谱角匹配的方式实现盲元的自动检测。以典型的热红外高光谱成像仪获取数据并开展盲元检测实验, 结果表明该方法充分利用了热红外高光谱成像仪的光谱维信息, 检测精度较高, 盲元补偿后的数据可满足热红外高光谱数据的行业应用。
盲元检测 光谱匹配 热红外高光谱 红外焦平面阵列 blind pixel detection spectral matching thermal infared hyperspectral infrared focal plane arrays 红外与激光工程
2020, 49(1): 0104002
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
为解决飞机平台强干扰环境下红外多光谱扫描仪的图像混合噪声问题，提出了一种基于低秩矩阵近似与常量统计的光谱图像去噪方法。从仪器的噪声产生机制出发将图像噪声区分为谱间差异噪声与谱间共有噪声，并根据噪声在光谱数据中的特点分别采用低秩矩阵近似与常量统计的方法进行去除。经仿真分析去噪后的光谱图像具有较高的峰值信噪比与去噪鲁棒性，并通过机载遥感试验数据证明在大量噪声的干扰下对于响应偏低的边缘谱段仍能有效地恢复出图像信息。该方法在其它类似光谱图像去噪方面具有一定的推广应用价值。
低秩矩阵近似 常量统计 红外多光谱扫描仪 去噪 low-rank matrix approximation constant-statistics IRMSS denoising
1 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
为解决强背景弱信号场景下热红外成像系统噪声制约图像信噪比的问题, 提出了一种基于低秩矩阵近似理论的低噪宽幅热红外成像技术.利用面阵摆扫方式实现宽幅扫描成像并构建严格的观测矩阵, 通过加权核范数最小化方法求解去噪的低秩矩阵形式.试验证明该技术具有较高的峰值信噪比与降噪鲁棒性, 在宽幅成像的同时也提高了探测灵敏度.研究成果在红外弱目标识别、广域侦查等领域具有一定应用价值.
热红外成像 降噪 低秩矩阵近似 面阵摆扫 thermal imaging denoising low rank matrix approximation array whisk broom
1 中国科学院上海技术物理研究所 中科院空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对国产化大面阵红外器件技术缺乏, 用红外焦平面探测器获取图像时难以消除自身的非均匀性以及信噪比低, 航空航天成像应用中的图像采集、传输、存储成本越来越高等问题.论文引入了像面编码计算成像, 首先分析了这种成像系统的原理模型, 然后将压缩感知理论应用于计算成像中, 搭建成像原理样机, 进行非压缩和压缩的计算成像实验.最后在重构的图像质量评价中引入了信号子空间分析方法, 进行重构图像的信噪比估计, 实验结果表明, 这种信噪比估计方法更加准确有效, 并且可以以此作为实验结论给出实际压缩成像时需要的合理采样次数.
计算成像 压缩感知 图像评价 信噪比估计 子空间分析 computational imaging compressed sensing image quality evaluation signal-to-noise (SNR) estimation subspace analysis
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100040
4 上海市现场物证重点实验室, 上海 200083
针对目前基于单元探测器和线列探测器的红外成像仪不能较好兼顾大视场、高空间分辨率、高温度灵敏度的问题, 研制了一套基于非制冷型面阵红外探测器的大视场热红外成像仪, 实现了75°大视场、0.4 mrad空间分辨率和50 mK(NEΔT)温度灵敏度指标.建立了面阵摆扫图像畸变校正模型, 较好地解决了面阵摆扫图像定位精度低和图像拼接裂缝问题.研究成果对大视场面阵摆扫红外成像技术的发展具有重要的参考价值.
大视场 高分辨率 非制冷型面阵红外探测器 几何畸变 wide field high resolution uncooled infrared array detector geometric distortion
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术与系统实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
压缩成像方式既可以避免在红外波段追求大面阵器件, 又可以解决图像获取时难以消除的自身非均匀性, 信噪比低, 航空航天成像应用中的图像采集、传输、存储成本越来越高等问题。详细分析了该成像系统的原理模型, 搭建成像原理样机, 采用梯度投影算法进行图像重构的成像实验。在重构图像的质量评价中引入了信号子空间分析方法, 估计重构图像的信噪比。实验结果表明, 该信噪比估计方法更加准确有效。
成像系统 压缩成像 梯度投影算法 图像质量评价 子空间分析 激光与光电子学进展
2016, 53(12): 121101
1 烟台大学 光电信息学院,山东 烟台 264005
2 中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200083
建立波长1 550 nm的全光纤激光相干探测系统,系统采用全光纤设计,光路简单且稳定性高.数值仿真与实验结果表明,采用激光相干探测和时-频分析,可有效地提取水下不同频率、不同强度和不同深度的振动特征.该系统可实时探测出40~10 000 Hz的水下声信号,且测量标准偏差小于几个赫兹.因此,激光相干雷达用于水下目标的探测与识别具有实时性,该技术可为水下目标的特征提取和识别提供新的途径.
激光 水下声信号 相干探测 特征提取 laser underwater acoustic signal coherent detection feature extraction
中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
光束法平差是遥感图像实时拼接系统的关键步骤，它需要消耗大量的运算时间，同时也决定了系统的拼接精度。针对画幅扫描红外成像实时拼接系统中的光束法平差算法，提出了一种实用的光束法平差策略，利用相邻扫描行图像的配准平差，将最新扫描行图像依次配准到已拼接图像中，为拼接图像的实时更新奠定了基础。同时利用GPGPU对光束法平差算法进行了并行加速，在保证精度的情况下，提高了拼接算法速度。通过画幅扫描成像的实时平差实验，验证了算法的精度和实时性。
光束法平差 画幅扫描 图像拼接 bundle adjustment GPGPU GPGPU frame sweep image mosaicking 红外与激光工程
2016, 45(1): 0104002
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海市现场物证重点实验室，上海 200083
设计并实现了一套基于轻小型直升无人机的高光谱遥感成像系统。该系统包括高光谱成像，采集存储，姿态和位置测量及地面监视控制等部分。在烟台和扬州分别进行了两次飞行实验，获取了高分辨率的高光谱数据。分析了该系统在无人机平台上工作的性能。对实验数据分析后，发现平台姿态和位置的变化对地物目标的光谱信息无明显的影响，但对几何特性有明显影响，实验中平台的振动导致图像在横向有4个像元的抖动。最后利用POS数据对图像数据进行了几何校正，并分析了校正误差的来源。
遥感技术 轻小型无人直升机 高光谱成像 几何校正 remote sensing technology light weight unmanned helicopter hyperspectral imaging geometric correction 红外与激光工程
2015, 44(11): 3402
