1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于复合式变焦系统结构, 提出了一种三组元连续变焦设计数学模型.在该模型的指导下, 针对中波制冷型15 μm、640×512的凝视型焦平面探测器, 设计了一款紧凑型高变倍比连续变焦光学系统.该系统工作波段为3.7~4.8 μm, F数为4, 利用该模型分配光焦度、计算初始点得到系统焦距变化范围为9~740 mm, 变倍比达80×.整个光学系统仅采用硅、锗两种红外材料, 共八片透镜, 利用二次成像方法及45°反射镜对系统进行了U型折叠, 在实现100%冷屏效率的同时有效控制了横向和纵向尺寸.完成了各动组凸轮曲线的优化设计和对比分析, 从光学传递函数、点列图、畸变、冷反射及环境适应特性等多方面对系统进行了分析.结果表明, 该系统具有变焦轨迹平滑、冷反射抑制特性优良、成像质量佳、环境适应性好及工程可实现性等优点.该数学模型的正确性和可行性也得到了验证.
光学设计 红外技术 连续变焦 大变倍比 Optical design Infrared technique Continuous zoom Large zoom ratio
中国科学院西安光学精密机械研究所， 陕西 西安 710119
对于红外输出图像的非均匀性，通常可采用两点校正法和神经网络法进行改善。但两点校正法不能有效地克服环境温度漂移的影响；神经网络法收敛缓慢，使静止图像逐渐融入背景，导致运动目标出现伪像。提出一种多本底采样自适应非均匀校正算法，在不同的环境温度点采集多组高低温本底，根据最小二乘法拟合计算得到非均匀校正系数和环境温度的关系，根据环境温度的改变自适应完成非均匀校正。测试结果表明，该方法简单可行，能够较好地克服环境温度漂移的影响。
光计算 非均匀校正 神经网络法 多本底采样 最小二乘法 光学学报
2016, 36(10): 1020001
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
为解决扩展卡尔曼滤波在处理复杂非线性状态估计时，存在收敛速度慢、估计精度低及数值稳定性差等问题，引入一种改进的平方根容积卡尔曼滤波算法(A-SRCKF)。该算法在容积卡尔曼滤波基础上引入矩阵QR分解、Cholesky分解因数更新等技术，避免了矩阵分解、求逆及求导等复杂运算，极大降低了计算复杂度；并针对系统时变及统计特性未知情况下量测噪声协方差阵难以获取问题，通过引入自适应噪声估计器并结合小波卡尔曼滤波思想，构造出加权量测噪声协方差阵，提高了数值精度及稳定性。将A-SRCKF应用于机载定姿定位系统中，仿真结果表明：该算法有效地提升了估计精度，并且运行速度较快。
平方根容积卡尔曼滤波 非线性滤波 容积规则 数据融合 square root CKF nonlinear filter cubature rule data fusion POS POS
中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
鉴于目前普遍采用软件方法获得大视场视频图像操作不便且实时性受限的缺陷，研究并设计了一种基于FPGA的可编程技术来实现多个摄像头视频数据实时拼接的大视场成像系统。系统通过APTINA公司的彩色CMOS图像传感器MT9M034获取原始视频图像信息，以Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA为核心完成视频数据的实时采集、缓存、拼接及传输。图像拼接部分首先对原始图像进行亮度差异自动调节的预处理以提高整体的拼接效果，然后利用相位相关法完成相对平移量信息检测，对原始图像进行配准，最后采用线性加权融合算法对相邻两幅图像的重合区域进行融合处理，使拼接之后的大视场图像达到渐进渐出平滑过渡的效果。实验结果表明，该成像系统简单可靠，有效地增大了可观测视场，经过拼接处理之后的大视场视频图像清晰度高、实时性强，具有一定的代表性和实用性。
大视场成像 实时拼接 相位相关 线性加权融合 FPGA FPGA large field of view imaging real-time mosaic phase correlation linear weighted fusion
中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安710119
非制冷红外焦平面阵列的固定图案噪声具有与条带噪声相类似的特性.通过对矩匹配算法和时域高通滤波算法的研究, 提出了一种多尺度时域矩匹配非均匀性校正算法.首先利用高斯金字塔对相邻帧待校正图像进行全局运动估计, 然后对各尺度的高斯金字塔和拉普拉斯金字塔分别进行时域矩匹配.对真实红外图像序列的实验结果表明, 该算法在提高收敛速度的同时可有效减少鬼影现象的出现.
非均匀性校正 时域高通滤波 多尺度时域矩匹配 拉普拉斯金字塔 鬼影 nonuniformity correction temporal high-pass filter multiscale temporal moment matching Laplacian pyramid ghosting artifacts 红外与毫米波学报
2015, 34(4): 0401
中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
红外焦平面阵列各探测元响应的非均匀性降低了图像的质量和温度分辨率，定标类和场景类校正算法为解决该问题提供了可行的途径.传统的基于黑体定标的校正算法由于其简单有效而被广泛使用，但是其缺点在于依赖黑体及其相关控温装置.本文提出了一种改进的基于积分时间定标的两级校正算法.在保持入射辐射不变的情况下，首先通过改变积分时间得到系列响应数据，然后利用最小二乘法估计出两点校正所需的初始校正系数，并对不同积分时间下的响应数据进行初校正，最后估计出一点校正系数.实验结果证明该方法具有计算量小、校正准确度高的优点，可取得优良的校正效果，并易于在硬件平台中实现.
非均匀性校正 积分时间 红外焦平面阵列 最小二乘 Non-uniformity correction Integration time Infrared focal plane arrays Least square
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
彩色数字相机的曝光准确度直接影响了图像的色彩表现及人眼视觉的感受效果。提出了一种基于人眼视觉感观特性的相机自动曝光方法。通过对图像清晰度、色彩饱和度以及亮度等因素的客观评价，建立了曝光估计函数。根据统计原理并结合经验公式，对曝光估计值与曝光步长增量之间的函数关系进行标定，确立了曝光增量函数。根据当前帧图像的不同亮度属性，结合曝光增量函数，实时计算下一帧所需要的理想曝光值。大量实验表明，该方法对于不同场景、不同光照条件下图像的曝光量都有良好的调节效果，稳健性较强并具有较高的调节效率。
图像处理 光学工程 自动曝光 评价函数 亮度 数字相机 光学学报
2013, 33(10): 1011003
中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
提出了基于空域双边滤波和双树复小波变换的图像去噪算法.该算法使用双树复小波变换对含噪图像进行多尺度和多方向的分解,对各个高频方向子带使用带有方向窗的局部维纳滤波算法进行去噪.在重构过程中,对每一个尺度上重构得到的低通图像使用空域的双边滤波算法进一步的去除噪声.实验结果表明本文提出的图像去噪算法获得了明显的去噪性能改善.
双边滤波 双树复小波 局部维纳滤波 图像去噪 Bilateral filtering Dual-tree complex wavelet Local Wiener filtering Image denoising
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，西安 710119
2 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室,西安 710071
设计了具有45°和135°方向的二维棋盘形滤波器对.通过棋盘形滤波器对，输入图像被分解为两幅子图像,且二维余弦调制滤波器组被分别应用到每幅子图像.这种结构等效于一个冗余比为2的新的方向滤波器组.新的方向滤波器组具有良好的方向和频率选择性.将双重局部维纳滤波算法和新的方向滤波器组相结合，提出了一种新的图像去噪算法.实验结果表明：对于含有丰富纹理的图像，本文提出的算法获得了明显的去噪性能改善.
余弦调制滤波器组 棋盘形滤波器对 方向滤波器组 双重局部维纳滤波算法 CMFB Checkerboard-shaped filter pair DFB Doubly local Wiener filtering
