中国民航大学计算机科学与技术学院，天津 300300
飞机蒙皮作为航空器的重要部件，直接影响到飞行安全，故飞机蒙皮损伤检测对于有效预防航空安全事故具有重要意义，基于边界框边缘感知向量（BBAVectors）提出一种改进的旋转目标检测方法。首先针对损伤尺度变化大的问题，采用特征融合网络（FFN）提升多尺度检测效果；其次针对飞机蒙皮图片存在大量背景噪声的问题，引入coordinate attention（CA）机制来增强目标特征信息；最后针对蒙皮损伤分布方向任意的问题，通过BBAVectors表示任意角度的损伤位置，以提升目标定位的准确性。实验结果表明，改进的旋转目标检测方法相比原模型检测精度提升了5.7个百分点，并且检测精度高于主流的水平目标检测方法，在有效解决方向任意的飞机蒙皮损伤检测效果的基础上，为航空器损伤检测方法的提升提供更好的技术支持。
图像处理 旋转目标检测 飞机蒙皮损伤检测 特征融合 注意力机制 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1010025
河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
光谱信号增强是提高激光诱导击穿光谱技术分析性能的重要手段之一, 对等离子体进行空间约束由于装置简单且约束效果好而常被采用, 等离子体的特性会直接影响空间约束的效果, 而等离子体的特性与实验系统中激光的聚焦情况密切相关, 为研究激发光源的聚焦情况对半球形空腔约束等离子体光谱增强特性的影响, 通过控制透镜到样品之间的距离(LTSD)来改变激光的聚焦位置, 分别在无约束和有半球形空腔约束两种实验条件下, 烧蚀合金钢产生等离子体, 采集15个不同LTSD位置时等离子体的时间演变光谱, 得到谱线强度和增强倍数随着LTSD和采集延时的二维空间分布图。 研究结果发现: 无约束情况下, 谱线强度分别在LTSD为94和102 mm时出现峰值, 在采集延时小于8 μs时, 谱线强度的最大值在LTSD为94 mm的位置, 采集延时大于8 μs后, 谱线强度的最大值出现在LTSD为102 mm的位置; 当用半球空腔约束等离子体, 谱线强度先后在采集延时范围为4~10和12~15 μs出现第一次增强和第二次增强。 谱线强度出现第二次增强的主要原因是被半球腔内壁反射的冲击波与等离子体相互作用后会继续向前传播, 遇到另一侧的腔壁再次被反射, 进而对等离子体产生二次压缩。 分析增强倍数随LTSD和采集延时的二维变化关系发现, 第一次增强的最大增强倍数随LTSD的变化没有明显规律, 增强倍数在2~6之间波动; 谱线第二次增强时的增强倍数相对较高, 最大增强倍数随着LTSD变化呈现出先增大再减小, 然后再小幅增加后降低的变化规律, 在LTSD为96 mm时达到最大值, 两条谱线的最大增强倍数约为6倍。 分析出现最大增强倍数对应的延迟时间发现, 第一次增强出现的最优延迟时间在6~9 μs之间变化, 当LTSD在85~93 mm范围时, 最优延迟时间保持不变, 当LTSD在94~105 mm时, 出现先降低再增大的变化规律; 第二次增强出现的延迟时间主要在14~15 μs, 随着LTSD的变化没有明显的变化规律。
激光诱导等离子体 半球腔约束 光谱增强 聚焦位置 Laser-induced plasma Hemispherical cavity confinement Spectral enhancement Focusing position 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3577
1 吉林工程技术师范学院 量子信息技术交叉学科研究院，吉林 长春 130052
2 吉林省量子信息技术工程实验室，吉林 长春 130052
3 长春大学 理学院，吉林 长春 130022
为克服扫描方式多光谱成像无法捕获动态场景下的多光谱数据，提出了一种基于相位调制实现运动目标单次曝光多光谱成像方法。该方法将关联成像技术、压缩感知技术与光谱成像相结合，在成像光路中引入空间随机相位调制器，对运动目标物体三维图谱信息数据进行调制和压缩，然后利用探测器获取二维混叠信号，实现单次曝光获取运动目标的三维图谱信息重构，具有光能利用率高、成像时间短、系统结构简单等优点。实验结果表明：单帧CCD探测信号的电子数均值从200 e−按100 e−的间隔增加到1300 e−时，随着电子数均值增加，重构图像相对均方根误差rRMSE值对应减小，重构图像质量提高；当步进电机以30 Hz速度带动目标物体连续运动时，可获得较好质量运动物体的多光谱重构图像；采用光谱仪对目标物体中不同谱段的光谱分布曲线进行测试，所得结果与重构图像的光谱分布曲线相吻合，证明了该方法的有效性。研究结果对多光谱关联成像技术在无人机平台、动态监测等领域的应用提供了有益借鉴。
多光谱 关联成像 压缩感知 运动目标 探测信号 multispectral correlated imaging compressed sensing moving target detection signal 红外与激光工程
2021, 50(7): 20210184
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
3 西安电子科技大学, 陕西 西安 710071
嫦娥三号全景相机具有彩色成像模式, 在发射前需先进行彩色定标, 样本真值的获取是彩色定标的前提。 传统方法获取的颜色真值在色差值和视觉感知上都与实际值存在明显的偏差。 若直接采用该颜色值作为真值进行彩色定标, 影响定标后的色差大小和定标校正后颜色的人眼视觉感知效果。 为探索更好的颜色真值获取方法, 利用实验室内测得的D65定标光源的相对光谱功率分布, 重新定义了转换矩阵中的白点坐标, 然后基于CIE颜色计算公式, 根据格拉斯曼颜色混合定律, 对XYZ与sRGB颜色空间之间的转换矩阵进行了修正, 提高了样本真值获取的准确度。 另外利用修正后的转换矩阵对sRGB空间的三刺激值曲线进行了重新计算, 对标准转换值偏离实际值的原因进行了分析。 通过地面试验验证, 相对于传统样本真值获取方法, 利用该真值获取方法定标后A, B两相机的色差值分别降低了0.8和0.73; 定标矩阵校正在轨图像时, 色差分别降低了26.50%和34.47%, 且校正后的颜色与人眼的视觉感知效果更接近。
嫦娥三号 颜色真值 光谱功率分布 三刺激值 彩色定标 Chang’E-3 truth color values Spectral power distribution Tristimulus values Color calibration
1 华中农业大学食品科技学院环境食品学教育部重点实验室, 湖北 武汉430070
2 湖北省产品质量监督检验研究院, 湖北 武汉430061
为了快速、 准确鉴别预包装纯菠萝汁是否掺有外源性糖, 采用傅里叶变换衰减全反射中红外光谱技术采集900～1 500 cm-1范围内不同批次的预包装纯菠萝汁样品和掺入甜菜糖浆、 大米糖浆、 木薯糖浆的菠萝汁掺假样品的中红外光谱共计234例, 以线性判别分析和支持向量机分析为掺假鉴别模型的建模方法, 比较了全波段谱图与通过主成分载荷系数分析选取特征波长图谱的两种掺假鉴别模型。 研究表明, 全波段图谱的线性判别分析和支持向量机分类模型对验证集的判断正确率均高于88%; 选取8个特征波长之后, 线性判别分析模型验证集判断正确率提高至96.15%, 支持向量机模型验证集判断正确率提高至94.87%, 且模型输入变量由312个减少到8个。 利用傅里叶变换衰减全反射中红外光谱技术结合化学计量学方法选取特征波长后建立的模型可以较好的应用于预包装纯菠萝汁外源糖的鉴别。
傅里叶变换中红外光谱 化学计量学方法 预包装纯菠萝汁 糖 鉴别 Mid-FTIR Chemometric method Prepackaged pure pineapple juice Sugar Discriminate 光谱学与光谱分析
2015, 35(10): 2734
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
为了满足紫外告警相机的特殊应用需求, 分析了超广角光学系统的结构形式、像差平衡以及像面照度的一致性。设计了工作于0.254~0.272 m波段的大视场、大相对孔径紫外光学系统, 其视场角为120°, 相对孔径为1/2。该系统采用反远距, 准像方远心光路设计, 减小了轴外视场和轴上视场的像面不均匀性; 通过优选光学材料并合理分配光焦度优化了系统特性。实验显示, 该系统在满足成像质量要求的前提下, 具有成像畸变小、像面照度均匀等特点。光学系统全视场最大弥散斑半径小于63.5 m, 轴上、轴外视场像面照度均匀性小于10%, 0.71视场的相对畸变小于20%。整个光学系统结构紧凑, 满足设计指标要求, 适合紫外告警相机的使用。
光学设计 大视场大相对孔径相机 紫外告警 反远距 像面照度 optical design space camera with wide angle and large relative ap ultraviolet warning inverse telephoto image plane illumination 光学 精密工程
2014, 22(12): 3212
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 长春 130033
为了提高紫外探测器系统的信噪比, 确保紫外告警相机的低虚警率, 分析与研究了大视场紫外光学系统的结构型式, 采用反远距、准像方远心光路, 实现了大视场光学系统的像差校正, 使系统具有优良的成像质量及均匀的像面照度.设计了波段范围为0.254~0.272 μm、视场角为110°、相对孔径为1/3的光学系统.系统成像质量良好, 畸变小, 像面照度均匀.成像质量分析结果表明：全视场最大弥散斑半径小于53.7 μm, 轴上、轴外视场像面照度均匀性小于15%, 0.85视场的相对畸变小于20%, 满足紫外告警相机的使用要求.
大视场 大相对孔径 光学设计 紫外告警 成像质量 像面照度 Wide angle and large relative aperture Optical design Ultraviolet warn Image quality Image illumination uniformity 光子学报
2014, 43(12): 1222004
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室, 吉林 长春 130033
为了实现对远距离目标的实时跟踪与测量, 设计了口径为650 mm, 焦距为5 000~2 000 mm的连续变焦距光学系统。提出了牛顿式折反射光学系统与倒置的连续变焦距光学系统组合的设计方法, 实现了光瞳的合理匹配与对接。确定了合适的入瞳位置, 消除了变焦过程中像面容易产生的鬼像。通过合理匹配主系统和变焦距系统的光焦度, 使得二级光谱最小化。运用CODEⅤ软件对各焦距位置的像差进行优化与平衡, 使变焦距光学系统在各焦距位置的像差均得到校正与平衡, 像面保持严格的一致性, 从而各焦距位置成像质量良好。实验显示该系统全视场平均传递函数均在0.524以上(Nyquist频率: 35 lp/mm), 满足使用要求。
连续变焦距光学系统 折反射光学系统 光学设计 像质 continuous zoom optical system catadioptric optical system optical design image quality
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 长春 130033
针对三线阵立体测绘相机CCD成像靶面偏离最佳像面位置, 影响成像质量的问题, 根据光学系统的设计参量, 计算测绘相机的调焦准确度, 分析像方远心光路对测绘相机调焦准确度及调焦对测绘准确度的影响.结果表明, 光学系统的调焦范围为±2 mm；当采用像方远心光路, 在允许离焦的范围内进行调焦时, 产生的投影畸变可忽略不计.调焦后光学系统的成像质量、畸变要求满足高测绘准确度要求.
测绘相机 测绘准确度 光学设计 调焦分析 像方远心 Mapping camera Mapping accuracy Optical design Focusing analysis Telecentric
