1 江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室，江苏 无锡 214122
2 绿视芯科技（无锡）有限公司，江苏 无锡 214000
叶绿素荧光检测技术作为一种无损检测技术应用十分广泛。传统叶绿素荧光检测技术激发信号时使用的阶跃或调制脉冲（PAM）频带窄，而光合系统是一个高阶的宽带系统，难以激发出光合系统所有的动态特性，使叶绿素荧光信号含有的信息丰富度受限。目前市面上的叶绿素荧光仪均不具备宽带激励功能，限制了新兴的人工智能算法能够处理复杂信号、挖掘丰富信息的能力。针对该问题，基于伪随机二进制序列（PRBS）信号，设计开发了一套具有宽带激励功能的叶绿素荧光仪。该仪器同时能测量传统的叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）与PAM曲线，对5种不同植物在3种激发光下的叶绿素荧光的信息熵进行对比，结果表明，PRBS激发的叶绿素荧光具有最高的信息熵。该仪器能够提供信息更丰富的叶绿素荧光信号，有望为植物生理及环境胁迫检测提供新型的科学仪器。
叶绿素荧光 宽带激励 叶绿素荧光仪 信息熵 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0815002
1 江西旅游商贸职业学院 艺术传媒与计算机学院, 南昌 330100
2 江西现代职业技术学院 信息工程学院, 南昌 330095
鉴于现有的红外图像增强方法存在欠增强、过增强和放大噪声等缺陷, 提出了自适应加权直方图均衡化的红外图像增强方法。该方法提出了直方图的自适应加权系数, 其反比于每个灰度级对应直方图频次的平方根, 适当地提升频次较小的直方图, 而适当压制频次较大的直方图。用自适应加权系数对各个灰度级的直方图频次进行加权后, 进行直方图均衡化处理, 最后经灰度级映射得到增强图像。实验结果显示, 相对于现有的方法, 本方法的增强图像对比度更高, 边缘细节信息更丰富, 信息熵、平均梯度和标准差分别比现有方法高出0.23、2.2和3.7以上。因此, 本文方法的红外图像增强效果优于最新提出的现有方法。
红外图像增强 直方图均衡化 自适应加权数 信息熵 infrared image enhancement histogram equalization adaptive weighting coefficient information entropy
西安邮电大学通信与信息工程学院，陕西 西安 710121
Shannon定义的信息熵是一种度量信息不确定性的方式，Onicescu定义的信息能量是一种度量信息确定性的方式，信息能量与Shannon熵呈现一种对偶关系。累积剩余熵是使用累积分布函数替换Shannon熵的概率分布函数来度量信息不确定性的方式，基于此，提出一种新的度量信息确定性的方式——累积剩余信息能量，并将累积剩余信息能量应用于图像的阈值分割。为了克服累积剩余信息能量自身存在的计算复杂、效率低的缺点，使用递归算法提升图像阈值分割的运行速度。与经典的最大熵阈值法等相关阈值分割法的对比实验结果表明，所提方法对于自然图像与细胞血涂片图像分割均具有一定的优越性。
图像处理 信息能量 信息熵 累积剩余信息能量 阈值分割 图像分割 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1610004
安徽工业大学机械工程学院，安徽 马鞍山 243032
针对传统特征检测算法检测效率低、匹配正确率低和双目视觉测量精度不足等问题，提出一种基于局部信息熵和梯度漂移的双目视觉测量算法。首先，将图像划分成若干子区域，计算各子区域局部信息熵筛选出高熵区域，并利用oriented FAST and rotated BRIEF（ORB）算法检测特征点；其次，采用圆形邻域代替像素点，并对圆形邻域内各像素梯度幅值采用二维高斯加权的方式改进旋转不变local binary patterns（LBP）；然后，与rotated binary robust independent elementary features（rBRIEF）融合生成新的描述子进行特征匹配；最后，提出梯度漂移方法，引入特征点次极大响应值作为辅助因素，结合极大响应值通过坐标迭代更新计算出理想特征点的精确坐标，解决提取特征点坐标不准确的问题，提高测量精度。实验结果表明：所提算法的平均匹配正确率较传统ORB算法提高37.51%，测量最低相对误差达到0.365%。
机器视觉 双目视觉 局部信息熵 改进旋转不变local binary patterns 梯度漂移 测量精度 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1215004
1 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津
2 中国电子科技集团公司光电研究院, 天津
对微扫描成像技术的研究现状进行了分析, 建立了红外成像系统模型, 分析了微扫描成像技术的技术原理, 对其超分辨能力理论仿真分析, 并通过实际红外微扫描成像系统对超分辨率效果进行验证, 并对成像结果进行了分析和评价。
微扫描 超分辨率 信息熵 质量评价 micro-scanning super-resolution information entropy quality evaluation
为了降低老化的图像采集设备引入的加性噪声所带来的图像数据冗余, 研究了加性噪声对图像和视频的影响, 提出用三维块匹配(Block Matching 3D, BM3D)算法处理受噪的静态图像, 验证了通过降噪来降低图像信息熵和数据量的方法, 进而提出降噪--编码方案。首先采用四维视频块匹配(Video Block Matching 4D, VBM4D)算法对受噪视频进行降噪处理, 随后进行H.264编码。经过此方案处理的图像信息熵降低16%, 数据量减少38%;在视频质量未显著降低的前提下, 编码码流减少59.5%。数据表明该方法能在保证视频质量的前提下显著提升H.264的编码压缩率, 促进视频在小带宽通信系统中的传输。与H.264以及神经网络等编码方案相比, 该方案复杂度低, 能相对实时地处理视频。
信息熵 加性噪声 视频 H.264编码 information entropy additive noise video VBM4D VBM4D H.264 encoding
针对合成孔径雷达(SAR)图像目标识别问题, 采用非线性相关信息熵(NCIE)进行多特征选取进而实现分类。基于混合高斯模型对 SAR图像提取的各类特征进行概率建模, 采用 KL散度评价不同特征之间的相似度。采用非线性相关信息熵评价不同特征组合的相关性, 根据最大熵值确定最优特征组合。对于选取的多类特征, 基于联合稀疏表示模型进行表征和分类。利用 MSTAR数据集对提出方法在标准操作条件和扩展操作条件下进行测试, 结果验证了其有效性。
合成孔径雷达 目标识别 非线性相关信息熵 联合稀疏表示 Synthetic Aperture Radar target recognition Nonlinear Correlation Information Entropy joint sparse representation 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(2): 183
1 季华实验室，广东 佛山 528200
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
3 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
4 北京华夏光谷科光电技有限公司，北京 100088
偏振成像相比于普通成像包含更丰富的物体表面反射和散射信息。采用偏振成像的方法在不同光源照明下获得皮肤表面偏振度图像，研究同一波段光源激光和LED以及不同波段的激光和LED光源对偏振成像的影响，探索适合特殊病症的偏振成像照明光源的种类和波段。结果表明: 同一波段光源照明下，激光的偏振度图像信息熵和平均梯度都高于LED的偏振度图像；对于皮肤上红斑与黑斑的局部成像，绿光波段照明的图像细节表现力均优于红光波段光源照明时的图像, 为激光偏振成像提高皮肤状态诊断的准确性提供更多信息。
偏振成像 偏振度 激光 信息熵 平均梯度 polarization imaging polarization laser LED LED information entropy average gradient
1 天津工业大学 电子与信息工程学院，天津300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津300387
3 天津医科大学眼科医院 眼视光学院，天津0084
4 国家眼耳鼻喉疾病临床医学研究中心天津市分中心，天津30038
5 天津市视网膜功能与疾病重点实验室，天津300384
6 北京大学人民医院眼科，北京100044
7 瑞达昇医疗科技有限公司，北京101100
通过拼接角膜神经图像可以减小显微图像视场小的影响。由于显微图像存在渐晕效果，拼接图像会在拼接处产生伪影，影响医生诊断。为解决拼接图像的渐晕伪影问题，提出了一种通过非线性多项式函数建模进行图像渐晕校正的方法。首先，对单张角膜神经图像建立渐晕模型，设置符合渐晕物理性质的约束条件，利用L-M优化算法对渐晕模型参数进行迭代优化。在每次迭代优化过程中，计算对数信息熵，对当前渐晕模型的校正效果进行判断，防止图像过度校正。迭代优化结束后，将渐晕模型反向补偿原图像，完成渐晕校正处理。通过对比校正前后的拼接图像，校正后图像在拼接处无明显的渐晕伪影。实验测试5组不同患者的图像，校正后图像MSE、PSNR、SSIM评估指标平均值分别达到0.004 2、72.225 1 dB、0.960 0，具有最佳的校正效果。本文算法的校正效果明显优于其他同类算法的校正效果。该方法能够有效地对角膜图像渐晕效果进行校正，无须提前设置固定的相机和环境亮度参数。校正后图像拼接效果良好，可获得更加准确、清晰、视野范围大的角膜神经拼接图像。
计算机视觉 角膜神经显微图像 渐晕校正 共聚焦显微镜 对数信息熵 computer vision corneal nerve microscopy images vignetting correction confocal microscope logarithmic information entropy 光学 精密工程
2022, 30(20): 2479
1 东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌 330013
2 东华理工大学 网络与信息中心，江西 南昌 330013
3 东华理工大学 信息工程学院，江西 南昌 330013
4 江西省数字国土重点实验室，江西 南昌 330013
5 江西省放射性地学大数据技术工程实验室，江西 南昌 330013
6 核资源与环境国家重点实验室，江西 南昌 330013
7 中国科学院 古脊椎动物与古人类研究所，北京 100044
以恐龙蛋为对象，针对大量恐龙蛋壳化石CT图像目标与背景的分离需求，以及传统提取方法繁琐、精确度不高且需要较多人工参与，不能实现完全自动化等问题，提出了一种基于信息熵的CT图像目标自动分离提取方法。首先手动训练样本信息熵参数，将其作为自动分离大量CT图像的参数；再根据灰度图像亮度直方图确定分割阈值；然后基于信息熵算法进行自动分离；最后依据分割阈值和信息熵值，实现目标区域的最终分离和提取。该方法获得了良好的分离提取效果，所获分割阈值范围为66~188，信息熵值范围为0.43~0.65。基于3 329张16位恐龙蛋壳原始切片CT图像样品数据所进行的评价实验表明，对于数量较多的CT图像，所提出的方法自动分离提取具有很高的效率，可达到98.89%，并且能在正确提取出目标方解石的同时保留较为完整的目标与边缘细节，分离处理的准确性和快速性良好。
CT图像 恐龙蛋壳化石 信息熵 分割阈值 自动分离提取 CT image fossilized dinosaur eggshells information entropy segmentation threshold automatic separation and extraction
