1 引言
图像配准是许多应用问题必须的预处理步骤,比如:时序图像的变化检测或多模图像融合,这些问题遍及军事、遥感、医学、计算机视觉等多个领域。许多领域都需要图像配准,实际应用过程可能会有所不同,但其中关键的因素是类似的。概括地说,图像配准是对取自不同时间、不同传感器或者不同视角的同一场景的两幅或多幅图像进行最佳匹配的过程,包括像素灰度匹配和空间位置对齐。配准方法的分类可以依据不同的准则。Bro2wn[1 ]依据变换模型的复杂程度对配准方法进行分类,并归纳了配准技术的实现步骤:特征空间、相似度测量、搜索空间和策略。Maintz[2 ]等则提出了9条分类准则,依次为:图像维数、配准特征的来源、变换模型、坐标变换域、交互性、优化策略、成像模式、配准对象、配准目标的特点等。作者参考Brown 和Maintz 的分类方法,将配准技术概括为8 个方面,包括:配准对象、特征提取、特征匹配、变换模型、优化策略、坐标变换与插值、系统实现及算法评估,并考虑每项内容的技术特性进行细分,然后依据某一算法的创新点进行分类。囊括所有方法的分类准则是不存在的,所提方法侧重于从总体上对配准方法进行考察,是一种相对能反映配准方法本质特征的分类方法。依据新的分类准则,作者已对图像配准技术的8 个子方向进行了系统研究。
2 发展史和研究现状
国外从20 世纪60 年代就开始在图像配准领域进行研究,但直到1980 年代才开始引起学者们的关注。到上世纪末,单模图像配准问题已基本解决,但多模图像配准由于涉及模式和领域的复杂性,仍需密切关注。国际上对图像配准技术曾做过调查,其结论是1990 年代初技术文献明显增加。而国内从1990 年代初才开始涉足此领域。下面依据科研分布情况对当前图像配准技术的研究现状进行阐述。通过对研究成果(比如:硕、博士论文) 相对集中的科研机构或技术人员进行分析,可以很好地把握该领域的研究广度和深度。1)
UMCU(UniversityMedicalCenterUtrecht ,Neth2erlands) 图像科学所。以Max A. Viergever 教授为代表,研究兴趣包括计算机视觉和医学成像的所有方面。文献[6 ]综述了该所上世纪最后10 年的研究情况,重点在图像配准、图像分割和可视化。2) VU (Vanderbilt University ,USA) 电子工程与计算机科学系。以J . Michael Fitzpatrick 教授为代表,研究兴趣在医学成像,医学图像处理,图像配准、图像制导手术。3) SU ( Syracuse University , USA) 电子工程与计算机科学系。以Pramod K. Varshney 教授为代表,研究兴趣在隐藏武器探测。文献[ 7 ]综述了其课题小组近10 年的研究情况。4) KCL ( King’s College London) 医学成像科学组。以Derek L. G. Hill 教授为代表,研究兴趣在图像配准、多模图像制导手术、MRI 运动纠正、形状分析等,著有?医学图像配准?。5) WSU ( Wright State University ,USA) 计算机科学工程系。ArdeshirGoshtasby 教授为代表,近20年来,一直致力于图像配准技术研究。他是图像融合系统研究的发起者,并创立了以研究和发展图像配准及融合技术为目的的公司。6) 美国NASA 空间飞行中心。以Jacqueline LeMoigne 教授为代表,为图像配准在遥感领域应用作了大量工作,涉及多种技术在该领域的应用,诸如小波多分辨率策略以及互相关、互信息、Hausdorff 距离等相似度测量。7) 20 世纪90 年代初国内开始进行图像配准技术的研究,文献[8 - 9 ]应该是比较早的研究成果。
3 技术热点
图像配准技术的文献浩如烟海。通过对当前技术热点的分析,不仅体现了该领域存在的问题,也揭示了进一步的研究方向。
3.1 传感器校正
图像配准是与获取待配准图像的传感器紧密联系的。在图像获取之前解决图像配准问题的方法之一是构造一种能够同时获得多种模式图像的成像装置,这是今后实现图像配准技术的一个重要发展方向。文献[10 ]提出了一种距离图像扫描机制,可以不需配准就能融合数据。通过研究成像设备参数可以有效地消除图像间差异。文献[11 ]利用传感器参数进行图像配准。系统中传感器光轴一致,有相同的中心,则图像只反映了视场角和空间分辨率的不同。根据传感器参数,对图像剪切、缩放、重采样和插值,可直接匹配视场角和空间分辨率。基于成像模型的配准方法是建立在图像空间和地面物理空间之间严格的几何变换基础上,需要准确的传感器位置和姿态参数以及数字高程模型(DEM) 的支持。文献[12 ]在配准由飞机或其他空中平台拍摄的地面上的景物图像时,考虑到配准的精度和实时性,采用了基于成像模型的配准方法,克服了传统配准方法在图像出现较大扭曲时的不足。
3. 2信息论技术
最近几年,以信息论为基础的图像配准方法越来越受到研究者的关注。其理论依据是:同一目标的两个图像所反映的信息必具有某种内在的关联。随着两幅图像对齐程度的变化,这种关联也随之变化,当互信息达到最大时,则认为两幅图像已配准。等人分别独立地把交互信息引入图像配准领域,为多模态图像配准提出了一种新的思路。互信息配准的计算量很大,文献[ 15 ]提出的非线性迭代方法明显降低了计算量,并在其后的研究中证明,该方法是有效的。文献[ 16 ]提出用非等距离的快速FFT 变换来计算互信息,不仅提高了配准速度,也改善了配准精度。文献[17 ]认为互信息法在图像之间差异太大时将失效,所以在配准从MTI (Multispectral Thermal Im2ager) 获得的多光谱图像时,将互信息做了多变量推广,在多光谱图像之间采用循环的相似度匹配原则,较好地实现了多光谱图像配准。互信息测度通常基于shannon 熵定义,文献[ 18 ]展示了基于renyi 熵的互信息测度,在许多情况下都显示了优越性。文献[ 19 ]则研究了tsallis 熵,
认为相比shannon 熵,具有更好的配准精度和收敛速度。除了互信息外,信息论还提供了许多其他方式的测度,文献[20 ]对其作了全面论述和比较。
3. 3 非刚性配准
非刚性配准是当前的研究热点,集中在医学领域。非刚性配准方法主要有基于空间变换的配准方法和基于物理模型的配准方法两大类。基于空间变换的非刚性配准方法采用图像的空间变换来拟合图像的变形,常用方法有多项式法、基函数法、样条函数法等。在基于物理模型的配准方法中,不同图像之间的差异被认为是由一种物理变形引起的。基于物理模型的配准方法就是构造能够拟合这种变形的物理模型,主要的物理模型有弹性模型、粘性流体模型和光流场模型。文献[23 ]将所有非线性配准算法归结在一个变化框架下,并在此框架下,提出了一种基于曲率的图像配准算法。
3. 4 复合配准
复合配准适宜于待配准图像之间有较大的尺寸比例差别、较大的旋转角及较大的平移,甚至还伴随着各自图像的畸变,或存在较严重的几何校正残余误差。复合配准有3 种复合方式:结合基于特征和基于灰度的配准方法、结合图像中不同的特征以及变换模型分解。
3. 5 变换模型的特性
大多数图像配准技术中存在一个共同的问题,即图像A 到B 的估计变换不是B 到A 变换的逆,这种非一致性起因于匹配策略没能很好地描述图像间的对应关系。文献[29 ]提出了一种联合估计图像间的正向和反向变换的方法,保证了正向和反向变换的互逆性。文献[30 ]进一步明确指出配准变换不一致是由相似度测量的不对称造成的。文献[ 31 ]提出通过分析变换模型是否具有可逆性和传递性来评估非刚性配准算法的性能。文献[32 ]提出了两种一致性配准算法,第一种是基于界标的,第二种是基于界标和灰度信息的。靠近界标的位置使用界标配准,其他地方用灰度信息配准。这两种方法通过最小化正向和反向变换的误差来联合估计正向和反向变换。
3. 6 分割和配准并行
配准和分割有着密切的联系,一个问题的解决,对另一个问题的解决有着极
大的帮助。如分割问题得到好的结果,则根据对应关系,配准可以大大得到简化;如配准问题得到精确实现,则可以将图像与己知图谱相匹配,从而可实现完全自动的分割。文献[33 ]提出了两种将互信息推广应用于非刚体配准的算法,并指出下一步目标是将图像分割和图像配准结合在一起,用各自输出的信息互相指导下一步的操作,迭代达到最优。文献[34 ]将配准和分割的关系比作鸡和蛋的问题,到底哪个先? 文中提出了期望最大值算法,分割和配准同时进行。
3. 7 多模图像配准
不同性质的传感器获取的图像灰度和特征信息往往有很大的不同,这使得图像配准变得更加困难。互信息法在多模图像配准领域应用最广泛,但当图像有大角度旋转或大尺度缩放时,要么无效,要么费时。该领域的发展趋势是基于特征的配准方法以及充分利用传感器参数。1997 年,文献[ 35 ]全面讨论了多模图像配准技术存在的问题并达成了共识,对现在的技术发展仍有很好的指导意义。
3. 8 分窗口配准
分窗口配准的基本思想是将待配准图像分成多个小窗口,并在参考图像中找到相应的窗口,然后以这些小窗口的中心作为控制点,可以求出图像间刚体或非刚体变换的参数。文献[36 ]自动将配准图像分解成一系列细节丰富的、互不相同的模板,选择匹配最好的4 个模板的中心作为控制点,计算配准图像的平移和旋转参数。模板选择在相似区域,避开了不相似区域的影响,因此优于直接匹配整个图像的方法。文献[37 ]提出了非均匀窗口的思想,通过可逆转移马尔可夫链的蒙特卡罗统计程序可以最优地选择窗口点的位置。
4 应用趋势
虽说图像配准技术源于计算机视觉,但当前在医学领域应用最多、研究的也最深入,值得遥感和军事领域的研究者借鉴。上述4 个领域对图像配准技术的研究相对集中,当然,配准技术也广泛应用在其他一些领域,诸如:工业检测、版权保护等。本节重点论述配准技术在计算机视觉和军事领域中一些比较新颖的应用。
4. 1 计算机视觉
图像配准技术在1960 年代初最早源于计算机视觉领域,用于识别图像中预先设好的多面体目标。在计算机视觉领域,配准时对整个场景都采用同一几何变换有时是不合适的,需要确定感兴趣区域。文献[43 ]在配准供监视用的序列图像时,提出bounding box 配准算法,即只进行跟踪目标区域配准。文献[44 ]深入探讨了运动估计问题,提出了基于样条的图像配准框架,囊括了运动估计中的光流计算、立体匹配、运动结构和特征跟踪。该方法结合了局部运动模型和全局运动模型的最优特征,相关计算时不必计算重叠窗口,只需计算相邻光流估计的相关测度。现有的多数人脸识别系统都要依赖于面部特征(比如眼睛中心位置) 的严格配准来归一化人脸以便提取人脸描述特征,但面部特征配准的准确度如何影响人脸识别算法的性能却没有得到足够的重视。文献[45 ]首次对这一问题进行了系统的研究,并提出了一种基于误配准学习的解决方案。
4. 2 军事
军事领域的配准可以用于变化检测、运动目标指示、视点稳定、大视场重构、多通道融合、地形定位和导航等。文献[46 ]指出美国海军空战中心扩大了自动连接点分析与配准(ATAR) 计划以使其包括图像序列的仿射配准和目标探测能力。每张图像中的这些连接点是分开计算的,然后把它们匹配起来以确定图像之间的配准。美国海军空战中心有一个网站专门从事图像的实时配准,其中包括某些很难配准的范例图像集。文献[47 ]分析了红外焦平面阵列的填充因子对基于相关的图像配准和目标跟踪算法性能的影响。多目标配准是一个棘手的问题,文献[ 48 ]对其作了初步探讨,还有许多后续的工作要研究。为了使机载前视红外探测器得到高分辨率图像,文献[49 ]采用微扫描技术和图像配准结合的方法。同样使用配准技术,文献[ 50 ]是为了消除由于飞机运动引起的图像序列不稳定。文献[51 ]论述了图像配准技术在国防领域的应用,并给出了澳大利亚国防科技
组织和传感器信号信息处理中心的研究现状。
近年来,增强现实技术(Augment Reality) 逐渐引起了关注。其总体思想是为了得到高精度的实时操作,通过融合同一场景的虚拟库和真实视频,得到更多有利于操作的信息。文献[52 ]提出了用于配准和融合同一场景的虚拟库和真实视频的实现框架。
5 结论与展望
图像配准技术是图像处理领域的一项基本研究内容,涉及图像分割、特征提取、模式识别和优化理论等多项关键技术,这些技术的进展影响着配准技术的发展。图像配准技术在国外的研究比较成熟,而国内起步较晚。作者在查阅大量国内外文献的基础上,系统阐述了当前图像配准技术的研究热点和应用趋势,可使感兴趣的研究者迅速把握国际前沿。配准效果评估是配准过程的一个重要组成部分。不对配准效果进行评估,则配准方法的准确性和实用性受到置疑,配准也就毫无意义。研究者们对于刚体变换模型的配准效果评估已做了许多工作,综述性的文献可参见文献[53 ] ,但是关于非线性(局部、弹性) 配准方法的配准效果评估工作才刚刚起步。自动配准技术是实时P准实时融合系统工作的前提条件。在目前的研究中,很多方法还需要一些
人工干预,无法实现全自动的配准。依据当前的技术水平,完全自动的图像配准是不现实的,人工参与还是必需的,如参数选择和配准效果评估等,但要尽可能减少人工参与的程度。所有的配准方法都假定配准的图像具有共同之处,否则就不能匹配。不同的图像配准方法都是针对不同类型的图像的配准问题,到目前为止,尚不存在哪一种图像配准方法能对各种不同的图像进行配准,但是今后可以设计一个统一的框架来实现不同图像的配准问题。文献[54 ]提出了一种综合内部和外部信息的图像配准框架,统一了许多算法,也指出了配准技术的发展方向。传统的配准算法都是基于固定组件的,新的趋势是开发一个含有标准组件的工具包,其中含有多个相似度测量方法、变换模型和优化策略[55]。具体应用时,可采用专家系统方式,识别待配准的任务,找到最合适的配准方法。配准的目的就是为了应用,所以要根据具体任务折衷配准的准确度、精度、可靠性、鲁棒性以及自动化、交互性、实时性和易操作性。用宽时窗和短频窗; 这一点正是所说的小波变换之自适应分辨分析特性,符合对分析非平稳信号特性的要求;再次,短时傅里叶变换具有正交特性,基函数由连续三角正交基{ ejwt} 构成,由此带来的结果是:在处理非平稳信号时,由于频率成分比较丰富,故利用短时傅里叶变换展开时其系数的能量必然包含很宽的范围;而小波变换则不一定要求其正交特性,基函数也可以取非三角函数,因此,在更宽松的条件下可以取到合适的小波,使得按照小波变换展开时其系数的能量比较集中。由此可见,WT 可以很好地弥补STFT 的缺点。基于小波变换提取群目标的回波信号参数与小波基函数的选取有直接关系,因此应先根据目标回波信号的频谱特点选择合适的小波基函数,如对于回波信号
类似于线性调频信号的情况,经常选用具有较好高斯外形的Morlet 小波。当然小波变换也并不是没有缺陷,如运算速度慢,在低信噪比下除噪能力不是很好等。这些变换和信号处理方法可以根据具体的环境结合起来运用,如Radon 变换可以用在小波分析里,文献[8 ]就是一个很好的实例;它的分辨能力明显要比文献[9 ]单纯用小波变换的效果好。
6 结论
上述几种现代信号处理方法都有各自的优缺点,在实际运用当中应当充分考虑实际情况选择最佳方案,最大限度地发挥它们的优势,抑制它们的缺陷。现代信号处理领域的研究,为更深入的探索提供了理论依据和技术支持。随着研究的不断深入,脉冲压缩技术、定阶方法、频率步进信号等技术也被应用到该领域中,如何将这些技术有机结合,充分发挥它们各自的长处,达到最优的分辨效果,是现代雷达信号处理领域研究的一个重要课题。
红外图像与可见光图像融合 ——笔记 图像融合是将来自不同传感器在同一时间(或者不同时间)对同一目标获取的两幅或者多幅图像合成为一幅满足某种需求图像的过程。 为了获得较好的融合效果，在研究融合算法之前，对图像预处理理论及方法进行了研究。预处理理论主要包括图像去噪、图像配准和图像增强。图像去噪目的是为了减少噪声对图像的影响。图像配准是使处于不同状态下的图像达到统一配准状态的方法。图像增强是为了突出图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，并方便图像的进一步融合。 图像融合评价方法：主观评价和客观评价。指标如：均值、标准差、信息熵等。 针对 IHS 变换和小波变换的优缺点，本文提出了一种基于这两种变换结合的图像融合方法。该算法的具体实现步骤如下：先对彩色可见光图像进行 IHS 变换，对红外图像进行增强，然后将变换后得到的 I 分量与已增强的红外图像进行 2 层小波分解，将获得的低频子带和高频子带使用基于窗口的融合规则，而后对分量进行小波重构和 IHS 逆变换，最后得到融合结果。经仿真实验证明，此结果优于传统 IHS 变换和传统小波变换，获得了较好的融合结果，既保持了可见光图像中的大量彩色信息又保留了红外图像的重要目标信息。 红外传感器反映的是景物温度差或辐射差，不易受风沙烟雾等复杂条件的影响。一般来说，红外图像都有细节信息表现不明显、对比度低、成像效果差等缺点，因此其可视性并不是很理想。 可见光成像传感器与红外成像传感器不同，它只与目标场景的反射有关与其他无关，所以可见光图像表现为有较好的颜色等信息，反应真实环境目标情况，但当有遮挡时就无法观察出遮挡的目标。 利用红外传感器发现烟雾遮挡的目标或在树木后的车辆等。在夜间，人眼不能很好的辨别场景中的目标，但由于不同景物之间存在着一定的温度差，可以利用红外传感器，它可以利用红外辐射差来进行探测，这样所成的图像虽然不能直接清晰的观察目标，但是能够将目标的轮廓显示出来，并能依据物体表面的温度和发射率的高低把重要目标从背景中分离出来，方便人眼的判读。但由于自身成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题。不利于人眼判读。 可以将两者图像融合在一起，这样可以丰富图像信息，提高图像分辨率，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面，实现对场景全面清晰准确的表达。 两者的主要区别有： (1)可见光图像与红外图像的成像原理不同，前者依据物体的反射率的不同进行成像，后者依据物体的温度或辐射率不同进行成像，因此红外图像的光谱信息明显不如可见光图像。
习题I 1、He-Ne 激光器m μλ63.0≈，其谱线半宽度m μλ12 10-≈?，问λλ/?为多少？要使其相干长度达到1000m ，它的单色性λλ/?应是多少？ 解：63.01012 -=?λλ λλδτ?= ==2 1v c c L c 相干 = = ?相干 L λ λ λ 2、He-Ne 激光器腔长L=250mm ，两个反射镜的反射率约为98%，其折射率η=1，已知Ne 原子m μλ6328.0=处谱线的MHz F 1500=?ν，问腔内有多少个纵模振荡？光在腔内往返一次其光子寿命约为多少？光谱线的自然加宽ν?约为多少？ 解：MHz Hz L c v q 60010625 210328 10=?=??==?η
5 .2=??q F v v s c R L c 8 10 1017.410 3)98.01(25)1(-?=??-=-=τ MHz Hz L c R v c c 24104.2)1(21 7=?=-≈=πτδ 3、设平行平面腔的长度L=1m ，一端为全反镜，另一端反射镜的反射率90.0=γ，求在1500MHz 频率范围内所包含的纵模数目和每个纵模的频带宽度？ 解：MHz Hz nL c v q 150105.1100 210328 10=?=??==? 10 150 1500==??q v v L c R v c c )1(21 -≈ =πτδ 4、已知CO 2激光器的波长m μλ60.10=处 光谱线宽度MHz F 150=?ν，问腔长L 为多少时，腔内为单纵模振荡（其中折射率η=1）。
解：L c v v F q η2=?=?， F v c L ?=2 5、Nd 3 —YAG 激光器的m μ06.1波长处光 谱线宽度MHz F 5 1095.1?=?ν，当腔长为10cm 时，腔中有多少个纵模？每个纵模的频带宽度为多少？ 解：MHz L c v q 3 10105.110 21032?=??==?η 130 =??q F v v L c R v c c )1(21 -≈ =πτδ 6、某激光器波长m μλ7.0=，其高斯光束束腰光斑半径mm 5.00=ω。 ①求距束腰10cm 、20cm 、100cm 时， 光斑半径)(z ω和波阵面曲率半径)(z R 各为多少？ ②根据题意，画出高斯光束参数分布图。
夜视技术中的微光成像和红外热成像技术比较 夜视技术中的微光成像和红外热成像技术比较 1引言始于20世纪60年代的微光夜视技术靠夜里自然光照明景物，以被动方式工作，自身隐蔽性好，在军事、安全、交通等领域得到广泛的应用。近年来，微光夜视技术得到迅速发展，在第一代、第二代、第三代的基础上，第四代技术应运而生。始于20世纪50年代的红外热成像技术也走过了三代的历程，它以接收景物自身各部分辐射的红外线来进行探测，与微光成像技术相比，具有穿透烟尘能力强、可识别伪目标、可昼夜工作等特点。可以说，微光成像技术和红外热成像技术已经成为夜视技术的二大砥柱。2微光夜视技术及其发展2.1第一代微光夜视技术20世纪60 年代初，在多碱光阴极(Sb-Na-K-Cs)、光学纤维面板的发明和同心球电子光学系统设计理论的完善的基础上，将这三大技术工程化，研制成第一代微光管。其一级单管可实现约50倍亮度增益，通过三级级联，增益可达5x104～105倍。第一代微光夜视技术属于被动观察方式，其特点是隐蔽性好、体积小、重量小、成品率高，便于大批量生产；技术上兼顾并解决了光学系统的平像场与同心球电子光学系统要求有球面物(像)面之间的矛盾，成像质量明显提高。其缺点是怕强光，有晕光现象。2.2第二代微光夜视技术第二代微光夜视器件的主要特色是微通道板电子倍增器(MCP)的发明并将其引入单级微光管中。装有1个MCP的一级微光管可达到104—105亮度增益，从而替代了原有的体积大、笨重的三级级联第一代微光管；同时，MCP微通道板内壁实际上是具有固定板电阻
的连续打拿级，因此，在恒定工作电压下，有强电流输入时，有恒定输出电流的自饱和效应，此效应正好克服了微光管的晕光现象；加之它的体积更小、重量更轻，所以，第二代微光夜视仪是目前国内微光夜视装备的主体。2.3第三代微光夜视技术第三代微光夜视器件的主要特色是将透射式GaAs光阴极和带Al2O3，离子壁垒膜的MCP引入近贴微光管中。与第二代微光器件相比，第三代微光器件的灵敏度增加了4倍-8倍，达到800μA/Im～2600μA/Im，寿命延长了3倍，对夜天光光谱利用率显著提高，在漆黑(10-4lx)夜晚的目标视距延伸了50％-100％。第三代微光器件的工艺基础是超高真空、NEA表面激活，双近贴、双铟封、表面物理、表面化学和长寿命、高增益MCP技术等，又为发展第四代微光管和长波红外光阴极像增强器等高技术产品创造了良好的条件。图1所示是用三代微光夜视仪在同样条件下分别获取的图像，从图中可明显看出第三代要优于第二代，而第二代又远远优于第一代。 2.4微光夜视技术的发展趋势微光夜视器件的研究方向是致力于提高已有的几代产品的性能，降低成本，扩大装备；进一步延伸新一代产品的红外响应和提高器件的灵敏度。2.4.1超二代微光夜视技术超二代微光管采用与第三代微光近贴管结构大体相同的技术，主要技术特点是将高灵敏度的多碱光电阴极引入到第二代微光管中，并借用第三代微光MCP、管结构、集成电源以及结晶学、半导体本体特性等机理和工艺研究成果，其成像质量大幅度提高，由于工艺相对简单，价格相对较低，因而成为目前的主流产品。2.4.2第四代徽光夜视技术近来，微光管的设计者从MCP中去除
南京理工大学 硕士学位论文 微光和红外图像假彩色融合与处理算法研究 姓名：蔡炜涛 申请学位级别：硕士 专业：光学工程 指导教师：柏连发 20030301
砸Ｉ论义微光和红外幽像假彩色融合‘ｊ处理算往研究 摘要 本文在分析微光图像和红外图像特征的基础上，结合色度学和实时性考虑，探索研究了微光和红外图像假彩色融合与预处理的理论算法。在夜视图像预处理技术方面，主要研究实现了图像配准、非均匀校正、图像增强等算法，并创新性地提出了红外图像基于全局的非均匀校正算法，验证并发展了等差数列直方图均衡图像增强方法。在夜视图像融合技术方面，提出了微光图像和红外图像假彩色融合的改进算法，并探索研究出一系列衍生算法。软件仿真与实际试验表明，其融合效果优于原始的算法。 关键词：预处理，假彩色，融合，非均匀校正，图像增强
删、Ｊ。论义撇光和红外图像假彩色融台与处理算法掰ｆ究 ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＩＤｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ．ｏｎｔｈｅｂａｓｅｏｆａｎａｌｙｓｉｓｏｎｌｏｗ．１ｅｖｅｌ－ｌｉｇｈｔ（ＬＬＬ）ａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄ（ＩＲ）ｉｍａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒａｎｄａｌｓｏｔａｋｉｎｇｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｏｆｃｈｒｏｍａｔｉｃｓａｎｄｒｅａｌ—ｔｉｍｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆｆａｌｓｅｃｏｌｏｒｆｕｓｉｏｎａｎｄｐｒｅ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｎＬＬＬａｎｄＩＲｉｍａｇｅｓａｒｅｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｉｎｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｐｒｅ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｎｎｉｇｈｔｖｉｓｉｏｎｉｍａｇｅｓ，ｓｕｃｈａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｓｉｍａｇｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｉｍａｇｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔａｒｅｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｒｅａｌｉｚｅｄ．Ａｎｉｎｎｏｖａｔｏｒｙａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｆｕｌｌ．．ｓｃａｌｅｎｏｎ．．ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｎＩＲｉｍａｇｅｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄａｎａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｌｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎｈｉｓｔｏｇｒａｍｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｔｈｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｉｍａｇｅｉｓｖａｌｉｄａｔｅｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｆｕｓｉｏｎｏｎｎｉｇｈｔｖｉｓｉｏｎｉｍａｇｅｓ，ｒｅｆｏｒｍａｔｉｖｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆｆａｌｓｅｃｏｌｏｒｆｕｓｉｏｎｏｎＬＬＬａｎｄＩＲｉｍａｇｅｓａｎｄａｓｅｒｉｅｓｏｆｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，Ｔｈｏｕｇｈｔｓｏｆｔｗａｒｅｅｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｆｕｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓａｒｅｍｏｒｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｔｈａｎｔｈｏｓｅ ｏｒｉｇｉｎａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ， Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅ．ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｆａｌｓｅｃｏｌｏｒ，ｆｕｓｉｏｎ，ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｉｍａｇｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ
微纳光学加工及应用 孙奇 一、微纳光学结构 光是一种电磁波，是由同相相互垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动而形成的，其传播方向垂直于电场与磁场所构成的平面，电磁波能有效的传递能量和动量[1]。从低频到高频，电磁波可以分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线和γ射线等，人眼可见波长在380nm至780nm之间，如图1所示。 (a ) (b ) 图1. (a) 电磁波传播方式 (b) 电磁波按频率分段图（图片来自网络） 传统光学只研究可见光与物质的相互作用，而现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。随着微加工技术的日臻成熟，电磁波在微纳结构中的传播，散射和吸收等性质开始逐渐被人们研究。1987年，Yabnolovich和John 首次提出了光子晶
体的概念[2, 3]；1998年，Ebbesen等人发现在打了周期性亚波长纳米空洞的厚金属膜上存在着超强的光投射峰，这一发现激起了对金属周期结构中表面等离激元的研究热潮[4]。从1987年至今，各领域对光学微纳结构的研究一直在迅猛发展。1.1光子晶体 从固体物理的概念中可以得知，当电子在周期性的势场中运动时，由于电子受到周期性势场的布拉格散射的作用形成了电子的能带结构，同时电子的能带与能带之间在一定的晶格条件下将存在带隙。在带隙能量范围内的电子其传播是被禁止的。运动的电子实际上也是一种物质波。无论何种波动形式，只要其受到相应周期性的调制，都将有类似于电子的能带结构同样也都可能出现禁止相应频率传播的带隙。 微纳光学结构技术是指通过在材料中引入微纳光学结构，实现新型光学功能器件。1987年，Yabnolovitch和 John在讨论如何抑制原子的自发辐射和光子局域的问题时，把电子的能带概念拓展到光学中，提出了光子晶体的概念。光子晶体就是规律性的三维微结构，其周期远小于波长，形成光子禁带，通过引入局部缺陷，控制光的传播与分束。同样的，固体物理晶格中的许多概念都可以类似的运用到光子晶体中，诸如倒格矢空间、布里渊区、色散关系、Bloch函数、Van Hove奇点等物理概念。由于周期性，对光子也可以定义有效质量。不过需要指出的是，光子晶体与固体晶格有相似处，也有本质的区别。如光子服从的是麦克斯韦方程，电子则服从薛定谔方程；光子是矢量波而电子是标量波；电子是自旋为1/2的费米子，而光子是自旋为1的波色子，等等。 根据空间的周期性分布的不同，光子晶体可以分为一维、二维和三维光子晶体，如图2所示。一维光子晶体的材料一般在一个方向上进行周期排列，例如传统的多层薄膜结构；二维光子晶体表现为材料在平面上进行周期性排列；三维光子
激光对射技术原理及应用分析 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统。 不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其“踪影”。 同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。 众所周知,安全防范技术现在的发展方向是将视频监控、周界报警、入侵探测、门禁控制等独立的安防子系统集成整合,形成一个多功能、全天候、动态的综合安全管理系统。 而周界报警作为安防系统的第一道防线,作用十分重要,已从过去被动的报警探测,发展为今天的威慑阻挡加报警。 且随着安防技术的发展和安防市场的成熟,以及政策法规的进一步完善,数字化、集成化、网络化将是它发展的必然趋势。 周界报警系统是在防护的边界利用如泄漏、激光、电子围栏等技术形成一道或可见或不可见的“防护墙”。 当有越墙行为发生时,相应防区的探测器即会发出报警信号,并送至控制中心的报警控制主机,发出声光警示的同时显示报警位置。 还可联动周界模拟电子屏,甚至联动摄像监控系统、门禁系统、强电照明系统等。 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统,不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其 “踪影”,同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。
本文将对激光对射、张力式电子围栏、泄漏电缆、振动电缆四种最常用的周界防范技术进行分析,借此一窥周界防范报警系统技术的发展踪迹。 激光对射工作原理 三安古德激光对射探测器由收、发两部分组成。 激光发射器向安装在几米甚至于几百米远的接收器发射激光线,其射束有单束、双束,甚至多束。 当相应的三安古德激光射束被遮断时,接收器即发出报警信号。 接收器由光学透镜、激光光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成。 其工作原理是接收器能收到激光射束为正常状态,而当发生入侵时,发射器发射的激光射束被遮挡,即光电管接收不到激光光。 从而输出相应的报警电信号,并经整形放大后输出开关量报警信号。该报警信号可被报警控制器接收,并去联动执行机构启动其它的报警设备,如声光报警器、模拟电子地图、电视监控系统、照明系统等。系统组成 激光周界防越报警系统通常由前端探测系统、现场报警系统、传输系统、中心控制系统、联动系统以及电源系统六部分组成。 1、前端探测系统由激光探测器及其相关附件组成,其对周界围墙或护栏进行防护,检测周界入侵行为,并输出报警信号。 2、现场报警系统由现场报警器及联动装置组成,在探测器检测到入侵行为时,即启动现场报警设备,对非法入侵行为进行威慑。
文章简介 微光夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。 文章详细内容 微光夜视仪原理 微光夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。 微光夜视仪是根据光电效应的物理学原理制作而成的。光子进入夜视仪后打在金属板上，产生光电子。这些电子又通过一个安放在光屏前的薄盘片，盘片上有数百万个微通道（即数百万个像素），电子进入微通道后实现电子倍增，最后投射到荧光屏上成像。 因微光夜视仪是利用夜天光进行工作，属被动方式工作，因此能较好的隐藏自己，对从事特殊工作的部门，如军事、刑侦、辑毒、辑私、夜晚监控、保卫的应用等、它都是最合适的。 一、微光夜视仪的发展趋势 现已发展了三代、第一代为三级级联式微光夜视仪（由3个0代光电管串联组成）。第二代为微通道板式微光夜视仪，第三代为|||-V族负电子亲和势光电阴极像增强器微光夜视仪。在第二代向第三代过度时发展了一种超二代的光电管称二代加，其技术性能仅次于三代产品。微光夜视仪如细分类那么就是0代、1代、2代、2代加、3代、共五个档次。微光夜视仪发展到今天，技术上已比较成熟且成像质量好，造价低、因此在今后相当一段时期里，它们仍然是世界夜视装备一主要装备。二代加和三代产品具有体积小，重量轻、图像清晰、功能全、实用等特点。是军队、公安、武警、海关、石油行业、新闻采访、旅游、水产养殖、大自然爱好者、及其它行业夜晚工作不可缺少的装备。 但是由于其核心部件微光像增强器属高科技产品，工艺特别复杂、成本高、价格相对较高。但从性能价格比看，还是相当好的。 二、微光夜视仪的主要参数指标夜视仪指标其实都不是很重要，特别是厂家标称的最远观测距离，一般都误差很大，没有任何的参考价值。指标部分也就看看倍率和口很径。 厂家给出的数据很多是一种理论值。夜视仪的观测距离受到黑暗程度，天气质量（如雾，雨等）的严重影响。同时夜视仪的观测距离分为微光观测距离和全黑观测距离。其中全黑观测距离需要红外发射器的辅助光源配合，所以会受到红外发射器发射距离的远近的影响。 夜视仪的观测距离最为主要受到夜视仪的增像管代数的影响。 <1>. 微光观测距离
?图像识别? 文章编号：1005-0086（2000）05-0537-03 红外图像融合! 张加友，王江安1 （军事交通学院基础部，天津300161；1.海军工程大学兵器工程系，湖北武汉430033） 摘要：研究了利用拉普拉斯金字塔技术，对可见光电视和红外图像融合过程中，各个相关层的像素点值 的选取规则的不同对融合结果的影响，对比实验证明，对不同的红外图像结构，需应用不同的对应点值 的选取规则。 关键词：图像融合；图像处理；红外图像；拉普拉斯金字塔 中图分类号：TN911.73文献标识码：A Infrared Image Fusion ZHANG Jia-you，WANG Jiang-an （Miiitary Traffic Institute，Tianjin300161，China） Abstract：Photoeiectric tracking apparatus is powerfui defense eguipment on navai ship.Two important sensors were used：TV sensor and8~14!m IR sensor.It was freguentiy desirabie to combine the two images into a merged image. In this paper，the technoiogy of fusion IR images and TV images with Lapiacian Pyramid was studied.The seiecting ruie of the node vaiue from the coupie pyramid iayer was studied too.And the difference between merged the daui-IR im- ages and merged the TV and IR images was discussed. Key words：image fusion；image processing；IR image；Lapiacian Pyramid 1引言 空中运动目标的识别是空中预警系统的重要组成部分。在舰船空中预警系统中，光电跟踪仪具有重要的地位。它由可见光电视图像、激光测距、红外热像和红外跟踪点源等4个传感器组成。红外跟踪点源可以全天候红外跟踪，激光测距可准确测量目标的方位和距离；切换开关切换到电视通道，显示目标的可见光电视图像；切换开关切换到红外热像通道，显示目标的红外热图像。这样，系统可全天候工作。但在工作环境气候不佳时，如在多云情况，目标在云层穿越，在系统的两个通道切换过程中，常因切换过程长，使目标显示困难。解决问题有效办法是利用图像融合技术［1］。图像融合技术可将2幅图像有效的合成1幅图像，还能在1幅图像中显示2幅被融合图像的图像信息。将2幅图像对应的象素简单相加，会使图像信噪比降低［2］，图像出现拼接的痕 迹。图1（a）、（b）所示，为256X256像素灰度图像s!2和s!4；图1（d） 所示 图1图像简单相加与拉普拉斯图像融合 Fig.1Images pixels simply plus and Laplacian pyramid images fusion 光电子?激光第11卷第5期2000年10月 JOURNAL OF OPTOELECTRONICS?LASER Voi.11No.5Oct.2000 !收稿日期：2000-01-04修订日期：2000-05-17
红外图像与可见光图像融合 笔记 图像融合是将来自不同传感器在同一时间(或者不同时间)对同一目标获取的两幅或者多幅图像合成为一幅满足某种需求图像的过程。 为了获得较好的融合效果，在研究融合算法之前，对图像预处理理论及方法进行了研究。预处理理论主要包括图像去噪、图像配准和图像增强。图像去噪目的是为了减少噪声对图像的影响。图像配准是使处于不同状态下的图像达到统一配准状态的方法。图像增强是为了突出图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，并方便图像的进一步融合。 图像融合评价方法：主观评价和客观评价。指标如：均值、标准差、信息熵等。 针对IHS变换和小波变换的优缺点，本文提出了一种基于这两种变换结合的图像融合方法。该算法的具体实现步骤如下：先对彩色可见光图像进行IHS变换，对红外图像进行增强，然后将变换后得到的I分量与已增强的红外图像进 行2层小波分解，将获得的低频子带和高频子带使用基于窗口的融合规则，而后对分量进行小波重构和IHS逆变换，最后得到融合结果。经仿真实验证明，此结果优于传统IHS变换和传统小波变换，获得了较好的融合结果，既保持了可见光图像中的大量彩色信息又保留了红外图像的重要目标信息。 红外传感器反映的是景物温度差或辐射差，不易受风沙烟雾等复杂条件的影响。一般来说，红外图像都有细节信息表现不明显、对比度低、成像效果差等缺点，因此其可视性并不是很理想。 可见光成像传感器与红外成像传感器不同，它只与目标场景的反射有关与其他无关，所以可见光图像表现为有较好的颜色等信息，反应真实环境目标情况，但当有遮挡时就无法观察出遮挡的目标。 利用红外传感器发现烟雾遮挡的目标或在树木后的车辆等。在夜间，人眼不 能很好的辨别场景中的目标，但由于不同景物之间存在着一定的温度差，可以利用红外传感器，它可以利用红外辐射差来进行探测，这样所成的图像虽然不能直接清晰的观察目标，但是能够将目标的轮廓显示出来，并能依据物体表面的温度和发射率的高低把重要目标从背景中分离出来，方便人眼的判读。但由于自身成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题。不利于人眼判读。 可以将两者图像融合在一起，这样可以丰富图像信息，提高图像分辨率，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面，实现对场景全面清晰准确的表达。 两者的主要区别有： (1)可见光图像与红外图像的成像原理不同，前者依据物体的反射率的不同进行成像，后者依据物体的温度或辐射率不同进行成像，因此红外图像的光谱信 息明显不如可见光图像。
第一章夜视技术概论 1.1 引言 在我们生活的世界中，光不只是生命赖以繁衍生息的主要能源，也是人类认识客观世界的重要信息源。人类通过自身的眼、耳、鼻、舌、身（触觉）去认识自然界，其中，通过人眼视觉给出的图像信息所占的比例最大。曾有人做过统计，在人类获得的信息中由视觉获取的信息占60%，由听觉获取的信息占20%，触觉占15%，味觉占3%，嗅觉占2%。而在当今飞速发展的信息时代，利用电视、互联网、卫星通信等光电技术手段，使得视觉信息在人类认识世界的过程中所起的作用早已超过90%。可以想像，如果没有光，没有各种先进的光电技术手段，人类就不会有今天这种绚烂多彩、盛况空前的文明。
但应该注意到，现今光电技术中所论述的光，就其物理本质而言，包括了从高能粒子（α、β、γ射线）、X射线、紫外线、可见光、红外线，以至短波、中波和长波的无线电波等所构成的整个波谱的电磁辐射。产生或反射这些电磁波以供人眼观察的景物信息的光谱、强度、速度以及时空分布会千差万别，很显然，单靠人的裸眼，无法直接感知上述全部光信息。这是因为尽管人眼结构精巧、功能齐全是任何其他单一光学或光电仪器所无法比拟的，然而就整体而言，人眼却天生地具有有限的空间、时间、光谱和能量的分辨能力。为了克服人眼的上述缺陷，人类先后发明了各种光学和光电仪器。例如，我国古代天文学家利用简单的“窥管”，斩除四周杂散光，改善了观察星体的视觉分辨率；望远镜、显微镜的发明，又把人眼的视野扩展到了遥远的星空和物质的微观世界。科学技术的飞速发展创造了近代的高度文明，给人类提供了更为有效、动态范围更宽和光谱适应性更强的各类光电观察、瞄准、显示仪器，如各种激光、微光、红外仪器。
红外与微光技术 1.红外技术的简介 红外技术是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。通常人们将其划分为近、点击此处添加图片说明中、远红外三部分。近红外指波长为0.75～3.0微米；中红外指波长为3.0～20微米；远红外则指波长为20～1000微米。在光谱学中，波段的划分方法尚不统一，也有人将0.75～3.0微米、3.0～40微米和40～1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。另外，由于大气对红外辐射的吸收，只留下三个重要的"窗口"区，即1～3微米、3～5微米和8～13微米可让红外辐射通过，因而在军事应用上，又分别将这三个波段称为近红外、中红外和远红外。 红外应用产品种类繁多，应用广泛。红外线自1800年被发现以来，人们对她的研究从来没有停止过，目前已经开发出了众多的应用产品，从医疗、检测、航空到军事等领域，几乎处处都能看到红外的身影。本文选择了红外热像、红外通讯、红外光谱仪、红外传感器等几个比较大的产品领域做介绍。红外技术的发展前景十分的广阔，在军用和民用领域都有着极其广阔的应用。按应用领域可分为：安防领域、消防领域、电力领域、企业制程控制领域、医疗领域、建筑领域、遥感领域等。 2.红外技术的基本原理 红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，波长在770纳米至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。红外线可分为：近红外线（700~2000nm）、中红外线（3000~5000nm）、远红外线（8000~14000nm）。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。 红外线穿透云雾能力比可见光强，利用红外线可以观测低空水蒸气含量进行天气预报；晴天可利用红外线观测大气CO⒉含量，估计温室效应，亦可观测大气污染的情况。
第38卷第4期 2016年8月 光学仪器 OPTICAL INSTRUMENTS Vol. 38，No. 4 August,2016 文章编号：1005-5630(2016)04-0303-05 基于视觉显著性的红外与可见光图像融合 华玮平S赵巨岭S李梦S高秀敏〃 (1.杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018; 2.上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093) 摘要：多波段图像融合可以有效综合各个波段图像中包含的特征信息。针对可见光和红外图 像，提出了一种结合红外图像视觉显著性提取的双波段图像融合方法，一方面旨在凸显红外图 像的目标信息，另一方面又尽可能的保留了可见光图像的丰富细节信息。首先，在局部窗口内 实现红外图像的显著性图提取，并通过窗口尺寸的变化形成多尺度的显著性图，并对这些显著 性图进行最大值的优选叠加，以获取能反映整幅红外图像各个尺寸目标的显著性图；其次，通过 结合显著性图与红外图实现显著性图的加权增强；最后，利用增强的红外显著性图进行双波段 图像的融合。通过两组对比实验，数据表明该方法给出的融合图像视觉效果好，运算速度快，客 观评价值优于对比的7种融合方法。 关键词：图像融合；红外图像增强；视觉显著性 中图分类号：TN 911. 73 文献标志码：A doi:10. 3969/j. issa 1005-5630. 2016. 04. 005 Dual-band image fusion for infrared and visible images based on image visual saliency HUA Weiping1, ZHAO Jufeng1, LI Meng1, GAO Xiumin1,2 (1. Electronics and Information College, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China； 2. School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093，China) Abstract： Dual-band image fusion is able to well synthesize the feature information from the different bands. To fuse visible and infrared images, in this paper, an infrared image visual saliency detection-based approach was proposed. This method aimed to highlight the target information from infrared image, meanwhile preserve abundant detail information from visible one as much as possible. Firstly, visual saliency map was extracted within a local window, and multiple window-based saliency maps could be obtained by changing the size of local window. And the final saliency map was generated by selecting maximum value, and this map could mirror all target information in the infrared image. Secondly，the saliency map was enhanced by combining infrared image and the previous saliency map. Finally, the enhanced saliency map was used for dual-band image fusion. Comparing with other seven methods, the 收稿日期：2015-10-13 基金项目：国家自然科学基金项目（61405052，61378035) 作者简介：华玮平(1994 )，男，本科生，主要从事光学成像等方面的研究。E-m ail:564810049@qq.c〇m 通信作者：赵巨峰(1985 )，男，讲师，主要从事光学成像、图像处理等方面的研究。E-m ail:daba〇zjf@https://www.doczj.com/doc/9b16479799.html,.C n
微光夜视仪阅读答案 微光夜视仪利用夜间目标反射的低亮度的夜天光星月光大气辉光等自然光，将其增强放大到几十万倍，从而达到适于肉眼夜间进行侦察、观察、瞄准、车辆驾驶和其它战场作业。下面是的关于微光夜视仪阅读答案的相关资料，欢迎阅读！ 微光夜视仪 培暂 ①自古以来，人类就渴望有一双能透视黑夜的眼睛。微光夜视仪的出现，使人类的这一渴望成为现实。充分利用夜晚微弱的光线，使我们能像白天一样地观察，这是微光技术的突出特点。 ②在现代战争的新闻报道中。人们常常可以看到一幅幅黄绿色的反映夜间战场状况的影像，这些精彩的报道就得益于微光技术。事实上，不仅在新闻领域，且在军事、海洋勘探、水下救援、天文观察、公安监控、野生动物研究等等领域，微光技术也大显身手。机场、车站的行李检查设备，银行、医院和家庭等地方所有的昼夜保安，监视或监护系统中，也常常使用微光专业产品；大家所熟悉的电视类型的医用X射线透视检查系统，也应用了微光技术。 ③在夜暗环境中存在着少量的自然光，如月光、星光、大气辉光等，统统称为夜天光。因为它们和太阳光比起来十分微弱，所以又叫做夜微光。人眼视网膜的感光灵敏度不高，在微光条件下不能充分“曝光”。这是造成人们在夜暗环境中不能正常观察的一个原因。那么微光夜视技术是如何达到“化夜为昼”的呢？
④夜视技术是应用光电探测和成像器材，将肉眼不可视目标转换（增强）成可视影像的信息采集、处理和显示技术。微光夜视器材依靠夜天的微光照明，首先把目标的人眼看不见的光信号转换成电信号，然后再把电信号放大，并把电信号转换成人眼可见的光信号，这就是一切夜视器材实现夜间观察的共同途径。 ⑤在微光夜视器材中，图像增强器是核心器件，利用图像增强器将夜空中微弱的自然光，如月光、星光、大气辉光增强几百倍甚至数万倍，达到使人眼能够进行远距离观察的程度。黄绿光是人眼最敏感的波长。因此，这种颜色的荧光屏常常应用到增像器上，这也是新闻报道中黄绿色图像的由来。 ⑥微光技术大大拓展了我们人类的视觉领域。它能弥补人眼在空间、时间、能量和光谱方面分辨能力的不足，而且能以人眼的自然观察习惯显示图像，适合部队夜间行动和作战。所以它一出现便引起各国军界的关注，成为夜视技术领域发展的重点。 ⑦引领人们冲破黑暗的微光技术？在被预言为“光电世纪”的21世纪里，还将为人类作出更大的贡献。 （1）修改选文第⑤段中画线的句子，把修改后的句子写在下面。 ___________________________________________________________ __ （2）选文的说明对象是什么？
微纳光学与SPR技术 SC12009006 王启蒙 摘要：表面等离子体共振（Surface plasmon resonance，SPR），又称表面等离子体子共振，表面等离激元共振，是一种物理光学现象，有关仪器和应用技术已经成为物理学、化学和生物学研究的重要工具。 1 SPR简介 SPR是一种物理光学现象。当一束平面单色偏振光在一定的角度范围内照射到镀在玻璃表面的金属银或金的薄膜上发生全反射时，当入射光的波向量与金属膜内表面电子（称为等离子体）的振荡频率相匹配时，光线既被耦和进入金属膜，引起电子发生共振，即表面等离子体共振。 在金属中，价电子为整个晶体所共有，形成所谓费米电子气。价电子可在晶体中移动，而金属离子则被束缚于晶格位置上，但总的电子密度和离子密度是相同的，从整体来说金属是电中性的。人们把这种情况形象地称为“金属离子浸没于电子的海洋中”。这种情况和气体放电中的等离子体相似，因此可以把金属看作是一种电荷密度很高的低温（室温）等离子体，而气体放电中的等离子体是一种高温等离子体，电荷密度比金属中的低。此时光线提供的能量导致金属膜表面电子发生共振，电子吸收该能量使被反射光的强度达到最小，这种最小化发生时的入射光角度称为SPR角。SPR角是随金属表面的折射率的变化而变化，这一变化又和金属表面结合的生物分子的质量成正比。[1]
五十年代，为了解快速电子穿过金属箔时的能量损失，人们进行了大量的实验和理论工作。Pine和Bohm认为，其中能量损失的部分原因是激发了金属箔中电子的等离子体振动（Plasma oscillation），又称为等离子体子（plasmon）。Ritchie从理论上探讨了无限大纯净金属箔中由于等离子体振动而导致的电子能量损失，同时也考虑了有限大金属箔的情况，指出：不仅等离子体内部存在角频率为ωp的等离子体振动，而且在等离子体和真空的界面，还存在表面等离子体振动（Surface plasma oscillation）。Powell和Swan 用高能电子发射法测定了金属铝的特征电子能量损失，其实验结果可用Ritchie的理论来解释。[2]Stern和Ferrell将表面等离子体振动的量子称为表面等离子体子（Surface plasmon），研究了金属表面有覆盖物时的表面等离子体振动，发现金属表面很薄的氧化物层也会引起这种振动的明显改变。他们还预言：由于表面等离子体振动对表面涂层的敏感，那么通过选择合适的涂层，表面特征能量损失的值会在一定范围内发生变化。 除电子以外，用电磁波，如光波，也能激发表面等离子体振动。二十世纪初，Wood 首次描述了衍射光栅的反常衍射现象，这实际上就是由于光波激发了表面等离子体振动所致。[3]六十年代晚期，Kretschmann 和Otto采用棱镜耦合的全内反射方法，实现了用光波激发表面等离子体振动，为SPR技术的应用起了巨大的推动作用。他们的实验方法简单而巧妙，仍然是目前SPR装置上应用最为广泛的技术。
激光器技术的应用现状及发展趋势 摘要 :简述了激光精密加工技术及其特点 ; 综述了激光精密加工的应用现状 ; 探讨了激光精密加工技术的发展趋势。激光加工技术在机械工业中的广泛应用, 促进了激光加工技术向工业化发展。为此, 介绍了几种应用较广泛的激光加工技术; 重点讨论了激光硬化和激光珩磨技术的应用和发展趋势。摘要由于在光通信光数据存储传感技术医学等领域的广泛应用近几年来光纤激光器发展十分迅速本文简要介绍了光纤激光器的工作原理及特性 , 并对目前多种光纤激光器作了较为详细的分类 ; 同时介绍了近几年国内外对于光纤激光器的研究方向及其目前的热点是高功率光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器和超短脉冲光纤激光器 ; 最后指出光纤激光器向高功率、多波长、窄线宽发展的趋势 . :结合河北工业大学光机电一体化研究室近几年对激光加工技术研究的初步成果, 对激光加工技术的特点, 激光加工技术在国内外的应用发展状况, 以及激光加工技术的发展趋势进行了简要介绍, 同时分析了我国激光加工产业面临的机遇与挑战,并提出了应采取的对策 前言 1 概述 激光加工是 20 世纪 60 年代初期兴起的一项新技术,此后逐步应用于机械、汽车、航空、电子等行业, 尤以机械行业的应用发展速度最快。在机械制造业中的广泛使用又推动了激光加工技术的工业化。 20 世纪 70 年代,美国进行了两大研究 :一是福特汽车公司进行的车身钢板的激光焊接 ; 二是通用汽车公司进行的动力转向变速箱内表面的激光淬火。这两项研究推动了以后的机械制造业中的激光加工技术的发展。到了 20 世纪 80 年代后期, 激光加工的应用实例有所增加 , 其中增长最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。这 3 项技术目前已经发展成熟, 应用也很广泛。进入 20 世纪 90 年代后期, 激光珩磨技术的出现又将激光微细加工技术在机械加工中的应用翻开了崭新的一页。激光加工技术之所以得到如此广泛的应用, 是因为它与传统加工技术相比具有很多优点:一、是非接触加工, 没有机械力; 二、是可以加工高硬度、高熔点、极脆的难加工材料;三、是加工区小,热变形很小,
关于微光与红外的夜视前景分析 自其问世以来，所采用的技术不断发展，而每种技术所针对的问题也不尽相同，有的主要为了过滤白光，有的着眼于减少高频干扰的影响，还有的专门解决小动物活动造成的误报；还有的两种技术，正好强调了互为对立的两个方面，如脉冲计数技术和一步触发技术；有的两种技术应用原理相反，结果却殊途同归，如无线防盗系统中的扩频技术和超窄带技术。作为报警服务行业的施工维护和市场部门人员，应该对这些技术有一定的了解，从而根据使用环境，有针对性地制订设计和施工方案，达到量材使用，减少误报的目的。笔者根据近几年来国内实际安装较多的红外探测器型号，将其采用的技术初步归纳为以下一些类别。 20世纪60年代的微光夜视技术靠夜里自然光照明景物，以被动方式工作，自身隐蔽性好，在军事、安全、交通等领域得到广泛的应用。近年来，微光夜视技术得到迅速发展，在第一代、第二代、第三代的基础上，第四代技术应运而生。20世纪50年代的红外热成像技术也走过了三代的历程，它以接收景物自身各部分辐射的红外线来进行探测，与微光成像技术相比，具有穿透烟尘能力强、可识别伪目标、可昼夜工作等特点。可以说，微光成像技术和红外热成像技术已经成为夜视技术的二大主流。 1 微光夜视技术及其发展 1.1 第一代微光夜视技术 20世纪60年代初，在多碱光阴极（Sb-Na-K-Cs）、光学纤维面板的发明和同心球电子光学系统设计理论的完善的基础上，将这三大技术工程化，研制成第一代微光管。其一级单管可实现约50倍亮度增益，通过三级级联，增益可达5x104～105倍。第一代微光夜视技术属于被动观察方式，其特点是隐蔽性好、体积小、重量小、成品率高，便于大批量生产；技术上兼顾并解决了光学系统的平像场与同心球电子光学系统要求有球面物（像）面之间的矛盾，成像质量明显提高。其缺点是怕强光，有晕光现象。 1.2 第二代微光夜视技术 第二代微光夜视器件的主要特色是微通道板电子倍增器（MCP）的发明并将其引入单级微光管中。装有1个MCP的一级微光管可达到104—105亮度增益，从而替代了原有的体积大、笨重的三级级联第一代微光管；同时，MCP微通道板内壁实际上是具有固定板电阻的连续打拿级，因此，在恒定工作电压下，有强电流输入时，有恒定输出电流的自饱和效应，此效应正好克服了微光管的晕光现象；加之它的体积更小、重量更轻，所以，第二代微光夜视仪是目前国内微光夜视装备的主体。 1.3 第三代微光夜视技术 第三代微光夜视器件的主要特色是将透射式GaAs光阴极和带Al2O3，离子壁垒膜的MCP引入近贴微光管中。与第二代微光器件相比，第三代微光器件的灵敏度增加了4倍-8倍，达到800μA/Im～2600μA/Im，寿命延长了3倍，对夜天光光谱利用率显著提高，在漆黑（10-4lx）夜晚的目标视距延伸了50％-100％。第三代微光器件的工艺基础是超高真空、NEA表面激活，双近贴、双铟封、表面物理、表面化学和长寿命、高增益MCP技术等，又为发展第四代微光管和长波红外光阴极像增强器等高技术产品创造了良好的条件。 1.4 微光夜视技术的发展趋势