红外弱小目标

p 　　近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所围绕基于POCS的红外弱小目标超分辨率复原算法展开研究。针对红外弱小目标超分辨率复原中出现的问题，对传统POCS超分辨率复原算法进行了优化，提出了改进算法，提高了复原算法的性能，同时使其达到实时或接近实时，进而可以在实际红外图像处理系统中应用。研究成果对于红外弱小目标识别与跟踪发展具有重要现实意义。 /p p 　　随着红外成像相关产业的兴起，红外成像技术具有的隐蔽性好、探测范围广、定位精度高、穿透距离远，以及轻质小巧、低耗可靠等优点备受青睐，已成为当前智能化光电探测发展的主流方向。然而，红外弱小目标的图像细节特征少、信噪比低等特点成为红外图像应用的瓶颈，如何提高红外弱小目标成像效果成为目前的研究热点。该项研究以“复原为本”为研究着眼点，利用超分辨率复原相关理论和技术，研究红外弱小目标超分辨率复原的方法和技术。 /p p 　　该项研究提出了四种改进的POCS算法和一种新的超分辨率复原评价方法，并分别通过基于红外动态场景仿真系统实验和基于红外图像采集及处理系统实验，验证了改进算法和评价方法的有效性。研究的主要工作及创新之处在于： /p p 　　(1)针对传统POCS复原方法对噪声比较敏感的问题，将目前去噪效果较好的BM3D滤波方法和POCS复原方法相结合，对BM3D方法进行优化，提出了使用图像块的均值预筛选和限制分组图像块数目的方法，降低了BM3D方法的运算量。实验表明，基于BM3D的POCS超分辨率复原算法能够在低分辨率图像包含噪声时，取得比传统POCS方法更好的复原效果，复原的高分辨率图像主观上基本看不出噪声。 /p p 　　(2)针对传统的超分辨率复原评价体系只关注图像某一方面统计特性的问题，提出了基于SSIM_NCCDFT的超分辨率复原评价方法。该评价方法结合了空间域的灰度均值、对比度以及频域自相关，能够同时评价超分辨率复原结果在空间域的复原效果和对频域信息的复原精度，实验表明，该评价方法能够很好的评价超分辨率复原的结果，对超分辨率评价方法具有一定的指导意义。 /p p 　　(3)针对POCS超分辨率复原算法迭代时间较长，无法满足光电探测系统实时性的问题，提出了基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法。该算法根据图像的梯度分布对图像中的像素点进行分类，采用不同的迭代系数进行计算。改进算法能够较好的保留边缘信息并抑制噪声，进而在保证超分辨率复原性能的基础上缩短了运算时间。同时，提出了另外一种改进算法：基于区域选择的快速POCS超分辨率复原算法。光电探测系统中我们关注的重点是目标区域，而这一区域通常只占很少的像素位置，因此通过阈值分割和合并找到所有目标区域并集，然后仅在这个目标区域并集上进行超分辨率复原。这样，去除了复原背景的巨大运算量，缩短了运算时间，使其达到实时或接近实时，进而可以在实际红外图像处理系统中应用。 /p p 　　相关研究成果发表在Scientific Reports上。研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、光电对抗研究部创新基金等的支持。 /p p 　　论文题目：A POCS super resolution restoration algorithm based on BM3D /p p style=" text-align: center " img title=" 001.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/64c842ad-8c67-4a2c-8bce-a4a64d615534.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 　　Lena图像复原结果 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 002.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/fa542e45-6ee7-4e00-9cd0-5ad6fcb4b23e.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 　　Barbara图像复原结果 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 003.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/b8639ec8-0e50-4b1c-8fed-e468fb137a09.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 　　导弹图像复原结果 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 004.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/688dbf0c-9858-4cb1-ad9f-af4d08f1c248.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 　　飞机图像复原结果 /strong /p p /p

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所围绕基于POCS的红外弱小目标超分辨率复原算法展开研究。针对红外弱小目标超分辨率复原中出现的问题，对传统POCS超分辨率复原算法进行了优化，提出了改进算法，提高了复原算法的性能，同时使其达到实时或接近实时，进而可以在实际红外图像处理系统中应用。研究成果对于红外弱小目标识别与跟踪发展具有重要现实意义。 /p p 　　随着红外成像相关产业的兴起，红外成像技术具有的隐蔽性好、探测范围广、定位精度高、穿透距离远，以及轻质小巧、低耗可靠等优点备受青睐，已成为当前智能化光电探测发展的主流方向。然而，红外弱小目标的图像细节特征少、信噪比低等特点成为红外图像应用的瓶颈，如何提高红外弱小目标成像效果成为目前的研究热点。该项研究以“复原为本”为研究着眼点，利用超分辨率复原相关理论和技术，研究红外弱小目标超分辨率复原的方法和技术。 /p p 　　该项研究提出了四种改进的POCS算法和一种新的超分辨率复原评价方法，并分别通过基于红外动态场景仿真系统实验和基于红外图像采集及处理系统实验，验证了改进算法和评价方法的有效性。研究的主要工作及创新之处在于： /p p 　　（1）针对传统POCS复原方法对噪声比较敏感的问题，将目前去噪效果较好的BM3D滤波方法和POCS复原方法相结合，对BM3D方法进行优化，提出了使用图像块的均值预筛选和限制分组图像块数目的方法，降低了BM3D方法的运算量。实验表明，基于BM3D的POCS超分辨率复原算法能够在低分辨率图像包含噪声时，取得比传统POCS方法更好的复原效果，复原的高分辨率图像主观上基本看不出噪声。 /p p 　　（2）针对传统的超分辨率复原评价体系只关注图像某一方面统计特性的问题，提出了基于SSIM_NCCDFT的超分辨率复原评价方法。该评价方法结合了空间域的灰度均值、对比度以及频域自相关，能够同时评价超分辨率复原结果在空间域的复原效果和对频域信息的复原精度，实验表明，该评价方法能够很好的评价超分辨率复原的结果，对超分辨率评价方法具有一定的指导意义。 /p p 　　（3）针对POCS超分辨率复原算法迭代时间较长，无法满足光电探测系统实时性的问题，提出了基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法。该算法根据图像的梯度分布对图像中的像素点进行分类，采用不同的迭代系数进行计算。改进算法能够较好的保留边缘信息并抑制噪声，进而在保证超分辨率复原性能的基础上缩短了运算时间。同时，提出了另外一种改进算法：基于区域选择的快速POCS超分辨率复原算法。光电探测系统中我们关注的重点是目标区域，而这一区域通常只占很少的像素位置，因此通过阈值分割和合并找到所有目标区域并集，然后仅在这个目标区域并集上进行超分辨率复原。这样，去除了复原背景的巨大运算量，缩短了运算时间，使其达到实时或接近实时，进而可以在实际红外图像处理系统中应用。 /p p 　　相关研究成果发表在 em Scientific Reports /em 上。研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、光电对抗研究部创新基金等的支持。 /p p br/ /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171115564815296415.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/8ca65388-4346-4c00-b058-80ab9537dc77.jpg" uploadpic=" W020171115564815296415.jpg" / /p p style=" text-align:center " Lena图像复原结果 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171115564887614710.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/d404aa3c-3fc1-46fa-b786-c6a3c4c7f75e.jpg" uploadpic=" W020171115564887614710.jpg" / /p p style=" text-align:center " Barbara图像复原结果 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171115564971408209.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/26d4f2de-72f4-47e5-b082-b747a69df582.jpg" uploadpic=" W020171115564971408209.jpg" / /p p style=" text-align:center " 导弹图像复原结果 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171115565043506239.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/a3a04e48-2e21-4829-bc13-8ab32e2cd73f.jpg" uploadpic=" W020171115565043506239.jpg" / /p p style=" text-align: center " 飞机图像复原结果 /p

中国科学院上海技物所研究员胡伟达与复旦大学教授周鹏合作，在范德华尔斯异质结室温红外探测与仿生动目标探测领域中取得进展。　　在室温红外探测方面，研究首次提出了基于范德华尔斯单极势垒结构的红外探测器，突破了传统材料的晶格匹配与能带匹配的限制。上海技物所团队巧妙地构建出一种天然屏障的能带结构，只阻挡“有害的”暗电流成分，却让“有益的”光电流可以顺畅通过，因而在不削弱光响应的情况下有效抑制暗电流，提高探测器信噪比和工作温度。在室温下，中波红外峰值黑体探测率达2.3×1010cmHz1/2W-1。目前，只有少数的二维材料红外探测器可以呈现出黑体响应，该研究推进了二维材料进入红外应用领域的关键技术研究。相关成果以Unipolar barrier photodetectors based on van der Waals heterostructures为题，发表在Nature Electronics上。　　进一步，在仿生动目标探测方面，上海技物所团队构建了更为复杂的三维垂直堆叠范德华尔斯异质结，提出了“ALL IN ONE”器件，实现了集探测、存储和计算（即感存算）为一体的原型器件。研究将具有双极性以及可见-近红外探测的硒化钨作为浮栅，运用电子空穴双存储模式在单一器件内同时获得了正负光存储特性，并实现了线性度良好的正负多态存储。该正负多态存储恰好对应了视网膜神经网络中的ON/OFF特性。基于这种类视网膜神经网络，展示了“ALL IN ONE”器件的时间差分处理能力，首次实现了动目标探测演示。相关成果以All-in-one two-dimensional retinomorphic hardware device for motion detection and recognition为题，发表在Nature Nanotechnology上。　　研究工作得到国家自然科学基金委、科技部、中科院、上海市科委的支持。　　论文链接：1、2