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远距离脉冲激光测距发射与接收系统设计

激光杂志 2024年

作者：张建君谢剑锋李莉禹烨黄富瑜陆军工程大学(石家庄校区) 陆军装备部驻南京地区军事代表局驻扬州地区军事代表室北京遥感设备研究所

脉冲激光测距设备在各种遥感、测绘、控制与导航以及军事目标探测、识别与跟踪等领域广泛应用，而其中的激光发射与接收系统直接决定了设备的测距能力。瞄准远距离、高精度、人眼安全等现实需求，本文基于人眼安全1.535μm铒玻璃激光器... 详细信息

脉冲激光测距设备在各种遥感、测绘、控制与导航以及军事目标探测、识别与跟踪等领域广泛应用，而其中的激光发射与接收系统直接决定了设备的测距能力。瞄准远距离、高精度、人眼安全等现实需求，本文基于人眼安全1.535μm铒玻璃激光器设计了满足远距离测距要求的激光发射光学系统和接收光学系统。发射光学系统采用非球面以减少镜片数量，经设计优化使激光发散角小于0.4mard。接收光学系统采用摄远型式，减少球差的同时缩短系统的总长度，耦合效率大于90%。系统设计从理论计算上可实现6.7km远距离测距，且结构极为紧凑，具有较高的工程应用价值。

关键词：人眼安全激光测距激光发射系统激光接收系统光学设计

基于改进YOLOv5s模型的红外弱小目标检测方法

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应用光学 2024年第5期45卷 975-981页

作者：张建君陈玉丹刘玉玲张明明黄富瑜陆军工程大学石家庄校区河北石家庄050003 中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081 北京遥感设备研究所北京100854

针对复杂背景下红外场景对比度低、特征不足、细节不清而导致的目标检测效率低的问题,在YOLOv5s模型基础上通过创建TCC(two-way convolution and Concat)模块并引入华为Ghost模块,提出了一种基于改进YOLOv5s模型的红外弱小目标检测方法... 详细信息

针对复杂背景下红外场景对比度低、特征不足、细节不清而导致的目标检测效率低的问题,在YOLOv5s模型基础上通过创建TCC(two-way convolution and Concat)模块并引入华为Ghost模块,提出了一种基于改进YOLOv5s模型的红外弱小目标检测方法。首先,结合红外图像的低级语义特征,采取二路卷积和多尺度思想创建了TCC模块,提升了特征提取的全面性;接着,为进一步简化网络结构、减少网络参数量,引入轻量化Ghost模块改进了SPP池化层和CSP2卷积网络;最后,以无人机为实验对象,构建了白天和夜间不同背景条件下的红外弱小目标数据集,实验验证了本文改进算法的有效性。结果表明:改进后的YOLOv5s模型在较少损失帧频的情况下,检测精度提升了1.34%,平均精度均值(mean average precision, mAP)提升了2.26%,优于YOLOv4-tiny和YOLOv7-tiny两种轻量化模型,并与YOLOv8s模型精度相当,但模型参数量仅为YOLOv8s模型的53%,完全可以满足嵌入式设备部署的需求。

关键词：目标检测红外弱小目标 YOLOv5s TCC模块 Ghost模块

军校专业实践类课程“三全育人、三方协同”教学体系构建

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中国教育技术装备 2024年第5期 83-86页

作者：王鹏黄富瑜武东生陈玉丹蒋云峰陆军工程大学石家庄校区石家庄050003

瞄准“三位一体”新型军事人才培养建设对军校专业实践类课程教学的使命要求,融合思政元素构建“三全育人、三方协同”的教学体系,更新育人思路,重塑“一核双融、三轨多点”的教学理念,并在实践转化中提升“教学相长、辐射岗位”的教学... 详细信息

瞄准“三位一体”新型军事人才培养建设对军校专业实践类课程教学的使命要求,融合思政元素构建“三全育人、三方协同”的教学体系,更新育人思路,重塑“一核双融、三轨多点”的教学理念,并在实践转化中提升“教学相长、辐射岗位”的教学实效。实践证明,该教学体系有助于促进教员实战化教学能力和学员岗位任职能力的全面提升,为备战打赢、加快军事人员现代化建设提供思路启示和方法借鉴。

关键词：专业实践类课程三全育人三方协同教学体系新型军事人才

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补偿走离角时产生的相位失配及其补偿方法

中国激光 2019年第1期46卷 269-275页

作者：刘恂沈学举刁冬梅黄富瑜陆军工程大学电子与光学工程系河北石家庄050003 中国电子科技集团公司第十四研究所江苏南京210039

在非线性频率变换中,常用级联晶体补偿走离角。然而在KTiOPO4晶体级联倍频实验中发现,当其中一块晶体沿通光轴旋转180°时,倍频转换效率急剧降低。理论分析表明,当一块晶体旋转180°后,其有效非线性系数正负号发生改变,等效于在级联晶... 详细信息

在非线性频率变换中,常用级联晶体补偿走离角。然而在KTiOPO4晶体级联倍频实验中发现,当其中一块晶体沿通光轴旋转180°时,倍频转换效率急剧降低。理论分析表明,当一块晶体旋转180°后,其有效非线性系数正负号发生改变,等效于在级联晶体之间产生了大小为π的相位失配量,使倍频转换效率降低。提出了利用空气色散补偿该相位失配量的方法,相较于使用波片的相位失配量补偿方法,具有结构简单、温度稳定性好、无插入损耗和成本低等特点。实验结果表明,利用空气色散可以补偿相位失配量,消除单块晶体旋转对晶体级联倍频效率的影响,验证了理论分析的正确性以及空气色散补偿方法的可行性。

关键词：激光光学倍频走离角补偿相位失配空气色散

超大视场成像系统对空间目标的探测能力分析（英文）

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红外与激光工程 2015年第10期44卷 3134-3140页

作者：黄富瑜沈学举何永强周冰军械工程学院电子与光学工程系河北石家庄050003

随着大视场探测技术的发展,超大视场成像系统已被应用于导弹预警、航天器舱外摄像、机载预警等许多领域。探讨了超大视场成像系统的空间应用问题,分析了系统对典型目标的探测能力。结果表明:与小视场红外成像系统相比,超大视场系统空间... 详细信息

随着大视场探测技术的发展,超大视场成像系统已被应用于导弹预警、航天器舱外摄像、机载预警等许多领域。探讨了超大视场成像系统的空间应用问题,分析了系统对典型目标的探测能力。结果表明:与小视场红外成像系统相比,超大视场系统空间漏警率大为降低,这使得系统探测盲区更小;超大视场系统的空间分辨力较大,这使得目标像在单个像元上驻留时间更长,有利于目标的提取和检测;但超大视场系统探测灵敏度和探测距离性能相对较差。综合考虑,超大视场成像系统难以适用于远距离目标的探测,但是系统大视场成像的特殊优势使其在近距离全向空间态势感知和强辐射威胁的实时预警方面有很大的应用潜力。

关键词：目标探测超大视场成像系统典型目标探测性能

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基于空时域融合处理检测超大视场红外目标

光学精密工程 2015年第8期23卷 2328-2338页

作者：黄富瑜沈学举刘旭敏崔铁成军械工程学院电子与光学工程系中国人民解放军63861部队

针对超大视场红外凝视成像系统用于目标检测时存在的背景复杂、杂波干扰多、目标信息少等问题,提出了基于空时域融合处理的目标检测方法。该方法在空域部分优化设计Robinson算子,完成单帧图像的目标初始检测;然后结合超大视场成像特性,... 详细信息

针对超大视场红外凝视成像系统用于目标检测时存在的背景复杂、杂波干扰多、目标信息少等问题,提出了基于空时域融合处理的目标检测方法。该方法在空域部分优化设计Robinson算子,完成单帧图像的目标初始检测;然后结合超大视场成像特性,利用基于天地线检测的图像区域自动划分和空域虚警抑制方法,有效滤除非目标检测区中的疑似目标。在时域部分则兼顾目标时域特征,采用基于时域多特征约束的邻域判决法对真实目标进行时域确认。开展了月空背景下的空中目标检测试验,验证了本文算法的有效性。试验表明:经空域部分处理后,原始图像中的背景杂波干扰大大减少,目标局部信噪比提高了1.3倍以上,而且疑似目标数目减少了70%;经时域部分处理后,可成功检测出红外弱小目标,并输出其轨迹,检测概率在95%以上,而虚警率不足1.5%,最低目标检测信噪比为2.86。实验表明:本文方法适用于超大视场图像的红外弱小目标检测,对地物背景、恒亮孤立点源、瞬时强噪声等干扰有较强的抑制能力,对点状运动目标有良好的检测效能。

关键词：目标检测超大视场空时域融合空中目标红外目标

基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定

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光子学报 2018年第7期47卷 55-61页

作者：刘秉琦陈一超黄富瑜陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系石家庄050003

针对红外超广角系统成像畸变大、衍射明显,传统标定方法精度不高的问题,提出了一种基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定方法.以超广角镜头高阶奇次多项式模型为基础,对微小圆形目标成像的径向与切向放大率进行分析,设计了... 详细信息

针对红外超广角系统成像畸变大、衍射明显,传统标定方法精度不高的问题,提出了一种基于高阶奇次多项式模型的红外超广角图像中心标定方法.以超广角镜头高阶奇次多项式模型为基础,对微小圆形目标成像的径向与切向放大率进行分析,设计了标定方法.利用椭圆方程对目标成像进行拟合,然后以椭圆长短轴比值作为目标函数进行二维高斯曲面拟合,最终将高斯曲面中心作为畸变中心.实验结果表明,本文提出的红外超广角图像中心标定方法对实验畸变图像横纵方向的标定精度分别为0.77pixels、1.02pixels,并以此标定结果对畸变图像进行校正,校正图像中直线最大均方根误差为1.56pixels.实验验证了本文提出的红外超广角图像中心标定方法的准确性,能够满足红外超广角图像畸变中心标定要求.

关键词：机器视觉中心标定高阶奇次多项式模型红外超广角图像

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基于近似后验信息的高光谱异常检测

光谱学与光谱分析 2020年第8期40卷 2538-2545页

作者：王强辉华文深黄富瑜张炎严阳陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系河北石家庄050003 中国人民解放军31681部队甘肃天水741000

高光谱遥感技术通过成像光谱仪记录带有地物光谱信息的辐射信号,获得包含光谱信息和空间信息的三维高光谱图像,在光谱解混、图像分类、目标检测等方面取得了广泛的应用。近年来,随着遥感技术的发展及人们对获取目标准确位置的需求逐渐加... 详细信息

高光谱遥感技术通过成像光谱仪记录带有地物光谱信息的辐射信号,获得包含光谱信息和空间信息的三维高光谱图像,在光谱解混、图像分类、目标检测等方面取得了广泛的应用。近年来,随着遥感技术的发展及人们对获取目标准确位置的需求逐渐加大,目标检测取得了较快的发展。根据是否提前掌握目标光谱作为先验信息,目标检测分为光谱匹配检测和异常检测。光谱匹配检测需要目标光谱作为先验信息,通常检测精度较高、效果较好。而异常检测不需要先验信息,应用范围更广,但是检测精度通常低于光谱匹配检测。由于实际应用中缺少完备且实用的光谱库,先验信息的获取较为困难,不需要先验信息的异常检测成为研究的热点。针对异常检测与光谱匹配检测相比精度较低的问题,提出一种基于近似后验信息的高光谱异常检测算法。首先利用矩阵分解算法对原始高光谱图像数据进行矩阵分解,得到纯净的背景矩阵与包含噪声的异常矩阵。舍弃异常矩阵,将得到的背景矩阵作为近似背景信息。然后计算图像所有像元光谱向量与背景矩阵中均值向量的马氏距离对图像进行初始异常检测,得到初始异常像元,将初始异常像元光谱取均值作为近似目标信息。最后将近似背景信息与近似目标信息作为先验信息,进行正交子空间投影得到最终的异常检测算法。将本算法作用于图像中所有像元,得到对整幅图像的异常检测结果。为证明本算法的优良效果,采用一组仿真数据和一组AVIRIS真实高光谱数据进行实验,并与RX, LRX和LSMAD算法进行对比。实验表明,无论是从定性的角度还是定量的角度来看,该算法能够有效抑制噪声,在信噪比较低的情况下仍然可以有效地检测出图像中的异常目标,检测精度较高并且对检测效率的影响不大,取得了较好的检测效果。

关键词：高光谱遥感异常检测矩阵分解先验信息正交子空间投影

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真彩微光夜视图像融合算法

激光与光电子学进展 2019年第8期56卷 143-149页

作者：蒋云峰武东生黄富瑜陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系河北石家庄050000

简要阐述了基于全波与三波段的真彩色微光夜视系统原理,结合图像融合的一般算法,研究了加权平均法、基于线性变换增强的Brovey法、HIS(色调、亮度和饱和度)空间法及基于边缘分割的HIS法4种真彩微光夜视图像融合算法,详细阐述了融合算法... 详细信息

简要阐述了基于全波与三波段的真彩色微光夜视系统原理,结合图像融合的一般算法,研究了加权平均法、基于线性变换增强的Brovey法、HIS(色调、亮度和饱和度)空间法及基于边缘分割的HIS法4种真彩微光夜视图像融合算法,详细阐述了融合算法的实现方法和过程。研究结果表明,利用基于线性变换增强的Brovey法,得到场景一和场景二的融合图像的综合客观评价指标值,分别为27.9647、31.2756,均大于其余3种算法得到的值。在这4种融合算法中,由基于线性变换增强的Brovey法得到的融合图像视觉效果最优。

关键词：图像处理夜视真彩微光夜视融合算法客观评价图像融合质量