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高效学习的透过未知散射介质的相位恢复方法

红外与激光工程 2022年第2期51卷 408-416页

作者：朱硕郭恩来柏连发韩静南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室江苏南京210094

透过散射介质对目标进行准确的重建仍然是阻碍人们对深层生物组织成像分析和深空天文观测的主要挑战之一。基于深度学习的散射计算成像方法虽然在成像质量和效率等方面取得了很大的进展,但是针对实际系统中散射介质状态不固定,目标结构... 详细信息

透过散射介质对目标进行准确的重建仍然是阻碍人们对深层生物组织成像分析和深空天文观测的主要挑战之一。基于深度学习的散射计算成像方法虽然在成像质量和效率等方面取得了很大的进展,但是针对实际系统中散射介质状态不固定,目标结构具有较高复杂度以及可获取的训练散射数据有限的情况下,单纯利用数据驱动的方法已无法进行准确高效的重建。将散斑相关原理和卷积神经网络强大的数据挖掘和映射能力进行有效的结合,进一步挖掘和利用散斑所包含的冗余信息,实现了仅利用一块薄散射介质对应的散斑数据即可实现透过具有不同统计特性散射介质的复杂目标重构。该方法针对实际散射场景复杂多变和训练样本数据有限的情况,实现了对复杂目标的高质量恢复,有力地推动了基于物理感知的学习方法在实际散射场景中的应用。

关键词：散射成像散斑冗余性功率谱估计深度学习相位恢复

基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取方法

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焊接学报 2022年第2期43卷 67-74,I0007页

作者：张楚昊赵壮陆骏柏连发韩静南京理工大学南京210094

轮廓提取作为熔池的基本视觉形态特征,在焊接质量在线监测中起着重要作用.文中建立了非熔化极惰性气体保护电弧焊(tungsten Inert gas welding, TIG)焊接工艺环境下的熔池视觉传感系统,采集了高质量的熔池图像.针对TIG焊不锈钢熔池图像... 详细信息

轮廓提取作为熔池的基本视觉形态特征,在焊接质量在线监测中起着重要作用.文中建立了非熔化极惰性气体保护电弧焊(tungsten Inert gas welding, TIG)焊接工艺环境下的熔池视觉传感系统,采集了高质量的熔池图像.针对TIG焊不锈钢熔池图像中弱边缘检测的难点提出了一种基于边缘导向算子模板匹配的熔池轮廓提取算法(operator template matching based on edge direction guidance, OTM-EDG),算法中首先基于非线性灰度变换方法增强弱边缘.之后利用4个方向的Sobel算子与熔池图像进行卷积操作来判断后端弱边缘的方向并计算梯度图.最后对梯度图进行边缘连接操作以及基于数学形态学的边缘平滑操作,得到需要提取的熔池轮廓.结果表明,文中算法能够提取到封闭完整且定位准确的TIG焊不锈钢熔池轮廓.在实际焊接环境中具有较高的鲁棒性,有效解决了熔池区域弱边缘难以准确检测的问题.

关键词：熔池轮廓非线性灰度变换边缘导向算子

Imaging through unknown scattering media based on physics-informed learning

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Photonics Research 2021年第5期9卷 I0043-I0052页

作者： SHUO ZHU ENLAI GUO JIE GU lianfa bai JING HAN Jiangsu Key Laboratory of Spectral Imaging and Intelligent Sense Nanjing University of Science and TechnologyNanjing 210094China

Imaging through scattering media is one of the hotspots in the optical field, and impressive results have been demonstrated via deep learning(DL). However, most of the DL approaches are solely data-driven methods and lack the related physics prior, which results in a limited generalization capability. In this paper, through the effective combination of the speckle-correlation theory and the DL method, we demonstrate a physics-informed learning method in scalable imaging through an unknown thin scattering media, which can achieve high reconstruction fidelity for the sparse objects by training with only one diffuser. The method can solve the inverse problem with more general applicability, which promotes that the objects with different complexity and sparsity can be reconstructed accurately through unknown scattering media, even if the diffusers have different statistical properties. This approach can also extend the field of view(FOV) of traditional speckle-correlation methods. This method gives impetus to the development of scattering imaging in practical scenes and provides an enlightening reference for using DL methods to solve optical problems.

关键词： properties. media speckle

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DMD编码哈达玛变换高灵敏成像

红外与激光工程 2015年第12期44卷 3819-3824页

作者：张毅王勇岳江柏连发南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094

为了增强探测器在微弱光信号条件下的成像质量,提出了一种利用哈达玛变换(Hadamard Transform,HT)实现高灵敏探测的成像方法。基于探测器噪声独立于信号,且每次测量噪声也相互独立的假设,分析了在哈达玛编码成像与经典成像中,噪声对图... 详细信息

为了增强探测器在微弱光信号条件下的成像质量,提出了一种利用哈达玛变换(Hadamard Transform,HT)实现高灵敏探测的成像方法。基于探测器噪声独立于信号,且每次测量噪声也相互独立的假设,分析了在哈达玛编码成像与经典成像中,噪声对图像信噪比的影响。推导出编码成像的信噪比提升与编码模板长度n有关,约为经典成像信噪比的n^(1/2)/2倍。同时采用分区编码的方式,减小了高分辨率图像的编码时间。实验结果表明,与经典成像方式相比,采用分区编码的哈达玛变换成像方法明显的提高了图像的信噪比,同时可以在高分辨率图像条件下,缩短编码时间。

关键词：高灵敏成像 DMD 哈达玛变换编码探测图像重建

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基于场景的三通道偏振成像系统的校正方法

强激光与粒子束 2013年第9期25卷 2235-2240页

作者：季尔优顾国华柏连发钱惟贤南京理工大学电光学院光电技术系南京210094

基于定标的三通道偏振成像系统的校正方法在对通道响应度非一致性的标定过程中操作繁琐,无法根据实际环境的变化随时校正,影响了三通道偏振成像系统的实用性。为了解决这一问题,提出了一种基于场景的三通道成像系统的校正方法。该方法... 详细信息

基于定标的三通道偏振成像系统的校正方法在对通道响应度非一致性的标定过程中操作繁琐,无法根据实际环境的变化随时校正,影响了三通道偏振成像系统的实用性。为了解决这一问题,提出了一种基于场景的三通道成像系统的校正方法。该方法基于对场景中偏振信息的统计,分离出复杂场景中无偏振性的场景分量,简单快速地修正了各通道的灰度响应差异。实验结果表明:该方法克服了通道响应度非一致性的影响,突出不同材质物体的偏振差异,使三通道偏振成像系统的成像效果接近单通道偏振成像系统水平,极大地提高了系统的实用性。

关键词：偏振实时非一致性校正

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低照度双目立体显著目标距离测定方法与实现

红外与激光工程 2015年第3期44卷 1053-1060页

作者：万一龙柏连发韩静张毅南京理工大学电光学院江苏省光谱成像与智能感知重点实验室江苏南京210094

针对位置已固定的双目立体装置,提出了一种基于非平行模式测距原理的双目系统光轴-光心参数标定方法,减小了光轴-光心位置误测量带来的测距误差;为解决低照度下双目立体视觉中存在的立体匹配误匹配点多、目标识别度低的问题,采取了最大... 详细信息

针对位置已固定的双目立体装置,提出了一种基于非平行模式测距原理的双目系统光轴-光心参数标定方法,减小了光轴-光心位置误测量带来的测距误差;为解决低照度下双目立体视觉中存在的立体匹配误匹配点多、目标识别度低的问题,采取了最大熵法结合整体光强变化的阈值选取方法提取显著目标,提高了目标识别率,搭建了显著目标测距系统。结果表明:采用文中的系统标定与阈值选取方法的双目立体视觉装置在低照度下具有较高的测距精度及目标识别率。

关键词：双目测距相机标定目标识别硬件实现

采用改进梯度互信息和粒子群优化算法的红外与可见光图像配准算法

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红外与激光工程 2012年第1期41卷 248-254页

作者：柏连发韩静张毅陈钱南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094

针对传统互信息图像配准容易产生局部极值,以及传统梯度互信息配准方法计算量大等问题,在互信息和梯度方法基础上构建了一种改进的梯度互信息方法,该方法直接统计梯度图像的互信息,有效地将图像梯度信息和灰度信息结合起来,不仅保证了... 详细信息

针对传统互信息图像配准容易产生局部极值,以及传统梯度互信息配准方法计算量大等问题,在互信息和梯度方法基础上构建了一种改进的梯度互信息方法,该方法直接统计梯度图像的互信息,有效地将图像梯度信息和灰度信息结合起来,不仅保证了配准精度,而且较传统梯度互信息方法减少了计算量。在参量优化的过程中,针对传统粒子群优化算法易陷入局部极值的缺点,提出了改进的粒子群优化算法,该算法在传统粒子群优化算法基础上引入混沌优化思想和遗传算法中的杂交思想,不仅能够有效抑制局部极值,而且加快了收敛速度。多种红外与可见光图像配准实验结果证明,文中提出的算法能够有效提高配准精度和速度。

关键词：互信息梯度互信息粒子群优化算法配准参数

前景重配准的改进帧间误差最小化非均匀性校正算法

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红外与激光工程 2014年第5期43卷 1672-1678页

作者：季尔优顾国华柏连发陈钱钱惟贤南京理工大学电光学院光电技术系江苏南京210094

由于基于帧间配准误差最小化的非均匀性校正算法(IRLMS)在对红外图像非均匀性的校正过程中,对于存在运动前景的场景缺乏对运动前景位移的准确估计,和配准精度较低时校正参数不能自适应地控制其更新速率,产生鬼影现象。为了解决这一问题... 详细信息

由于基于帧间配准误差最小化的非均匀性校正算法(IRLMS)在对红外图像非均匀性的校正过程中,对于存在运动前景的场景缺乏对运动前景位移的准确估计,和配准精度较低时校正参数不能自适应地控制其更新速率,产生鬼影现象。为了解决这一问题,提出了一种改进的帧间误差最小化非均匀性校正方法。该方法使用LK光流对场景中的运动前景进行重新配准,估计出运动位移,修正误差图像,以克服前景运动产生的鬼影现象;同时通过估计出相邻帧图像之间去除非均匀性后的相位相关矩阵的峰值,以其峰值自适应地修正参数更新的速率,以克服在配准精度较低时校正参数更新过快造成的影响。实验结果表明:该方法能够克服前景运动和配准精度较低时产生的鬼影现象,有效地提高了IRLMS算法的实用性。

关键词：非均匀性校正红外焦平面阵列前景重配准固定图案噪声

一种基于归一化光谱向量的高光谱图像实时性非监督分类方法

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红外技术 2018年第4期40卷 362-368页

作者：徐杭威赵壮岳江柏连发南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室江苏南京210094

在保证分类结果清晰、准确的前提下,为了提高分类执行效率,本文基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)及并行优化,提出一种基于归一化光谱向量的高光谱图像实时性非监督分类方法。利用高光谱图像的空间一致性有效提高分类精度,同... 详细信息

在保证分类结果清晰、准确的前提下,为了提高分类执行效率,本文基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)及并行优化,提出一种基于归一化光谱向量的高光谱图像实时性非监督分类方法。利用高光谱图像的空间一致性有效提高分类精度,同时,利用归一化光谱向量简化了像元间相似性的计算公式,统一了图像内像元处理方式,并利用GPU并行技术有效提高计算速度。首先,利用GPU并行处理方法计算空间相邻像元间光谱向量相似性,根据高斯拟合取得安全阈值;然后利用光谱角作为像元光谱相似测度,将相似像元划为同质区;最后以同质区内各像元平均光谱向量表述同质区光谱特征,根据安全阈值合并相似的同质区完成分类。用AVIRIS数据评估了该方法性能。本文的理论分析和实验结果显示,与现有非监督分类方法相比,该方法分类精度更高,同时,算法本身运行速度更快。

关键词：归一化光谱并行优化空间一致性非监督分类高光谱图像