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Super-resolution compressive spectral imaging via two-tone adaptive coding

Photonics Research 2020年第6期8卷 395-411页

作者： CHANG xu tingfa xu GE YAN xu MA YUHAN ZHANG XI WANG FENG ZHAO GONZALO R.ARCE Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System School of Optics and PhotonicsBeijing Institute of TechnologyBeijing 100081China School of Computer Science and Information Security Guilin University of Electronic TechnologyGuilin 541004China Department of Electrical and Computer Engineering University of DelawareNewarkDelaware 19716USA

Coded apertures with random patterns are extensively used in compressive spectral imagers to sample the incident scene in the image *** samplings,however,are inadequate to capture the structural characteristics of the underlying signal due to the sparsity and structure nature of sensing matrices in spectral *** paper proposes a new approach for super-resolution compressive spectral imaging via adaptive *** this method,coded apertures are optimally designed based on a two-tone adaptive compressive sensing(CS)framework to improve the reconstruction resolution and accuracy of the hyperspectral imager.A liquid crystal tunable filter(LCTF)is used to scan the incident scene in the spectral domain to successively select different spectral *** output of the LCTF is modulated by the adaptive coded aperture patterns and then projected onto a lowresolution detector *** coded aperture patterns are implemented by a digital micromirror device(DMD)with higher resolution than that of the *** to the strong correlation across the spectra,the recovered images from previous spectral channels can be used as a priori information to design the adaptive coded apertures for sensing subsequent spectral *** particular,the coded apertures are constructed from the a priori spectral images via a two-tone hard thresholding operation that respectively extracts the structural characteristics of bright and dark regions in the underlying ***-resolution image reconstruction within a spectral channel can be recovered from a few snapshots of low-resolution *** no additional side information of the spectral scene is needed,the proposed method does not increase the system *** on the mutual-coherence criterion,the proposed adaptive CS framework is proved theoretically to promote the sensing efficiency of the spectral *** and experiments are provided to demonstrate and assess the proposed adaptive cod

关键词： resolution spectral image

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Deep learning reconstruction enables full-Stokes single compression in polarized hyperspectral imaging

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Chinese Optics Letters 2023年第5期21卷 18-24页

作者：樊阿馨许廷发腾格尔王茜徐畅张宇寒徐昕李佳男 Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System of Ministry of Education of China School of Optics and PhotonicsBeijing Institute of TechnologyBeijing 100081China Beijing Institute of Technology Chongqing Innovation Center Chongqing 401151China Department of Engineering Science Institute of Biomedical EngineeringUniversity of OxfordOxford OX37DQUK School of Printing&Packaging Engineering Beijing Institute of Graphic CommunicationBeijing 102600China

Polarized hyperspectral imaging,which has been widely studied worldwide,can obtain four-dimensional data including polarization,spectral,and spatial *** simplify data acquisition,compressive sensing theory is utilized in each *** polarization information represented by the four Stokes parameters currently requires at least two *** work achieves full-Stokes single compression by introducing deep learning *** four Stokes parameters are modulated by a quarter-wave plate(QWP)and a liquid crystal tunable filter(LCTF)and then compressed into a single light intensity detected by a complementary metal oxide semiconductor(CMOS).Data processing involves model training and polarization *** reconstruction model is trained by feeding the known Stokes parameters and their single compressions into a deep learning *** Stokes parameters can be reconstructed from a single compression using the trained *** from the acquisition simplicity and reconstruction efficiency,this work well facilitates the development and application of polarized hyperspectral imaging.

关键词： full-Stokes single compression deep learning reconstruction polarized hyperspectral imaging

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基于点云数据的三维目标检测技术研究进展

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光学学报 2023年第15期43卷 286-302页

作者：李佳男王泽许廷发北京理工大学光电学院北京100081 北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401135

近年来,随着深度传感器和三维激光扫描设备的普及,点云数据引起了广泛关注。相对于二维图像,点云数据不仅包含场景的深度信息,还不受光照等环境因素的影响,能够更精确地实现目标识别和三维定位。因此,基于点云的三维目标检测技术已经成... 详细信息

近年来,随着深度传感器和三维激光扫描设备的普及,点云数据引起了广泛关注。相对于二维图像,点云数据不仅包含场景的深度信息,还不受光照等环境因素的影响,能够更精确地实现目标识别和三维定位。因此,基于点云的三维目标检测技术已经成为智能空间感知和场景理解的关键技术。本文首先介绍了点云数据的特点,并探讨了不同类型的点云特征提取方法;其次,详细阐述了基于体素、点、图以及体素与点混合的点云目标检测方法的原理和发展历程;然后,介绍了常见的室内外点云目标检测数据集和评价指标,并对各类点云目标检测方法在KITTI和Waymo数据集上的性能进行了详细的比较和分析;最后,对点云目标检测技术的研究进展进行了总结和展望。

关键词：点云三维目标检测单模态多模态

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快速无参数背景建模的红外目标检测方法研究

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光学技术 2010年第5期36卷 758-763页

作者：葛曙乐许廷发倪国强北京理工大学北京100081

针对复杂背景红外图像序列目标检测的难题,给出了一种用于红外监控系统中入侵目标检测的背景建模方法。应用特征样本集为每一个像素建立统计无参数样本集模型,根据核函数估计计算每一个像素值对模型的符合概率。使用双阈值进行目标检测... 详细信息

针对复杂背景红外图像序列目标检测的难题,给出了一种用于红外监控系统中入侵目标检测的背景建模方法。应用特征样本集为每一个像素建立统计无参数样本集模型,根据核函数估计计算每一个像素值对模型的符合概率。使用双阈值进行目标检测和模型更新,将图像分为三类:可靠背景、感兴趣区域和不可靠背景。通过不可靠背景类提供的信息进一步将感兴趣区域细分为入侵目标和错误检测。对几种红外图像序列仿真实验表明,该算法不仅可以比较精确的检测显著入侵目标,对于容易淹没在噪声中的弱小入侵目标也可以实现准确地检测。

关键词：光学测量红外目标检测背景消除核估计

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改进的匹配点提纯算法mRANSAC

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东南大学学报（自然科学版） 2013年第A01期43卷 163-167页

作者：王亚伟许廷发王吉晖北京理工大学光电学院北京100081

针对当前图像匹配算法中匹配点提纯环节不能有效提取正确匹配点的问题,提出了多变换矩阵mRANSAC(multi-RANSAC)方法.由于数字图像离散采样的原因,匹配点不能准确对应,存在一定的误差,由其拟合出的变换矩阵也各不相同,因而一个变换矩阵... 详细信息

针对当前图像匹配算法中匹配点提纯环节不能有效提取正确匹配点的问题,提出了多变换矩阵mRANSAC(multi-RANSAC)方法.由于数字图像离散采样的原因,匹配点不能准确对应,存在一定的误差,由其拟合出的变换矩阵也各不相同,因而一个变换矩阵不能包含所有的正确匹配点.通过对RANSAC的研究发现,在抽样计算结果非最大内点数组中,只要内点数足够多,也是正确的,这也可以通过不同图像匹配点数不同来客观印证.因而提出使用多变换矩阵增加匹配点数,提高提纯效率,并提出并集法、减集法、自适应内点数阈值法三种策略.结果表明,mRANSAC提纯结果比RANSAC方法多出60%～300%.通过对mRANSAC阈值的设置和调整,可以达到近似100%的提纯率.该方法也可应用到其他有类似提纯问题的领域中.

关键词：图像匹配匹配点提纯变换矩阵 RANSAC

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深度学习单目标跟踪方法的基础架构研究进展

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光学学报 2023年第15期43卷 166-178页

作者：许廷发王颖史国凯李天昊李佳男北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 北方自动控制技术研究所山西太原030006

单目标跟踪是计算机视觉领域重要的分支,旨在对视频序列中的指定目标进行连续跟踪。近年来,基于深度学习的单目标跟踪方法发展迅猛,其中基于孪生网络的双流跟踪方法和基于Transformer的单流跟踪方法是两种基础架构。本文从原理、组成结... 详细信息

单目标跟踪是计算机视觉领域重要的分支,旨在对视频序列中的指定目标进行连续跟踪。近年来,基于深度学习的单目标跟踪方法发展迅猛,其中基于孪生网络的双流跟踪方法和基于Transformer的单流跟踪方法是两种基础架构。本文从原理、组成结构、局限性及未来发展方向等角度对这两种架构进行了全面介绍与分析。另外,数据集是方法训练及评测的基石,本文汇总了当前主流的深度学习单目标跟踪数据集,详细阐述了跟踪方法在数据集上的评测方式及评测指标,并总结了多种方法在数据集上的表现。最后,从宏观角度分析了深度学习目标跟踪方法的未来发展趋势,以期为相关研究人员提供参考。

关键词：深度学习目标跟踪单目标跟踪深度学习孪生网络 Transformer

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深度成像理论与实现

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红外与激光工程 2016年第7期45卷 242-246页

作者：刘子伟许廷发王洪庆申子宜饶志涛北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

传统成像获取信息不足,成像质量有一定局限性。为此,提出了一种深度成像模型。模型包含深度矩阵、分解函数、散焦算子、自适应正则项等部分。深度矩阵的获取有双目立体视觉、结构光或飞行时间法等实现方法;分解函数用于将图像按深度值... 详细信息

传统成像获取信息不足,成像质量有一定局限性。为此,提出了一种深度成像模型。模型包含深度矩阵、分解函数、散焦算子、自适应正则项等部分。深度矩阵的获取有双目立体视觉、结构光或飞行时间法等实现方法;分解函数用于将图像按深度值的不同分割为若干子图像;散焦算子可以通过深度散焦法来计算;自适应正则项的引入能减少图像的阶梯效应,增强图像的光滑性。通过局部标准差和局部平均梯度这两个评价指标检验深度成像模型的效果。实验结果表明,深度成像模型效果显著。

关键词：深度成像计算成像深度深度散焦法

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Automated optical inspection of FAST’s reflector surface using drones and computer vision

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Light(Advanced Manufacturing) 2023年第1期4卷 1-11页

作者： Jianan Li Shenwang Jiang Liqiang Song Peiran Peng Feng Mu Hui Li Peng Jiang tingfa xu Beijing Institute of Technology Beijing 100081China National Astronomical Observatories of China Beijing 100107China Beijing Institute of Technology Chongqing Innovation Center Chongqing401135China

The Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope(FAST)is the world’s largest single-dish radio *** large reflecting surface achieves unprecedented sensitivity but is prone to damage,such as dents and holes,caused by naturally-occurring falling ***,the timely and accurate detection of surface defects is crucial for FAST’s stable *** manual inspection involves human inspectors climbing up and examining the large surface visually,a time-consuming and potentially unreliable *** accelerate the inspection process and increase its accuracy,this work makes the first step towards automating the inspection of FAST by integrating deep-learning techniques with drone ***,a drone flies over the surface along a predetermined *** surface defects significantly vary in scale and show high inter-class similarity,directly applying existing deep detectors to detect defects on the drone imagery is highly prone to missing and misidentifying *** a remedy,we introduce cross-fusion,a dedicated plug-in operation for deep detectors that enables the adaptive fusion of multi-level features in a point-wise selective fashion,depending on local defect ***,strong semantics and fine-grained details are dynamically fused at different positions to support the accurate detection of defects of various scales and *** AI-powered drone-based automated inspection is time-efficient,reliable,and has good accessibility,which guarantees the long-term and stable operation of FAST.

关键词： FAST Drone Deep learning Feature fusion

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基于空-谱编码的压缩感知高光谱计算成像

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光学学报 2023年第15期43卷 213-228页

作者：徐畅许廷发史国凯王茜樊阿馨张宇寒李佳男北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 北方自动控制技术研究所军种指控系统研发部山西太原030006 北京印刷学院印刷与包装工程学院北京102600

压缩感知高光谱计算成像技术是当前高光谱计算成像领域的研究热点之一,其能够在保持系统元器件物理特性不变的前提下,有效地提升成像质量。本文概述了高光谱计算成像的研究背景和基本概念,详细介绍了压缩感知高光谱计算成像系统的发展现... 详细信息

压缩感知高光谱计算成像技术是当前高光谱计算成像领域的研究热点之一,其能够在保持系统元器件物理特性不变的前提下,有效地提升成像质量。本文概述了高光谱计算成像的研究背景和基本概念,详细介绍了压缩感知高光谱计算成像系统的发展现状,重点阐述了本团队提出的基于空-谱编码的压缩感知高光谱计算成像技术,并对其系统组成、数理模型以及最新进展进行了说明。通过总结压缩感知高光谱计算成像的背景知识以及空-谱编码压缩感知高光谱计算成像的研究工作,力求为科研人员探索压缩感知高光谱计算成像新体制带来新的思路,促进高光谱计算成像技术的发展。

关键词：成像系统高光谱成像计算成像压缩感知编码技术

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Riverine sulfate sources and behaviors in arid environment,Northwest China:Constraints from sulfur and oxygen isotopes

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Journal of Environmental Sciences 2024年第3期137卷 716-731页

作者： Yifu xu Wenjing Liu Bing xu Zhifang xu Key Laboratory of Cenozoic Geology and Environment Institute of Geology and GeophysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China Innovation Academy for Earth Science Chinese Academy of SciencesBeijing 100029China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China

The fate of riverine sulfate ion (SO_(4)^(2-)) and its environmental effects in arid environment are difficult to evaluate due to its complicated sources and strongly coupled behaviors with water cycle which is significantly modified by *** understand the sulfur cycle in aquatic systems in arid environment,the chemical and sulfur and oxygen isotopic compositions (δ^(34)S_(SO4)and δ^(18)O_(SO4)) of major rivers around the Badain Jaran Desert,northwestern China,were *** rivers had averaged SO_(4)^(2-)content at 1336μmol/L,over 10times higher than the global *** δ^(34)S_(SO4)and δ^(18)O_(SO4)values ranged from-5.3‰to+11.8‰and+1.6‰to+12.8‰,*** end-member analysis and the inverse model showed that riverine sulfate was mainly derived from evaporites dissolution (0-87%),sulfide oxidation (13%-100%) and precipitation (0-33%),indicating heterogeneity in sulfur sources and behaviors along the river drainage with the lithology variations and climate *** isotopic tools combining with hydro-chemistry compositions could be applied to reveal sulfur cycle in arid *** on the calculation,sulfide oxidation plays the primary role in the headwater and upstream in the Qilian-Mountains area,where sulfide is widely *** the proportion of evaporites dissolution contributing to riverine sulfate is much higher in downstream in a drier ***,less precipitation and higher temperature can lead to more intensive evaporation,affecting the process of sulfide oxidation and enhancing the rates of evaporites dissolution and sulfate precipitation in the basin.

关键词： Sulfur and oxygen isotopes Source apportionment Inverse model Arid environment Inland rivers Northwestern China

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