1 南华大学 电气工程学院衡阳 421001
2 中国科学院合肥物质科学研究院 等离子体物理研究所合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院 科学岛分院合肥 230031
4 合肥师范学院 物理与材料工程学院合肥 230601
5 安徽大学 物质科学与信息技术研究院合肥 230601
东方超环（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）全超导托卡马克装置上极紫外（Extreme Ultraviolet，EUV）光谱诊断系统采用电荷耦合器件（Charge Coupling Device，CCD）探测器集光谱图像数据，硬X射线对CCD产生的干扰造成光谱数据中存在大量的单像素噪声，这为准确分析聚变等离子体杂质辐射带来极大的困难。针对这一问题，设计了一套基于可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的EUV光谱图像处理系统，来快速去除硬X射线产生的噪声干扰。该系统基于限幅滤波算法，并引入标准差和离均差替代固定限幅阈值和样本偏差；通过融合限幅滤波算法和数据判别法，外加设置算法工作区间来分阶段对光谱图像数据进行相应处理。同时设计了仿真测试模块，使用EUV光谱图像转化的视频数据模仿采集流程进行系统的功能测试。最后，为了检验该系统对有效光谱数据的保护能力，将图像数据转换成更加直观的谱线图进行对比分析。实验测试结果表明：该系统能够有效去除光谱图像中的噪声点，并较好地保持了光谱数据的完整性，从而提升了光谱数据的可观测性。
极紫外光 图像处理 可编程门阵列 图像降噪 Extreme ultraviolet Image processing Field programmable gate array Image denoising
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
针对多聚焦图像融合过程中存在聚焦边缘模糊、伪影和块效应的问题，提出一种基于低秩稀疏矩阵分解（LRSMD）和离散余弦变换（DCT）实现多聚焦图像融合的算法。首先，利用LRSMD将源图像分解为低秩和稀疏矩阵两部分；然后，设计DCT方法检测低秩矩阵部分聚焦区域，构建初始焦点决策图，并利用重复一致性验证方法验证决策图，同时设计基于形态滤波的融合策略，得到稀疏矩阵部分融合结果；最后，采用加权重构方法对两部分进行融合。实验结果表明，相较于其他5种主流算法，所提算法在主观评价上具有高清晰度和全聚焦的优势，在客观评价上，边缘信息保持度、峰值信噪比、结构相似性及相关系数4个指标最高分别提高了62.3%、6.3%、2.2%及6.3%，证明所提算法有效提升了对源图像聚焦信息的提取能力，增强了聚焦边缘细节信息，同时对伪影和块效应的减少起到了重要作用。
图像处理 图像融合 低秩稀疏矩阵分解 离散余弦变换 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1037010
1 江南大学人工智能与计算机学院，江苏 无锡 214122
2 江苏省模式识别与计算智能工程实验室（江南大学），江苏 无锡 214122
针对multiattention network（MANet）算法与图像语义信息关联不足、全局特征提取不充分和分割精度较低的问题，基于Transformer与注意力机制，提出一种增强浅层网络语义信息，具有融合局部和全局上下文的双分支解码器的网络结构，即Transformer multiattention network（TransMANet）。首先，引入局部注意力嵌入机制，增强上下文信息的嵌入，并将高级特征的语义信息嵌入低级特征；然后，设计基于Transformer与卷积神经网络的双分支解码器，分别提取全局上下文信息和不同尺度的细节信息，对全局与局部信息建模；最后，改进原有的损失函数，缓解遥感数据集类别不平衡的问题，提高分割准确度。实验结果表明，TransMANet在UAVid、LoveDA、Potsdam和Vaihingen数据集上均取得了较MANet及其他有竞争力的先进方法更优的交并比指标，有较好的泛化能力。
图像处理 语义分割 注意力机制 Transformer 高分辨率遥感影像 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1028002
张文雪 1,2,3,4罗一涵 1,2,3,4,*刘雅卿 1,2,3夏诗烨 1,2,3赵开元 1,2,3,4
1 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
4 中国科学院大学，北京 100049
![]()
![]()
超分辨率重建 亚像素 图像处理 微扫描 super-resolution reconstruction subpixel image processing micro-scanning
南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
针对车底危险物图像拼接中存在特征点匹配精度低、匹配速度慢、拼接处存在裂缝以及拼接时间久的问题，提出一种车底危险物图像快速拼接算法。首先，利用角点检测（FAST）算法进行图像特征点提取，再用二进制鲁棒不变可扩展关键点（BRISK）算法对保留的特征点进行特征描述；其次，用快速最近邻搜索（FLANN）算法进行粗匹配；接着，使用渐进一致采样（PROSAC）算法进行特征点提纯；最后，利用拉普拉斯金字塔算法进行图像融合与拼接。实验结果表明：在车底危险物图像数据中，与SIFT、SURF、ORB算法相比，所提算法的图像特征匹配精度分别提高13.10百分点、8.59百分点、11.27百分点，匹配时间分别缩短76.26%、85.36%、10.27%，图像拼接时间分别缩短63.73%、64.21%、20.07%，拼接处不存在明显裂痕。因此，基于FAST、BRISK、PROSAC和拉普拉斯金字塔组合的图像拼接算法是一种优质的图像快速拼接算法。
图像处理 FAST算法 BRISK算法 PROSAC算法 拉普拉斯金字塔算法 图像融合 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0837011
烟台大学计算机与控制工程学院，山东 烟台 264000
现在大多数基于图卷积的点云语义分割方法忽略了边构建的重要性，不能充分地表示局部区域的特征。基于此，提出一种结合注意力机制的边增强的图卷积网络（AE-GCN）。首先，将邻居点特征加入边中，而不仅仅是中心点与邻居点的特征差异；其次，加入注意力机制保证点云的局部信息得到更充分的利用；最后，采用U-Shape的分割结构，确保网络更好适应点云的语义分割这一任务。在两个公开数据集Toronto_3D和S3DIS上的实验结果表明，与目前的大多数方法相比，AE-GCN取得了具有竞争力的结果：在Toronto_3D数据集的平均交并比为80.3%，总体准确度为97.1%；在S3DIS数据集的平均交并比为68.0%，总体准确度为87.2%。
三维图像处理 点云语义分割 注意力机制 边增强 图卷积 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0837009
长春理工大学电子信息工程学院，吉林 长春 130012
针对彩色图像引导的深度图像超分辨率重建算法中存在的纹理转移和深度流失的问题，提出一种基于双特征融合引导的深度图像超分辨率重建网络（DF-Net）。为了充分利用深度和强度特征的关联性，在网络模型的深度恢复重建部分采用双通道融合模块（DCM）和双特征引导重建模块（DGM）。利用输入金字塔结构提取深度信息和强度信息的多尺度特征：DCM基于通道注意力机制对深度特征和强度特征进行通道间的特征融合与增强；DGM将深度、强度特征自适应选择融合后实现重建的双特征引导，增加了深度特征的引导作用，改善了纹理转移和深度流失的问题。实验结果表明，所提方法的峰值信噪比（PSNR）和均方根误差（RMSE）优于RMRF、JBU和Depth-Net等方法，尤其4×超分辨率重建结果的PSNR值比其他方法平均提升6.79 dB，RMSE平均下降0.94，取得了较好的深度图像超分辨率重建效果。
图像处理 图像超分辨率重建 卷积神经网络 深度图像 特征融合 通道注意力 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0837007
1 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
2 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
4 中国科学院大学光电学院，北京 100049
针对水下图像因成像环境造成的色彩失真、对比度下降、模糊等问题，提出一种自适应水下图像增强算法。首先，基于Lab色彩空间的局部色偏和全局色偏对衰减颜色进行色彩补偿，再利用灰度世界算法恢复水下图像的色彩平衡。其次，使用自动色阶和伽马校正方法调整各通道信息，以获得高动态范围、高照度的图像。最后，通过反锐化掩膜方法获得高频信息并增强图像细节，从而获得清晰的水下图像。所提算法利用图像的色偏、均方差等统计信息，实现了自适应处理。实验结果表明，所提算法能有效去除水下图像色偏，提高图像对比度与清晰度，提升视觉效果。较之其他算法，其在处理效果及时间上均有优势。
图像处理 水下图像增强 色彩校正 对比度提升 细节增强 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0837001
针对轨道扣件表面结构复杂导致的线结构光照射分布不均匀问题，研究了一种基于改进灰度重心法的光条中心线提取方法，精准重构了轨道扣件点云模型。基于点云模型提取了轨道扣件的结构特征信息，建立了轨道扣件缺陷检测组合分类器模型，实现了轨道扣件的弹条缺失、扣件歪斜、螺母缺失等缺陷检测。研究了基于表面法向量的螺母上平面解析方法，通过螺母松动测量实验实现了轨道扣件的松动检测。搭建了扣件故障诊断实验平台并开展了相关实验研究，实验结果表明，系统扣件故障检出率达到96%，扣件松紧度测量的总体误差低于0.2 mm，扣件故障诊断系统的检测效果和鲁棒性较好，对列车安全运行具有重要的现实意义。
测量 三维图像处理 轨道扣件 线结构光 中心线提取 故障诊断
