四波段共光轴成像实验平台及其图像融合

刘志豪; 金伟其; 李力; 沙漠洲; 郭勤

doi:10.37188/OPE.20223001.0001

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四波段共光轴成像实验平台及其图像融合

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-12

- 四波段共光轴成像实验平台及其图像融合
- Four-band coaxial imaging experimental platform and its image fusion methods
- 光学精密工程 2022年30卷第1期页码：1-11
- 作者机构：
  
  1.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
  2.北京机电工程研究所，北京 100074
- 作者简介：
  
  刘志豪（1996-），男，湖北潜江人，博士研究生，2017年于北京理工大学获得学士学位，主要从事多波段红外成像技术及相关算法的研究。E-mail： 840064852@qq.com
  金伟其（1961-），男，上海人，教授，博士生导师，光电成像技术与系统教育部重点实验室主任，1982年于北京工业学院获得学士学位，1990年于北京理工大学获得博士学位，主要从事夜视与红外技术、光电图像处理、光电检测与仪器方面的研究。E-mail：jinwq@bit.edu.cn
- 基金信息：
  
  精导十三五重点预研项目(41415020102);国家自然科学基金资助(61871034)
- DOI：10.37188/OPE.20223001.0001
  中图分类号： TN216
- 收稿：2021-08-27，
  
  修回：2021-10-15，
  
  纸质出版：2022-01-15
- 稿件说明：
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刘志豪,金伟其,李力等.四波段共光轴成像实验平台及其图像融合[J].光学精密工程,2022,30(01):1-11.

LIU Zhihao,JIN Weiqi,LI Li,et al.Four-band coaxial imaging experimental platform and its image fusion methods[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(01):1-11.
刘志豪,金伟其,李力等.四波段共光轴成像实验平台及其图像融合[J].光学精密工程,2022,30(01):1-11. DOI： 10.37188/OPE.20223001.0001.

LIU Zhihao,JIN Weiqi,LI Li,et al.Four-band coaxial imaging experimental platform and its image fusion methods[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(01):1-11. DOI： 10.37188/OPE.20223001.0001.

摘要

为获取以及充分利用场景的多波段信息，同时为多波段图像算法研究奠定基础，基于非制冷红外焦平面阵列，研制了共光轴分束的可见光+近红外、短波红外、中波红外和长波红外四波段光电成像实验平台。给出了基于四波段光电成像实验平台的图像处理案例，使用现场可编程门阵列完成各路图像的预处理与多波段图像融合。预处理过程主要包括可见光机芯盲元校正以及基于梯度域滤波的中、长波红外机芯的低频非均匀性校正，从而优化各波段的图像质量。双波段和四波段图像融合采用色彩传递的方式对YUV颜色空间中线性组合融合的图像进行色彩增强，得到更佳的自然感彩色融合图像的同时保证了算法的运行效率。使用中、长波红外进行双波段红外测温，室内黑体实验表明，在20~80 ℃内双波段测温的准确度明显高于单波段测温，双波段测温误差小于3.5%，单点温度波动幅度小于0.7%。外场实验结果表明，信息融合图像能有效增强人眼对场景信息的理解。四波段光电成像实验平台能够获得场景的四波段信息，经过图像融合与双波段测温加强了对场景信息的理解。

Abstract

To obtain and make full use of the multi-spectrum information of the scene， and to lay the foundation for the research of multi-band image algorithms， a four-band coaxial imaging experimental platform of visible light + near infrared， short wave infrared， mid-wave infrared and long-wave infrared was developed based on uncooled infrared focal plane array （IRFPA）. Image processing cases based on the four-band imaging experimental platform were presented. FPGA was used in the preprocessing of each channel of image and the fusion of multi-band image. The image quality of each band was optimized by the preprocessing procedure， that included the blind point correction of the visible sensor and nonuniformity correction of the mid-wave and long-wave infrared sensors based on grad-filtering. Dual-band and four-band image fusion enhanced the color of the fusion image obtained by linear combination in the YUV color space by color transfer， thus resulting in a natural color fusion image as well as ensuring the operating efficiency of the algorithm. Dual-band infrared temperature measurement was performed using medium and long-wave infrared. The blackbody experiment shows that in the temperature range of 20-80 ℃， the accuracy of dual-band temperature measurement is significantly higher than that of single-band temperature measurement， the error of dual-band temperature measurement is less than 3.5%， and the single-point temperature fluctuation range is less than 0.7%. The outfield experiment results show that information fusion images can effectively enhance the human eye’s understanding of scene information. The four-band imaging experimental platform can easily obtain the four-band information of the scene， and image fusion and dual-band temperature measurement can strengthen the understanding of scene information.

关键词

Keywords

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