面向开环扫描系统的超声图像畸变校正方法

超声显微成像技术广泛应用于工业无损检测领域。相较于闭环、半闭环扫描系统硬件复杂、成本高,开环扫描系统结构简单、成本低,但由于无反馈机制会导致步进电机的非线性运动引起图像像素错位畸变。因此,消除非线性运动带来的错位畸变是采用开环扫描系统实现高质量超声成像的关键。该文提出集最大值投影法、最大类间方差法和中心坐标校正法于一体的MIP-Otsu-C³M方法,对开环扫描系统获得的硬币回波数据采用最大值投影法获取初始灰度图像,采用最大类间方差法获取感兴趣区域的B扫描图像边缘像素位置,并采用中心坐标校正法成功消除像素错位,解决了超声C扫描图像畸变问题。对消除错位畸变的回波数据进行飞行时间法和傅里叶变换法图像重建,直接获得了非畸变的三维图像和透视图像。该新颖算法也验证了最大值投影法可拓展至图像畸变校正应用。     

基于FPGA的雾霾视频图像实时复原系统研究

针对雾、霾等恶劣气象条件下, 视频监控等户外视频设备对视频图像实时复原的需要, 提出一种快速图像复原算法的FPGA实现方法, 通过适当降低算法复杂度达到了降低时间开销和硬件实现复杂度的目的。通过将一帧视频分解成3×3小窗口进行运算, 以窗口中心像素的流水计算替代一帧视频像素计算, 使每个像素在3个时钟周期内完成全部运算, 确保了系统能够实时复原, 降低了复原模块对硬件的开销。实验证明:FPGA处理结果和MATLAB处理的结果相符, 可以在保证除雾效果的前提下, 实时处理分辨率为640×480视频并以29帧/s速度流畅显示。     

一种极线近似的双目结构光相位立体匹配方法北大核心CSCD

针对双目结构光三维重建中的相位立体匹配效率较低问题,提出了一种极线近似的快速匹配方法。首先依据两相机光心与左像素形成平面与右成像平面交线对极线进行描述;对每行像素中部分区域的对应极线进行近似,结合立体视觉的连续性约束,使得孤立的沿各自极线搜索匹配相位改为区域内沿近似极线连续搜索匹配相位;同时结合双目相机位姿特性,实现全局均匀分区,避免针对每行数据重复分区;计算过程中采用查表法辅助计算。实验结果表明,立体匹配后获得点云平均误差为0.436 mm,属可接受误差范围内,立体匹配计算速度平均提升10.18倍,对640×480尺寸图像可在17 ms内完成立体匹配,可应用于结构光实时三维重建。     

高噪声背景下激光条纹亚像素中心的提取

针对线结构光三维形貌测量中大量噪声易干扰激光条纹中心提取准确度的问题,提出了一种条纹亚像素中心提取方法。分析条纹图像中的噪声,采用平均法和中值滤波预处理图像;利用迭代阈值分割及形态学方法,获取条纹目标,引入距离变换提取条纹的像素级中心;根据像素级中心、二值信息及光强灰度,结合曲线拟合及重心法精确提取条纹的亚像素中心。仿真分析和实验验证下,相邻行条纹中心列坐标最大偏差值像素小于2 ,平均偏差像素值约为0.3,与传统方法相比,2项指标值更小。实验结果表明,算法有效利用条纹灰度分布规律,可降低噪声对中心定位精度的影响,更逼近条纹真实中心位置,抗噪能力极强。     

利用匹配区域的纹理特征改善重构三维图像的视觉质量

研究了计算机重构三维图像时分辨率低的问题,提出一种改善3D计算机全景重构图像的视觉质量的方法,该方法利用3D空间的物体部分在每个元素图像中形成的匹配区域的纹理特征,从两个相邻的元素图像中的匹配区域提取出多个像素,经过加权计算重构出相应的图像区域.该方法与传统的计算机重构方法相比,提高了图像分辨率,同时也消除了从每个元素图像中提取多个像素直接重构图像时存在的"像素块"效应,改善了重构图像的视觉质量.     

基于统计分析方法的同步移相干涉图位置配准

使用同步移相干涉仪重建波前相位时,需要对移相干涉图进行准确的位置配准和目标区域确定以保证重建精度和相位解缠绕算法的成功实施。提出一种基于统计分析方法的圆形域同步移相干涉图位置配准技术,对一组包含不同相位分布的干涉图按照对应像素位置进行方差分布函数计算;利用最大组间方差法完成阈值分割,从而分离出干涉图像的背景与目标区域,通过梯度运算检测出目标区域的轮廓;利用改进Hough变换算法估计出各个轮廓的绝对位置和半径参数。数值仿真结果表明,当轮廓半径大于64pixel时,该方法的配准精度可以达到0.5pixel。通过建立自参考同步移相干涉仪对该方法的可靠性与实用性进行实验验证。     

基于内窥图像畸变校正的孔内表面尺寸测量方法

针对孔内表面缺陷尺寸测量难的问题，提出一种内窥图像校正方法以实现孔内表面尺寸测量。根据内窥成像原理，在考虑应用场景几何约束的情况下，将图像畸变分解为周向畸变和轴向畸变，将校正模型中的参数简化为图像中心坐标和一个非线性增长函数，进而提高了内窥镜图像边缘区域的校正精度。采用Hough变换和图像像素标定的方法得到相关参数，为克服轴向校正对标定结果的依赖，采用神经网络算法拟合包含像素相对位置和孔径的轴向校正函数。实验结果表明，基于像素标定的6组实验的平均测量误差为1.95%，准确度高。对于不具备标定条件的孔内表面缺陷，采用轴向校正函数进行校正和测量，3组实验的平均测量误差为6.75%，结果较为理想。所提出的校正方法通用性好、准确率高，可用于孔类零件及管道的自动化检测和智能检测。     

光学表面沾染的成像系统的性能测试和分析

光学表面沾染是导致光学成像系统成像质量降低的重要因素之一。对光学表面被直径d=0.3 mm而颗粒间距不同的颗粒沾染的成像系统进行了测试,相应的分辨率值由奥林巴斯公司编写的软件HYRes 3.1给出。然后采用时域有限差分方法(FDTD)计算了相应的前向散射光强分布。结果表明,随着沾染颗粒间距的减小,前向散射光强的最大值在数值上变化不大,但位置更加远离成像面中心,而且光能更加集中于某些点上,分辨率随之减小;当颗粒间距达到一定值时,分辨率严重降低以致无法由软件读出,而前向散射光的最大值也迅速下降,且几乎位于成像面边缘。因此,在光学表面沾染量较小、不足以造成光能传输率明显改变的情况下,沾染颗粒衍射引起的光能分布的改变可以导致光学成像系统成像质量的降低。     

基于位的超光谱遥感图像无损压缩算法

图像压缩是超光谱遥感技术中急需解决的一个问题。分析了像素的高位与低位的相关性 ,提出了对字位进行运算的无损压缩算法。结果表明 ,本算法的压缩比与目前一些无损压缩比基本一致 (1 6～ 2 4) ,但这种算法运算简单 ,在去相关过程中 ,每位只进行一次运算 ,而且均为二进制运算 ,易于硬件电路的实现和进行实时压缩。所述思想为超光谱图像压缩提出了一条新思路     

基于Mie光散射理论的尾流气泡前向散射光特性研究

实验中利用CMOS图像传感器代替传统的光电探测器接受前向散射光,由几何光学和图像处理分析得出不同散射角的散射光与采集图像中的光环相对应.通过计算各个光环的所有像素值的总和就可以得到前向散射光光强的相对值,进而可以得出前向散射光光强变化规律.根据米氏（Mie）光散射理论可以计算出气泡各个方向的散射光光强,通过比较实验结果和Mie理论计算结果可以看出,采用CMOS图像传感器探测和图像处理技术可以准确地得出散射光强度的变化规律.     

基于高斯拟合的激光光斑中心定位算法

激光光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一。通过对常用定位算法的分析,给出利用光斑图像中的不饱和点对光斑进行高斯拟合,并以拟合函数的幅值点作为光斑中心的方法。利用人工光斑对该算法进行验证,结果表明该算法误差远小于0.1 像素;利用一维高精度电动平移台、CCD相机、激光器等搭建测试系统,由计算机自动采集激光光斑图像并对其进行分析,实验结果表明该算法与理论分析结果的均方根误差仅为0.1 像素。     

基于Zernike矩的亚像素边缘定位算法

亚像素软件处理技术可以在一定程度上补偿图像测量系统由硬件限制引起的边缘定位精度,提出了一种基于Zernike矩的亚像素边缘定位算法。该算法利用Zernike多项式的正交性与完备性以及复数矩幅度的旋转不变性计算出边缘的亚像素位置。计算出了像素为正方形与矩形(长宽比为4∶3)时的矩模板,使其应用范围进一步扩大。分析了由于矩模板产生的原理偏差,并提出了修正公式,使定位精度得到提高。进一步推导出了实际边缘模型的定位公式,导出了其存在的偏差,并进行了补偿。最终的实验结果表明,补偿后的算法对直线的定位精度达0.05像素,对曲线的定位精度可达0.07像素。     

Non-iterative spot center location algorithm based on Gaussian for fish-eye imaging laser warning system

The directional accuracy of threaten laser is highly dependent on the laser spot center location accuracy for the laser warning system. On the basis of analyzing the spot features on wide field of view (FOV) fish-eye imaging laser warning system, a refinement of existing methodology based on fitting a 2D Gaussian distribution for estimating the center of the spot is developed. The proposed procedure is using a linear least squares based algorithm to determine the best-fitting parameters of the Gaussian. However, in contrast to the standard Gaussian Fitting procedure, this new scheme gives rise to equations that are rigorously linear in the transformed unknown parameters which can be solved easily by linear least squares estimators. To validate the accuracy of the proposed algorithms, experimental approaches with a type of laser warning detector and simulated threaten laser in laboratory are used to quantify its performance. The experimental results show that this method outperforms significantly the commonly used location technique. It is less susceptible to the non-100% fill ratio of CMOS and large unsymmetrical optical aberration of fish-eye lens. The positioning precision in paraxial region and 80° incident angle region are 1/60 pixels, 1/30 pixels respectively. The biggest error is less than 1/20 pixels. The proposed method is suitable for wide FOV laser warning system for high accuracy and low computational complexity.     

Prism-based Spectral Imaging of Four Species of Single-molecule Fluorophores by Using One Excitation Laser

A prism-based imaging system for simultaneously detecting four species of single-molecule (SM) fluorophores was developed. As for the detection method, four spectrally distinct species of BigDye fluorophores were bound to 50-nm-diameter gold nanoparticles (AuNPs) to form AuNP/BigDye complexes. Four species of complexes were randomly immobilized on different fused-silica slides. BigDyes were excited by an argon-ion-laser (excitation wavelengths: 488 and 514.5 nm) beam through total internal reflection on the slide surface. SM fluorescence emitted from a complex was spectrally dispersed through a prism to form an SM spot elongated in the spectral direction on a charge-coupled device. A scattered light spot generated by the AuNP of the same complex under 594-nm laser illumination was used as a wavelength reference, and the SM fluorescence spectrum was obtained from the pixel-intensity pattern of the elongated SM spot. Peak locations of fluorescence spectra of all the observed SM spots were obtained, and their histograms were distinctly separated according to species. SM spots can thus be classified as one of four species according to their peak locations. By statistically analyzing the histograms, the classification accuracy was estimated to be above 93.8 %. The number of pixels in the spectral direction required for classifying four species of SM fluorophores was estimated to be 10. As for the conventional system (which uses two excitation lasers), 15 pixels are required. Using BigDyes as the four fluorophores (which consist of donors linked to acceptors and can be excited by just an argon-ion laser) is the reason that such a small number of pixels was achieved. The developed system can thus detect 1.5 times more SM fluorophores per field of view; that is, its throughput is 1.5 times higher. The approach taken in this study, namely, using BigDye with a prism-type system, is effective for increasing the throughput of DNA microarray-chip analysis and SM real-time DNA sequencing.     

抑制大型折叠腔结构光斑抖动技术的研究

针对光腔镜盒的真空变形和振动对精密光学系统的影响,分析了传统刚性连接的光学调整架平台以及球关节连接结构在减振降噪设计的不足,从支撑和柔性密封连接的角度,设计了隔离振动和光腔镜盒真空变形的精密光学调整架平台,对应用于大型折叠腔的双层光学调整架平台的动力学特性进行ANSYS仿真,并完成了光斑抖动验证实验。结果显示框架式双层光学调整架平台的第一阶弹性体频率可达到126.5,172.3Hz,很好地满足折叠腔光学调整架平台的使用要求;应用在大型折叠腔,抽真空试验前后He-Ne导引光输出光斑位置无变化,形状变化很小,出光过程中输出抖动角均方根值为3.73″,隔离振动传递效果明显。     

基于相位差混合处理方法的高分辨力成像技术

为了提高成像系统的分辨能力, 并尽量减小系统的复杂度, 本文将相位差波前探测技术和相位差图像恢复技术结合起来构成相位差混合处理方法, 给出了点目标和扩展目标情况下混合处理方法的数值仿真结果, 并针对点目标情况进行了实验验证. 实验表明, 在像差较大的情况下, 直接用事后处理方法无法得到满意的结果. 在三种湍流强度下, 经混合方法处理后得到光斑的半高宽分别由自适应光学系统校正后的5.1, 5.1和5.0个像素减小到3.3, 3.2和3.0个像素. 可以看出, 利用相位差混合处理方法得到的图像明显优于单独的事后图像处理方法和自适应光学校正, 相位差混合处理方法在高分辨力成像领域有着巨大的应用潜力.     

基于FBG传感的油浸式电力变压器绕组温度场监测研究

变压器绕组热点温度的在线实时监测对变压器的安全运行和工作寿命具有重要意义。通过ANSYS有限元分析,仿真得到绕组的热点位置和温升范围。将一种以聚四氟乙烯材料作底板的FBG传感器通过匝间的垫片安装于绕组的热点位置,通过光栅窄带滤波反射后,解调拟合出光波长,通过数学模型计算得到热点温度。采集数据显示,测得的绕组热点温度为143.2℃,通过与仿真结果333.4K对比,能够及时在线地反映出绕组的热点温度,可为变压器的安全运行提供重要的参考数据。     

电子光学系统质量的模糊二级综合评判

采用模糊二级综合评判来比较不同屏面位置时的电子光学系统的质量,从而找到一个最佳的屏面位置。     

A simple quality evaluation method of binary images based on Border Distance

An objective quality evaluation method of binary images is proposed. A new distance measurement, Border Distance, is designed to show the location effects of modified pixel. The quality evaluation of binary image based on Border Distance considers the image resolution and the Border Distance between the modified pixels and the border. Experimental results show that the proposed method well matches the human visual perception.