水下微光高速光电成象系统作用距离的研究

本文首先对水的光学特性及其对水下成象的影响进行了分析,指出了水下光学成象的特殊性对光电成象器件的要求,并对微光条件下光电成象器件的性能进行了理论分析;详细介绍了水下微光高速光电成象系统作用距离公式的推导过程;最后针对实际系统进行了计算和分析.     

基于频谱信息的浑浊水下偏振成像技术

水体中悬浮粒子对光的散射导致浑浊水下成像质量下降。偏振光学成像技术可基于偏振信息分离散射光和信号光,是浑浊水下成像的有效方法。然而,现有的水下偏振成像技术主要从空域分离散射光和信号光,对于散射光的抑制效果较为有限。利用散射光和信号光在频域的差异性,基于对偏振图像频谱信息的处理实现了对后向散射光的有效抑制,从而实现了成像清晰度的显著提升。在不同浑浊程度水体环境下对于不同物体开展了多组实验,实验结果表明,所提方法相对于传统的水下偏振成像方法可更好地抑制后向散射光和凸显物体信号光,最终实现在浑浊水体环境下的清晰成像,尤其对于高浑浊水体,成像清晰度提升效果明显。     

用于无损检测的合成孔径声成象

本文从常规透镜成象原理引伸到聚焦扫描成象和合成孔径成象,说明了合成孔径成象技术对提高成象质量的潜在能力.综述了美国斯坦福大学Kino教授实验室在合成孔径声成象方面的研究进展(作者曾参与这方面工作).其中包括:用于超声无损检测的合成孔径成象的几种安排;针对物体镜面反射问题而提出来的新的选择性孔径方法及其计算机模拟和实验结果等.最后,本文将简要介绍该实验室的实时成象系统及部分实验结果.     

编码成象技术用于提高针孔成象空间分辨率

本文采用编码成象技术处理针孔成象,提高其空间分辨率.采用反投影解码技术,对针孔成象的分辨率进行了计算,结果表明,可将10μm的针孔成象空间分辨率提高到3μm左右.最后对字母“C”图象进行模拟计算,经反演后,可以得到与原图象相近的图象.     

一种新的成象技术——穆斯堡尔成象

穆斯堡尔成象技术是1987 年由美国国家标准局S.J.Norton首先提出的[1].它与X射线成象(又称为CT断层成象)、核磁共振成象(NMR)一样能给出立体图象,虽然现在还不能在医学中应用,但在材料科学研究方面却已显示出广泛的应用前景. 在介绍穆斯堡尔成象之前,先介绍一下NMR成象.由于穆斯堡尔成象与NMR成象都依赖于原子核共振效应,因此它们具有许多相同的特征.NMR成象的原理是:由于原子核共振频率正比于局域磁场强度,因此,当施加一个外磁场于自旋体系时,不同频率的信号对应于实验样品内不同的空间位置.用这种方法可以将不同频率的信号转变为…     

紫光诱导菌紫质中同圆偏振光栅的衍射调制特性

基于琼斯矩阵和菌紫质分子光循环的简化光循环模型,建立了紫光诱导同圆偏振记录光栅的理论模型,采用四波耦合光路测量菌紫质光栅的衍射效率.理论模拟和实验结果表明:加入线偏振的辅助紫光,线偏振再现光与线偏振辅助紫光相互平行时,菌紫质光栅的衍射效率最大;线偏振再现光与线偏振辅助紫光相互垂直时,菌紫质光栅的衍射效率最小;菌紫质薄膜中同圆偏振记录光栅的稳态衍射效率随线偏振再现光偏振方向和线偏振辅助紫光偏振方向之间的夹角按余弦规律变化.线偏振紫光能诱导同圆偏振记录光栅由非偏振光栅转化为偏振光栅.     

菲涅耳编码孔成象研究

编码孔成象(CAI)是一种高分辨率、高信噪比、高集光效率和大视场的成象技术。可适用的技术领域有:脉冲射线成象、实时图象跟踪、层析摄影术(tomography)等高技术领域本文探讨了CAI技术的一般理论,重点讨论了菲涅耳波带片的编码成象及解码复原的原理、方法、实验及处理结果并指出了实验难点及结果误差。     

矩阵光学与单双光栅成象研究

本文首次用矩阵光学理论结合光栅衍射相干条件,推出双光栅成象的几何光学表示式,用象位移叠加的观点解释了双光栅成象系统Talbot自成象以及双光栅成象现象,首次将双光栅成象现象分为1)基于光栅和透镜组成系统对第一块光栅进行成象的双光栅成象和2)基于编码光源成象原理的双光栅成象,指出这是两种截然不同的双光栅成象,扩展了双光栅成象的物理意义。最后给出了实验结果。     

光谱法计算机三维成象与再现系统

本文提出一种全新的计算机立体视觉新方法—光谱法三维成象与再现.文中分析了该方法的基本原理和系统结构,并推导出了获取三维面形信息的三角算法计算公式,最后给出了实验结果.结论表明,该方法作为一种全新的立体视觉方法,具有原理简洁、计算快、精度高的特点,能够对物体进行快速成象并再现物体的三维形状,且结构简单,有很强的实用性.     

用于运动目标探测的多通道成象系统

本文提出了一种采用自聚焦(GRIN)透镜阵列对运动目标进行探测的多通道光学成象系统.与单孔径成象系统比较,多通道成象系统具有更宽的视场和更高的运动敏感度,使之更适合于对运动目标的捕获、跟踪以及对运动量的测定.本文根据复眼的视觉机制和自聚焦透镜的成象原理,对运动目标进行了成象与测定实验.此外,初步介绍了为提高图象分辨率而采用的并行多通道处理技术.     

一种分焦平面偏振成像系统光源标定方法北大核心CSCD

水下偏振成像技术是目前水下成像研究的热点,由于自然光在水中衰减大,水下成像系统多采用主动照明方式。针对分焦平面偏振成像系统中偏振照明光源与偏振探测像元偏振方向不匹配引起采集图像偏振信息存在的偏差,进而影响目标图像增强质量的问题,提出了一种分焦平面偏振成像系统光源标定方法。阐述了偏振光源的标定原理,然后给出偏振光源标定的实施步骤,最后采用偏振去雾算法和图像质量评价方法对标定前后的水下目标图像进行了图像增强和图像质量评价。评价结果表明,标定后的增强图像质量优于未标定的增强图像质量,平均梯度最大提升了2.48倍。该标定方法简单有效,实用性强,适用于分焦平面偏振成像系统偏振光源标定。     

一种全局参数估计的水下主动偏振去雾算法

为改善水下主动光照明条件下后向散射光对成像的影响，通过分析水下主动偏振成像模型，提出一种基于拟合函数的全局参数估计的水下主动偏振去雾算法。该算法结合图像增强作为图像预处理，再设定二元多项式函数，利用最小二乘法进行后向散射光偏振度变量的拟合求解，得到对比度更高、信息更丰富的水下复原图像。实验结果表明:该算法可有效改善主动光照明条件下的水下图像质量，提高图像对比度，复原被淹没的细节信息，复原图像的图像增强测量值较以往算法相比提升70%，且能适用于不同浓度介质的情况。     

基于Stokes矢量的实时偏振差分水下成像研究

偏振差分水下成像能够有效地克服光散射效应造成的图像退化问题, 在水下物体探测与识别领域具有重要应用价值. 传统的偏振差分方法靠光学检偏器的无规则机械转动来实现对散射背景的共模抑制, 限制了其在水下成像过程中的实时探测性能. 本文通过分析偏振差分探测原理来建立偏振差分成像模型, 从理论上提出了基于Stokes矢量的计算偏振差分水下实时成像系统, 并进行了实验验证. 研究结果表明, 基于Stokes矢量的计算偏振差分成像不仅与传统的偏振差分方法具有相同的水下探测效果, 更重要的是可以实现快速成像过程. 该方法可以应用到目前的偏振成像仪器系统, 实现无需人-机互动的自动化实时偏振差分水下成像, 进一步提高水下物体探测与识别的效率.     

基于激光偏振特性的水下声信号探测方法研究

水下航行体辐射的声波传播到水-空气分界面上时,会在水表面形成微扰,使水表面元产生微倾角.提出一种利用激光偏振特性对水下声信号进行探测的方法,不直接利用散射光强信息,而是利用激光在布儒斯特角附近入射水表面时,反射光偏振特性随入射角剧烈变化的特点对水表面微扰进行高精度探测.建立了该方法的理论模型,得到了入射波、出射波垂直分...     

激光束偏振特性及其在准直测量中的应用

本文用麦克斯韦方程组分析了高斯光波的偏振特性。结果表明,场矢量除了含有主偏振分量和纵向偏振分量以外,还存在一个非零的正交偏振分量,并提出了一种基于激光束偏振特性的准直测量方法。     

浅海被动水下偏振成像探测方法

针对传统被动水下偏振成像方法忽略水体对光的吸收效应,成像结果中存在严重的色彩失真,且并未深入发掘利用背景散射光中包含的场景信息的问题.提出浅海被动水下偏振成像探测方法,该方法从水体中背景散射光的传输特性出发,分析场景深度信息与散射光的物理关系,建立基于深度信息的水下Lambertian反射模型,实现无色彩畸变的水下目标场景清晰成像探测.实验结果表明,该方法能够提供接近水下目标真实色彩、符合人眼视觉特性的清晰探测结果,提高水下成像探测能力.     

一种测量散射光偏振度的新方法

利用二氧化硅微粒样品作散射粒子场,寻求测量散射光偏振度的新方法。实验结果表明,用线偏振光分两次测量的偏振叠加法,比传统用自然光入射,偏振片作检偏器测量偏振度的方法更优越,不但节省了测量成本,而且提高了测量的范围。     

水下目标物偏振成像特性研究

偏振图像比传统强度图像包含更丰富的物体表面反射及散射信息。用萨尔萨(SALSA)相机在自然光照下获取水下偏振图像，研究不同材质物体、放置深度、牛奶浓度及波段因素对水下目标物偏振成像的影响。结果表明:蓝色波段偏振成像能够较好地获取水下物体的边界轮廓等信息; 不同材质的目标物在水下呈现不同的偏振特性, 紫铜偏振度最高达0.69;在1.40 mg/L牛奶浑浊度的水下，偏振图像仍能通过比较目标物的偏振度(degree of polarization，DOP)信息来检测出水下目标物，瓷片的DOP仅降低0.31;此外，在水下约40 cm深度下，偏振成像获取的图像比强度图像轮廓更为清晰，如铁的偏振对比度比强度对比度高5.26%。     

多尺度水下偏振成像方法

水下偏振成像技术利用散射光偏振特性能够有效提高水下成像质量,在水下目标探测和识别领域具有重要应用价值.针对该技术在背景散射光和目标信息光分离时由于噪声放大现象导致重建图像质量受限的问题,提出多尺度水下偏振成像方法.该方法利用图像分层处理思想,结合小波变换的多尺度特性,对体现图像高对比度的基础层和低对比度但细节信息丰富的细节层分别进行处理,重建高对比度、高信噪比的清晰场景图像.实验结果表明,多尺度水下偏振成像方法不仅能够大幅提高对比度,复原图像细节信息,而且能够有效抑制放大噪声,提高重建图像的信噪比,在水下偏振成像领域具有良好应用前景.     

一种红外偏振图像的二次融合方法

根据红外偏振特性图像的冗余性与互补性,提出了一种基于梯度特征和支持度变换的二次融合方法。利用提出的方法先对红外偏振度与偏振角图像进行梯度特征融合,然后利用支持度变换对梯度特征融合图像和合成强度图像进行二次融合,得到了边缘突出、轮廓清晰、对比度高的的融合图像。实验结果表明:融合图像与偏振角图像、偏振度图像、合成强度图像相比局部方差分别提高23.02%、176.9%、148.2%;对比度分别提高67.84%、196.5%、49.39%;平均梯度分别提高46.09%、164.1%、214.5%。