书籍扫描图像畸变参数自动计算方法的研究

为实现书籍扫描图像的畸变自动校正,提出用多项式来描述各像素的理论灰度g(zi)与页面上对应点到扫描仪工作平面距离zi二者之间的关系。为确立该多项式,在畸变参数已知条件下扫描一幅图像,根据已知畸变参数求出zi,即可按最小二乘法原理由各像素灰度的实际值求出多项式的各个系数。实验证明,采用4阶多项式已能满足一般要求,并求出了各系数。对任意扫描图像,自动计算畸变参数的方法为:首先利用扫描图像上页边空白处各像素的灰度,对畸变参数进行估计,并求出zi的估计值;然后代入所确立的多项式,可求得g(zi);通过调整各畸变参数的估计值,直到g(zi)与gi最为接近,即得最佳畸变参数。用于图像校正实验,获得了较好的校正效果,最大误差由不校正时的41%下降到了6.9%。这使得无需用户测量并输入有关畸变参数即可进行自动校正。     

基于定位图像质心的内窥镜相对畸变率检测方法研究

在临床使用条件下,为提高内窥镜相对畸变率检测的准确性和效率,提出一种基于定位图像质心的相对畸变率自动检测方法。该方法对内窥镜拍摄的标准板图像进行灰度和二值化处理,结合Canny算子和三次样条插值法检测标准板上图形的亚像素边缘坐标,定位图像质心,确定过质心的最长和最短径向尺寸,从而计算相对畸变率。使用经溯源的标准板对此方法进行了验证,对3套临床在用内窥镜分别使用质心法、椭圆拟合法和人工测量法进行检测,结果显示,质心法和椭圆拟合法这2种图像处理方法的测量结果一致性较高,并且检测结果的准确度高于人工测量方法。     

镜头畸变及其校正技术

根据镜头畸变的数学模型,利用平面圆形网格模板的网格交点来求取镜头的径向、切向和薄棱镜畸变系数。利用网格交点及其附近的像素点信息,来拟合解析曲面并将所求曲面顶点坐标作为网格交点坐标,使像素位置坐标达到亚像素精度,事先求出镜头畸变系数,并在实际测量中对成像点加以校正的方法,可在不影响处理速度的前提下,提高了求解精度。     

质心检测不确定度的估计方法

提出了一种估计质心检测不确定度的新方法.首先由像素强度和像素所在位置的图像梯度估计像素强度的不确定度,然后由像素强度不确定度的估计值和像素之间的相关性确定质心检测的不确定度.给出了估计像素强度不确定度的数学模型和估计质心检测不确定度的解析表达式.实验结果表明.用该方法能准确地估计质心检测结果的不确定度.     

几何光学 光学镜头、光学零部件

TB851 2005042464 镜头畸变及其校正技术=Lens distortion and proofreading technology[刊,中]／朱铮涛(华南理工大学计算机科学与工程学院,广东,广州(510640)),黎绍发／／光学技术．- 2005,31(1)．-136-138,141 根据镜头畸变的数学模型,利用平面圆形网格模板的网格交点来求取镜头的径向、切向和薄棱镜畸变系数。利用网格交点及其附近的像素点信息,拟合了解析曲面并将所求曲面顶点坐标作为网格交点坐标,使像素位置坐标达到亚像素精度,事先求出镜头畸变系数,并用在实际测量     

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。     

散射成像法测量激光强度分布中的光斑畸变校正

在利用散射成像法测量激光强度分布中,CCD像面与散射屏平面存在较大角度时,光斑形状和强度分布都会产生严重畸变,给强度分布测量带来较大影响。分析了畸变产生的原因,给出了畸变坐标和理想坐标的数学模型,提出一种结合CCD像素合并的网格法来校正这种畸变。"网格法"利用自制标准网格成像,通过识别网格像边界来确定标准网格和畸变网格的对应关系,利用此对应关系在输出图像时恢复光斑;利用均匀光源成像来校正系统光强分布畸变。结果表明,该方法能够较好地校正光斑的形状畸变;能够实时恢复光斑的真实光强分布,单元强度畸变恢复误差小于1%。该校正方法在激光强度分布散射成像测量中非常实用。     

基于加权最小二乘法的干涉图校准方法

针对现有干涉图校准方法的不足，提出了一种基于加权最小二乘法的干涉图校准方法。根据干涉图中标准件边缘与干涉条纹边缘之间的差异，用合适大小的掩模对标准件的边缘进行初步判定和提取，再利用加权最小二乘法对提取出的边缘进行精确定位。通过计算标准件中已知尺寸部分在干涉图中所占据的像素数目，求出每个像素代表的实际距离，完成校准。实验表明，该方法的计算耗时较霍夫变换法减少一半，定位精度小于1个像素，且适用于不同对比度的干涉图，具有很强的实用性。     

畸变光束的焦斑质心位置

 为分析振幅和相位发生畸变情况下光束焦斑质心位置所受的影响，以光波标量衍射理论中的夫琅和费衍射公式为基础，根据光斑强度分布一阶矩质心位置的定义，推导了直接依赖于光束近场复振幅分布的焦斑质心位置的一般表达式。进一步推导了焦斑质心位置对光束近场强度分布和相位斜率分布的依赖关系式，并对该式清晰的物理意义进行了阐述。利用焦斑质心位置表达式，可分析和确定由于振幅调制和相位畸变导致的质心位置偏移。最后，对无相位畸变和存在低阶泽尼克相位畸变情况下的简单畸变光束进行了相应的分析讨论。     

第30届国际物理奥林匹克竞赛实验试题解

以下的实验数据是波隆纳大学的一名学生（Ｍｒ．ＭａｕｒｉｚｉｏＲｅｃｃｈｉ）的数据,提供给大家仅供参考．１）和２）质心到转轴的距离为因此,测量质心位置（在Ｔ型铝条上用平衡法很容易求出质心）作为ｘ的函数,我们可以得到系统参数之间的关系．通过对（１）式数据的线性拟合,得到斜率Ｍ２／（Ｍ１＋Ｍ２）．已知总质量Ｍ１＋Ｍ２＝（４１．０＋０．１）ｇ,即可求出Ｍ１和Ｍ２．数据见表１．长度测量误差估计为１ｍｍ,假设这误差符合高斯分布．线性拟合见图６．忽略自变量ｘ的误差（因小于１％）,只考虑因变量Ｒ（ｘ）的误差．ａ…     

Optical compensation of geometrical distortion by a deformable mirror

An optical method for the real time correction of geometrical distortion is reported. It is based on the “fun-house-mirror effect”: An adjustable nonplanar mirror is introduced between object- and pupil-plane and generates a suitable (space-variant) shift of each pixel. The method is restricted to a certain class of distortions, which lead to continuous mirror surfaces (mirror must not break). We also investigate aberrations which are another restriction of the method. Our application was the improvement of TV-systems: before correction 20%, and after correction 50% of pixels had a distortion less or equal than one pixel distance.     

顾及光谱混叠的高光谱相机任意方向侧扫几何成像

以移动平台的线推扫式高光谱相机横向推扫成像不同于以卫星平台或飞机平台的竖直摄影成像方式,其属于水平方向推扫竖直方向成像,存在投影面选择、空间方位确定以及光顾混叠等问题。针对上述情况,详细推导了适合于线阵高光谱相机地面推扫的影像像素地理参考模型,可以进行任意方向的地面横向推扫成像;结合影像的地面采样间隔大小及推扫成像的区域范围,给出了地理参考后影像格网划分的一般过程;同时,考虑到在影像格网划分过程中存在的舍入误差,以及在影像校正过程中采用传统直接光谱采样可能造成的光谱掺杂问题,提出了基于地理参考后相邻像素重叠面积作为权重系数进行加权融合的改进光谱采样方法。最后进行了大量地面横向推扫成像实验,并依据上述算法进行了影像畸变校正,验证了线阵影像几何畸变校正算法的有效性及鲁棒性,同时,对校正好后的影像选用多个样本点进行了光谱数据验证,实验表明改进后的光谱采样方法明显优于直接光谱采样算法,为同类产品的地面应用提供参考。     

基于高斯分布的星点图像亚像元定位算法研究

应用高斯点分布函数为数学模型,提出了一种新的获取高精度恒星质心位置的方法.由于入射到星像点邻域内像元中的光子能量呈近高斯分布,因此利用成像邻域内像元强度的比值,将高斯点分布函数展开成为关于质心位置的多项式,可将质心位置在x、y轴方向分别计算出来,并利用从星图中提取出的多星对角距误差的统计值来间接验证提出的算法.试验结果...     

大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正

从光学测量角度出发,结合计算机视觉中的摄像机标定方法,解决了大视场短焦距镜头CCD摄像系统的畸变校正问题。与摄像机标定不同,畸变校正中仅标定内部参数,外部参数作为已知条件。采用线性畸变模型,由最小二乘法解线性方程组得到摄像系统畸变模型的畸变系数。介绍了数字图像中像素间距和光学中心的标定方法。通过比较由标定参数得到的畸变图像和摄像机采集的畸变图像对实验标定精度进行评定,实验结果表明边缘视场(112°)的标定精度达到了0 75%。     

结构光三维测量系统标定的关键算法研究

系统参数标定是结构光三维测量系统的关键问题之一,标定板特征圆圆心检测精度与投影仪、相机镜头gamma效应引起的相位误差是系统参数标定的主要误差来源。采用Sobel算子粗定位标定板特征圆的边缘点,以正交傅里叶-马林矩(OFMM)算子对边缘点进行亚像素定位,用椭圆拟合法确定特征圆圆心的方法提高标定板特征圆检测精度。同时,推导结构光三维测量系统gamma非线性数学模型,将计算得到的系统gamma值的倒数作为投影正弦光栅的指数以降低gamma效应引起的相位误差。实验结果证明了该方法的准确性,与不采用亚像素边缘检测与gamma校正相比,X、Y方向的标定精度分别提高约3.5倍与5倍。     

A novel planar calibration method using the iterative correction of control points information

In the camera calibration using translational planar object instead of 3D target, the skew affected by the imprecision in installation causes the object to deviate from the designated position, which produces errors to the world coordinates of control points and reduces the calibration accuracy. In this paper, a skew correction model is established to correct this skew. We note and prove that the skew bias of control point which is close to the fix point is tiny. According to the projection regulation, the pixel distance between two adjacent control points which is close to the fix point in skewed situation is a value extremely approximate to that in the ideal situation. Based on this property, we utilize the pixel distance to assign the image coordinates based on the fix point. The assigned values are then employed to estimate the skew factors, by which the initial camera parameters are optimized and lens distortion in the calibration images are corrected. This process is then repeated until convergence. Experiments based on real images prove that this method is more accurate than other methods without correcting skew. The parameters obtained by our method can be applied to the 3D reconstruction directly and effectively.     

反向追迹法获取水下对空全景图像

在水下透过波浪对海面及空中目标成像，所获取的目标图像会发生畸变。为定量分析波浪对图像畸变的影响，建立一种理想的水下对空成像模型，得到透过波浪的全景图像。首先，在给定的成像模型下，运用主光线反向追迹法，由斯涅耳定律计算出与水下入射光线对应的水上折射光线的方向矢量，从而得到天球上目标点与成像靶面上单像素点的物像对应关系。然后，对整个成像靶面上的像素点进行遍历，形成水下对空全景图像。最后，在4种特殊的海面波浪波形下，利用MATLAB环境计算出天空圆形目标及背景的水下对空全景图像。计算结果表明:运用反向追迹法能够有效地计算出水下对空全景图像，通过调整波浪参数，可以定量分析图像的畸变程度。主光线反向追迹法适用于分析透过具有一阶可导波浪的水下对空全景图像的畸变特征，为研究更复杂波浪下的水下对空图像畸变特征奠定了基础。