基于图像信息熵的ptychography轴向距离误差校正

在轴向距离参与运算的ptychography算法中,轴向距离误差会使重建图像变模糊并降低图像的分辨率.本文基于菲涅耳衍射理论建立了轴向距离误差模型,根据不同轴向距离误差对重构图像清晰度的影响,提出用图像信息熵确定图像最清晰时的轴向距离,并重建出清晰的ptychography图像.比较了图像能量变化、Tamura系数和图像信息熵这三种图像清晰度评价函数在轴向距离误差校正过程中的分布情况,发现它们均具有单峰性,且峰值确定的轴向距离相同.图像信息熵相比其他两种图像清晰度评价函数具有更高的灵敏性.仿真以及实验均证明了基于图像信息熵的ptychography轴向误差校正的可行性.     

级联双相位密码系统中基于位置复用的双图像加密

级联双相位密码（CDPE）系统是一种包含两个纯相位板（密文板和密钥板）的重要光学密码系统,为了提升该系统的加密效率,提出一种双图像加密方法。加密时,将密钥板的轴向距离作为控制参数,提出一种新的迭代加密算法,该算法可将两幅明文图像加密至同一个密文板中,将传统的CDPE系统的加密效率提升了1倍。解密时,当密钥板分别处于两个设定的轴向位置时,可以在输出平面得到两幅不同的明文图像。采用数值仿真和实验验证了所提方法的有效性,并研究了密钥板两个位置之间的距离对解密结果的影响。对所提方法安全性的分析表明,所提方法对于暴力破解和选择明文攻击均具有稳健性。此外,所提方法可方便地推广至多图像加密,因此CDPE系统的加密效率可以得到进一步提升。     

双臂对称性对关联成像算法的影响

为了分析在实际成像过程中双臂误差对不同关联成像算法的影响。理论上推导了双臂横向误差和轴向误差对传统关联成像算法(Ghost Imaging,GI),差分关联成像(Differential Ghost Imaging,DGI)和基于压缩感知的关联成像算法(Compressive Sensing Ghost Imaging,CSGI)的影响;在不同的双臂横向误差和轴向误差下利用三种算法分别对灰度图像Lena和二值图像Stripes进行了重构仿真实验,并将重构结果的峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)进行对比。当双臂横向行列均错位4个像素点时,Lena的GI重构结果PSNR最多下降0.766dB,DGI下降2.928dB,CSGI下降5.858dB;Stripes的GI重构结果PSNR最多降低0.644 2dB,DGI降低0.943dB,CSGI降低5.975dB;随着双臂轴向误差的增大,Lena的GI重构最多降低了0.895dB,DGI降低4.751dB,CSGI降低7.005dB;Stripes的GI重构PSNR最多降低1.126dB,DGI降低2.913dB,CSGI降低6.43dB。实验结果表明,三种算法在抗双臂误差能力方面,GI表现最好,DGI其次,CSGI最弱。     

共焦元件测量系统数据处理中的高斯滤波算法

为进一步提高共焦元件参数测量系统的定焦精度,提出了运用高斯滤波算法对由共焦系统采集的光斑图像和共焦轴向强度响应信号进行滤波处理,以降低系统光学噪声对测量光斑图像的影响,削弱外界环境扰动等因素对共焦轴向强度响应信号的干扰。经理论分析和实验验证,在对测量光斑图像和共焦轴向强度响应信号进行高斯滤波算法处理后,可有效地抑制图像噪声,降低高次谐波干扰,进而提高系统的定焦精度。     

基于Bootstrap方法的鬼成像系统图像信息重构不确定度估计

提出使用统计分析中的Bootstrap方法对鬼成像中图像信息重构的不确定度进行估计。仿真结果表明,Bootstrap方法估计的标准误差分布图与强度关联重构的标准误差理论计算结果一致;用标准Bootstrap方法估计的标准误差和置信区间分布能够很好地解释压缩感知算法得到的重构结果误差,并且使用相应的Bootstrap方法的变种能够更为准确地描述从原始样本中重构图像信息的偏差和绝对误差。所提方案适用于估计无真实参考图像的实际应用场景的重构图像的不确定度。     

基于单次傅里叶变换的分段衍射算法

针对单次傅里叶变换算法(S-FFT算法)受到采样定理的约束,衍射面画幅尺寸和有效内容像素数无法灵活控制,很容易出现衍射面画幅尺寸大小与衍射距离不匹配的情况,本文提出了一种分段衍射算法。首先,在采样数、光的波长、初始衍射面大小确定的情况下,利用拆分的衍射距离比控制最终衍射面画幅尺寸。然后,对单次衍射计算结果与分段衍射计算结果进行了图像相似度对比。实验表明,分段衍射算法可在画面强度分布不变的情况下,提高有效像素数目,数据量增加了2~3个数量级。此外,文章分析了造成误差的一个主要原因来自有效数据分辨率提高后,细节分布与低分辨率像素值之间的差别。在图像细节较丰富时,其差别较大。因此这种差别应视为优于直接计算的一种结果。本算法能够获得更加清晰的图像细节,灵活调整衍射面画幅尺寸,使得S-FFT算法在大衍射距离问题计算中能发挥其算法优势。     

基于配准递进补偿的相位恢复

针对光强传输方程法在部分相干光场相位恢复过程中,由于CCD采集频率与LED发光频率不同步导致恢复的相位出现黑白相间的条纹,以及机械移动造成采集角度的偏差所导致的相位结果错误等问题,提出了配准递进补偿算法.首先,对所采集的具有一定角度偏差的三幅强度图进行角点检测和互相关匹配,并去除错误点对从而得到变换矩阵进行图像变换以纠正原有的偏差.同时,由于照明光波的缓慢动态变化与其低频分量相关,在新的配准图像中进行初次补偿以改善照明频闪效应.然后使用光强传输方程求解得到样品的初始相位.为了解决初始相位边缘出现的光晕,再次对恢复的相位进行补偿以突出样品的关键信息.搭建了真实光路系统进行实验验证,结果表明所提方法在纠正角度偏差的同时改善了频闪效应.微透镜阵列实验中,恢复的结果与实际结果相对误差为1.7%,证明了所提算法的正确性与有效性.     

基于多重差分滤波效应的航空相机图像检焦方法

焦面检测准确与否对航空相机光学系统的成像质量起着至关重要的作用。为解决航空相机检焦问题,提出了一种基于多重差分滤波效应的检焦算法。首先,对检焦原理进行了介绍,在基本矩形滤波器的基础上进行设计,提出了一种适用于航空相机检焦的新型滤波器,消除了图像和滤波器之间相对位移产生的影响,并从数学角度证明了其可行性。然后,通过对图像的隔行采样对滤波器进行模拟,以完成图像检焦算法的设计。最后,利用实验采集的图像对所提算法的检焦效果进行了评估。实验结果表明,所提算法可以消除矩形滤波器和图像之间相对位移产生的正弦变化;算法灵敏度较高,最大误差为41.16μm,小于光学系统的半焦深(76.8μm),能够满足工程需求。     

能见距离测试条件及其对测试结果的影响

气象学的能见距离是在光电成像系统分析和设计中常用的大气性能评价参量。在能见距离的实际测试中,往往由于对测试条件的忽略或限制,使测量结果偏离能见距离。根据辐射度学原理,从理论上研究景物对比度在大气传输中的衰减,得到了在两种可能的条件下所测得的目标最大探测距离与能见距离的关系。利用这一关系可避免或减小测量偏差对成像系统分析设计的影响。     

一种基于可见光的隐式成像通信调制算法研究

针对现有可见光隐式成像通信调制算法隐式效果差、算法复杂的问题,提出了一种基于蓝色通道拉普拉斯最高层金字塔的隐式信息调制算法。该算法利用人眼视觉系统对黄蓝分量不敏感的特性,仅对蓝色通道图像进行拉普拉斯金字塔分解,并在最高层嵌入隐式信息。此外,考虑到图像纹理差异对隐式效果的影响,采用图像熵作为衡量图像间纹理复杂程度的指标,设计了一种基于纹理复杂度的图像分类器,并对不同分类图像的隐式效果进行了分析。仿真结果显示,所提调制算法的峰值信噪比平均可达到40.46 dB,相较于一般拉普拉斯金字塔调制算法,性能提升了5 dB,可有效增强系统的隐式效果。     

基于区域协方差的惯性组合导航景象匹配算法

针对景象匹配辅助惯性组合导航系统需要快速准确获取飞行器位置和航向偏差的要求,提出了一种基于区域协方差的实时图像匹配算法.算法采用区域协方差矩阵的距离作为图像匹配时的相似性度量.首先,对图像进行高斯平滑滤波,提取图像的多种特征计算区域协方差矩阵,利用金字塔多级匹配技术进行全局搜索,获得测试图在参考图中像素级匹配位置.然后...     

中药光谱成像图像自适应区域增长分割方法

为了消除背景噪声对药材光谱图像检测结果的干扰,根据中药材光谱图像的特点,设计一种能够自适应对中药材光谱图像进行有效区域(ROI)分割的区域增长算法。该区域增长算法根据药材光谱图像的灰度直方图分布来自动选取种子点和分割阈值,在生长的同时进行连通性分析,生长结束后通过区域填充技术来消除图像中出现的孔洞。实验表明:该方法能够自动、准确地进行ROI分割,分割偏差小于8%,并且能较好地消除噪声的干扰,没有产生无意义的生长区域。     

体三维显示系统中基于几何近似法的灰度偏差研究

基于旋转二维发光二极管(LED)阵列的体三维显示系统中,原始数据被体索化后产生灰度偏差.介绍了在扫描映射法下用几何近似法计算体素点灰度偏差.建立两组立方体模型,通过计算它们体素化后的平均厌度偏差和灰度均方差,分析灰度偏差对显爪结果的影响.结果表明图像的厌度细节越丰富,灰度偏差对显示结果的影响越大.一般情况下灰度偏差对显示图像的影响不大,但当所显示的图像细节十分丰富时,可能会因灰度偏差引起较严重的失真.除了通过改善硬件条件可减小偏差外,还可通过优化体素化算法,在一定程度上修正厌度偏差.给出偏差修正前后的模型仿真对照图以及实际显示的图像照片,修正后的仿真图中少了因偏差引起的杂散点.     

视觉测量中轴向热干扰成像问题研究

为研究热源干扰图像成像引发的图像畸变、模糊等失真问题,利用图像的特征点平均畸变位移、峰值信噪比、均方误差和互相关系数来评价热源轴向位移条件下成像图像的畸变程度、模糊程度以及总相似程度,得到热干扰成像变化与热源轴向位置之间的规律。实验表明,当热源在成像系统和成像目标之间作轴向运动时,其距离成像系统越近,成像的畸变程度、模糊程度以及失真程度越大,在D=300 mm处最大平均畸变位移达2.765 3 mm;当热源靠近成像目标时,成像图像的畸变程度、模糊程度以及失真程度降低,在D=0 mm处平均畸变位移减小至0.810 2 mm。     

二维解卷积波束形成水下高分辨三维声成像

针对水下三维成像的空间分辨率难以提高,且具有较高旁瓣级的问题,提出了一种二维解卷积波束形成高分辨三维声成像算法,该算法首先完成任意距离切片的平面阵波束形成,近场情况下采用菲涅尔近似实现近场平面阵波束形成,然后通过二维解卷积技术对任意距离切片的二维波束形成结果进行解卷积处理,去除阵列指向性函数的影响,改善波束响应非理想冲击函数所造成波束形成主瓣宽及旁瓣级高的问题。通过计算机仿真分析,新算法可以有效的提高水下三维成像的空间分辨率,抑制旁瓣级,并能够在较宽频带和不同阵列孔径内保持与常规波束形成相当的稳定性。通过试验研究,新方法比常规波束形成实际目标成像分辨率提高一倍,最高旁瓣级下降20 dB,验证了该算法在实际系统中的有效性.      

傅里叶望远镜重构图像虚像分析

研究了采用T型激光发射阵列情况下傅里叶望远镜重构图像的虚像问题, 基于系统成像基本原理, 明确了虚像的来源. 分析认为, 发射光束在x和y轴扫描时, 在俯仰角误差的作用下, 抽取目标的空间频率和设定值之间存在一定的偏差; 当进行轴向和象限相位闭合、计算目标的单一傅里叶分量时, 该偏差会对频谱的频移造成随机的相位影响, 反映在空域上使得重构图像存在虚影现象. 在不同扫描方式情况下, 采用下一步外场实验参数, 通过计算机模拟证实了上述分析的正确性.     

校正光通量变化的定量光声内窥成像

在光声内窥成像中,不均匀或不稳定的照明,以及生物组织的复杂光学特性均会导致成像平面内光通量分布不均匀,从而造成重建图像质量和成像深度的下降。提出了一种校正光通量变化的定量光声内窥成像方法,对光吸收能量分布进行稀疏分解,采用贪婪算法重构得到光吸收系数和光通量的稀疏表示,并通过稀疏矩阵分解实现光吸收系数与光通量分布的联合重建。仿真和体模实验结果表明,与一步法和基于模型的定量重建方法相比,采用所提方法估算光吸收系数的均方根误差（RMSE）可降低约48%,重建图像的归一化平均绝对距离（NMSAD）和结构相似度（SSIM）可分别降低约25%和提高约24%。与其他校正光通量的重建算法相比,所提方法估计光吸收系数的RMSE可降低约22%、NMSAD可降低约20%、SSIM可提高约10%。     

一种非稳腔激光器光瞳位置提取方法

提出一种非稳腔激光器光瞳位置提取的方法,用于光路自动准直中光瞳位置的提取。首先使用双边滤波对原始图像进行预处理,然后用系数β乘以大津算法的图像阈值得到图像的阈值,对图像进行阈值分割。得到二值图像后,对二值图像进行中值滤波。通过边缘提取算法提取二值图像中的轮廓,然后利用轮廓的中心和组成轮廓的点的数目这两个轮廓属性,找到光瞳图像的内轮廓。使用RANSAC椭圆拟合算法拟合内轮廓,以椭圆的中心作为光瞳的位置。本文提出的光瞳位置提取方法,在满足实时性要求的同时,减少了内轮廓噪声对椭圆拟合的影响,提高了光瞳位置提取结果的准确性和鲁棒性。在100帧仿真光瞳图像的内轮廓中添加40%幅值为0～13的随机噪声点的情况下,所提方法比直接椭圆拟合方法的提取结果具有更高的准确性和鲁棒性,提取位置偏差的AVG比直接椭圆拟合的结果小0.283个像素、位置偏差的最大值小0.660个像素、位置偏差的RMS小0.136个像素。     

非相干成像双目视觉系统的误差分析

影响双目视觉系统测量精度的因素很多,目前系统结构参数对测量精度的影响主要有光轴与基线的夹角、基线距离、水平视角、物距以及透镜焦距等。由于孔径尺寸直接影响成像分辨率,是决定双目视觉测量精度的核心因素,因此依据非相干成像理论,对双目成像过程进行仿真和实验,采用加速鲁棒特征算法对所成的图像对进行特征提取与匹配,获取其视差值,并且计算其视差均方根误差来表征系统误差。研究结果表明,系统误差随着透镜孔径大小的增大而减小,并且趋于饱和。该研究可以为双目系统设计过程中系统参数和孔径尺寸的选取提供理论和实验依据。     

合成孔径激光雷达非线性啁啾克服的匹配滤波算法

合成孔径激光成像雷达发射的信号一般为线性啁啾激光信号,然而激光器的实际扫频特性会产生二次及高次等非线性项.非线性项的存在会造成相位误差,导致距离向成像聚焦模糊,降低距离向成像分辨率,因此必须对光源的非线性啁啾进行补偿.因此提出非匹配参考通道匹配滤波算法对非线性啁啾相位误差进行克服.仿真结果显示,距离向图像可以得到较好压缩.同时,还分析了参考通道长度及非线性贡献比例等不同参数环境下的距离向压缩效果.