一种改进型视角投影图像彩色计算全息术的三维重构算法

本文提出了一种利用三维景物的二维视角投影图像合成计算全息图,并重构出彩色再现三维影像的方法.该方法基于利用视角投影图像获取景物的三维傅里叶频谱的理论,采用电荷耦合器件记录三维景物在白光照明条件下横、纵两正交方向的一系列视角投影图像,并利用这些视角投影图像合成计算全息图,从而重构出三维再现像,通过采用在频谱面上的容余采样...     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

一种新的三维计算全息图的计算方法

介绍了一种制作真实三维物体计算全息图的新方法。用摄像机记录三维物体在非相干光照明条件下两个正交方向上不同视角的一系列投影像，将这些投影像导入计算机，在MATLAB中对其作快速傅里叶变换。对这一系列二维投影像的傅里叶变换图进行抽样，得到三维物体在透镜后焦平面上的光场分布，进而制成一张计算全息图。结果证明该方法可以实现对真实物体三维全息图的合成，并且在算法实现上更加简单，提高了程序的运行速度，有利于改善全息图再现像的质量。为解决真实物体相干全息记录中光源功率和相干长度对全息记录可行性的限制指出了一个新的方向。     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱;而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面(光滑的缝纫针)的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱|而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面（光滑的缝纫针）的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

一种新的正交扫描多视投影计算全息图生成方法

提出一种新的正交扫描多视投影计算全息图生成方法。该方法基于推导出的物体三维傅里叶频谱抽样统一模型及其误差分析,设置角度参数,从正交扫描投影图中模拟获得特定角度圆形扫描下的投影图频谱采样圆,并按"θ角(扫描视角)小者优先"准则确定重叠位置的频谱采样信息,从而提高正交投影图频谱利用效率;从理想采样点与其取整点在频谱信息一致性、空间邻近程度的相互关系出发,设置理想采样点所在频域格网点权重值,并以之为基础自适应选取频谱信息一致性较高的格网点作为实际采样点,从而在投影图频谱充分采样和背景噪声引入之间取得平衡,以获得最优的物体三维傅里叶频谱。针对虚拟三维模型的正交扫描多视投影计算全息实验结果表明,所提方法可明显改善所生成的全息图再现像视觉质量,其再现像信噪比不仅在相同投影图数量下显著优于传统正交、圆形扫描方法,并且在冗余采样条件下,投影图数量减少为原来的1/2时,所提方法所生成的全息图再现像信噪比也优于传统正交、圆形扫描方法,因此所提方法具有较高的应用价值。     

利用合成谱在计算全息图中编码多个物体的方法

 提出在迂回位相傅里叶变换计算全息图中利用合成谱记录多个物体的方法。该方法利用多个物体合成的傅里叶频谱,代替传统的迂回位相型计算全息图中的单一频谱,在一幅计算全息图中完成多个物体的编码。再现时多个物体同时再现在同一衍射级的周围,并且再现像的形式可以多种多样。采用液晶空间光调制器(LC SLM)完成计算全息图的光学再现,实验验证了方法的有效性。结果表明：该方法可有效提高计算全息图的信息容量。     

利用数值再现实现彩虹全息色差评价

为了在计算机制彩色彩虹全息图输出之前定量得到再现像的色彩保真度,提出了一种采用数值再现进行色差评价的方法.首先对彩虹全息图进行了频谱分析,得到再现参量与频谱分布之间的关系;然后采用频域滤波算法实现彩色彩虹全息图数值再现,得到再现像的相对功率谱分布;最后采用CIE1976UCS均匀颜色空间对再现像色差情况进行了计算.设计了7个色块并制作了计算机制真彩色彩虹全息图,以金卤射灯作为照明光源进行了光学再现实验,给出实验结果及分析.研究证明了采用数值再现方法实现对计算彩虹全息再现像光谱分布和色差进行计算分析是一种快速经济的方法.     

基于空间光调制器的三维相位全息图再现像优化

在现有的二维图像再现效果改善方法的基础上,对三维物体再现像质量提高的方法进行研究。基于衍射理论,分析了具有有限填充因子空间光调制器的栅格结构对重构图像质量的影响。编入双线性相位因子到纯相位全息图,使得有效光偏移中心光轴传播,让图像细节得到完整重构再现。然后迭加双会聚球面波相位因子,使得各再现像面与空间光调制器栅格结构引起的多级衍射光聚焦平面的位置进行分离,利用光阑和空间滤波器共同作用来消除高级衍射光以及零级光对重构图像质量的影响。搭建了基于LC-SLM的相位全息图光电再现系统用于实验验证。实验结果表明三维物体再现像质量得到明显的提高。     

Computer-Generated Holograms Based on the Three-Dimensional Fourier Spectrum

A method to synthesize a computer-generated hologram (CGH) of real-existing objects from projection images is proposed. Different from other similar methods, our method enables the synthesis of a CGH with only one-dimensional (1-D) mechanical scanning of the objects. Our method is connected with the three-dimensional (3-D) Fourier spectrum of the objects by the 3-D central slice theorem (CST). Two efficient recording techniques for projection images and numerical experiments to verify our principle is discussed. A comparison between the two techniques is also presented from the viewpoint of diffraction efficiency. © 2005 The Optical Society of Japan     

Parallel imaging with 3D TPI trajectory: SNR and acceleration benefits

Three-dimensional (3D) twisted projection imaging (TPI) trajectory has a unique advantage in sodium (²³Na) imaging on clinical MRI scanners at 1.5 or 3 T, generating a high signal-to-noise ratio (SNR) with a short acquisition time (∼10 min). Parallel imaging with an array of coil elements transits SNR benefits from small coil elements to acquisition efficiency by sampling partial k-space. This study investigates the feasibility of parallel sodium imaging with emphases on SNR and acceleration benefits provided by the 3D TPI trajectory. Computer simulations were used to find available acceleration factors and noise amplification. Human head studies were performed on clinical 1.5/3-T scanners with four-element coil arrays to verify simulation outcomes. In in vivo studies, proton (¹H) data, however, were acquired for concept–proof purpose. The sensitivity encoding (SENSE) method with the conjugate gradient algorithm was used to reconstruct images from accelerated TPI-SENSE data sets. Self-calibration was employed to estimate coil sensitivities. Noise amplification in TPI-SENSE was evaluated using multiple noise trials. It was found that the acceleration factor was as high as 5.53 (corresponding to acceleration number 2×3, ring-by-rotation), with a small image error of 6.9% when TPI projections were reduced in both polar (ring) and azimuthal (rotation) directions. The average noise amplification was as low as 98.7%, or 27% lower than Cartesian SENSE at that acceleration factor. The 3D nature of both TPI trajectory and coil sensitivities might be responsible for the high acceleration and low noise amplification. Consequently, TPI-SENSE may have potential advantages for parallel sodium imaging.     

基于立体视觉的空间运动分析

利用摄影测量方法和计算机视觉技术得出了一套完整的、由双目立体序列图像确定场景中目标运动信息的方法与步骤。讨论了双目立体视觉系统的在任检校,相关系数和松弛法相结合基于点特征的物体运动、立体匹配,运动前后三维特征点的对应,以及利用能减少待定变量、降低计算复杂性、提高算法精确性的反对称矩阵分解算法求解运动参数(R和T)等问题。给出了从一组真实图像中获取目标运动参数的计算结果。     

Three-dimensional display using computer-generated hologram based on virtual optics

The technique of using computer-generated hologram (CGH) for 2-D and 3-D display based on virtual optics was researched widely. A new way, modified peak signal to noise ratio (PSNR) method was used to assess 3-D image quality reconstructed by CGH, and an iterative arithmetic was proposed to synthesize CGH perfectly. Furthermore, in the paper a novel way to encrypt 3-D information was proposed. Simulation experiments showed that CGH was an effective encryption technique, and Modified PSNR was a proper definite quantity analysis method for 3-D imaging.     

基于小波树和哈达玛矩阵的自适应快速三维压缩成像方法

针对光子计数系统实现三维成像速度缓慢的问题,提出一种基于小波树和哈达玛矩阵的自适应快速三维压缩成像方法。利用哈达玛矩阵调制投影图案提高采样效率,被调制的短脉冲结构光照射场景,单像素光子计数探测器采集回波。通过分析低分辨率图像的小波树选择采样区域,使用哈达玛矩阵调制所选采样区域得到的投影图案,可采集图像细节,多阶段采样后利用哈达玛反变换恢复出高分辨率图像。实验结果表明,采集并恢复出一幅512×512像素的三维图像的时间最快可达到41 s。     

Incoherent holographic imaging through thin turbulent media

We introduce and experimentally demonstrate a new method of computing Fresnel holograms of a real-existing, three-dimensional (3-D) scene hidden behind a thin turbulent medium, and illuminated by incoherent white light. From each perspective point of view, we acquire multiple noisy speckled images through the medium vibrated mechanically. These images are fused together to yield a smoothed perspective projection of the hidden 3-D scene. All smoothed projections are processed to yield a Fresnel hologram of the hidden scene. The 3-D image reconstructed from the hologram is further improved by digital blind deconvolution of each of the 3-D image slices with its own estimated impulse response.     

三维面形测量数据的计算全息可视化

提出利用计算机制全息进行三维面形测量数据立体重现的技术。首先利用三维面形测量技术同时获取三维物体的强度和距离像；然后根据三维面形测量数据，设计和制作菲涅耳计算全息图；最后将计算全息和光学全息相结合，以菲涅耳计算全息图的光学再现像为对象，记录光学像全息。这样既解决了计算机制全息术中真实三维物体立体信息数据捕捉的问题，又为三维面形检测提供了一个行之有效的立体重构技术。给出了这种方法的原理、计算全息的设计、制作方案和实验验证结果。     

光学三维成像实验系统

建立光学投影层析三维成像系统,该系统包括光学成像、图像采集、断层重建及三维显示,重建算法为滤波反投影算法.实验结果表明:利用该系统得到的重建图像与样品的形状吻合,重建结果边缘清晰,伪迹较小.     

利用对称区域生长算法实现三维ICT图像的快速分割

图像分割作为一种基础的分析手段在工业计算机断层(Industrial Computed Tomography,ICT)检侧中有着广泛的应用.随着CT扫描方式从二维断层扫描向三维立体扫描的发展,对于CT图像的分析也由二维图像处理发展为三维序列图像处理,所以传统的图像分割手段已经不能很好地适应这种需求了.以目前在计算机视觉...