隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术

结构光照明成像在近距离高分辨率物体三维测量方面具有重要应用。在传统结构光照明成像的基础上,提出了隐形结构光三维成像动态背景光干扰抑制技术,对实际目标进行了三维轮廓获取,并对动态背景光的抗干扰能力进行了详细的分析和验证。基于激光干涉原理产生的结构光,投射两束正交偏振光束到物体表面并不产生干涉条纹,采用同步相移探测技术实现结构光条纹的探测和再现。采用同步相移探测技术,可同时获得4步相移条纹图像,有效降低了背景光的干扰,提升了动态三维成像的能力。理论研究了隐形结构光的成像原理及动态背景光抑制机理,搭建了实验验证装置,获得了动态背景光干扰下实际目标的三维重建图像,实验结果与理论分析吻合。     

格雷码与六步相移编码融合的三维结构光学测量方法

编码结构光技术是一种获取复杂目标三维结构的典型测量技术,其将编码后的结构光图案投射到待测物体表面进行调制、采集,并通过解码计算三维面形数据,可见编码方法是结构光三维测量技术的核心问题。然而,通用的格雷码编码方法和六步相移编码方法都存在一定缺陷,为此,以获取物体的高精度三维点云数据为目标,提出了一种融合格雷码与六步相移的结构光技术。首先,将格雷码结构光设计为7幅黑白相间的条纹周期图像,并通过投射角度解码操作将图像划分为多个区域;然后,设计六步相移结构光为6幅具有相位差的余弦周期图像,通过相位解包裹操作将每个子区域细分到单个像素单元;最后,融合以上两种编码结构光解码值,计算图像内每个空间点的绝对相位信息。仿真实验与实际测试实验显示,与传统六幅莫尔条纹结构光技术相比,融合结构光技术计算量较小,同时也克服了单独使用格雷码或相移技术所存在的问题,能够以较高精度获取物体目标的三维结构细节,为基于结构光的双目三维扫描系统提供一定理论依据。     

三维形貌及颜色纹理的快速获取方法

为了在黑白摄像机中快速获取场景的三维形貌与颜色纹理,提出了绝对相位测量结合主动彩色照明的方法.首先向物体投影并拍摄两幅相移为1/3周期的条纹和一幅周期有微小差别的条纹图;然后分别向物体投射光强为给定强度的白、红及绿照明光,并拍摄图像.用改进的相移法求解第四幅图像与第一、第二幅变形条纹图中的相位;用改进的傅里叶变换法求解第四幅图像及第三幅变形条纹图中的相位;然后得出绝对相位值.最后利用第四幅图像与第五和第六幅图像求出场景反射的蓝色分量,并根据色度学原理恢复出场景的颜色纹理.实验表明,该方法在保证三维测量准确度的同时获得了高质量的颜色纹理,实现了30fps的三维数据及颜色纹理采集速度.     

位错点阵投影的三维数字成像

提出一种基于位错点阵投影的三维数字成像方法。该方法以二维点阵结构光顺序照明参考平面和被测物体表面,通过分析分别投影在参考平面和物体上的点阵的成像过程,建立投射在参考平面和被测物体表面上的点阵中同一点在成像面上横向位置错动与被测物体深度之间的数学模型。依据此模型,通过计算相对应点在成像平面上的横向位移。可计算出物体的深度图像。二维点阵可以在垂直于光轴的平面内做横向和纵向的两维移动,以填补由于离散而丢失的其他空间点的深度信息,获得高空间分辨率。实验验证了该方法的可行性,此方法对于拓扑复杂的表面和大梯度表面有较强的适应性。     

利用结构光进行三维测量的新方法

提出一种利用三维图像实验三维标定的测量方法。用增行光投射光栅,使之产生一系列相互平行的光切面,这些光切面投射到物体表面之后,在物体表面形成一系列的光条。我们利用Ｈｅ－Ｎｅ激光器产生的激光实验ＣＣＤ测头的定位和光条的识别,从而实现编码。编码后的图像经过细化、边界提取等处理后可以进行接下来的计算工作。由于我们是利用一幅图像来提取三维信息,从推导提取等处理后可以进行接下来的计算工作。由于我们是利用一幅图     

基于双目立体视觉的视网膜成像系统研究

为了从不同的拍摄位置实时获取同一区域的眼底视网膜图像,实现视网膜表面形貌的三维重建,设计了一种基于双目立体视觉下的视网膜成像系统。系统由成像光路和照明光路组成。照明光路通过柯勒照明的方式为眼底提供均匀背景光,并设置黑点板消除杂光;成像光路通过反射镜组形成两个平行光路,从两个光路同时拍摄同一区域的眼底视网膜图像。实验结果表明,本系统放大倍数为7.3,能在850nm的近红外光照明下实时拍摄到两组同一区域的图像。拍摄过程中视差角约为10°,较好地校正了色差、球差等近轴像差。系统使将来与OCT技术融合,实现深度信息图像和三维重建图像的拼接成为可能。     

基于大功率LED的闪光成像速度测量系统

设计出一种非接触式高速运动物体速度测量系统,在CCD单帧曝光时间内利用闪光灯对飞行中的物体进行两次闪光照明,CCD对两个不同位置的飞行物体成像,设定两个光脉冲之间的时间间隔以及测量出两个物体像之间的距离即可算出其飞行速度.该系统能够进行实时测量,突破了空间单点测量技术的局限,可在同一幅图像上记录下不同时刻多个空间点目标的图像信息,以及同一时刻不同空间点目标的图像信息,从而可以获得目标运动的瞬时速度.     

基于大功率LED的闪光成像速度测量系统(英文)

设计出一种非接触式高速运动物体速度测量系统,在CCD单帧曝光时间内利用闪光灯对飞行中的物体进行两次闪光照明,CCD对两个不同位置的飞行物体成像,设定两个光脉冲之间的时间间隔以及测量出两个物体像之间的距离即可算出其飞行速度.该系统能够进行实时测量,突破了空间单点测量技术的局限,可在同一幅图像上记录下不同时刻多个空间点目标的图像信息,以及同一时刻不同空间点目标的图像信息,从而可以获得目标运动的瞬时速度.     

基于传像束的小视场双目结构光三维形貌恢复

提出基于传像束传像和双目结构光相结合的三维测量系统,实现对无法直接成像场景,如爆轰、冲击等环境下的小视场物体三维面形测量。测量时,结构光直接投影到待测物体表面,变形条纹图像首先被成像到传像束前端面,再被传递到传像束后端面,并最终被成像到相机像平面,再由三频相位展开技术计算出对应相位分布后,即可根据双目匹配计算出待测物体高度。实验表明,传像束系统能完成高精度的微小物体三维形貌重建,且由于传像束的引入,增加了测量系统的灵活性。     

使用改进型科勒照明系统的全场光学相干层析成像系统

研制了一套基于林尼克干涉仪结构的全场光学相干层析成像(FF-OCT)系统,以获得高质量的全场光学相干层析图像。不同于大多数FF-OCT系统所采用的光纤束照明方式,本系统采用卤素灯作为光源,搭建改进型科勒照明系统进行照明。选用Intel Pentium 4处理器芯片作为样品,对其内部结构进行了成像实验,通过四步移相算法根据四幅连续的相移干涉图像获得了样品的层析图像,实验结果证实了成像系统的可行性。使用改进型科勒照明系统的FF-OCT成像系统,与现有的FF-OCT系统相比,结构简单便于制作,且成本低廉,为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法。     

Quadrature phase-shifting interferometer with a polarization imaging camera

We present a new high-speed phase distribution measurement, in which a polarization imaging camera is applied to a quadrature phase-shifting interferometer. The polarization imaging camera composed of a polarizer-mask on a detector array can provide simultaneously two phase-shifted data in quadrature. Two sets of two phase-shifted data in quadrature are obtained before and after a change of the interferometer such as object displacement or environmental disturbances. Phase sum and difference distributions of the interferograms between two states with arbitrary phase-shift in the interferometer are calculated with the two sets of two phase-shifted data in quadrature. This phase calculation method in the pixel displaced phase-shift method has such advantage that phase-shifted data required for the calculation of phase distributions can be obtained by only two pixels in the polarizer-mask detector array, which means no reduction of the image resolution in the other direction. The principle of this technique and experimental results are presented.     

长时程双光子成像技术

双光子成像(Two-Photon Imaging)技术以其优越特性被广泛用于活细胞动态三维成像,但光功率极高的短脉冲光对焦平面荧光分子严重的光漂白极大地影响了双光子长时间成像的图像质量,针对双光子荧光漂白问题,本文提出一种优化光照的双光子(Optimized Lighting-Two Photon,OL-TP)成像技术。通过预扫描获取双光子图像分析高低阈值,以预设的高低阈值为标准优化一幅图像中不同区域的光照时长,利用扫描过程中记录的荧光信息和光照时间信息可以重建OL-TP图像,既保证信噪比又降低荧光漂白。重建的OL-TP图像与传统双光子图像基本一致,信噪比略有降低,但图像并未失真。对110 nm的荧光小球样本分别连续取30幅普通双光子和优化光照的双光子图像,到第30幅图时,重建后的优化光照双光子图像比普通双光子图像荧光漂白降低了28.86%。OL-TP通过优化光照时间大幅降低双光子成像的荧光漂白,使双光子荧光显微镜能够更好地对生物样本进行长时间观测。     

非相干照明条件下的ptychographic iterative engine成像技术

在传统多波长相干衍射成像理论的基础上提出适用于 X-射线和电子束等非相干光源照明成像的改进多波长ptychographic iterative engine 方法, 同时将小孔形状和照明光谱信息用于叠代计算, 可以在非相干照明条件下精确重建出物体的强度透射像和相位透射像, 并对光源带宽对重建精度的影响进行了分析, 对于解决如何在非相干照明条件下对大尺寸物体进行精确相位成像的问题具有较好的科研和实用价值.     

Ghost imaging of Multi-Gaussian Schell-model beams in the Z-tilt aberration corrected channels

Based on the optical coherent theory and the extended Huygens–Fresnel integral, lensless ghost imaging of Multi-Gaussian Schell-model beams through the slant non-Kolmogorov turbulence channels with Z-tilt aberration correction has been studied and the theoretical models have been derived. Our results indicate that the nearer of object to illuminant plane, the larger beam width and the more beamlet number are, the more fine of image quality is. The undersize of illumination light source will cause the quality decline of ghost imaging and the image quality of the object illuminated by the incoherent light are worse than that of illuminated by partially coherent light.     

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。     

集成成像大纵深物体的三维形貌获取技术

为了满足现代工业所需的大纵深物体的三维形貌获取需求,解决传统结构光三维形貌获取技术纵深较小的问题, 借助集成成像这种阵列式多视点获取技术,构建了基于集成成像的大纵深物体的三维形貌获取技术。从集成成像原理出发,分析了集成成像三维物点和同名像点之间的关系,得到集成成像光学获取系统参数和三维物体纵深极限之间的关系。在此基础上,利用相机和电动平移台构建了扫描式相机集成成像三维形貌获取系统,并对纵深从600 mm到3 600 mm相对独立的2个物体构建的大纵深三维物体进行了形貌获取。光学实验结果显示,该集成成像大纵深物体三维形貌获取技术能够单次获取纵深为3 600 mm的三维物体的三维形貌,为大纵深物体的三维形貌获取提供了技术支持。     

Wide-viewing projection-type integral imaging system with an embossed screen

A projection-type integral imaging system with an embossed screen is proposed to realize a wide viewing angle for the reconstructed image. The embossed screen is designed for virtual integral imaging in a projection-type system. It can enhance the viewing angle by increasing the effective region for each elemental image. The experimental result that verifies the merit of the proposed method is presented.     

基于赝热光照明的单发光学散斑成像

散射介质对光的散射是当前限制光学成像深度或距离的一个严重的问题.本文首先数值模拟比较了光透过随机散射介质成像研究中常用的基于光学记忆效应(memory effect, ME)和自相关(autocorrelation, AC)方法的HIOER算法和乒乓(Ping-Pang, PP)算法的优缺点.通过对HIOER算法和PP算法的恢复效果和迭代次数进行比较,发现PP算法在保持较高恢复效果的前提下拥有更快的运行速度.实验中,利用连续HeNe激光器和旋转毛玻璃产生赝热光源,通过物镜对随机散射介质后数毫米距离内的不同形状物体进行了单帧成像,并采用PP算法成功地恢复出微米量级物体的实际图像.这一研究结果将进一步促进ME和AC方法在深层生物组织医学成像研究上的应用.最后,实验研究了不同的物镜和散射介质的间距对成像恢复的放大率、分辨率和图像强度的影响特性,并进行了详细研究.     

Stereophotogrammetric 3D shape measurement by holographic methods using structured speckle illumination combined with interferometry

We present a unique combination of the numerical three-dimensional (3D) reconstruction of the shape of an object with interferometric deformation measurements. Two cameras record several holograms of an object that is illuminated by structured illumination. This illumination is realized by speckle patterns. To improve the image quality, an inplace speckle reduction technique is combined with the structured illumination to reduce the effect of disturbing subjective speckles which appear in the reconstructed images. Stereophotogrammetric methods are applied to extract the 3D surface information of the object out of the reconstructed images. Since the recording is done by holography and because stereophotogrammetry enables a pointwise correlation between the two views, it is possible to combine other holographic techniques with the reconstructed 3D shape. This is demonstrated by an interferometric deformation measurement of an object cooling down. The resulting interferometric fringes are mapped onto the reconstructed 3D surface. Hence, the proposed method enables automatic and dense matching of interferometric fringe-maps recorded by spatially separated holograms onto the surface of the object, which has not yet been realized by existing techniques.