基于重投影的多项式拟合校正射束硬化

在X射线工业CT(ICT)中,射束硬化会导致重建的图像出现伪影,甚至产生变形。为了消除这种影响,提出了一种基于重投影的多项式拟合校正射束硬化的方法。该方法对原始CT图像进行阈值分割二值化,将物体目标区域的像素值设为1;重投影此二值图像以获取X射线贯穿物体的长度集合;利用多项式拟合此长度集合与多色投影间的关系来建立射束硬化校正模型,用该模型对多色投影进行校正。与传统的多项式拟合校正方法相比,该方法不需要楔状模体(用于测量不同厚度下的衰减值,以此来建立射束硬化校正模型)。研究表明,该方法能有效地抑制射束硬化的影响。     

基于支持度变换和top-hat分解的双色中波红外图像融合

为了解决用多尺度top-hat分解法融合双色中波红外图像时经常存在对比度提升有限、边缘区域失真较重的问题,提出了基于支持度变换和top-hat分解相结合的融合方法。先用支持度变换法将双色中波图像分解为低频图像和支持度图像序列;再从最后一层低频图像中用多尺度top-hat分解法提取各自的亮信息和暗信息;用灰度值取大法分别融合亮信息和暗信息;通过灰度值归一化和高斯滤波分别增强亮、暗信息融合图像;然后融合两低频图像和亮、暗信息增强图像;将融合图像作为新的低频图像和用灰度值取大法融合得到的支持度融合图像序列进行支持度逆变换,得到最终融合图像。该方法的实验结果同采用单一的支持度变换法融合和多尺度top-hat分解法融合相比,融合图像的对比度提升了11.69%,失真度降低了63.42%,局部粗糙度提高了38.12%。说明提出的从低频图像提取亮暗信息,并经过分别融合、增强,再与低频图像进行融合,能有效破解红外融合图像对比度提升和边缘区域失真度降低之间的矛盾,为提高图像融合质量提供了新方法。     

基于波长分离的结构光采集系统

彩色结构光系统利用彩色投影机与摄像机中的三个颜色通道,同时投影和采集三幅条纹图像,拍摄一次即可实现形貌测量,但其无法测量彩色物体,通道间的串扰也降低了精度。提出了一种新的系统,利用三个摄像机采集三个通道,并利用严格设计的分色棱镜和滤光片,消除了彩色结构光系统中常见的波长通道间的颜色串扰。基于三步位移法,分析了拍摄两次图像获得彩色物体形貌的过程,并针对该系统提出了校正方法。利用上述方法,拍摄两次即可得到彩色的物体形貌。     

基于改进暗原色先验和颜色校正的水下图像增强

水下图像成像过程与雾天图像类似,但传统的去雾方法用于水下图像处理效果欠佳。针对水下捕获图像存在颜色衰减严重和蓝(绿)色基调的问题,提出了一种基于改进暗原色先验和颜色校正的水下图像增强方法。结合光在水下的传播特性,对空气中的暗原色先验去雾算法进行改进,在求取水下暗原色通道和图像背景光时考虑红色通道的逆通道;提出先采用改进的水下暗原色先验法去除后向散射光,再通过白平衡算法对增强后的水下图像进行颜色校正的方法。实验结果表明,相比于传统算法,本文的方法在处理后向散射严重的水下图像时,可以获得更高的清晰度和对比度。     

CCD摄像法采集激光光斑图像方法研究

为了测量大尺寸激光光斑图像,对CCD摄像法采集漫反射的激光光斑图像方法进行了研究。采用CCD摄像机捕获经漫反板反射的激光光斑图像,光斑图像进行去背景处理后,根据系统噪声特性对光斑图像进行提取,再利用透视投影原理对畸变的光斑图像进行了校正,最后根据人眼对彩色图像敏感的特性,利用灰度级一彩色变换法对光斑图像进行了伪彩色处理。结果表明,CCD漫反射法能够准确地测量大尺寸激光光斑图像。     

一种基于先验模板的图像面积特征测量方法*

针对显微视觉中需要反复自动聚焦与自动照明调节以获取高质量图像,降低了微操作效率,提出一种图像特征测量方法.该方法建立在二值图像标准互相关计算模型的基础上.首先,通过设计特殊模板图像,简化该计算模型|通过反推该计算模型,可以在不作预处理基础上,得到目标图像的面积特征参量.利用误差补偿原理,设计两种模板求解两次面积参量,而后求平均值,提高了算法对比度及鲁棒性.强噪音仿真图像实验结果表明：改进方法的测量正确度比常规方法高约20倍|强离焦退化仿真实验表明：改进方法的测量正确度可提高一个数量级.实际图像实验中,改进方法可以在严重离焦以及弱照明条件下有效对图像面积特征进行测量,测量精密度比常规方法高3～5倍.结果表明,该方法在低质量图像面积特征测量中具有实用价值.     

一种基于先验模板的图像面积特征测量方法

针对显微视觉中需要反复自动聚焦与自动照明调节以获取高质量图像,降低了微操作效率,提出一种图像特征测量方法.该方法建立在二值图像标准互相关计算模型的基础上.首先,通过设计特殊模板图像,简化该计算模型;通过反推该计算模型,可以在不作预处理基础上,得到目标图像的面积特征参量.利用误差补偿原理,设计两种模板求解两次面积参量,而后求平均值,提高了算法对比度及鲁棒性.强噪音仿真图像实验结果表明:改进方法的测量正确度比常规方法高约20倍;强离焦退化仿真实验表明:改进方法的测量正确度可提高一个数量级.实际图像实验中,改进方法可以在严重离焦以及弱照明条件下有效对图像面积特征进行测量,测量精密度比常规方法高3～5倍.结果表明,该方法在低质量图像面积特征测量中具有实用价值.     

基于正交调制的偏振光谱成像系统研究

为了同时获取目标的全偏振二维图像信息和其光谱信息,设计了一种基于正交调制的偏振光谱成像系统。该系统由光学接收模块、相位调制器、Wollaston棱镜、Savart偏光镜、检偏器以及成像模块组成。其可以将原始光信号分解成两束相互正交的偏振光,并且分别成像在CCD焦平面的上下两部分上,从而构成两幅偏振图像。两组图像的叠加可以将干涉条纹的数据相互抵消,从而获得目标的纯图像信息,两组图像的相减可以将目标灰度图像相互抵消,从而获得目标的纯干涉条纹。通过理论分析与计算得到了光强分布函数和光谱变化形式。实验在稳定的光源环境中采用高对比度目标与背景板,完成了全偏振图像的实时采集。经相位校正和切趾处理改善了干涉图像的畸变,又通过去低频滤波和阈值滤波抑制了图像中背景噪声的影响,从而实现了对目标图像的提取及偏振光谱的复原。该系统具有稳定性高、光谱分辨率可调、信噪比高、可识别能力强等特点,对在复杂背景中提取目标图像、光谱及偏振态信息具有重要意义。     

基于偏振的暗通道先验去雾

基于暗通道先验去雾的图像增质方法在目标探测中表现良好,但其以光强信息为载体,光学维度单一的不足导致其目标表征效能下降.本文借助偏振对物理属性的敏感特性,提出在传统暗通道先验去雾方法中引入偏振信息来增强不同物体之间的辨识程度.研究了暗通道先验去雾方法中退散射与偏振探测的理论,并搭建机械式偏振滤波成像设备在雾天环境对所提方法的目标表征功能进行了实验验证.研究表明,基于偏振的暗通道先验去雾方法能够同时获取物体的光强与偏振信息,与传统暗通道先验去雾方法相比,利用目标与背景的偏振差异能够明显地提高二者对比度.此研究结果可应用于现有的偏振成像仪器系统,实现退散射与偏振信息的实时提取,进一步提高雾天目标探测与表征的效率.     

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.     

金属表面特性对差动式视觉测量的影响实验

介绍了一种全面的金属表面反射模型,从理论上论证差动式视觉测量的可行性。在平行光照明下,测量不同级别粗糙度比较样块在入射面内的反射亮度,在大量数据的基础上总结分布规律,以寻求事实依据。搭建视觉测量系统,采集金属工件的明、暗域图像,并对图像差分融合,进行实验验证。结果表明,工件表面的缺陷信息得到了大幅增强,杂乱的背景信息被有效抑制。基于金属表面反射特性提出的差动式视觉测量系统,在提高图像对比度和增强边缘方面显示了其优越性。     

Superresolution of three-dimensional optical imaging by use of evanescent waves

We simulate a three-dimensional optical diffraction tomography experiment in which superresolution is achieved by illuminating the object with evanescent waves generated by a prism. We show that accounting for multiple scattering between the object and the prism interface is mandatory to obtain superresolved images. Because the Born approximation leads to poor results, we propose a nonlinear inversion method for retrieving the map of permittivity of the object from the scattered far field. We analyze the sensitivity to noise of our algorithm and point out the importance of using incident propagative waves together with evanescent waves to improve the robustness of the reconstruction without losing the superresolution.     

测定新月形薄透镜折射率和曲率半径的简单方法

介绍了新月形薄透镜距测定中观察到的球面反射成像及折－反－折成像，指出利用这一现象可较好地测定其折射率及前后表面的曲率半径。     

Luminance contrast, a new illumination technique in light microscopy: Optical basics, practical evaluations, further developments

Luminance contrast is a new illumination technique in light microscopy recently developed by the author, which leads to extraordinary contrast effects, enhanced focal depth and supramicroscopic resolution when transparent stained or unstained specimens are examined.This method is characterized by a small illuminating light beam running centrically to the specimen, so that the specimen is illuminated very homogenously. Within the objective, the illuminating beam is blocked by a small light stop. When all parts of the illuminating light are totally blocked, the background is completely dark; when small parts of the illuminating light pass the light stop, the background is moderately brightened.The microscopic image is a result of scattered light components, which are bent or reflected by the specimen. When the illuminating light is not completely blocked by the light stop, the transmitted illuminating components interfere with the scattered light components coming from the specimen.Additional three-dimensional effects are achievable when the illuminating light passes the specimen obliquely.The resulting variants of illumination are similar to dark field, negative phase contrast and interference contrast. In all modes of luminance contrast the specimen is illuminated very homogenously so that it appears as a self-luminous, fluorescent body – similar to fluorescence microscopy.Luminance contrast can be carried out when mirror objectives are used or common objectives containing glass lenses are equipped with individually adjusted light stops.Further aspects of technical developments are discussed in full details.     

反射法和自准法测三棱镜顶角的比较

通过对反射法和自准法测量三棱镜顶角的比较,从测量的准确程度以及实验过程中操作容易程度来看,自准法更适合测量三棱镜顶角。     

全反射法对棱镜折射率的测定

利用分光计测定玻璃棱镜的折射率通常采用最小偏向角的方法,介绍了利用全反射如何测定其折射率,并对测量结果进行了不确定度评定,实验过程中避免了棱镜的拿上拿下和对棱镜台的碰触,使测量精度提高,同时起到开发学生的思维和对知识的灵活应用的作用。     

动态介质中的光折射现象研究

利用计算机模拟技术研究了动态介质中的光折射现象。将一定区域内带波浪的水假定为动态介质,以深度作为变量,利用几何光学原理及数值计算给出了介质深度不同时光强分布的规律,即相邻两明(暗)纹的中心间距随深度的变化而改变,明纹宽度和明纹平均亮度随深度的改变均呈现近似周期性变化而两者的变化趋势相反;另外,我们根据所得到的介质中光强分布的规律提出了一种测量水波速度的方法。     

离焦系统下的单分子三维取向研究

提出了一种新思路来确定单分子的三维取向,在全内反射荧光显微成像的基础上,在显微镜的油镜上加一个水层,水和油的折射率不同造成光程差,产生离焦,利用全内反射产生隐失波激发了单分子的纵向分量,并在探测器前增加了一个分光镜,把光路分成偏振方向相互垂直的两束光,使得探测器上的光场分布包含单分子三维取向的信息。推导了隐失场激发的偶极矩光场在探测器上的光强分布表达式,通过分析偏振方向相互垂直的两束光在探测器上的不同的强度分布,来判断单分子偶极矩的三维取向。     

液体薄膜遮光效应的研究

当激光束通过静态液体薄膜时,由于表面的全反射效应能够观察到液体薄膜的遮光效应.在此基础上,以白光为光源研究了液体薄膜的遮光效应.结果显示,白光光源的遮光图样非常清晰,且无激光散斑效应|遮光图样的中心是一个光强极强的亮域,该区域的外部为两个同心的环状暗场,两个暗场之间是亮场,亮暗边界十分清楚|液体薄膜遮光图样的半径大小与液体的折射率有关,液体折射率越大,遮光图样的半径越大.本文给出了液体薄膜遮光半径与液体折射率的解析关系,分析了遮光图样产生的必要与充分条件,并根据液体薄膜的遮光效应,建立了一种测量液体折射率的新方法,测量了纯净水的折射率.结果表明,该测量值与传统方法所测折射率的值相吻合且该方法具有设备简单、操作简便、重复性好、准确度高等特点.     

Confocal full‐field X‐ray microscope for novel three‐dimensional X‐ray imaging

A confocal full‐field X‐ray microscope has been developed for use as a novel three‐dimensional X‐ray imaging method. The system consists of an X‐ray illuminating `sheet‐beam' whose beam shape is micrified only in one dimension, and an X‐ray full‐field microscope whose optical axis is normal to the illuminating sheet beam. An arbitral cross‐sectional region of the object is irradiated by the sheet‐beam, and secondary X‐ray emission such as fluorescent X‐rays from this region is imaged simultaneously using the full‐field microscope. This system enables a virtual sliced image of a specimen to be obtained as a two‐dimensional magnified image, and three‐dimensional observation is available only by a linear translation of the object along the optical axis of the full‐field microscope. A feasibility test has been carried out at beamline 37XU of SPring‐8. Observation of the three‐dimensional distribution of metallic inclusions in an artificial diamond was performed.