眼底照相机自动调焦算法

基于眼底图像成像原理及特征,提出一种结合自动调焦窗口选择的眼底照相机自动调焦方法.根据改进阈值的局部信息熵调焦窗口选择算法实现调焦窗口的初步定位,按照多方向步进算法实现调焦窗口的最终定位.针对眼底图像对比度低的问题,结合区域对比度的清晰度评价函数与梯度向量平方函数的特点提出眼底图像清晰度评价函数.实验结果显示,提出的自动调焦窗口选择算法可以保证调焦窗口的稳定性及准确性,针对低对比度眼底图像的清晰度评价函数具有更好的灵敏度.     

基于图像清晰度评价函数的显微镜自动调焦技术研究

自动调焦技术是提高自动显微镜测量精度的一个重要手段,图像清晰度评价函数是计算机自动调焦中的关键技术。根据图像清晰度评价函数实现了显微镜的自动调焦。     

信噪比对航空相机调焦精度的影响

图像法进行航空相机调焦过程中,图像噪声的影响会使得调焦精度降低.然而对于图像信噪比和调焦精度两者之间关系的研究主要是基于实验结果和主观判断,没有通用性的理论和确切的结论。从理论上分析并给出两者之间确切的关系表达式,并通过实验验证了调焦精度和图像信噪比之间呈正相关的关系,图像的信噪比越高,调焦精度越高。以评价函数的方差值作为衡量调焦精度的标准,理论上计算了图像的信噪比对评价函数的期望和方差的影响,提出信噪比越高的图像中噪声越少,评价函数的方差值越小,调焦越准确。设计实验记录不同信噪比下,应用同样的调焦方法,得到的图像评价函数方差的变化规律,实验结果显示当图像的信噪比由27dB升高到39dB时,评价函数方差由0.262降低为0.0611,相当于调焦精度提高了约30%,证明了理论分析的正确性。     

基于MTF辅助正焦判断的自动调焦搜索算法

针对传统爬山搜索算法受调焦评价函数局部极值的干扰而不能准确聚焦的问题,提出一种基于调制传递函数辅助正焦判断的自动调焦搜索算法.该算法对爬山法进行改进,在选择图像清晰度评价函数基础上,同时考虑图像的调制传递函数值,综合判断搜索方向;采用改进的刃边法,在自动完成刃边区域选择的基础上,可精确计算图像的调制传递函数值,并给出了改进算法的原理和实现.为了衡量改进算法的性能,验证调焦系统成像效果,分别考虑搜索算法对不同调焦初始位置以及环境变化影响,在经纬仪自动调焦系统平台上展开算法的调焦实验分析.实验结果表明改进的自动调焦搜索算法能有效地排除局部极值干扰,使系统准确、可靠的调焦.     

自动调焦系统中一种调焦的判别方法

准确有效的调焦评价函数是采用数字图像处理技术实现自动调焦的关键环节,而调焦评价函数的好坏又直接影响着调焦系统的结构精度和运算的复杂程度。分析了灰度标准差比较法和灰度对比度比较法的优缺点,提出了经改进的灰度比较法作为调焦评价函数,该方法具有响应速度快、计算量小、信噪比高、可靠性好等特点。实验与分析结果表明,该方法对具有复杂细节和纹理特征的图像能得到较好的处理结果,而对于背景高亮度的图像则不能判断其是否聚焦。     

图像法自动调焦的最佳调焦区域选取算法

对分辨率较高的图像来说,调焦评价函数的计算耗时较多,会影响调焦的实时性。选用整幅图像中细节最丰富的子图像作为调焦对象,在保证调焦精度的同时,可改善调焦效率。为快速找到此区域,提出了基于自适应遗传算法(AGA)的寻优算法。在此算法中,用离焦子图像的加权熵作为适应度函数,自适应的改变遗传算法的交叉概率和变异概率,以避免结果陷入局部极值。实验结果表明,此算法具有运算复杂度低,稳定性好等优点,所选定的子图像具有良好的调焦特性曲线。     

基于TMS320DM642的摄像机自动调焦系统的实现

调焦系统在各种光学测量及侦察设备中起着十分重要的作用。本文介绍了光学系统自动调焦的方法和图像法调焦的相关评价函数,利用TMS320DM642数字信号处理芯片为平台设计了图像法自动调焦系统。采用TI公司针对其开发的DSP芯片设计了实时多任务系统DSP／BIOS,完成了软件设计。该实时操作系统为实现调焦过程中任务的调度和实时调焦提供了保障。文中还提出了在实现调焦系统过程中需要注意的一些问题及解决方案。本文所设计的系统能在4～5步（大约2S内）找到像面,满足实际应用的需要。     

基于聚焦评价函数的自动调焦方法的研究

针对使用图像清晰度的聚焦评价函数来实现显微镜系统中的自动调焦,介绍了几种常用的图像清晰度聚焦评价函数,在自动倒置显微镜下进行大量的实验,分别利用这几种函数对采集到的图像进行评价分析。研究结果表明,在显微镜系统下利用基于梯度类图像清晰度评价函数拉普拉斯(Laplacian)算子可以有效地抑止噪声干扰,并且单峰性、重复性和稳定性都比较良好,能实现快速高效的自动调焦。     

图像采集自动生物显微镜系统自动调焦的研究

阐述了以ＣＣＤ为光电探测器件，采用步进电机驱动，集工作台自动扫描、自动调焦和图像的自动采集为一体的显微镜系统自动调焦机理，改进了均方差评价函数，完成了自动调焦，为显微图像的采集和处理提供了强有力的手段。     

不同对比度下自适应的自动调焦新算法

针对大多数自动调焦函数不能克服对比度变化引起的调焦曲线失去理想特性、陷入局部极小值甚至失去单峰性等问题,介绍了Zernike正交矩,分析了各阶Zernike矩的调焦函数曲线并且提出了一种新的基于Zernike正交矩的自动调焦算法,定义了此算法的公式.与几种常用自动调焦函数在不同对比度条件下进行了调焦效果的比较分析,验证了通过调整各阶Zernike矩的权重系数、可以灵活变换调焦公式,能够适应不同对比度下的调焦过程.实验比较了基于Zernike正交矩的自动调焦算法应用于完全对称型物体和非对称型物体时焦效果的差别,证明了该算法应用于圆形或球状等完全对称型的物体时调焦效果较好.     

数字全息显微系统结构参量对再现像质的影响

为了获取高质量的数字全息显微再现像,分析了同轴相移数字全息显微系统结构参量对再现像质的影响.首先经过计算得出理想成像时,像空间物光波频率完全由物体面形结构频率和系统放大倍率决定.然后基于显微成像时物光波的所有频率分量都应该被有效记录的分析,得出在同轴相移系统中放大倍率必须使物光波的空间频率缩小到满足采样要求|并得出在相同的放大倍率下记录距离会影响有效记录的物体尺寸,记录器件离开像平面的距离越小,有效记录的物体尺寸越大,在像平面上时有效记录的物体尺寸最大.计算机仿真和光学实验都证明了上述结论的正确性.     

可调谐相位板空域频域联合分析

波前编码系统采用在传统光学系统中加入相位板来扩大光学系统的景深而避免传统景深延拓技术的不利影响. 由于相位板的参数不可调, 整个系统的景深延拓扩展率也不能动态可调. 采用两相位板组合的方法可以有效克服这一点. 本文首先从光线差的角度提出了两三次相位板组合下的光线像差分布以及点扩散函数尺寸的具体关系表达式, 直观体现了系统的光线结构, 指出了光线结构和点扩散函数尺寸受两三次相位板的面型和相对位移量的影响. 其次采用稳相法从空间域给出了系统点扩散函数表达式, 依据点扩散函数的振荡性质给出了有效带宽表达式, 提出了点扩散函数在像面的位置会随两相位板面型参数以及相对于光瞳中心的位移量而发生平移. 最后利用菲涅耳积分给出两三次相位板任意面型参数和相对位移组合下的准确光学传递函数. 在得到的调制传递函数中直观体现出了面型参数和相对位移量对调制传递函数和相位传递函数以及有效带宽的影响, 并说明了此系统相位传递函数的非线性性质. 通过空间域与频率域相结合的方法分析验证了传统的两三次相位板组合具有景深可调和带宽可调的性质, 为设计可调谐波前编码系统提供了理论依据.     

多色分图层激光扫描自聚焦投影技术

为了突破常规激光投影仪由于单一波长的局限性造成应用场景的限制,同时实现对不同零件、不同材料、不同装配工艺的分图层投影,设计并搭建了多色分图层激光扫描自聚焦投影系统。系统采用2种波长的激光作为光源,根据二向色镜的位置不同,提出了多色共光轴和分光路2种激光扫描自聚焦投影方案,并推导了相应的光学系统数学模型。通过系统的自聚焦功能调节镜组间距,均可以实现在不同距离的投影面上聚焦出不同颜色的最小光斑。利用ZEMAX光学设计软件对2种投影光学系统进行仿真,并从系统可靠性和投影效果上对2种系统进行比较分析。实验结果表明：在3 m处的投影面上,共光轴系统各种波长的光斑直径均在0.8 mm以内,且光斑大小均匀,可以实现多色分图层的扫描自聚焦投影功能。     

一种改进的Sobel梯度函数自动对焦评价算法

传统的自动对焦梯度函数评价算法在对细胞显微图像进行对焦时,由于对焦精度不佳,图像受噪声的影响较大。针对此问题,通过对不同对焦评价函数性能进行对比,提出了一种基于Sobel梯度函数改进的自动对焦评价算法——Sobel4direction_Brenner梯度函数算法。对对焦评价技术设计指标和算法的通用性进行了验证,结果表明:在调焦时该算法较传统对焦梯度函数能更好的抑制噪声,并且使电机在爬山算法的搜索对焦中具有更小的对焦搜索区间范围,获得的细胞显微图像的清晰度评价值也更高。     

Sensing characteristics of electrostatic inductive sensor for flow parameters measurement of pneumatically conveyed particles

The spatial sensitivity, spatial filtering effect, temporal frequency response characteristics and bandwidth are important parameters influencing the accuracy and response speed of a ring-shaped electrostatic inductive sensor. In this paper, the charge induced on the ring-shaped sensor with different geometric sizes from a single particle having a unity charge was modeled mathematically. And from the numerical solution obtained using the finite element analysis software ANSYS, the spatial sensitivity of the sensor was derived. The effect of the geometric size of the sensor on the spatial sensitivity was also investigated, and its spatial filtering fundamental theory and spatial filtering effect were also analyzed quantitatively. The temporal frequency response characteristics of the sensor were also derived. The experimental results on a gravity-fed conveyor were presented. The theoretical and experimental results obtained demonstrate that the ring-shaped sensor acts as a low-pass filter in the spatial frequency domain and its spatial frequency characteristics are closely related to the radial position of the charged particle and the axial length of the electrode. The measurement system, including the probe and signal conditioning circuit, acts as a band-pass filter, and the radial position, the axial length of the electrode, particle velocity and particle size have important effects on the temporal frequency characteristics of the measurement system.     

A microscope system based on bevel-axial method auto-focus

A microscope system based on bevel-axial method auto-focus (BAM-AFS) is proposed. The purpose is to establish an auto-focus microscope system that calculates the focus position one or many times. In this paper, we propose a bevel-axial method that had an included angle between CCD sensor and image plane with multi-parameters fusing from image to obtain the in-focus position directly in the first phase and combined Kalman estimate to obtain the in-focus position for different objects in the second phase. We discuss the relation between focus positions and image focus at the end.     

Fiber type of optical coherence tomography with an auto-focus device

Optical coherence tomography (OCT) is a novel technique for non-invasive imaging based on low coherence interferometer. In this study, we develop a new optical fiber type of OCT with a commercial auto-focus device to simultaneously measure the refractive index and thickness of a single-layer for demonstration. An auto-focus device can be easily implemented into the new OCT in order to diminish the measurement error resulting from the slight vibration of the sample and/or the sample stage. However, if the conventional OCT is implemented with an auto-focus device, it would be extremely difficult in locating and controlling the positions of the sample and scanning stages.From the experimental results, the error percentage from various frequency of the simulated noise is almost under 0.4%. Due to the resonance frequency of a DVD pickup head is around 40 Hz, the error percentage is apparently highest up to 1%; however still acceptable. It is concluded that the auto-focus device indeed works in an OCT system.     

Correlation of ultrasonic scatterer size estimates for the statistical analysis and optimization of angular compounding

Ultrasonic scatterer size estimates generally have large variances due to the inherent noise of spectral estimates used to calculate size. Compounding partially correlated size estimates associated with the same tissue, but produced with data acquired from different angles of incidence, is an effective way to reduce the variance without making dramatic sacrifices in spatial resolution. This work derives theoretical approximations for the correlation between these size estimates, and the coherence between their associated spectral estimates, as functions of ultrasonic system parameters. A Gaussian spatial autocorrelation function is assumed to adequately model scatterer shape. Both approximations compare favorably with simulation results, which consider validation near the focus. Utilization of the correlation/coherence expressions for statistical analysis and optimization is discussed. Approximations, such as the invariance of phase and amplitude terms with angle, are made to obtain closed-form solutions to the derived spectral coherence near the focus and permit analytical optimization analysis. Results indicate that recommended parameter adjustments for performance improvement generally depend upon whether, for the system under consideration, the primary source of change in total coherence with rotation is phase term variation due to the change in the relative position of scattering sites, or field amplitude term variation due to beam movement.     

边缘特征增强算法和小波分析在精确聚焦中的应用

在数字成象系统中,如何快速而且有效地实现精确聚焦一直是成象系统研究中的焦点.本文提出了利用增强图象边缘特征来提高精确聚焦能力,并将常见的边缘增强滤波器与以小波变换为基础构建的滤波器进行了比较,实验数据表明,虽然常见滤波器和基于小波变换滤波器都能提高聚焦能力,但后者能更有效地分辨出只有微小的离焦量的图象,有很好的应用前景.     

光学显微镜自动聚焦取窗方法研究

针对全自动光学显微镜系统中,传统聚焦窗口选择方法易受图像内容分布、杂质、噪声等因素干扰的问题,提出一种根据内容像素变化量选择聚焦窗口的方法。该方法将灰度差像素数量与边缘像素数量加权作为内容像素数量,据此衡量失焦模糊状态下子块内容含量并划分聚焦窗口,减少杂质与噪声对取窗过程的影响;用降采样后图像各子块内容含量估计原图像内容分布信息,降低图像滤波、梯度计算过程的计算量;使用局部标准差与锐利边缘像素数量联合检测焦平面图像的失焦模糊区域,有效排除玻片杂质造成的焦平面误判。与传统的显微镜自动聚焦取窗方法相比,对内容丰富程度和分布状况不同的显微图像序列,该方法均能获取有效的聚焦窗口,像素梯度均值更高,所得的评价曲线局部极值极少,尖锐性好,因此该方法的成功率高,鲁棒性更强。