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。     

基于彩色数字图像处理的自动调焦技

针对彩色图像讨论了基于数字图像处理技术的自动调焦算法.根据彩色图像的特点，选取了能够表现图像清晰度的两种矢量范数——L1范数和L2范数分别作为粗略调焦和精确调焦的评价函数，以实现系统在大范围内的精确调焦.为了提高图像的质量，采用了既能保持图像细节又能滤除脉冲和高斯噪声的中值滤波算法和均值滤波算法相结合的矢量中值均值滤波器.实验结果表明，本调焦算法能够在大范围内调节焦距，且具有较高的调焦精度，调焦速度较快.     

非光学量测试与设备

TB92 2004064437 三维形貌测量中自动调焦系统的设计=Design on an automatic focusing system for 3-D topography measurement[刊,中]/童凯(燕山大学.河北,秦皇岛(066004)),任锐…∥光电工程.—2004,31(3).—56-59 在相移干涉显微镜中增加了自动调焦系统,使其快速获取高清晰干涉图像,提高了三维形貌的测量速度和测量精度。调焦系统采用图像自动调焦方法,分别以图像标准差函数和图像最大熵函数作为粗调函数和精调函数。实验表明本系统自动调焦范围扩大到士150μm,自     

一种新型相位-图像复合被动检测调焦机构设计

光学系统调焦是保证光电测量系统获取高质量图像的重要步骤之一。当对目标跟踪成像时光电测量系统不能及时调焦,获得的模糊图像对目标姿态、跟踪、识别和辐射特性测量造成很大的影响。在总结地基靶场检测调焦方法的基础上,设计了一种新型的相位-图像复合被动检测调焦结构。检测调焦系统对获取的图像信息进行处理,采用自动搜索算法,计算出需要的调焦量,最终找到最佳焦面位置。检测调焦样机的调焦对比试验发现,该系统的相位调焦精度优于0.08 mm,复合调焦精度优于0.02 mm,可以有效提高系统的调焦效率。     

调焦评价函数灵敏度的影响因素分析

调焦评价函数对离焦图像的灵敏度直接影响着自动调焦的精度。许多对调焦函数性能研究中,都只是对各个不同函数的灵敏度相互比较,忽略了调焦评价函数的灵敏度不仅和函数本身有关,还和调焦选择区域大小以及罔像的空间频率等参量有关的问题。从成像原理基本公式推导出调焦评价函数灵敏度的数学模型。然后根据公式得出在光学系统的焦点附近,调焦评价函数的灵敏度与图像的空间频率成高次正比关系,与调焦区域的面积成线性正比关系,与照明光源的波长和光学系统空间截止频率成二次反比关系。最后实验证明理论分析的正确性。从而为实践中的自动调焦系统设计提供理论指导,以便有目的地选择和控制调焦系统的各个参量进一步提高自动调焦精度。     

基于圆边响应离焦估计的望远物镜自动调焦方法

本文提出了一种基于圆边响应曲线的离焦估计新算法,实现了调焦参数的标定和望远物镜的自动调焦。建立了圆形边缘的灰度响应与离焦半径的关系模型,设计了圆四周离焦半径的双阈值均值滤波器,实现了模糊图像离焦半径的精确估计,降低了运动模糊和噪声的影响。根据离焦半径与调焦距离的线性关系,采用折线拟合方法,求解正焦调焦距离。然后,利用多个物距和正焦像距,优化求解测距调焦模型参数,实现了成像系统的自动调焦。仿真和实际实验验证了离焦半径估计算法的有效性和鲁棒性。标定后的自动调焦成像系统图像清晰,拍摄距离在43～52 m之间的物理分辨率接近理论值的一半,可分辨线宽优于0.354 mm.     

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。     

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。     

神光Ⅲ主机搭载平台双光路自动瞄准系统

神光Ⅲ主机靶室中用来搭载多种物理诊断设备(条纹相机、分幅相机等)的平台要求具有很高的定位精度和工作稳定性,能方便、可靠地实现对靶室内打靶目标的瞄准,为此设计了一种双光路自动调整与瞄准装置,其位置精度可以保证20μm范围内。搭载平台采用了一套双光路成像系统和一套三自由度运动部件构成瞄准系统。在瞄准系统中,应用视觉伺服控制技术,实现了搭载平台对打靶目标的高精度自动瞄准。搭载平台已经安装到神光Ⅲ主机装置上进行了自动瞄准精度检测,得到径向(z)和指向(x,y)的瞄准调整精度分别为14,11,12μm;实际搭载了分幅相机进行激光打靶考核验证,通过物理实验得到了X光焦斑图像,表明该自动瞄准调整系统满足工程使用要求。     

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.     

激光共焦扫描显微镜系统中的图像处理方法

激光共焦扫描光学显微镜（LCSM）是近10年来迅速发展起来的一种高精度显微成像技术，它是以光学为基础，融机械、电子、计算机为一体的高精度现代化显微测试仪器。文中针对LCSM系统所采集的图像进行了一系列的处理，就其二维断层图像的噪声去除、图像增强提出了相应的处理方法，提高了图像质量，奠定了进行三维信息重构的二维处理基础。     

透镜检测中复合自动对焦技术的研究及应用

针对光学透镜参数测量系统中的对焦问题,设计了一种粗精结合的复合自动对焦方案.在粗对焦过程中,选用全局图像的方差函数作为清晰度评价函数,用均值比较的爬山法实现焦面搜索,并用三点法判断初始对焦方向.在精对焦过程中,利用基于数学形态学的条件膨胀算法和形状因子提取目标图像,并以日标图像区域内的Brenner函数作为清晰度评价函...     

显微数字全息数值再现中的自动聚焦

自动聚焦是显微数字全息数值再现中的一项关键技术。基于菲涅耳变换重建算法, 采用实验验证的方法, 对显微数字全息成像中六种典型聚焦评价函数的性能进行了对比研究。提出了利用再现像部分区域进行调焦判断的方法。结果表明, 这些函数都具有较好的单峰性、一致的调焦范围和准确性, 但与梯度运算相关的调焦函数运算时间太长; 傅里叶频谱函数调焦速度最快, 是首选的聚焦评价函数。选取再现像部分区域作为调焦计算区域, 可大大缩短调焦时间。对于低信噪比全息图, 利用维纳自适应滤波进行预处理及对再现像进行后处理, 有利于提高自动调焦的准确性及再现像的质量。     

数字图像处理自动图像聚焦算法的分析和比较

图像聚焦判别函数的选择是自动图像测量中获取高质量图像的依据,对几种用于自动图像聚焦判别的数字图像处理算法进行了较全面的性能比较,定量分析了不同算法的计算速度、唯一性、准确性和灵敏度等。分析结果表明:梯度向量平方函数、拉普拉斯算法和二级梯度平方算法在单值性和灵敏度方面都较好;罗伯特(Robert)梯度算法和梯度向量模方算法函数的稳定性比较好。以上的图像聚焦判别函数特性分析结果对于图像自动测量所需要的自动调焦控制具有指导意义。     

Improved optimization strategies for autofocusing motion compensation in MRI via the analysis of image metric maps

Autofocusing is a postprocessing technique for motion correction, which optimizes an image quality metric against various trial motions. In this work, image metric maps, which are measures of image quality plotted as a function of in-plane 2-D trial translations, are systematically studied to develop improved autofocusing motion correction algorithms. It is shown that determining object motion with autofocusing is equivalent to an image metric map optimization problem. These maps provide insights into the motion compensation process and help improve several aspects of the correction algorithm, including the selection of the image metric and motion search strategy. A highly efficient and robust 2-D global optimization method is devised, exploiting the properties of the metric map pattern. The improved algorithm is used to correct phantom and clinical MR images with in-plane 2-D translational motion and is shown to be more effective than existing methods.     

Influence of inherent error of fiber-optic image inverter on application北大核心CSCD

The low-level-light image intensifier is an important photoelectric detection and imaging device in the field of night vision, and it is widely used in head-mounted display, hand-held observation and night aiming. The super-second-generation inverted image low-level-light image intensifier with fiber-optic image inverter is widely used in the night aiming system. According to the requirement of practical application, the influence of turning angle error and snake-shaped distortion in the inherent error of inverted image low-level-light image intensifier on the measurement error of aiming and stroke difference in application was analyzed. The analyses show that when the image turning angle error is less than 30' and the snake distortion is less than 30 μm, it can meet the requirements of close-range aiming and measurement of stroke difference. A detection device was developed to control the error, which solved the problem and put forward the relevant quality control points for the production and manufacture of image intensifiers for this kind of application. © 2022 Editorial office of Journal of Applied Optics. All rights reserved.     

基于彩色图象 RGB分析的自动对焦技术

参照人眼的特点,作者将传统的双焦评价函数分别作用于目标图象的R、G、B分量得到三个数值,然后由这三个值计算出一个新的评价值.对一般对焦目标,这种新方法能增强传统对焦评价函数结果.本文中作者对这一方法进行了详尽的讨论.     

Iterative autofocusing strategy for axial distance error correction in ptychography

The axial distance error can degrade the quality and resolution of the image reconstructed by ptychography. An iterative autofocusing method is proposed to correct the axial distance error. Based on the Fresnel integral theory, an axial distance error model is established to present the effect of the axial distance error on the recovered image. The information of the retrieved image is chosen to calculate the axial distance by autofocusing algorithm. The calculated distance is used to replace the axial distance and applied for the image reconstruction. When the calculated axial distance reaches the convergence, the distance can be accurately obtained that can be used to enhance the quality and resolution of the reconstructed image. Simulations and experiments have been conducted to verify the performance of the proposed method.     

图像动态识别在瞄准设备读数和检定中的应用

瞄准设备是用于初始定向的重要设备,必须对其进行定期计量检定。为了克服瞄准设备读数系统复杂,读数过程繁琐,读数精度受到诸多限制等突出问题,将图像动态识别技术应用到瞄准设备读数和检定中,设计了一种能代替人眼进行瞄准读数或设备检定的计算机判读系统。重点分析了系统软件实现过程中解决的关键环节,即缺陷字符的误识问题的解决、系统的稳定性改善、系统分辨率及精度提高、系统实时性的提高。