光显示与显示器件

以CCD(电荷藕合器件)采集阵列像素器件的局部投影图像为基础,试验和分析了梯度算子、拉普拉斯算子、Sobd算子、Prewitt算子、方差函数和嫡函数评价方法在阵列像素器件大屏幕投影显示系统中自动对焦的作用及性能。实验表明,方差算子具有良好的稳定性和对噪声的不敏感性,调节效果较好,可以作为     

一种抗噪声的图像自动对焦算法

传统的图像自动对焦算法易受环境噪声影响,导致焦距评价函数的单峰性、无偏性和灵敏度降低.提出了一种基于噪声抑制的图像自动对焦算法,采用Sobel算子加权滤波抑制噪声,再利用全局门限分割边缘像素,最后用四种算子作为对焦评价函数,得出对焦曲线.实验表明,该算法具有较好的抗噪声性能.     

角膜曲率测量中自动识别的对焦评价

角膜曲率测量一般是采用视标成像的方法得到角膜的反射像后,通过对反射像的再成像间接得到角膜的曲率半径。为了实现对角膜曲率测量图像的对焦判断,在简化角膜曲率测量系统的基础上,对获取的图像对焦算法进行研究。对角膜曲率测量图像的六个测试光标分别进行像素统计,初步判别过度离焦的状态。对角膜曲率测量图像进行四方向Sobel算子的卷积运算,对得到的边缘增强图像进行对数灰度级像素统计,得到对焦评价值。将该算法与Tenengrad函数、方差函数和单一对数灰度级像素统计评价函数算法做对比实验,评价该算法的可行性。实验结果表明,该对焦评价函数具有良好的精确度、单峰性、灵敏度和无偏性,对细节信息较少、结构简单的图像的对焦评价方面有应用前景。     

SUSAN清晰度评价函数在自动对焦中的应用

为了满足自动对焦系统的实时性与抗噪性要求,提出了一种基于SUSAN算子的清晰度评价函数。该函数利用SUSAN边缘提取算子的算法简单、准确度高、抗噪性强的特点,对SUSAN算子边缘检测函数进行改进,将边缘点的USAN值的平方和作为清晰度评价值,并将其运用到自动对焦算法中。将该函数与几个经典的清晰度评价函数进行性能比较,实验结果表明：对于引入噪声前后的图像序列,基于SUSAN算子的清晰度评价函数均具有良好的单峰性、无偏性和较高的灵敏度;对于256×256的对焦窗口图片,该函数在TMS320C6416硬件平台上的运行时间仅为16 ms。该函数能够满足清晰度评价函数的单峰性、无偏性、高灵敏度等基本特性,同时具有良好的实时性与抗噪性。     

基于饱和像素剔除的自动对焦评价函数

对含光源等过亮区域场景的自动对焦较为常见,这些区域导致了图像像素的饱和,然而所提出的现有的评价函数适用于一般场景,无法适用于像夜景光源的场景。针对这一问题,通过分析饱和像素在离焦过程中的特性,提出了一种去除饱和像素的图像清晰度评价方法,且其可以用于评估包含光源或者过亮区域场景的图像质量。通过对大津法进行修改得到对焦窗口二值图,并利用形态学膨胀手段扩展饱和像素区域,以防止其在离焦过程中产生弥散,得到去除饱和像素区域的模板,将其作用于梯度信息矩阵,计算得到去除饱和像素影响的平均梯度值作为自动对焦评价函数。通过多组离焦序列图测试了所提出的评价函数,并与其他4种常用的评价函数进行比较,结果表明,此自动对焦评价函数适用于含有光源等过亮区域场景的拍摄,具有良好的无偏性、单峰性、稳定性且覆盖范围较广。     

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...     

低信噪比环境下的实时聚焦方法研究

低信噪比环境下,人们运用中值滤波与维纳滤波等作为图像预处理手段获得了一定的效果,但是图像预处理严重地影响了对焦速度。在低信噪比环境下所提出的避开图像预处理的最佳自动对焦方案为:首先,采用HSI分析法把RGB彩色图像转换为亮度信号;其次,利用能量梯度算子作为图像评价函数;最后,运用爬山算法控制策略进行自动对焦。结果表明,此方案的运算时间优势非常明显,对焦准确度最佳,可满足实时对焦系统的对焦速度与对焦准确度的要求。     

基于红外图像边缘特性的自动对焦技术

与可见光图像相比,红外图像的分辨率较低,景物边缘较为粗糙,传统的自动调焦技术无法直接用于红外热成像系统。为了解决这一问题,采用基于红外图像边缘特性的自动对焦算法,建立快速有效的对焦评价函数,驱动高精度光机闭环控制单元,以实现快速、准确的红外自动对焦。系统包含数字处理单元和运动控制单元。其中数字图像处理单元主要进行红外数字图像的采集,利用Roberts梯度算子提取红外图像中的信息量,并统计边缘点数以评价图像的清晰度,实时计算序列红外图像中细节和信息量的变化量和趋势,从而提供运动控制单元所需的位置给定。运动控制单元则主要进行调焦电机的控制及驱动,完成自动聚焦的过程控制。最后,通过实验证明了该方案的有效性。     

光电子技术与器件 光电成像与器件

TN386.5 2006043423光锥与CCD耦合系统中基于算子融合的自动对焦方法=Auto-focusing method based on operator fusion in systemfor coupling optical-taper with CCD[刊,中]/张宏建(中科院西安光机所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,信息光子学研究室.陕西,西安(710068)) ,田维坚…∥光子学报.—2006 ,35(4) .—635-637提出了一种基于自动对焦方法的光锥与CCD耦合系统,并采用算子融合技术,给出了一种新的基于空域分析的像质评价函数。经实验证明,该方法既有效地提高了算法的可靠性,又实现了较高的对焦准确度,较好地解决了在耦合过…     

光锥与CCD耦合系统中基于算子融合的自动对焦方法

提出了一种基于自动对焦方法的光锥与CCD耦合系统，并采用算子融合技术，给出了一种新的基于空域分析的像质评价函数.经实验证明，本文提出的方法既有效地提高了算法的可靠性，又实现了较高的对焦准确度，较好地解决了在耦合过程中实现光锥与CCD最佳耦合效率的问题.     

基于改进Sobel算子的动态自动调焦算法研究

为了提高自动调焦算法在动态环境下的性能, 对调焦评价函数和调焦搜索策略进行了研究。在分析人类视觉系统特性研究成果的基础上，提出一种基于8方向Sobel算子边缘加权的调焦评价函数。同时，为了克服传统爬山法搜索速度慢的缺点，采用自适应变步长极值搜索策略，通过仿真实验可知，提出的8方向Sobel边缘检测算子具备良好的边缘提取效果，同时基于此算子结合人类视觉机制特性给予各边缘不同权重系数计算的调焦评价函数, 比经典两方向Sobel算子调焦评价函数具备更好的抗干扰能力。最后搭建基于液体透镜的实验平台，在动态环境下验证改进算法的性能。实验结果表明，提出的自动调焦算法在动态环境下调焦准确率达到97.5%。     

基于热声相控阵列的声聚焦效应

研究基于热声相控阵列的宽频带声聚焦效应.设计新型热声相位控制单元,通过改变单元的空气温度控制声波波速,实现声波透射与反射相位延迟覆盖2π区间.设计四种不同类型的热声相控阵列聚焦透镜,采用8种或2种热声相位控制单元分别实现了透射与反射声聚焦效应.与其他类型的声聚焦透镜相比,热声相控阵列聚焦透镜具有宽频带、高聚焦性能、设计方案简单等优点.     

Green's function estimation in speckle using the decomposition of the time reversal operator: application to aberration correction in medical imaging

The FDORT method (French acronym for decomposition of the time reversal operator using focused beams) is a time reversal based method that can detect point scatterers in a heterogeneous medium and extract their Green's function. It is particularly useful when focusing in a heterogeneous medium. This paper generalizes the theory of the FDORT method to random media (speckle), and shows that it is possible to extract Green's functions from the speckle signal using this method. Therefore it is possible to achieve a good focusing even if no point scatterers are present. Moreover, a link is made between FDORT and the Van Cittert-Zernike theorem. It is deduced from this interpretation that the normalized first eigenvalue of the focused time reversal operator is a well-known focusing criterion. The concept of an equivalent virtual object is introduced that allows the random problem to be replaced by an equivalent deterministic problem and leads to an intuitive understanding of FDORT in speckle. Applications to aberration correction are presented. The reduction of the variance of the Green's function estimate is discussed. Finally, it is shown that the method works well in the presence of strong interfering scatterers.     

Parallel plate lens with metal hole array for terahertz wave band

Optical devices for terahertz wave band from 0.1 to 10 THz are rapidly expanding and require better designs. This paper proposes and designs a parallel plate lens with metal hole array for the terahertz wave band. The fast wave effect is due to the parallel plate. For this lens, the parallel plate spacing and hole array dimensions control the phase velocity and the focusing effect. It is not necessary to control the phase through the lens shape, which is flat, itself. The periodic analysis model extracted from the full model confirms the phase control by the metal hole array dimensions. The periodic model can be used for efficient iterative design. The full wave analysis results are also obtained by ANSYS HFSS and the focusing effect is confirmed. Phase control using both the parallel plate and the hole array enhances the focusing effect over the focusing effect controlled only by the metal hole array dimensions.     

微型曲面发光二极管阵列照度一致性研究

为提高微型曲面发光二极管(LED)阵列在显示及照明使用方面的舒适度,针对微型曲面LED阵列照度分布的均匀性问题进行研究.采用TracePro光线追迹法分别计算了柱面显示阵列及球面照明阵列的照度分布.计算结果表明,曲面弯曲半径R和光源辐射参数m是影响柱面阵列照度分布的主要因素.通过合理排布阵列像素单元位置,可以增强器件显示均匀度,提高能量利用效率.10×10柱面LED阵列最大平坦化照度均匀度为90.5%.对球面环形阵列照度分布计算结果表明,单环形LED阵列照度均匀性与像素数量无关.影响球面多环LED阵列照度分布的参数主要包括环线分布系数K、环法线与第一环阵列光源法线夹角(?)_0及各环线像素光通量之比φ.以双环LED阵列为模型进行计算,获得最大平坦化照度均匀度为94.8%.调整球面多环阵列位置参数可实现不同照度分布模式.实验对比了微型LED像素单元夹角θ分别为13°,15°和17°时的照度分布,实验结果与理论计算较为一致.本文取得的理论与实验结果可以为微型曲面LED显示及多模式智能照明设计提供参考.     

Sharpness Matching between Digital Image Display Devices

A method is presented for matching apparent sharpness between digital image display devices with different characteristics. The sharpness is most precisely described by the point spread function (PSF) as opposed to dot density such as DPI (dot per inch). The difference between devices is expressed as difference between transfer functions obtained from the PSFs. In the presented method, spatial frequency filtering for one digital image is carried out where the ratio of the transfer functions or its modified version is used as filter. The modification is introduced as a clipping operation to reduce excessive enhancement when the ratio of the transfer functions has a high pass characteristic with large gain. Through computer simulation including a subjective evaluation experiment and numerical evaluation, the effectiveness of filtering operation for sharpness matching is demonstrated.     

基于InP/ZnS核壳结构量子点的色转换层设计及制作

提出了采用环境友好型InP/ZnS核壳结构量子点材料制备匹配蓝光Micro-LED阵列的量子点色转换层以实现Micro-LED阵列器件全彩化的技术方案。通过采用倒置式量子点色转换层方案,实现了InP/ZnS量子点材料和Micro-LED阵列的非直接接触,从而可以缓解LED中热量聚集导致的量子点材料发光主波长偏移、半峰宽展宽以及发光效率衰减等问题。量子点色转换层中内嵌PDMS聚合物柔性膜层,可以消除咖啡环效应,同时,色转换层中内嵌飞秒激光图案化处理的500 nm长波通滤光膜层,可以抑制蓝光从非蓝色像素单元出射。最后,实验制备了像素单元中心间距90μm的16×16 InP/ZnS量子点色转换层。该设计可以实现基于蓝光Micro-LED阵列的全彩色Micro-LED显示器件的制备,并且该制备方法可以降低全彩色Micro-LED阵列显示器件的制备成本。     

Optimal focusing by spatio-temporal inverse filter. I. Basic principles

A focusing technique based on the inversion of the propagation operator relating an array of transducers to a set of control points inside a medium was proposed in previous work [Tanter et al., J. Acoust. Soc. Am. 108, 223-234 (2000)] and is extended here to the time domain. As the inversion of the propagation operator is achieved both in space and time, this technique allows calculation of the set of temporal signals to be emitted by each element of the array in order to optimally focus on a chosen control point. This broadband inversion process takes advantage of the singular-value decomposition of the propagation operator in the Fourier domain. The physical meaning of this decomposition is explained in a homogeneous medium. In particular, a definition of the number of degrees of freedom necessary to define the acoustic field generated by an array of limited aperture in a focal plane of limited extent is given. This number corresponds to the number of independent signals that can be created in the focal area both in space and time. In this paper, this broadband inverse-focusing technique is compared in homogeneous media with the classical focusing achieved by simple geometrical considerations but also with time-reversal focusing. It is shown that, even in a simple medium, slight differences appear between these three focusing strategies. In the companion paper [Aubry et al., J. Acoust. Soc. Am. 110, 48-58 (2001)] the three focusing techniques are compared in heterogeneous, absorbing, or complex media where classical focusing is strongly degraded. The strong improvement achieved by the spatio-temporal inverse-filter technique emphasizes the great potential of multiple-channel systems having the ability to apply completely different signal waveforms on each transducer of the array. The application of this focusing technique could be of great interest in various ultrasonic fields such as medical imaging, nondestructive testing, and underwater acoustics.     

经颅超声聚焦方法和声场特性研究

基于高分辨的CT数据建立了非均匀颅骨仿真模型,该模型引入了颅骨的声衰减系数,深入研究和分析了声波时间反转法和超声相控阵法在颅脑中的聚焦方法及效果。颅骨具有较强的声波衰减特性,使用时间反转聚焦时需要进行幅度补偿,对于0.7MHz的频率信号,幅度补偿后的时间反转聚焦声场主瓣宽度窄、旁瓣低,焦点处声场比无幅度补偿的时间反转法提高8.86dB,比超声相控阵聚焦法提高7.89dB,具有很好的空间聚焦精度和聚焦效率。研究了颅骨衰减系数、声场焦点位置、声波频率、换能器阵列位置和方位等参数对聚焦声场的影响,结果表明,幅度补偿时间反转法比相控阵法具有更低的旁瓣,且高频时的聚焦效果比相控阵好,相控阵聚焦对换能器阵列的位置和方位比较敏感,而时间反转经颅超声聚焦对声传播路径和入射角具有更高的鲁棒性。      

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。