基于编码孔径的折反射全向压缩成像技术

为解决折反射全向成像分辨率低的问题,设计了一种基于编码孔径的折反射全向压缩成像原型系统。在分析点扩展函数和测量矩阵关系的基础上,提出了基于随机点扩展函数的编码孔径设计方式,并通过中继透镜和空间光调制器实现编码孔径的可编程控制。结合折反射成像特点,基于全向全变分算法实现全向图像稀疏重构,得到高分辨率的全向图像。研究搭建了光学成像硬件平台,通过仿真实验和实际装置实验两个方面验证了折反射全向压缩成像技术的有效性和可行性,有效地解决了折反射全向成像分辨率低的问题,对促进其在相关领域的广泛应用具有重要意义。     

基于同心离轴双反射系统成像光谱仪的像散校正(英文)

提出了一种基于同心离轴双反射系统的成像光谱仪,该系统由四片球面反射镜与一块平面光栅组成.在分析同心离轴双反射系统的基础上,结合像差理论与光程函数概念,推导了同心离轴双反射系统的像散公式,得到其消像散条件.消像散理论表明,将消像散的同心离轴双反射系统分别应用于成像光谱仪的准直光路与聚焦光路中,可以实现成像光谱仪全光路消像散.研究了准直光路与聚焦光路共心对称的成像光谱仪结构,给出了其通用设计算法.根据初始结构计算方法,设计了工作波段在远紫外(120~180nm)的成像光谱仪实例,给出了初始结构的点略图与像散曲线图,以验证消像散理论的正确性.结果表明,初始结构完全符合消像散理论.优化设计后的成像光谱仪光谱分辨率接近1.6nm,调制传递函数值全视场全波段在0.37以上,具有良好的成像质量.     

基于仿视网膜成像器件的折反射全景系统设计

针对传统折反射全景成像系统的图像必须依赖展开技术的问题,提出一种基于仿视网膜成像器件的折反射全景系统设计。利用国内首款仿视网膜CMOS探测器各环上像元与周向、径向空间瞬时视场的对应关系,推导了双曲面反射镜的镜面参数,构建了基于BIT Retina52探测器的全景成像系统。系统实现了无需坐标变换的全景图像直接输出,较之传统折反射成像系统,改善了空间角分辨率变尺度分布问题。     

折反射周视系统研究进展与展望

折反射周视系统作为近十几年发展起来的一种新型周视视觉实现形式,相比相机旋转扫描、多相机图像拼接和鱼眼镜头大视场成像等常规方法,在小型化、结构灵活性、成本和实时性方面具有优势。本文综述了折反射周视系统的成像模型、系统标定、畸变校正和全视场清晰成像等基本问题研究状况,讨论了折反射周视系统在红外成像和立体视觉领域的扩展应用研究现状,最后总结了目前存在的问题,并提出未来折反射周视成像系统将围绕非单视点成像模型、提高空间分辨力的方法和处理算法实时实现开展研究。     

正交像散高密度三维单分子定位显微的数值模拟

单分子定位显微(single molecule localization microscopy, SMLM)成像技术利用荧光分子的稀疏发光、探测及定位,实现了纳米级空间分辨率的超分辨成像.为了提高其时间分辨率,需要提高同时发光的荧光分子密度.但随着分子密度的提高,不同分子的点扩散函数(point spread function, PSF)在探测器上将发生严重的重叠现象,导致空间分辨率降低,尤其是在进行三维SMLM成像时.为了解决这一问题,本文提出了一种基于正交像散的高密度三维单分子定位超分辨成像方法,并对该方法进行分析和数值模拟研究.该方法的核心是在单分子定位显微镜中将采集的荧光分成两束成像在同一个探测器的两个区域,并在两个通道中各引入一个光学参数相同但取向相互正交的柱透镜,实现对同一个荧光分子正负两个像散PSF图像的同时探测,然后建立该成像过程的线性投影模型,利用压缩感知算法求解出荧光分子的三维定位信息.结果表明,由于两个正交柱透镜产生的一组正交像散PSF对作为一个分子的系统响应时具有较低的相关性,该方法的高密度三维定位准确性可显著优于采用单个柱透镜的传统像散方法,且离焦程度越大两个...     

基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用

在结构光三维扫描测量中,强反射表面因编码结构光照射后易产生局部镜面反射的特性,引起相机曝光饱和,淹没了所要检测的表面几何特征信息.为解决强反射表面的视觉成像难题,基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,本文提出一种基于DMD的自适应高动态范围成像方法.设计与搭建了一套新型可编程的计算成像系统,建立其光学系统模型,并实现了DMD微镜与CMOS像素的匹配与映射;分析了基于逐像素编码曝光的高动态范围成像原理,并设计了基于DMD的光强编码控制算法,实现对入射光线强度的自适应精确调制,从而使进入成像系统中的入射光强始终处于相机的合适曝光强度内.实验表明:该方法突破了普通数字相机的动态范围限制,能够精确地控制被测强反射表面各个区域的入射光线强弱,并实现了对强反射表面的局部过曝光区域的清晰成像.该研究成果将为从根源上解决强反射表面因局部过曝光造成的三维点云缺失问题提供重要的解决方案.     

消畸变成像折反射全景成像系统设计

 单视点折反射全景成像系统畸变较大,通过计算反射镜面型可有效地实现折反射全景成像系统消畸变成像。在反射镜入射角与反射角呈线性关系的基础上,推导适用于消畸变折反射全景成像的反射镜面型公式。为说明反射镜面型的准确性,设计了F#为3.3,视场为138°的消畸变成像折反射全景成像系统,并利用实际像平面和虚拟像平面间的坐标映射关系,实现了系统的消畸变设计。各视场MTF在奈奎斯特频率下均达到0.6, 边缘视场相对畸变小于4 %。结果表明：该面型可实现消畸变折反射全景成像,反射角光线追迹法适用于折反射全景成像系统畸变评价,为折反射全景成像系统消畸变设计提供了必要的模型和计算方法。     

波前编码系统成像特性的空间域分析

波前编码技术在大幅度地增加光学系统景深的同时,可以抑制各种离焦类型的像差。目前波前编码系统的成像特性分析大多是基于空间频率域的分析,在应用稳定相法导出三次型相位板波前编码系统的点扩展函数近似解析式的基础之上,描述了点扩展函数的边界、带宽与振荡等特性,分析了波前编码系统对离焦、像散、彗差等常见像差的敏感性,从空间域进一步分析了波前编码系统的成像特性。     

水平场景无畸变折反射全景成像系统透镜畸变的消除

采用短焦距透镜设计水平场景无畸变折反射全景成像系统,会使系统更加小型化,然而短焦距透镜的畸变会对系统成像产生影响。为此建立了具有径向畸变的相机模型;根据这一相机模型,研究了采用短焦距摄像头的水平场景无畸变折反射全景成像系统中,透镜畸变对系统成像的影响,结果表明短焦距透镜的畸变会对系统成像产生严重影响;为了消除透镜畸变的影响,对反射镜的设计进行了改进,在反射镜面形微分方程中包含了透镜畸变消除的参量;按新的方法,设计了一套由短焦距摄像头组成的水平场景无畸变折反射全景成像系统。     

双光子和多光子共焦显微镜的成像理论

对双光子和多光子共焦扫描显微镜的成像理论作了系统的理论分析,导出了双光子和多光子共焦显微镜成像系统的三维点扩散函数和三维光学传递函数,研究结果表明：双光子共焦显微镜比单光子共焦显微镜具有更高的横向分辨率和纵向分辨率,而多光子共焦扫描显微镜又比双光子共焦扫描显微镜具有更高的空间分辨率. 关键词：     

Coded aperture enhanced catadioptric optical system for omnidirectional image deblurring

Mirror curvature in the catadioptric camera often leads to noticeable blurring artifacts in omnidirectional imaging. Proper deblurring method is challenging because the blur kernel is difficult to estimate. A coded aperture enhanced catadioptric optical system is proposed in this paper that allows for image deblurring. The enhancement is designed by inserting a patterned occluder within the aperture of the camera lens. The captured omnidirectional image can be recovered to all-focus image though certain deconvolution method. Experiments on a variety of scenes (indoor/outdoor) demonstrate the benefits of using the coded apertures over conventional circular apertures. The sharp image obtained can be combined for various catadioptric applications, including omnidirectional monitoring systems, intelligent omnidirectional systems and robotics.     

Omni-total variation algorithm for the restoration of all-focused catadioptric image

In this paper, we present a novel omni-total variation (Omni-TV) algorithm for the restoration of defocus blur to obtain all-focused catadioptric image. Catadioptric omni-directional imaging systems usually consist of conventional cameras and curved mirrors for capturing 360° field of view. Mirror curvature in the catadioptric camera often leads to noticeable blurring artifacts in omni-directional imaging. The problem becomes more severe when high resolution sensor is introduced. In an omni-directional image, two points near each other may not be close to one another in the 3D scene. Traditional gradient computation cannot be directly applied to omni-directional image processing. Thus, an omni-gradient computing method combined with the characteristics of catadioptric imaging is proposed, in which an Omni-TV minimization is used as the constraint for deconvolution regularization. The proposed method is vital for improving catadioptric omni-directional imaging quality and promoting applications in related fields like omni-directional video and image processing.     

水平场景无畸变的折反射全景成像系统

基于透视成像模型，建立了一套较完整的水平场景无畸变的折反射全景成像系统设计方法，分析了该系统的近似透视成像性质；设计制作了特殊面形反射镜，建立了水平场景无畸变的折反射全景成像系统，给出了实验图像，并与双曲面折反射全景成像系统的实景图像和透视全景图像进行了比较。     

双曲面折反射全景成像系统

给出了双曲面折反射全景成像系统的设计方法，推导了系统的逆投影计算公式，建立了虚拟像面内透视全景图像与实际像平面内全景图像的坐标映射关系，为全景视频图像的处理提供了必要的模型和计算方法。提出了全景成像系统设计方法，研制出双曲面反射镜，建立了双曲面折反射全景成像系统。     

Software lens compensation applied to athermalization of infrared imaging systems

A different approach, aiming to achieve the constant blur status of point-spread function (PSF) at a certain defocused plane, is described. The correlation between the two PSF is used to control the PSF blur similarity, and simultaneously the Strehl ratio is also used to control the PSF blur minimization. By designing the PSF so that it is significantly insensitive to defocus or related defocus quantity, for example, due to temperature change, all the constantly blurred images can be accurately de-blurred by a simple inverse restoration filter for an adequate range of defocus. We refer to that as “software lens compensation” and apply a design method to solve the athermalization of middle wavelength infrared (MWIR) imaging systems. The resultant PSF is almost invariant in the temperature range from −10 to 50°C at the same focal plane. Consequently, the constant blur spot can be removed by a simple digital signal processing. Thus, clear and sharp de-blurred images at different temperatures are obtained.     

离焦模糊图像超分辨力盲复原算法分析

根据计算机模拟和实际拍摄的离焦模糊标准分辨力靶标图像,对提出的离焦模糊图像超分辨力盲复原算法进行了分析研究,对比了超分辨力盲复原算法与几种典型复原算法的效果,以及在不同离焦模糊半径下该算法的复原效果。实验结果表明,该算法对深度离焦模糊图像具有较明显的复原效果,复原图像相比较于模糊图像分辨力提高1倍;显著改善了标准分辨力靶标图像的可分辨组块。可分辨组块可以定量地描述复原算法对图像分辨力的改善程度。该算法已经应用到实际工作当中,并获得了较好的效果。     

倒谱在混合模糊图像分析中的应用

降晰参数识别在模糊图像恢复过程中具有很重要的作用。在各种图像捕获系统中,有两种形式的图像模糊比较常见:一种是由光学系统散焦造成的散焦模糊;另一种是物体与照相机之间的相对运动造成的运动模糊。相对单个模糊模型的参数识别来说,混合了散焦和运动模糊的图像,其模糊参数的识别要复杂得多。许多识别方法一般都是用来分析某一特定的模糊模型的,而对两种模糊混合在一起的情况来说是很难区分的。提出了一种倒谱分析方法,在倒谱域同时对这两种模型参数进行识别。在分析过程中,仍需要利用这两种模糊模型在频域的特征,首先应用一些调整性的变换,然后再转换到倒谱域,以便更准确地评估模糊参数。     

光学傅氏变换离焦近似及对解卷积的应用

本文研究了光学傅氏变换的离焦近似问题,导出了使傅氏变换关系近似成立在光学上所需要满足的离焦条件,并以此为基础,提出用离焦谱平面方法对电子显微照相图象进行解卷积处理,使得光学解卷过程大大简化。实验得到了满意的结果。 关键词：