光学低通滤波器的光学传递函数分析

光电成像系统的抽样过程会引起图像频谱在频谱空间上的多次复制,如果抽样过程不满足系统的奈奎斯特条件,相邻的频谱项就会产生混叠.光学传递函数可以反映系统中光学成像,抽样和重建等各个过程对图像信号频谱的响应.通过对使用光学低通滤波器(OLPF)光电成像系统的光学传递函数的分析,表明光学低通滤波器可以有效地限制图像的频谱宽度,使抽样满足奈奎斯特条件,达到消除频谱混叠,改善重建图像质量的目的.     

多重交织抽样消除光电成像系统中的高阶残余频谱

光电成像系统的抽样过程引起图像频谱分布在频谱空间无限重复，即使抽样过程满足系统的Ｎｙｑｕｉｓｔ条件，即无频谱混叠，但在重建过程中，如果电子滤波的频率响应范围较宽，不能对高阶频谱项截止，它对高阶重复的频谱项的衰减所产生的残余频谱会在重建图像中产生假响应。本文提出用同一图像进行多重交织抽样的方法来消除重建过程中的高阶残余频谱，同时具有较好图像恢复的效果。在理论上用光学传递函数方法证明了有关的结论。     

光电探测器对光谱仪器精度的影响

通过优化光谱探测环节来提高光谱仪器的精度是改进或研制新型光谱仪的重要途径。为此,文章基于对光电成像系统中光学传递函数的研究,建立了光谱图像经探测器积分抽样后重建的数学模型,并在此基础上分析了光电探测器积分抽样特性参数对光谱线频谱的影响,讨论了光谱线半宽度与探测器积分区间宽度、灵敏度及抽样间隔的关系,提出了准确重建光谱线,提高光谱仪器波长精度和光度精度的探测器优化原则。     

光电成像系统动态调制传递函数测量装置

在光电成像系统中,动态调制传递函数受到光学系统波像差、探测组件信号分辨率及传递特性以及载体运动引起图像模糊等环节对图像质量的综合影响,成为光电成像系统的重要参数之一。论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研制一种动态调制传递函数测量装置,其中光学准直系统焦距为10 000 mm,运动目标速度控制范围达到30 mm/s～5 000 mm/s,满足长焦距光电成像系统的动态调制传递函数测试。利用该装置进行了一系列的实验研究,结果表明,动态调制传递函数测量重复性优于0.01,测量不确定度达到U=0.05（k=2）。     

扫描成像系统的动像传递特性分析

在扫描成像系统为线性不变系统的条件和光电成像系统动像光学传递函数的数学物理模型的基础上,给出了理想的动像光学传递函数的积分公式,分析了扫描成像系统的匀速动像传递特性。     

中子半影成像中椭圆度误差的解析计算

 通过几何光学的方法为双锥孔中子半影成像过程建立了解析计算模型，得到了成像过程中中子吸收路径长度的解析表达式，导出了普适的成像传递函数解析表达式。利用模型数值模拟分析了锥孔加工中的椭圆度误差造成的图像畸变；得到了不同椭圆度偏差下系统传递函数的变化，及其对圆形物成像重建的影响。结果表明，小于0.01的椭圆度偏差对成像重建带来的影响可以忽略。与传统的Monte-Carlo方法相比，解析建模方法在速度上有较大的优势，且能够方便地推广到其他编码成像系统中。     

光电成像系统动像光学传递函数

在论述光电成像系统时间响应特性图像运动的基础上,提出并完善了光电成像系统动像光学传递函数的数理模型,除已导出的匀速运动和简谐振动下的动像LSF和OTF公式外,又导出了匀加速运动下动像LSF和OTF公式以及椭圆、圆周运动下的两维动像PSF和OTF公式,从而可以全面计算、分析光电成像系统的动像传递特性,为更深入研究动态光电成像奠定了理论基础.     

推扫式光电成像系统调制传递函数测试装置的设计

光学遥感系统采用线阵CCD推扫成像方法获取地面景物的高分辨图像信息,调制传递函数(MTF)是评价系统成像质量的重要参数。使用矩形波板作为目标在Nyquist频率处测试光电成像系统的静态调制传递函数可以定量评价系统的成像质量。由于采用线阵CCD推扫成像的光电系统还需要测试其在像移补偿、偏流角控制状态下的动态调制传递函数(Dynamic MTF),才可以定量评价系统在工作状态下的动态成像性能。为此,论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研究了测试系统的组成与工作方法,对其中的平行光管组件与动静态目标发生装置进行了仿真设计。其中平行光管的波像差优于25 nm(RMS),静态目标发生装置的调焦精度优于3 m,动态目标发生装置的输出像移补偿偏差小于5/1 000,照明均匀性优于95%,可以理论上实现非相干照明。上述仿真设计结果可以满足新型光学遥感成像系统实验室内动静态调制传递函数的测试需求。     

航空光电侦察图像质量影响因素分析

从航空光电侦察系统的实际需求,首先图像信息的角度研究图像质量优劣的定性和定量因素,提出一种基于相似特征区域提取的图像清晰度评价方法,使得图像清晰度的主观感受与客观评价相匹配。其次从成像系统的光学评价角度分析影响成像质量的光学传递函数、像差、透过率等因素及其相互关系,然后依据多波段长焦反射式光学系统进行试验结果验证。最后,结合工程实践提升成像质量的要求,指出光学成像系统研制中应重点关注的几个方面,并针对多波段长焦反射式光学系统,给出具体参数建议。     

穿透毛玻璃的可见光成像系统

透过复杂介质获取目标物体图像精细信息的能力是光电图像采集处理的一大难点, 选用CMOS光电图像传感器, 设计了CMOS成像系统以及后端读取和处理电路, 透过毛玻璃对目标物体成像, 将采集的图像信息传送到计算机中进行处理。该系统按照相机光学成像系统原理制作, 采用通用CMOS图像传感器芯片完成电路设计, 加之红外激光辅助照明拍摄采集图像, 由远及近不同距离分别对同一目标物成像, 对成像图像进行迭代图像增强算法优化, 可以解决毛玻璃非匀质问题, 使光源重建精度大大提高, 得到的可见光图像轮廓清晰, 与一般CCD成像系统相比, 识别率超过95%, 远大于一般成像系统, 且成像性能良好。     

基于稳像理论的空间光学遥感像移补偿的分析与计算

动态光学是研究光学系统及元件动态成像特性的一门学科。稳像系统是动态光学系统的重要组成部分。稳像系统是为了维持图像的稳定、清晰,要求光学组元件按规定的要求做相对运动,从而实现图像的最终稳定、清晰。空间遥感成像的分析对于遥感器的运用至关重要。基于稳像理论——动态光学理论,进行了空间遥感器的成像面像移分析,分析结果与采用齐次坐标变换方法所得结论一致,不但证明通过齐次坐标变换方法得出的结果是正确的,而且说明采用动态光学的稳像理论解决以上问题物理概念更清楚,计算简便。同时对于类似的运动光学系统,稳像理论也具有很好的适用性。     

基于加权能量集中度的光条成像质量评价方法研究

线结构光视觉传感器的光条成像质量是判断摄像机曝光时间设置是否合适,系统能否达到最佳测试精度的重要因素。从横截面近似高斯分布的光条出发,综合考虑影响能量集中度的峰值灰度和光条宽度,提出了一种基于加权能量集中度的光条像质量评价方法。光条图像和背景图像作差获取差分图像,提取光条直线方程并根据法线方向旋转差分图像使得光条完全垂直于图像水平轴,获取光条的截面灰度分布情况,并计算加权能量集中度,根据经验阈值判断光条成像的质量。实验表明,随着曝光时间加大,加权能量集中度在数值上先增大后减小,因此通过阈值可以很好地评价光条成像质量。     

Imager that combines near-infrared diffusive light and ultrasound

We introduce an imaging technique that combines complementary features of ultrasound and near-infrared diffusive light imaging. We achieve the combined technology experimentally by mounting an ultrasound array together with multiple laser source and optical detector fibers upon a hand-held probe. The technique is demonstrated with tissue phantoms wherein both acoustic and optical sensors image the volume underneath the probe. Coregistration of acoustic and optical images is achieved with an accuracy of 0.27+/-0.20cm, approximately half of the image pixel size of our prototype. Accurate determination of target optical absorption is also achieved by use of image segmentation on the ultrasound reconstruction. The combined technique may provide improved breast-cancer detection sensitivity and specificity.     

时空联合调制成像光谱仪前置成像系统分析与设计

为满足红外成像光谱仪大光通量、高稳定性的应用需求,提出了一种基于多级阶梯微反射镜的静态化、无狭缝式、新型红外时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪结构.对其工作原理和光程差的产生方式进行了分析.作为该成像光谱仪的重要部件,前置成像系统决定了光程差的分布,其性能直接影响到目标物体的图像质量.根据系统光程差的产生方式,分析和设计了像方远心光路结构的前置成像系统.利用被动光学消热差方法对前置成像系统进行了消热差研究.结果表明:当温度在-20—60?C的范围内时,各个视场的调制传递函数均达到衍射极限,在多级阶梯微反射镜的总阶梯高度范围内成像质量良好;在不同的温度下,各视场处主光线在像面上的最大入射角小于0.02?.     

A novel method of high resolution imaging through random perturbation wave front

A novel method is proposed for eliminating the effect of the traditional optical aberration on high resolution imaging by random perturbation wave front and digital image processing. A random phase mask, whose phase spectrum fluctuation is accordant with Kolmogorov distribution, is positioned near the aperture stop of optical system, making the optical aberration image become random perturbation image, that is, the intermediate image. The blind deconvolution algorithm based on maximum-likelihood estimation technique is used to restore the intermediate image acquired by a digital detector. The effects of optical aberrations and the noise on the restoration image are explored. To demonstrate the validity of the method proposed, the computer simulation and laboratory experiments are carried out for the imaging of the optical system with primary aberration. The results have shown that the present method is well suited for effectively improving the imaging quality of the optical system with certain aberration, thus making the optical system resolution close to or reach the diffraction-limit of the optical system.     

利用DMD获取高动态范围图像技术

高动态范围的图像可用于同时探测具有较大对比度的亮暗目标,利用数字微镜(DMD)获取高动态范围图像是目前最为先进的一种技术。本文在分析DMD工作原理的基础上,设计了一种像素级的高动态范围图像获取系统,该系统由光学系统、机械系统、DMD像素级调光算法及成像单元组成。光学系统采用二次成像光路,其中第一次成像物镜采用像方远心光路,第二次成像的转置镜头采用放大倍率近似1: 1的准对称结构,机械系统采用光学元件的包边设计和定心车工艺,达到秒级的光学装配精度;DMD像素级调光算法采用搜索单个微镜像素在图像帧周期间的控制权值实现,成像单元可同时兼顾科学级12 bit sCMOS和8 bit CCD,设计完成的原理样机验证了系统设计的正确性,其获取的图像动态范围可达140 dB以上,远高于传统摄像机78 dB的动态范围。     

Continuous focus tracking for real-time optical coherence tomography

We report an approach to achieving continuous focus tracking and a depth-independent transverse resolution for real-time optical coherence tomography (OCT) imaging. Continuous real-time focus tracking is permitted by use of a lateral-priority image acquisition sequence in which the depth-scanning rate is equivalent to the imaging frame rate. Real-time OCT imaging with continuous focus tracking is performed at 1 frame/s by reciprocal translation of a rapid lateral-scanning miniature imaging probe (e.g., an endoscope). The optical path length in the reference arm is scanned synchronously to ensure that the coherence gate coincides with the imaging beam focus. The image quality improvement is experimentally demonstrated by imaging a tissue phantom embedded with polystyrene microspheres and rabbit esophageal tissues.     

Intravascular photoacoustic imaging of lipid in atherosclerotic plaques in the presence of luminal blood

Intravascular photoacoustic (IVPA) imaging can characterize atherosclerotic plaque composition on the basis of the optical absorption contrast between different tissue types. Given the high optical absorption of lipid at 1720 nm wavelength, an atherosclerotic rabbit aorta was imaged at this wavelength ex vivo using an integrated intravascular ultrasound (IVUS) and IVPA imaging catheter in the presence of luminal blood. Strong optical absorption of lipid combined with low background signal from other tissues provides a high-contrast, depth-resolved IVPA image of lipid. The ability to image lipid at a single wavelength without removing luminal blood suggests that in vivo detection of lipid in atherosclerotic plaques using combined IVUS/IVPA imaging is possible.     

像增强器MTF测量理想像面选择方法研究

为了能够获得准确的调制传递函数测量结果,对测量系统中投射图像的理想成像面进行选择性调节。通过对微光像增强器调制传递函数测量系统光学成像性质的深入分析,讨论了光学系统的像差特性,利用平均中点取值法实现了微光像增强器调制传递函数测量中对理想成像面的选择。通过与微光像增强器已有测量结果的对比,证明所述方法能够保证微光像增强器调制传递函数测量的准确性。