扫描相机标定脉冲信号位置的确定及噪声处理

 扫描相机标定数据处理中的一个关键问题是如何准确确定脉冲信号的位置，实验数据的信噪比和脉冲信号位置的定义方法都会对标定结果的准确性产生影响。采用了取半高宽的方法来确定扫描相机标定脉冲信号的位置，在信噪比比较高 （大于100） 的情况下，该方法确定标定信号的位置可以达到亚像素水平。对于信噪比比较低 (小于10) 的实验数据，先采用快速傅里叶变换方法对其进行滤波，通过滤波可以极大地抑制噪声信号的影响，然后采用“半高宽法”确定脉冲信号的位置，最后得出可信的标定结果。当扫描相机定在0.3 ns的扫描档时，通过该方法得到的扫描速度为0.214 ps/pixel,扫描不确定度为0.002 9 ps/pixel,拟合线性相关系数为0.999 7。     

一种新型可见光条纹相机标定系统

本文提出了一个以亚皮秒脉冲光源——半导体激光二极管为核心而研究的一台扫描相机标定系统,该系统能对相机的时间分辨率、扫描速度、扫描线性、触发晃动以及相机的最小探测能量等参数进行标定。     

条纹相机非线性修正算法

 条纹相机扫描电路的非线性会导致条纹图像时间与强度信息的失真。为了使条纹相机输出图像更加接近实际目标从而得到更高的测量精度,提出一种扫描非线性修正算法。该算法根据给出的标称扫描时间拟合出扫描时间曲线,求出每道的扫描时间,取其算术平均值作为一个标准,根据每道的扫描时间与该标准的数值大小关系来求出每个像素的修正系数,取图像与该系数矩阵的乘积即可完成图像的位置和灰度的修正。实验结果表明可以将测量非线性由原来的8% 减小到2% 以下。     

传送带物体线结构光三维扫描成像系统的位移标定方法研究

在对传送带上物体进行三维扫描成像过程中,位移标定方法的便捷性、准确性对于最终的成像精度和效率有非常重要的影响,但传统的位移标定方法需要已知位移平台或者传送带的运动速度或严格控制两次标定图片中标定板之间的精确位移,使得标定过程较为复杂。论文提出了一种专门用于传送带上物体测量的线结构光三维扫描成像系统的位移标定方法。只需要采集一系列标定板随传送带移动的位移标定图片,从中提取两张帧数间隔大于1的图片并记录对应的帧数,即可对单帧位移进行标定。介绍了该标定方法的基本原理和实现方法,搭建了线扫描单目成像系统,并对双阶梯型精度块进行了三维重建。实验结果表明,方法原理简单,操作便捷,测量速度更快且重建误差小于0.3mm,适用于以传送带作为主要运输工具的各个领域的实时三维测量。     

RT二维CT扫描的精确重建

基于多个旋转中心的旋转/平移扫描方法(RT扫描)可利用近轴X射线对大型回转试件进行二维CT检测。同传统的二代CT平移/旋转扫描(TR)相比,RT二维CT扫描的扫描时间是TR二维CT扫描时间的1/3。但由RT二维CT扫描插值全局重建的图像,在物体内部,其特征边缘有明显的伪影。采用一种精确的分区域重建方法可消除这种伪影。计算机仿真验证了这种重建算法的可行性。     

延时法测量条纹相机μs档扫描非线性

为实现μs档条纹相机扫描非线性标定,建立了基于延时可调信号源和外触发激光器的条纹相机μs档扫描非线性标定系统,弥补了标准具法的不足。系统通过延时值的递增,得到条纹相机扫描速度在全扫程的变化。系统中时间关系抖动来源主要是测试设备延时抖动和条纹相机触发延时抖动。时间抖动测试与分析显示,条纹相机延时抖动±0.6ns,测试设备延时抖动±0.3ns,系统总时间抖动±0.7ns。系统时间抖动会造成最终时间轴信息的起伏。大量数值模拟分析表明,时间轴起伏对系统时间抖动的影响±2ns,在可以接受的范围内。因此,该系统能够胜任条纹相机μs扫程时间信息的测量标定。     

在一个方向上采用电扫描的声显微术

声显微术是工业无损检测和超声医疗中常用的技术。超声的频率较高时(如远高于100MHz),机械扫描的超声显微装置可以得到很高的分辨率,这可以弥补扫描过程中,需要几秒扫描时间这个缺点。超声频率较低时(如远低于100MHz),则需要一种简单、有效的方法以减少扫描时间,尤其是超声显微术用在流水线生产上对廉价产品进行快速,频繁的检测时。在一个方向上用电扫描的显微术使这种需要成为可能。     

激光诱导荧光诊断的波长标定方法的研究

激光诱导荧光作为一种非侵入式的诊断技术，通过激光扫频得到粒子速度分布函数来计算其速度和温度。为得到较高信噪比的粒子速度分布函数，需要对多次采集的数据进行平均处理，这需要标定每次扫频的激光波长，以确定每次扫频的相同波长范围。为此发展了利用碘分子吸收光谱来进行波长标定的技术。为探究有效的光谱对齐算法，分别使用最小均方误差法、误差梯度下降算法和卷积神经网络在模拟碘分子吸收光谱数据集上进行了测试。结果显示，最小均方误差法具有很好的对齐精度，且对齐平均误差小于两个采样间隔。利用最小均方误差法对齐碘分子吸收光谱，对Ar+激光诱导荧光实验结果的激光波长进行了标定，平均了多组Ar+速度分布函数。相较于利用法布里-珀罗干涉仪共振峰标定以及激光触发曲线标定，通过碘吸收光谱标定得到的离子温度更准确。     

面向HIRFL-CSR主动式点扫描技术的剂量标定方法研究(英文)

基于HIRFL-CSR肿瘤重离子治疗终端主动式束流配送系统发展了面向三维点扫描适形调强治疗技术的在线监测器点扫描剂量标定方法。为了验证点扫描剂量标定方法的稳定性和可靠性,利用HIRFL-CSR提供的C离子束考察了在线监测器剂量标定因子的能量依赖以及不同扫描步长的影响。结果表明:在线监测器剂量标定因子存在能量依赖;不同扫描步长对剂量标定因子影响较小（偏差小于1.8%）。证明了点扫描剂量标定方法的稳定性和可靠性。鉴于在三维点扫描适形调强治疗技术中影响在线监测器点扫描剂量标定因子的因素较多,建议今后续继续研究点扫描剂量标定因子影响因素,修正和完善点扫描剂量标定方法。As an important step of the application of spot scanning technique to heavy ion therapy, an experimental calibration procedure of online beam monitors based on standard of absorbed dose to water has recently been developed for scanned pencil like carbon ion beam in the deep seated tumor therapy terminal at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL). In this work, creating homogeneous irradiation field with steerable spot beam was tested using a 207 MeV/u penci like carbon ion beam. Then the verification of energy dependence of the calibration factors (CFs) and the influence of scanning step on the CF were also shown, as a part of the heavy ion clinic dosimetry researches. The results showd that the monitor CF presented energy dependence and performed stable response with deviation of 1.8% for the variation of scan steps. In this paper, the suitability and effectiveness of beam monitor calibration procedure for dynamic particle beam delivery were verified and the further research points to improve the calibration procedure were suggested.     

单目显微视觉测头动态测量技术的研究

为了解决现有坐标测量机中的单目显微视觉测头视场小和景深小的缺点,提出了显微视觉测头的动态测量方法。建立了运动模糊图像的复原模型以及序列图像的全景组合模型,并提出了测量系统的自标定方法,标定重复性精度优于0.5nm。实验证明:该系统在以6mm/s的速度扫描测量时,测量重复性精度可达到5μm。     

扫描成像跟踪激光雷达

设计了一种基于激光图像跟踪的激光雷达系统来实现目标的跟踪测量。该系统通过激光光束二维扫描,形成包含距离和角度信息的三维图像,由测量视场内运动目标的几何中心与视场中心的角度偏差获得脱靶量,利用脱靶量驱动伺服机构使目标几何中心处于雷达扫描视场中心,从而实现目标的实时跟踪,并输出目标距离和角度信息。实测结果表明：采用设计的激光雷达系统对距离900 m的目标进行测量,测距精度优于0.25 m,角跟踪精度优于0.07°,角跟踪能力优于1.2（°）/s,实现了快速捕获目标、高精度跟踪测量和系统小型化等既定目标。     

Correction of the image distortion for laser galvanometric scanning system

Laser galvanometric scanning techniques are commonly used in various image display fields, such as medical imaging, laser display and material processing. The paper gives detail analyses of the image distortion involved in the galvanometric scanning. At the same time, the paper addresses the role of the correction algorithms of the image distortion. Experiment results based on SLS machine prove the efficiency of the correction algorithms.     

模板匹配技术在玫瑰扫描亚图像目标识别中的应用

介绍了用模板匹配的方法在玫瑰扫描亚图像中识别目标。通过设计一目标匹配模板 ,用这个模板对二值图进行匹配处理 ,根据输出相关值识别目标。实际应用表明 ,模板匹配技术可以在亚图像中有效去除干扰假目标和大块背景 ,给出视场中物体为待识目标的可信度图像 ,从而达到识别目标的目的 ,并且具有速度快、准确度高的优点。     

超分辨率活体人眼视网膜共焦扫描成像系统

活体人眼共焦扫描成像系统的分辨率受到人眼像差、数值孔径和探测针孔尺度的限制,本文设计了一套超分辨活体人眼视网膜共焦扫描系统,采用自适应光学技术探测并校正人眼像差,结合光学超分辨技术提高系统分辨率,补偿有限尺度针孔对分辨率的影响,并获得活体人眼的实时、高分辨图像. 关键词： 超分辨 共焦扫描光学显微术 眼科光学 自适应光学     

差动共焦显微成像高稳定三维扫描技术与系统

激光差动共焦显微镜具备高空间分辨率特点,但因其逐点扫描成像方式,扫描时间长,易受三维扫描系统不稳定和环境干扰等影响,产生系统漂移,影响仪器的空间分辨率。利用楔块机构高稳定特点,结合刹车机构的自由抱闸特性,设计了一种新型的轴向升降机构,由此构建了结构更具稳定特性的电动三维扫描系统。稳定性实验验证在搭建的激光差动共焦显微镜上进行,经过监测系统在90min内的轴向位置,轴向漂移小于50nm,与原三维扫描系统漂移140nm对比,漂移速度明显减慢,稳定性有显著提升,进而明显改善了差动共焦显微成像效果。     

激光雷达扫描方式

为实现激光束对空域的有效扫描和探测,研究了栅形扫描、李萨茹形扫描、螺旋形扫描和六边形扫描四种常见的激光雷达扫描方式,推导了相应的扫描方程,讨论了参数的物理意义及调整方法;重点研究了栅形扫描和六边形扫描方式下光斑的分布情况,通过仿真分析了两种扫描方式下光束的漏扫率和重叠率,结果表明,在相同扫描条件下六边形扫描方式的漏扫区域最少。展示了基于上述研究内容的扫描控制系统实物图及扫描图案。分析总结了四种扫描方式的特点,给出了每种扫描方式的适用情况及使用建议。     

带纳米金属棒PSTM孔径光纤探针成像的数值模拟

用三维时域有限差分方法对带纳米金属棒孔径光纤探针成像进行了数值模拟。采用等高扫描从分辨率和灵敏度的角度分别讨论了纳米金属棒长度、扫描高度、孔径大小及镀膜厚度对成像的影响。数值模拟结果显示,带纳米金属棒镀膜孔径探针的性能主要受纳米棒的尺寸决定,较普通孔径探针在分辨率和灵敏度方面都有明显改进,并且稳定性更高。     

高聚物薄膜表面堆起结构的变温原子力显微术研究

利用原子力显微镜研究了不同温度（室温至58℃）及扫描速率（1—20μm/s）对高聚物PtBuA薄膜（厚度为133nm）表面上形成的突起结构和周期状堆起结构的影响.发现较快的扫描速率或较低的温度易产生随机的团状突起，较慢的扫描速率或较高的温度则易形成周期状突起结构（周期宽度约为100nm），且温度和扫描速率对周期状堆起结构的影响定性满足高聚物的时温等效关系.此外,当温度低于高聚物的玻璃化转变温度Tg时，表面粗糙度随扫描次数的增加而增加；高于Tg时，表面粗糙度基本不变.实验表明堆起结构的形成需要高聚物有较大的 关键词： 高聚物 原子力显微术 纳米技术     

面向开环扫描系统的超声图像畸变校正方法

超声显微成像技术广泛应用于工业无损检测领域。相较于闭环、半闭环扫描系统硬件复杂、成本高,开环扫描系统结构简单、成本低,但由于无反馈机制会导致步进电机的非线性运动引起图像像素错位畸变。因此,消除非线性运动带来的错位畸变是采用开环扫描系统实现高质量超声成像的关键。该文提出集最大值投影法、最大类间方差法和中心坐标校正法于一体的MIP-Otsu-C³M方法,对开环扫描系统获得的硬币回波数据采用最大值投影法获取初始灰度图像,采用最大类间方差法获取感兴趣区域的B扫描图像边缘像素位置,并采用中心坐标校正法成功消除像素错位,解决了超声C扫描图像畸变问题。对消除错位畸变的回波数据进行飞行时间法和傅里叶变换法图像重建,直接获得了非畸变的三维图像和透视图像。该新颖算法也验证了最大值投影法可拓展至图像畸变校正应用。     

扫描镜动态面形变化和模态分析

为了分析某热像仪帧扫描镜在工作状态下的面形变化和产生2000Hz共振的原因，并提供改进设计依据,根据帧扫描镜运动曲线计算了帧扫描镜的扫描角速度和角加速度，用有限元分析软件I DEAS计算了扫描镜在扫描、加速、减速过程中面型的变化和前10阶固有模态，分析了扫描镜在试验中产生2000Hz共振的原因，并对扫描镜结构进行了改进，重新计算了面型变化和前10阶模态，试验证明消除了共振现象。最后提出了扫描镜设计时应注意动态下的面型变化是否满足要求，以及固有模态要避开驱动力矩中的干扰频率等要点。