数字对焦光场成像清晰度评价方法研究

结合光场成像数字对焦空间域算法和频率域算法的区别,分别提出了适用的图像清晰度评价方式,并进行了仿真实验分析.空间域评价方法根据评价区域缩小图像重构数据量,频率域评价方法则将评价函数嵌入到图像重构过程中,改进后的方法相对传统方法提高了速度.     

数字图象清晰度评价函数研究

分析了梯度函数、频谱函数和熵函数在自动对焦技术中的作用,并研究了评价函数的性能.实验表明,梯度函数具有运算速度快的优点,适用于需要实时成象的场合;而频谱函数具有灵敏度高、曲线尖锐的特点,能够满足高精度的要求.     

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。     

光场分层成像系统的重聚焦标定方法

为根据参数精确获取分层位置的重聚焦像,提出了基于阶梯尺的标定方法.用光场相机拍摄阶梯标尺,利用重聚焦技术获得图像序列,使用点锐度评价函数计算图像序列各刻度面最清晰图像,完成重聚焦参数的标定.对标定结果进行评价,采用刃边法计算重聚焦图像的高斯离焦参数,阶梯标尺比刻度标尺标定方法减小25%以上,可以有效提高光场相机重聚焦的准确度.进行分层成像实验,对比两种标定方法下的分层重聚焦图像,验证了阶梯标尺标定的重聚焦结果更清晰,适用于光场分层成像系统.     

偏振成像技术提高成像清晰度、成像距离的定量研究

阐述了水下成像清晰度和成像距离的增大与偏振成像技术的关系;推导了偏振成 像系统图像清晰度与成像距离的关系式　并通过实验获得实测数据　根据推导的关系式分析 并计算得到的结果与实测数据相符合　定量地说明了偏振技术提高了图像清晰度和成 像距离. 关键词：     

基于视频图像处理的快速对焦方法研究

对焦速度与精度是自动对焦系统中最重要的两个参数,它们决定系统能否迅速地定位到焦点处,以获取清晰的图像。通过对比连续帧图像局部区域清晰度评价函数值来判断对焦趋势,同时控制对焦驱动电机的转动方向,最后进行反向搜索并与最大判据值比较以寻找到最佳成像位置,成功对焦所需最长时间小于2s。经过大量实验证明该方法具有较好的实时性和精确性。     

X射线光场成像技术研究

X射线三维成像技术是目前国内外X射线成像研究领域的一个研究热点.但针对一些特殊成像目标,传统X射线计算层析(CT)成像模式易出现投影信息缺失等问题,影响CT重建的图像质量,使得CT成像的应用受到一定的限制.本文主要研究了基于光场成像理论的X射线三维立体成像技术.首先从同步辐射光源模型出发,对X射线光场成像进行建模;然后,基于光场成像数字重聚焦理论,对成像目标场在深度方向上进行切片重建.结果表明:该方法可以实现对成像目标任一视角下任一深度的内部切片重建,但是由于光学聚焦过程中的离焦现象,会引入较为严重的背景噪声.当对其原始数据进行滤波后,再进行X射线光场重聚焦,可以有效消除重建伪影,提高图像的重建质量.本研究既有算法理论意义,又可应用于工业、医疗等较复杂目标的快速检测,具有较大的应用价值.     

数字成象系统自动对焦区域设计

本文从摄影艺术的角度,提出一种对焦区域选择策略.经实验证明,这种区域选择策略可以提高多景深场景的自动对焦的有效性,并可作为一种自动对焦模式预置于数字成象系统中,从而把传统摄影技术中的各种经验知识结合到对焦区域设计的策略中,使以对焦为关键技术的数字相机、数字摄象机从原理上被人们所接受.     

焦距测量中线纹清晰度评价函数的研究

当自动对焦用于玻罗板线纹等方向性强的目标时,线纹方向的不确定性导致一些清晰度函数的鲁棒性降低甚至无法找到对焦位置。针对上述问题,通过Hough直线检测得到离焦线纹的角度,构建一种基于Hough变换的线纹清晰度评价函数,该函数的灰度算子垂直于线纹,对线纹方向变化具有较强的鲁棒性。为了比较线纹方向对清晰度函数性能的影响,对5组不同角度的线纹图像进行评价,得到清晰度曲线,并引入平缓区标准差等参数对曲线进行定量评定。实验结果表明,与传统的评价函数相比,基于Hough变换的评价函数的平缓区均值减小59.85%,标准差减小46.05%,对焦偏差减小92.63%,平均运行时间减少36.37%,镜头焦距的相对误差减小62.12%。     

光场相机中微透镜阵列与探测器配准误差分析

为了减少光场相机结构对光场图像数字对焦结果的影响,针对微透镜阵列为矩阵式排列的光场相机结构,定性分析了微透镜阵列与成像探测器之间的耦合距离误差、旋转角度误差和倾角误差这三个主要配准误差来源,分别提出了配准条件,并通过仿真实验加以验证。实验结果表明,当配准超出限制条件时,会导致对焦重构图像出现模糊、混叠等失真,缩小精确对焦的深度范围。     

基于矩阵变换的光场成像及重聚焦模型仿真

基于光场的两平行平面表示方法,针对光场相机两参考平面间的共轴空间距离变换、离轴空间距离变换、轴旋转和沿轴旋转以及透镜作用等对光线描述方式的影响,给出了相应的光场矩阵变换方程,并利用这些方程,建立了光场相机的成像模型、采样模型及辐射传输模型.从光场共轴空间距离变换的观点出发推导出可实现不同点清晰成像的数字重聚焦公式.利用所建立的模型,计算机仿真生成了目标景物,并用所建立模型对生成景物进行了数字重聚焦,验证了数字重聚焦后的图像与直接聚焦图像的一致性.     

测量物体位移的数字白光散斑照相术

给出了一测量物体刚体位移的数字白光散斑照相术。数字傅里叶变换从双曝光字白光散斑图用来产生杨氏条纹。该杨氏条纹能够用数字傅里叶变换结合条纹重构进行自动分析。此外，给出一种条纹质量增强的方法。     

应用数字照片估算土壤pH的研究

土壤碱化严重威胁干旱区农牧业的发展,传统碱化程度的测定为破坏性取样和实验室分析。为验证利用普通数码相机的可见光光谱快速准确的估测土壤碱化程度的可行性,以土壤pH、野外实测数字照片、端元光谱数据为基础,分析了颜色空间(RGB,HLS,CIEL*a*b*)各参数与土壤pH的相关性,采用偏最小二乘法(PLSR)分别建立了三种颜色空间预测土壤pH的定量模型,并比较了照片数据与端元光谱数据所建立的模型精度的差异。结果表明:三种颜色空间中,虽然大部分参数与土壤pH间均达到了极显著相关水平,但CIEL*a*b*空间各参数与土壤pH的相关性最高,预测模型判定系数R2最高(0.795),并且RMSECV最低(0.084)。预测集也说明了该模型具有较好的精度和稳定性(R2=0.781,RMSEP=0.158)。由于CIEL*a*b*颜色空间各参数间数据冗余小,又避免了RGB空间各参数数值会受设备影响的不足。因此,利用其定量提取土壤碱化信息具有一定优势。数字照片数据与端元光谱数据所建立的预测土壤pH定量模型精度无显著差异。因此,数字照片具有提取土壤碱化信息的潜力。     

基于掩膜的光场成像仿真及采样研究

从原理上分析了掩膜的光场成像特点,通过建立光场成像的计算机仿真模型,模拟四维光场的获取,并通过数字对焦算法获得离焦物体的清晰图像.同时利用采样定理分析了孔径采样密度对数字对焦图像的影响,计算出合适的采样间隔对仿真模型的复杂度进行优化.     

Digital Photography in Measurements of Shifts of Object Surfaces with Formation of the Speckle Structure In White Light

We describe and analyze the experimental realization of a speckle interferometry scheme designed for measurement of the value of the shift of the object surface along the surface itself. In contrast to classical speckle interferometric schemes, we use a specially formed two-dimensional pattern of the random binary structure as a speckle structure. The pattern being illuminated by the white light is photographed with the use of a digital camera. Further processing of the information related to the Fourier transformation of the pictures registered and determination of the obtained fringe structure period is carried out in a PC.     

基于光场成像原理和混沌系统的多图像加密方法

针对现有光学加密方法对加密系统要求高、受器件性能限制、加密效率低、解密图像易失真的局限性,提出一种基于光场成像原理和混沌系统的多图像加密方法.该方法利用混沌系统随机生成光场成像系统的个数与系统参数,并在计算机中构造出相应的多个光场成像系统;将多幅待加密图像拼接后置于光场成像系统中依次计算得到光场图像,通过提取光场图像的多幅子孔径图像并进行拼接,实现多幅图像的快速加密.解密过程为加密过程的逆过程.该方法将计算成像的方式引入加密过程,使加密不受硬件条件的限制,易于实现.实验结果表明,提出的算法密钥复杂度低,易于传输;对噪声有较好的鲁棒性,密钥空间大,密钥敏感度高,安全性好;加密效率高,解密图像无损失.在需要大量图像进行安全传输的领域具有广泛的应用前景.     

基于光场摄像技术的对焦测距方法的研究

提出一种新的基于光场摄像技术的单站非合作目标测距方法,介绍了该方法的原理及系统组成.对基于光场摄像测距方法的图像处理技术进行了数学分析研究,给出了图像处理公式.对像面判读函数进行了研究,结合条纹鉴别率板通过实验方法统计分析了像面判读误差.理论分析了该测距技术测距准确度和测距范围.