基于互信息的高动态范围成像系统成像质量分析

为了优化高动态范围成像系统的设计,完善地评价系统性能,将信息论应用于高动态范围成像系统中,把高动态范围成像系统看作通信系统,采用端到端的互信息量来评价高动态范围成像系统的成像质量.在COMS采样成像模型的基础上引入空间光调制器反射式硅基液晶的影响,建立了基于互信息的高动态范围成像系统数学模型.利用该模型分析了反射式硅基液晶与CMOS阵列像素数比、像素开口率、相对平移、相对旋转对系统互信息量的影响及造成系统成像质量下降的原因.通过仿真计算,分别得到了像素数比例、像素开口率大小、相对平移量、相对旋转角度与互信息量的相互关系曲线,并定量分析了这些因素变化对系统互信息量的影响程度.仿真结果表明反射式硅基液晶和COMS阵列的最佳匹配条件是:反射式硅基液晶和CMOS像素的占空比尽可能大,CMOS像素尺寸尽可能小,避免相对平移和相对旋转,反射式硅基液晶像素数和CMOS像素数之比为1∶1.     

基于高动态范围成像的极端亮度测量方法研究

为了解决光污染中存在的极端亮度对比问题,针对此类复杂照明光环境,提出了一种基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法。利用24色标准色卡和CS-2000分光辐射亮度计对D5300数码相机进行标定,获得了高动态范围亮度分布图像与CIE 1931-XYZ表色系统刺激值之间的拟合关系,实现了极端亮度对比环境中亮度分布的准确测量。通过在城市道路中实地测量,验证了基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法的亮度测量动态范围可达10⁴,其测量值与CS-2000分光辐射亮度计测得的标准亮度值的相对误差分别为-2.2%和-2.5%,表明该方法具有良好的适用性,可为道路照明质量的高效、高准确度测量提供计量保障,为有效防治光污染等复杂光环境问题提供了解决方案。     

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.     

基于互信息的干涉成像采样系统性能分析

为了优化干涉采样成像系统的设计,采用端到端的互信息量评价系统的性能.建立了基于互信息的干涉采样成像系统数学模型.利用该模型得到了互信息量最大时光学成像系统和CCD的匹配条件:相干成像光学系统的截止频率等于CCD的Nyquist频率.分析了物体频谱分布、噪声、光源相干性和光学成像系统像差对互信息量的影响.结果表明,它们不影响光学成像系统和CCD的匹配条件.     

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。     

基于Talbot-Moiré法测量透镜焦距的CCD亚像素标定技术

利用Ronchi光栅的Talbot效应和Moiré条纹测量长焦透镜焦距,根据焦距与莫尔条纹斜率之间的定量关系可求得透镜焦距.分别采用Canny算子和形态学方法对光栅的栅线中心进行像素级定位,再用高斯曲线拟合对其进行亚像素定位.经过对标准条纹的标定,验证了该方法的条纹中心定位误差小于0.1个像素.采用光栅作为系统的自基准对CCD像素当量进行了亚像素标定,为条纹斜率和宽度的计算提供了可靠的测量基准,经过计算,采用这些数据计算的焦距误差为0.10%.     

基于LED背光源区域控制的高动态范围液晶显示技术进展

传统液晶显示器的背光源采用恒定亮度的面光源,由于漏光现象限制了液晶显示器对比度动态范围的提高。采用LED背光源区域控制实现高动态范围(HDR)液晶显示的技术不仅可获得高对比度、宽色域的液晶显示效果,而且可以有效地降低系统功耗。在对实际区域控制技术算法流程中背光驱动信号的获取、背光强度分布及液晶屏幕信号补偿三个方面所采用的不同方法进行了概述。论述了当前国内外LED背光源显示器件的进展。     

高动态范围X射线成像检测方法

传统X射线数字成像方法通常固定X光机参数,但是受工件结构及材料衰减系数和光电器件物理动态范围的制约,当同一场景中透射X射线通量的最大值和最小值超出成像器件动态范围时,会出现通量大的区域高于成像器件的电荷容纳能力而达到饱和状态,当通量低的区域产生的光电荷低于设备热噪声水平时,该区域信息将淹没在噪声中而无法正常成像。为有效解决传统X射线数字成像技术在获取宽动态范围透射X光通量内容时的局限性,提出一种管电压递变高动态成像方法。首先分析了光电探测器电荷容量对有效透照厚度范围的影响;结合标准样块试验及相关数据分析,得到任意厚度特定材质试块达到最佳灵敏度时对应的透照X光管电压范围的关系函数,在此基础上提出管电压递变控制策略和有效子图提取方法。最终对0～20 mm厚度范围工件进行管电压递变高动态成像,结果表明：管电压递变高动态成像能够有效地实现透照厚度差异大的工件的高动态范围成像,最终融合结果能够保留较宽范围厚度上的细节信息。     

基于多频段区域互信息的光学成像系统性能评价

提出一种基于多频段区域互信息(MRMI)的光学成像系统性能评价方法。由信息论出发,结合人类视觉系统(HVS)分频感知原理,利用小波变换将物面与像面图像分解为多个频段,分别计算各频段区域互信息(RMI),再由小波滤波器和MTF的空间频段积分比计算各频段RMI的权重系数,加权综合得到多频段区域互信息(MRMI)。实验分析了具有不同像散度的光学系统点光源成像,最终得到的评价参数MRMI随着光学系统像散度的不断增大而趋于减小,曲线拟合结果表明MRMI值与像散度呈幂函数关系,确定系数达0.981以上。与MTF等传统光学系统性能评价方法相比,MRMI值量化反映了光学系统的成像性能,且与人眼视觉感知相一致。     

条纹相机动态范围的标定

利用法布里-珀罗标准具对条纹相机的动态范围进行了标定实验研究,提出脉宽加宽20%的强度值为饱和点值的条纹相机动态范围的严格定义,对噪声控制进行了简单必要的分析。当输入脉冲宽度为30 ps时,在给定扫速档位,实验给出S-1条纹相机的动态范围为102。     

基于空间光调制器的HDR图像获取方法

提出一种利用空间光调制器对物方光线进行调制并多次曝光的方法来获取HDR图像.讨论了该方法的原理,并根据原理搭建实验装置进行了实验.实验装置中以LCOS作为空间光调制器,以CMOS作为成像传感器,通过多次曝光获得系列图像,利用图像合成算法生成HDR图像.该方法具有实时性好、扩展性强、成本较低等优点.     

基于HLA和VEGA的海基靶场半实物视景仿真系统研究

为了在导弹试验任务中给指挥员提供决策支持,设计了一种基于HLA和VEGA的海基靶场半实物视景仿真系统。将三轴飞行转台、目标模拟器、负载模拟器等实物接入仿真系统,采用高层体系结构规范构建仿真系统的联邦架构,设计了联邦对象模型,建立了关键联邦成员的数学模型,解决了反射内存网与HLA的时间推进冲突问题,有效提高了仿真系统数据传输的实时性。采用Multigen-Creator软件建立了各个仿真实体的3D模型,利用Vega软件实现模型的渲染、场景驱动、声音仿真等。通过系统测试,结果表明：该视景仿真系统能够实时驱动各个仿真实体运行,视景画面流畅,图像刷新速率达到30帧/秒以上,满足系统实时性要求。     

一种基于图像处理技术的视距估算方法

围绕视距估算,基于微光下的视觉探测方程和图像阈值对比度,利用图像处理技术和最小二乘数据拟合方法,提出了一种比较客观的夜视系统野外视距估算方法.为了验证该方法的有效性,针对六种夜视系统,分别进行了野外比较试验.试验结果表明：该方法有效地提高了微光夜视仪的视距检测速度,具有较高的估算准确度和很好的实用性.因此,该方法对于夜视系统性能分析具有科学的指导意义.     

基于图像质量评价的手术机器人系统磁共振兼容性分析方法

为保证手术安全及操作精度,基于磁共振图像导航的手术机器人系统需具备磁共振设备兼容性. 针对这一问题,本文提出了基于磁共振图像质量评价的手术机器人系统磁共振设备兼容性分析方法,扩展了图像数据集,并结合图像信噪比、图像变化因数、磁共振图像畸变量等评价参数,逐一分析机器人系统组件通电、机器人系统运动对磁共振图像质量产生的影响,建立图像质量评价依据. 实验结果表明,该质量评价方法可充分分析手术机器人及其系统组件的磁共振兼容性,且可为医疗手术机器人系统组件的磁共振兼容性分析提供测试方法与理论依据.     

基于ZigBee技术的信息交互系统设计与实现

基于生物电的人-机交互（HCI）技术作为特殊场景下常规人-机交互方法的一种补充,具有非常广阔的应用前景。为了解决基于生物电的HCI系统中多用户通信问题,文章设计并实现了一种基于ZigBee技术的信息交互系统。该系统主要由ZigBee无线通信模块、信息生成/处理模块、串口通信模块三部分组成,用以实现多用户间使用眼电信号（EOG）进行无线信息交互。在实验室环境下,眼电信号有效检出率98.2%,传输距离在无遮挡、无路由的情况下可达到70m。实验结果表明该系统具有识别率高、稳定性好、配置简单、使用方便等优点,具有较强的实际应用价值。     

基于液晶可调滤光片的广角多光谱成像光学系统设计

基于液晶可调滤光片(Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF)的分光原理,设计一种工作谱段为400~720nm,焦距4.5mm,视场角140°,F数为1.28的广角多光谱成像光学系统。该光学系统由前端光学镜头、LCTF和成像镜头组成,其中前端光学系统镜头将入射光束进行扩束,同时将入射光束的广角视场缩小至LCTF可接收角度范围内;LCTF利用液晶材料的电控双折射效应,实现对某一波长光信号的选择透过。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统的各光学参数进行合理选取。设计结果表明,整个系统在120lp/mm的空间频率处轴上及轴外的调制传递函数MTF均大于0.4。     

基于生产者/消费者设计模式的应力波信息采集系统的设计

以LabVIEW14.0为虚拟仪器软件开发平台,采用生产者/消费者设计模式的控制策略、技术数据管理流(TDMS)二进制文件储存策略和SQL数据库及事件结构相结合的实时更新策略,设计了集实时信息采集、储存、显示等功能于一体的应力波采集系统;3种控制策略相结合,解决了传统顺序结构设计模式下程序循环周期长、执行效率低的问题,而且解决了实时采集过程中数据的快速、大容量储存问题,实现了采集过程中采集参数的实时更新;实验结果表明该应力波采集系统具有响应速度快、执行效率高等优点。