眼底照相机自动调焦算法

基于眼底图像成像原理及特征,提出一种结合自动调焦窗口选择的眼底照相机自动调焦方法.根据改进阈值的局部信息熵调焦窗口选择算法实现调焦窗口的初步定位,按照多方向步进算法实现调焦窗口的最终定位.针对眼底图像对比度低的问题,结合区域对比度的清晰度评价函数与梯度向量平方函数的特点提出眼底图像清晰度评价函数.实验结果显示,提出的自动调焦窗口选择算法可以保证调焦窗口的稳定性及准确性,针对低对比度眼底图像的清晰度评价函数具有更好的灵敏度.     

ICF微靶装配体图像清晰度评价方法

现有图像清晰度评价函数在对ICF微靶装配体图像的评价过程中,由于不同零件图像对比度的变化,评价函数极易失去其理想曲线特性,导致聚焦精度降低甚至调焦过程失败。针对这一问题,在分析离焦图像模糊原因的基础上,得出离焦图像究其本质为图像结构变化失真。利用Zernike矩具有描述图像结构特征这一特性,提出一种新的针对微靶装配体图像的清晰度评价函数。评价函数由图像不同阶Zernike矩的线性组合构成,通过调节权重系数来实现微靶装配体不同零件图像的清晰度评价。实验结果表明:相较于现有的评价函数,新的评价函数在对微靶装配体图像评价过程中保持了函数的理想曲线特性,尤其是针对低对比度图像,其在灵敏度和抗噪性方面具有明显优势。     

Cosh-Hilbert变换反演的矩方法及其在单光子发射计算机断层成像中的应用

基于反演Hilbert变换的Tricomi公式和双曲余弦函数Taylor展开,给出一种反演双曲余弦Hilbert变换(CHT)的数值算法,并应用于单光子发射计算机断层成像.利用Taylor展开将函数的CHT变换表示为其Hilbert变换和由各阶矩组成的修正项.利用Tricomi公式得到一个关于函数各阶矩的线性方程组.通过对方程组的截断,可以求得函数的有限阶矩,并得到函数的近似重建.通过数值实验与精确重建公式进行比较,验证了算法的有效性.     

调焦评价函数灵敏度的影响因素分析

调焦评价函数对离焦图像的灵敏度直接影响着自动调焦的精度。许多对调焦函数性能研究中,都只是对各个不同函数的灵敏度相互比较,忽略了调焦评价函数的灵敏度不仅和函数本身有关,还和调焦选择区域大小以及罔像的空间频率等参量有关的问题。从成像原理基本公式推导出调焦评价函数灵敏度的数学模型。然后根据公式得出在光学系统的焦点附近,调焦评价函数的灵敏度与图像的空间频率成高次正比关系,与调焦区域的面积成线性正比关系,与照明光源的波长和光学系统空间截止频率成二次反比关系。最后实验证明理论分析的正确性。从而为实践中的自动调焦系统设计提供理论指导,以便有目的地选择和控制调焦系统的各个参量进一步提高自动调焦精度。     

基于区域对比度的图像清晰度评价算法

高效、准确的图像清晰度评价是实现自动调焦的关键。在分析了现有图像清晰度评价方法优缺点的基础上,提出了一种基于图像区域对比度的清晰度评价新方法,建立和分析了评价函数的数学模型,并对航空摄像机采集的系列图像进行实验和仿真。与其他算法比较的结果表明:该方法具有精确度高、对比度明显等优点,能够应用于实际的图像清晰度评价和自动对焦中,克服了单纯依靠计算灰度差带来的不足,具有较高的实用性和可靠性。     

基于MTF辅助正焦判断的自动调焦搜索算法

针对传统爬山搜索算法受调焦评价函数局部极值的干扰而不能准确聚焦的问题,提出一种基于调制传递函数辅助正焦判断的自动调焦搜索算法.该算法对爬山法进行改进,在选择图像清晰度评价函数基础上,同时考虑图像的调制传递函数值,综合判断搜索方向;采用改进的刃边法,在自动完成刃边区域选择的基础上,可精确计算图像的调制传递函数值,并给出了改进算法的原理和实现.为了衡量改进算法的性能,验证调焦系统成像效果,分别考虑搜索算法对不同调焦初始位置以及环境变化影响,在经纬仪自动调焦系统平台上展开算法的调焦实验分析.实验结果表明改进的自动调焦搜索算法能有效地排除局部极值干扰,使系统准确、可靠的调焦.     

基于改进Sobel算子的动态自动调焦算法研究

为了提高自动调焦算法在动态环境下的性能, 对调焦评价函数和调焦搜索策略进行了研究。在分析人类视觉系统特性研究成果的基础上,提出一种基于8方向Sobel算子边缘加权的调焦评价函数。同时,为了克服传统爬山法搜索速度慢的缺点,采用自适应变步长极值搜索策略,通过仿真实验可知,提出的8方向Sobel边缘检测算子具备良好的边缘提取效果,同时基于此算子结合人类视觉机制特性给予各边缘不同权重系数计算的调焦评价函数, 比经典两方向Sobel算子调焦评价函数具备更好的抗干扰能力。最后搭建基于液体透镜的实验平台,在动态环境下验证改进算法的性能。实验结果表明,提出的自动调焦算法在动态环境下调焦准确率达到97.5%。     

基于彩色数字图像处理的自动调焦技

针对彩色图像讨论了基于数字图像处理技术的自动调焦算法.根据彩色图像的特点，选取了能够表现图像清晰度的两种矢量范数——L1范数和L2范数分别作为粗略调焦和精确调焦的评价函数，以实现系统在大范围内的精确调焦.为了提高图像的质量，采用了既能保持图像细节又能滤除脉冲和高斯噪声的中值滤波算法和均值滤波算法相结合的矢量中值均值滤波器.实验结果表明，本调焦算法能够在大范围内调节焦距，且具有较高的调焦精度，调焦速度较快.     

基于图像灰度梯度最大值累加的自动调焦算法

从光学系统出发介绍了基于图像处理的离焦图像成像原理,分析了传统基于灰度梯度的自动调焦算法的缺陷——灰度梯度考虑不全面并且易受噪音影响.针对传统算法不足,提出了基于图像灰度梯度最大值累加的自动调焦算法.该算法通过计算中心像素的八邻域灰度梯度,以自动聚焦区域内各像素最大灰度梯度与最大灰度与最小梯度差值乘积之和作为新的评价函数,分析了该算法可以抑制噪音影响的原理;介绍了焦点搜索自适应变步长爬山算法原理和实现过程;最后进行算法性能实验验证.首先,利用不同算法对序列图像和加入高斯噪音的图像进行清晰度评价,结果证明该算法对含噪图像的清晰度评价准确,与传统算法相比该算法在抑制噪音方面具有优越性;其次,用不同聚焦算法进行序列图像自动调焦实验,结果显示传统算法会出现错误聚焦的情况,而该算法聚焦准确迅速,相比于传统算法具有明显优势.     

图像法自动调焦的最佳调焦区域选取算法

对分辨率较高的图像来说,调焦评价函数的计算耗时较多,会影响调焦的实时性。选用整幅图像中细节最丰富的子图像作为调焦对象,在保证调焦精度的同时,可改善调焦效率。为快速找到此区域,提出了基于自适应遗传算法(AGA)的寻优算法。在此算法中,用离焦子图像的加权熵作为适应度函数,自适应的改变遗传算法的交叉概率和变异概率,以避免结果陷入局部极值。实验结果表明,此算法具有运算复杂度低,稳定性好等优点,所选定的子图像具有良好的调焦特性曲线。     

一种改进的Sobel梯度函数自动对焦评价算法

传统的自动对焦梯度函数评价算法在对细胞显微图像进行对焦时,由于对焦精度不佳,图像受噪声的影响较大。针对此问题,通过对不同对焦评价函数性能进行对比,提出了一种基于Sobel梯度函数改进的自动对焦评价算法——Sobel4direction_Brenner梯度函数算法。对对焦评价技术设计指标和算法的通用性进行了验证,结果表明:在调焦时该算法较传统对焦梯度函数能更好的抑制噪声,并且使电机在爬山算法的搜索对焦中具有更小的对焦搜索区间范围,获得的细胞显微图像的清晰度评价值也更高。     

The high precision positioning algorithm of circular landmark center in visual measurement

For vision measurement in the center circle landmark location problem, an improved center of the ellipse based on Zernike moments sub-pixel positioning algorithm was proposed. First, using Sobel operator edge of the image pixel level positioning and then use the constructed Zernike moments to solve the model, combined with Zernike orthogonal polynomials and completeness and plural moment magnitude rotational invariance calculated edge sub-pixel position; followed by analysis of the principle deviation generated by the moments template and ideals model, a correction formula was proposed to compensate and improved edge criterion used to image sub-pixel edge positioning; finally, using the least-squares ellipse fitting algorithm fitting circle center, reverse edge point, filtered residuals larger point, and then precise positioning of the ellipse center. The experimental results show that this method has good stability and high positioning accuracy can be efficiently used in many applications.     

应用于一体化摄像机的自动聚焦搜索算法研究

一体化摄像机的自动聚焦过程就是镜头按照自动聚焦搜索算法寻找图像清晰度评价函数最大值的过程,自动聚焦搜索算法对自动聚焦过程的实时性和准确率影响很大。为了解决现有算法在光源场景和无细节场景下聚焦失败的问题,提出了一种基于场景预测的聚焦搜索算法,该算法对成像场景进行智能分析、判断并分类,在不同的场景下采用不同的搜索策略,提高了自动聚焦搜索的稳定性和准确率。同时,针对现有算法在散焦区判断聚焦曲线峰值方向困难的问题,引入模糊度评价模型,该模型能够准确判断聚焦曲线峰值方向,分析实验数据发现,新的算法在散焦区的聚焦速度提升了24.3%。实验证明,新的算法在基于海思Hi3518A处理器搭建的一体化摄像机成像系统中具有很高的应用价值。     

基于Zernike正交矩的亚像素图像线宽测量算法

针对图像内的细窄线宽,提出了一种基于Zernike正交矩的亚像素图像线宽检测算法。该算法具有明确的几何模型,通过计算图像的2阶和4阶Zernike正交矩,推导出了亚像素线宽表达式。根据数字图像的离散性,给出了计算正交矩所需的模板系数,并分析了由离散性造成的原理误差。将所提出的亚像素线宽检测技术应用于安瓿内异物粒径的标定实验,结果表明:该算法可有效地测量弱小目标在图像中的亚像素线宽值,从而得到了异物粒径大小与亚像素线宽之间的标定曲线。     

空间矩和Zernike矩亚像素边缘算子分析

讨论了空间矩、Zernike矩两个亚像素边缘算子的运行时间和定位精度。分析结果表明,Zernike具有更快的运行速度,当计算3个用于边缘定位的参数时,其运行时间较空间矩算子节约了50%。理论分析了空间矩和Zernike矩算子的关系,并推导出了两个算子边缘距离为l的差值公式。测试结果表明,当两个算子的l都限制在中心像素内时,空间矩算子的边缘厚度多达3个像素,而Zernike矩算子的边缘厚度小于1个像素,可见Zernike矩算子的定位精度为真正的亚像素级。经比较,Zernike矩算子的运行时间和定位精度均好于空间矩算子。     

A microscope system based on bevel-axial method auto-focus

A microscope system based on bevel-axial method auto-focus (BAM-AFS) is proposed. The purpose is to establish an auto-focus microscope system that calculates the focus position one or many times. In this paper, we propose a bevel-axial method that had an included angle between CCD sensor and image plane with multi-parameters fusing from image to obtain the in-focus position directly in the first phase and combined Kalman estimate to obtain the in-focus position for different objects in the second phase. We discuss the relation between focus positions and image focus at the end.     

Modal wavefront reconstruction for radial shearing interferometer with lateral shear

In a radial shearing interferometer, a portion of the test beam is magnified and used as the reference for the tested wavefront. However, the reference portion is always off center (lateral shear), which complicates the wavefront reconstruction. A modal method for solving this problem is presented here. This method uses orthogonal Zernike polynomials and its matrix formalism to calculate the Zernike coefficient of the wavefront under test. This approach has easier implementation, is better filtering, and has a more adaptive practical situation. The corresponding mathematical formula is deduced, and a computer simulation is also made to verify operation of the algorithm. The result of simulation analysis shows that the proposed method is correct and accurate.     

Computer simulation of the zernike phase contrast in hard x-ray radiation using refractive lenses and zone plates

Computer simulation of an experiment on imaging transparent (phase) microobjects using the Zernike phase contrast method under hard X-ray radiation has been performed. The beam parameters typical for synchrotron radiation sources of the third generation were used in calculations. Both a refracting lens and a zone plate have been considered as a focusing element. The phase shifting quarter-wave plate is located at a spot of the point source image. The results of calculations have shown that the method can be successfully used for objects with the sizes greater than 0.1 μm along and 1 μm across the beam. It has been shown that the contrast is caused not only by increasing the intensity within the shadow of the objects, but also by decreasing the intensity in the area beyond the objects, which is necessary to retain the integral intensity.     

基于Zernike矩的亚像素边缘定位算法

亚像素软件处理技术可以在一定程度上补偿图像测量系统由硬件限制引起的边缘定位精度,提出了一种基于Zernike矩的亚像素边缘定位算法。该算法利用Zernike多项式的正交性与完备性以及复数矩幅度的旋转不变性计算出边缘的亚像素位置。计算出了像素为正方形与矩形(长宽比为4∶3)时的矩模板,使其应用范围进一步扩大。分析了由于矩模板产生的原理偏差,并提出了修正公式,使定位精度得到提高。进一步推导出了实际边缘模型的定位公式,导出了其存在的偏差,并进行了补偿。最终的实验结果表明,补偿后的算法对直线的定位精度达0.05像素,对曲线的定位精度可达0.07像素。     

Analysis and demonstration of multiplexed phase computer-generated hologram for modal wavefront sensing

We propose to implement a modal wavefront sensor (MWS) using a multiplexed phase computer-generated hologram (MPCGH). Based on general orthogonal aberration modes, the theoretical treatments of the MWS employing a MPCGH are presented with scalar diffraction approximations and Fourier analysis. Under the small aberration approximations, we give the analytical formula for characterizing the relationship between the sensor signal and the amplitude of the aberration mode. We design several MPCGHs with an effective method of modified off-axis reference beam holograms superposition, and code some common orthogonal Zernike aberration modes into the MPCGH. The numerical simulation is carried out to investigate the performance of MWS to detect particular aberration mode(s). The results exhibit the expected responses of the corresponding symmetric spot pair, and indicate that the wavefront distorted by a special Zernike aberration mode, after modulated by the MPCGH, can be transformed into beams with an intensity-normalized differential signal, which can reflect the change trend of the aberration coefficients in the test wavefront. The experimental demonstration with designed MPCGHs in conjunction with two phase-only spatial light modulators was carried out to test the performance of the MWS.