增强现实虚拟人中的光照方向估计

光照一致性是增强现实中实现虚实融合的重要方面,有效的光照方向估计方法对增强现实系统具有重要意义。为了实现增强现实虚拟人的光照一致,利用增强现实虚拟人具有相对固定目标的特点,提出了一种新的光照方向估计方法。该方法通过对目标进行三维重建获取法线数据,克服了一般光照方向估计方法中难以得到目标的法线信息的困难。为了提高系统的运算效率,把对连续图像的分析改为对离散的采样点数据进行分析。实验证明了该方法在增强现实虚拟人的光照方向估计中是可行性的。     

基于梯度光图像的高精度三维人脸重建算法

针对人的脸部特征复杂、细节纹理丰富,获取高精度人脸三维模型成本高、工作量大的问题,提出基于梯度光图像的高精度三维人脸重建算法。利用球形灯光装置建立6种不同的光照模式,并利用偏振光特性对镜面反射光和漫反射光进行分离;利用单向梯度光图像,并基于双向反射分布函数(BRDF)得到反射光方向与法线方向的关系,通过计算获取镜面反射和漫反射法线图;将增强后的镜面反射和漫反射法线图进行融合,并映射到低精度模型上,可以重建出高精度的三维人脸模型。实验结果表明,本文方法计算复杂度低,重建精度高,窗口大小为7×7的高通滤波增强的镜面反射图和漫反射法线图以2…1的比例融合之后,重建的效果最佳,模型能精细到微尺度级。     

运动背景下的帧间稳像技术

针对运动背景下帧间稳像技术,提出了一种带运动矢量修正的灰度投影运动估计算法。采用该算法分别对当前帧和参考帧的行、列计算灰度投影序列;将当前帧投影序列局部分块,分别将每一分块与参考帧行、列投影曲线进行互相关计算,得到基于局部投影的行、列运动矢量集合;以分块区域的相关置信度为权系数衡量参数,计算每一分块的像素位移权值,从而计算某一方向帧间的加权运动矢量。实验结果表明:该方法可以使运动目标造成的影响只作用于其中若干个局部分块,而其他分块不受此影响,尽可能保证稳像的准确性。采用该方法稳像后的图像与参考帧图像的均方根误差(RMSE)值明显下降,与参考帧图像更加吻合。     

运动背景下的帧间稳像技术

针对运动背景下帧间稳像技术,提出了一种带运动矢量修正的灰度投影运动估计算法。采用该算法分别对当前帧和参考帧的行、列计算灰度投影序列;将当前帧投影序列局部分块,分别将每一分块与参考帧行、列投影曲线进行互相关计算,得到基于局部投影的行、列运动矢量集合;以分块区域的相关置信度为权系数衡量参数,计算每一分块的像素位移权值,从而计算某一方向帧间的加权运动矢量。实验结果表明：该方法可以使运动目标造成的影响只作用于其中若干个局部分块,而其他分块不受此影响,尽可能保证稳像的准确性。采用该方法稳像后的图像与参考帧图像的均方根误差（RMSE）值明显下降,与参考帧图像更加吻合。     

局部对比度结合区域显著性红外弱小目标检测

为了解决局部对比度方法的计算效率低,以及在某些红外场景中易出现虚警的问题,将其与图像区域显著性相结合,提出一种改进的局部对比度算法——区域局部对比度算法,仅在图像的显著性区域中进行局部对比度计算,而非遍历整幅图像。首先进行基于图像信息熵和局部相似性的红外图像区域显著性度量,经二值化得到单帧图像显著性区域;接下来在该区域中进行局部对比度数值计算,得到区域局部对比度图像,最后经过自适应阈值分割,得到弱小目标检测结果。实验结果表明,区域局部对比度算法可以极大提高红外弱小目标的信噪比,检测结果准确,虚警率低,与原始的局部对比度算法相比,检测效率有明显提升,可以更好地保持弱小目标的形状。     

单轴晶体中光折射的图解计算及会聚偏振光干涉的定量分析

介绍了用单根入射光线图解各向同性和各向异性介质中折射线的作图法,该方法可直接求得非寻常光的波法线方向,从而为利用（通常）折射率计算光程提供方便,作为实例,分析计算了单轴晶体中会聚偏振光的干涉,得到了比已有文献更为精确和简明的结果。     

基于引导图像和自适应支持域的立体匹配

提出一种基于引导图像和自适应支持域的局部立体匹配算法。首先对校正后的输入图像进行预处理得到引导图像;在匹配代价计算阶段,提出一种梯度计算方法,结合引导图像和输入图像的梯度信息,分别计算x和y方向的梯度,再与AD(absolute difference)和Census变换融合构建匹配代价计算函数;在代价聚合阶段,使用基于自适应支持域的导向滤波;在视差细化阶段,提出一套基于自适应支持域的多步细化方法,通过该方法得到最终的视差图。实验结果表明,视差细化后全部区域的平均误差和方均根误差平均减少43.7%和38%,非遮挡区域平均减少33.7%和30.9%,所提算法具有较好的鲁棒性并能获得精度较高的视差结果。     

基于相位测量偏折术的非球面法线向量测量

非球面可以由其法线汇来表征,即可以由法线距和法线角的关系来描述.提出了一种基于相位测量偏折术(PMD)的非球面反射镜法线向量检测方法.在PMD测量系统中,将待测镜沿光轴方向作相对移动.在移动过程中,由CCD相机扫描待测镜,观察并记录下随待测镜移动而发生变化的条纹图,通过相位分布计算得到非球面法线距和法线角的关系,即非球...     

椭球坐标系中大口径凹面声场特性的计算

凹口球形声源发出的聚焦声束可使焦域附近压强成倍增加，在超声加热治疗肿瘤上有很好的应用。本文对流体运动的基本方程组在时域上用有限差分法作数值计算，讨论了几个不同口径的凹口球形声源的声传播情况。为了与实际上的凹口声源的形状和法线振动方向相一致，计算采用了正交椭球坐标系。该方法与已知的其它方法对比，能得到相似的结果，但适用范围更广，计算程序更简单。     

PCM软件包燃料组件弯曲模型的开发及验证北大核心CSCD

燃料组件在反应堆内受压紧力等作用会发生弯曲,该弯曲会显著改变反应堆局部位置的中子慢化。基于中广核核设计软件包PCM中的组件中子截面计算软件PINE和堆芯核设计软件COCO,开发了专门的燃料组件弯曲模型,以分析燃料组件弯曲对堆芯局部功率分布的影响,并和蒙特卡罗软件JMCT做了对比验证计算。计算结果表明,PCM软件包燃料组件弯曲模型的计算结果与JMCT吻合良好,该软件包可以用于燃料组件弯曲的分析计算。燃料组件的弯曲对于堆芯的局部功率分布有显著的影响,需要在设计中予以特别关注。     

基于法向映射法的二维光纤光谱弯曲校正

二维光纤光谱图是天文望远镜系统中的光谱仪的观测结果,由此又经过一系列的后续处理,才能生成普遍意义上的一维光谱。由于光谱仪和CCD相机的光学畸变,使得二维光纤光谱图像普遍出现了弯曲现象,尤其是在光纤两端表现得尤为明显,这个问题一直以来没有很好的解决办法,也没有在任何参考文献中看到相关工作。这种弯曲给后续的抽谱工作造成困扰,处理不好会很大程度上影响波长定标,从而影响一维谱的准确性。给出的一种法向映射法可以对这种二维光纤光谱图的弯曲进行有效的校正。该法把二光纤光谱图中的每一条光纤光谱进行单独处理。首先做预处理抽取每根光纤中心线,然后把该中心线当作光滑曲线求取每个点的法线方向,以整条中心线的某个点（一般是最凸点）为基点作理想竖直线,光纤中心线所有点沿自身法线方向投影到这条竖直线上,从而实现了光纤中心线本身的校直。因光纤宽度在二维光纤光谱图中一般是7个像素,因此将光纤中心线向左向右各依次平移3个像素,分别实现上述流程,即可得到整条光纤光谱的校直结果。该法实施过程中有两个问题需要注意：一个是坐标点的均匀化问题,一个是像素灰度值的精度保持问题。坐标点的均匀化问题是由于在该法中使用了法向映射,从而造成形成后的校直线的点的疏密程度不均匀,这对后续处理不利。解决办法是在实际操作中采用三次样条插值的方法进行直线上点的密度均匀化,保证获得一系列的整数点坐标,以利于后续的处理。而像素灰度值的精度保持问题,在插值计算过程中始终保持像素灰度值的64位高精度数,最终也得到同样精度的结果,避免造成像素值损失。该法实施的最后,还需要进行头尾一致性的截取,把延伸出图像高度范围的像素去掉,仅保留图像范围内的像素点。如果没有这个过程,由于光纤本身是有宽度的,映射出来的直线长短不一,从而给后续处理造成困难。实验完整处理了整幅的二维光纤光谱图,用曲线拟合的方法较好地解决了光纤中心线提取过程中的个别地方的亮度偏差问题,用法向映射法得到了校直后的二维光谱,并做了后续的抽谱对比。在一维谱的抽谱对比中可以看到,校正前后的谱线差值在有弯曲现象存在的光谱两端变化较为明显。这个实验结果证明了该方法对光谱的弯曲情况可以完全改善--在两端的变化较大,在中间的变化很小,这完全符合观测的基本认知。不仅如此,由于像素点的错位和像素值的插值计算,也会造成流量值叠加的效果发生显著变化。因此,通过观察抽谱后的谱线在校正前后的移动情况,验证了对于特征谱线的波长位置的精确获取具有重要影响。本文创造性地设计的二维光纤光谱的自动弯曲校正的方法。     

空间外差光谱仪基频波长的定标

基于空间外差光谱仪的工作原理和干涉图的产生机制,提出了一种空间外差光谱仪的基频波长定标方法。沿干涉条纹法线方向求取像元相位,通过对法线方向的像元相位进行线性拟合求取相位直线的斜率,该相位斜率与干涉条纹法线方向的空间频率具有对应关系,在获取两种已知波长的激光干涉图的相位斜率后即可确定该空间外差光谱仪的基频波长。四组波长数据的测试结果显示,用该方法定标的基频波长具有很好的一致性,标准差为0.044 nm。定标结果仿真的光谱与实测光谱完全一致,证明了该方法的可行性。     

外力场对冷凝过程影响的分子动力学模拟研究

固壁表面发生的冷凝过程在工程应用中广泛存在,本文采用非平衡分子动力学模拟方法对高温蒸气在低温壁面上发生的冷凝过程进行了模拟研究.着重对该过程中的密度和局部温度等热力学参数分布进行了研究.同时,考察了两种气固温差条件下,壁面内、外法线方向上,不同强度的外力场对冷凝过程的影响,得到了结论:外力场是壁面内法线方向时促进冷凝进行,反之则阻碍冷凝进行,力场强度越大则影响效果越显著;当外力场一定时,气固温差越小,则外力场的相对影响程度越大.     

分级多尺度变换的水下偏振图像融合法

提出了一种分级多尺度融合的水下偏振图像处理方法.首先,利用非负矩阵分解对偏振参量图像进行融合增强,得到所含局部特征信息完整且冗余度低的偏振参量融合图像;在此基础上,基于二维经验模式分解分别将偏振参量融合图像与偏振强度图像进行多尺度变换,对得到的高低频子图像分别进行加权平均融合,融合权重是采用穷举搜索法计算得到;最后,将高低频融合结果反变换得到最终融合图像.实验仿真结果表明该融合方法在增强图像细节信息及提高水下偏振图像对比度方面具有显著效果.     

基于一致性测度的非线性扩散图像消噪算法

以各向异性扩散模型为基础,分析了现有扩散消噪算法在处理斑点噪声时性能不稳定和汁算复杂的不足,提出了一种新的扩散方向估计算法:利用四个方向带状区域灰度的方差值作为图像的局部方向测度,引入常规与对角积分图实现方差的快速计算,每个像素点的扩散量由邻域八像素与该点的差值以及相应的方向权系数决定,给出了相应的扩散函数及其计算方法.实验表明该方法适应能力强,在消除噪声同时很好地保护了纹理细节,而且迭代次数少,运算速度快.     

一种基于非下采样Contourlet变换多聚焦图像融合算法

针对现有小波类图像融合算法的不足,提出了一种基于非下采样Contourlet变换多聚焦图像融合算法,并在Contourlet域中引入了局部区域可见度以及局部方向能量的概念.针对低频子带系数和各带通方向子带系数分别提出了基于局部区域可见度以及基于局部方向能量的系数选择方案.通过对多聚焦图像融合的仿真实验,表明该算法相对于传统的基于离散小波变换和离散小波框架变换融合算法能够有效减少有用信息的丢失以及虚假信息的引入,同时能够从源图像中提取更多的有用信息并注入到融合图像中, 得到更好视觉效果和更优量化指标的融合图像.     

图像局部特征自适应的快速SIFT图像拼接方法

针对目前图像拼接中计算量较大、实时性较差的问题,本文提出了一种图像局部特征自适应的快速尺度不变特征变换(SIFT)拼接方法。首先,对待拼接图像分块,确定图像局部块的特征类型;接着自适应采用不同的简化方法提取各局部块的特征点。然后,通过特征匹配求出变换矩阵,并结合RANSAC算法去除伪匹配对。最后,通过图像融合得到最终的拼接图像。文中使用提出的方法对3组待拼接图像进行实验。从实验结果可以看出:与标准拼接方法相比,本文改进方法的计算速度提升了30%~45%。因此,这种方法能够在保证图像拼接质量的前提下,有效提高图像拼接的效率,克服图像拼接中计算复杂度高的问题,在实际图像拼接中具有一定的应用价值。     

基于局部直方图的目标分割方法

图像分割是图像精确跟踪中的重要组成部分 ,是后续进行图像识别的基础。在介绍传统阈值分割方法的基础上 ,提出了一种应用序列图像跟踪、利用跟踪区域的局部直方图来计算分割阈值的方法。该方法利用相邻两帧图像数据的相关性 ,根据跟踪区域的灰度信息自动调节每帧图像的分割阈值 ,使在跟踪区域内的目标得到了较好的分割效果。运用该算法 ,不仅取得了良好的分割效果 ,而且结果证明该算法具有较强的自适应性     

基于结构张量分析的弱小目标单帧检测

针对复杂场景图像由于背景边缘干扰和噪声导致弱小目标检测困难的问题,提出了一种基于结构张量分析的弱小目标单帧检测方法.利用结构张量对不同局部结构的表示特性,通过计算结构张量特征值矩阵和均值滤波得到点状和矩形状目标的结构张量响应图;采用高斯差分带通滤波器计算灰度差分图;通过归一化融合处理得到最终响应图;采用自适应阈值分割得到目标位置.采用该方法对天空、海面等多种场景的红外图像和可见光图像进行实验,并与典型方法对比,结果表明该方法能够有效地抑制背景干扰和噪声、快速且准确地检测目标.     

单轴晶体的光程差和Lyot型滤光器的视场

 建立了以光线入射方向和晶体光轴方向为基准的入射坐标系，利用波法线反曲面方程和电磁场在晶体折射界面处切向分量连续性的边界条件，得到了晶体中波法线方向、射线方向、波法线折射率和射线折射率的表达式。从非常光的射线方向和射线折射率出发，得到了在任意的晶体光轴方向和入射角条件下，光通过单轴晶体后寻常光、非常光的光程差表达式。对Lyot型滤光单元的透射率和视场进行了计算分析后发现，滤光单元的透射率随光线入射角的变化呈现一定的周期性，视场随光轴倾角的增大而减小。得出了透射率和视场随光轴倾角(光轴与晶体表面的夹角)和光线入射角(光线在晶体表面的入射角)的变化规律。讨论了通过改变晶体倾角实现滤光器调谐和补偿晶体厚度加工误差等技术问题。