基于闪烁体3D剂量测量系统中光场重聚焦位置的标定方法

放疗中基于闪烁体光场成像的3D剂量测量方法是,利用光场相机对射线在闪烁体沉积能量所产生的闪烁光进行拍照,给出每一个聚焦层的光分布后进行三维重建,进而得出剂量的三维分布。光场相机所获取图像的重聚焦位置影响闪烁光三维重建的准确性,作者提出利用棋盘格标定板进行重聚焦位置标定的方法。使用Lytro Illum光场相机拍摄置于已知位置的棋盘格标定板,经光场数据处理得到焦点堆栈序列,利用刃边法得到所有重聚焦像的高斯离焦参数σ,经比较后获得最小σ对应的重聚焦参数α,最终给出若干α和重聚焦位置的对应关系,最终完成重聚焦位置标定。与常用的刻度尺标定方法相比,高斯离焦参数减小2%～10%,有利于放疗3D剂量测量精度的提高。     

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.     

基于多视角合成孔径的太赫兹光场成像去遮挡算法研究

针对太赫兹光场成像中由前景遮挡物影响感兴趣信息采集的问题,提出基于多视角合成孔径的太赫兹光场成像去遮挡算法。在分析太赫兹光场成像数字重聚焦原理的基础上,首先使用太赫兹焦平面阵列相机来采集太赫兹光场的原始数据,然后通过确定最小泛化误差来定位数字重聚焦深度,最后应用经验模式分解(EMD)法对重构图像进行增强处理,得到目标物轮廓分明、抑制遮挡物干扰的太赫兹图像。实验结果表明,太赫兹光场技术与合成孔径技术的结合可有效降低遮挡物的影响,另外证实了EMD法具有改善太赫兹图像质量的能力。     

利用光场合成与弥散圆渲染的单幅图像重聚焦

提出一种单幅图像动态重聚焦方法,结合基于深度学习的光场合成与基于几何结构的弥散圆渲染方法,模拟出光场重聚焦效果。该方法仅输入单幅图像,首先进行深度估计,然后将深度图转换为视差,最后在不同深度确定弥散圆直径以进行像素重采样。设计两种神经网络结构,分别以光场相机的多视角子图和重聚焦图像为样本进行有监督的深度学习。在多个数据集和实际场景中的实验结果表明,本文方法在可接受的计算成本下能获得优于其他方法的视觉效果与评价指标,峰值信噪比达到了34.55,结构相似度达到了0.937。     

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.     

放疗3D剂量验证系统中光场相机点扩散函数获取

基于闪烁光场成像的放疗新型3D剂量测量中,需利用点扩散函数将每一个二维平面的真实闪烁光数据从重叠图像中提取出来.利用刀口法,结合光场数字重聚焦以及聚焦测距法,实验获取光场相机不同重聚焦位置处的点扩散函数,并给出棋盘格标定板在参数α=0.6时的重聚焦面聚焦在α=0.7位置处的高斯离焦点扩散函数表达式,研究光场相机点扩散函...     

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.     

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.     

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.     

基于相机阵列的红外光场成像

光场成像作为一种应用广泛的计算成像方法,其研究仍局限于电磁波谱中的可见光波段。因此,提出基于相机阵列的红外光场成像方法。首先利用单台被动红外相机移动到同一平面的不同位置分别对同一静态目标场景成像,获取原始红外图像序列,经平移视差校正后生成红外光场数据库;然后基于光场渲染理论,获得重采样图像。与只记录二维位置信息的传统红外成像比较,红外光场成像能够记录包含位置和方向的四维信息。实验结果表明,该法能够融合多幅低信噪比的图像获得一幅信噪比提高的重采样图像,通过孔径叠加平均可实现穿透遮挡物成像,通过选取不同深度值进行重采样可实现红外场景不同深度的数字重聚焦,使红外成像在军事和民用领域更有应用价值。     

基于微透镜阵列的合成孔径去遮挡算法研究

针对光场成像中对焦图像混叠离焦、具有模糊弥散斑的问题,提出了一种基于微透镜阵列的合成孔径去遮挡算法。搭建含微透镜阵列的微型光场单相机系统,进行原始图像数据采集;采用合成孔径技术对遮挡物进行数字聚焦,识别出遮挡物;选择灰度方差,对遮挡物和目标物体像素值范围进行划分,将识别出的遮挡物去除,并进行二次聚焦,提取出目标图像。实验表明:该算法同其他算法相比,无参考图像质量评价值平均提高18.83%,提升了图像质量;同时也呈现了场景的三维信息,具有较高的对比度和信噪比。     

聚焦堆栈中空间几何结构的深度估计

利用聚焦堆栈估计场景深度是计算成像领域中的重要技术手段。提出三维自适应加权全变分计算框架,用于解决场景中弱纹理区域和遮挡区域深度线索丢失导致深度估计不准确的问题。相比传统二维引导滤波方法,所提三维优化框架不仅考虑聚焦堆栈和聚焦测度中共同蕴藏的场景几何结构,避免在深度图中错误地引入场景物理信息,还充分考虑聚焦堆栈和聚焦测度沿图像序列方向的结构特点,实现更高程度的数据保真。模拟数据和实际数据实验结果表明,所提方法能够有效提升聚焦堆栈估计深度的精度。     

基于单次曝光光场成像的全焦图像重建技术

为了实现大景深信息全焦面高质量成像,提出了基于单次曝光光场成像的导向滤波全焦图像重建技术:结合光场成像采集视场信息,并采用光场重建的方式获取多聚焦图像源集,利用导向滤波的方法确定各级图像融合权重,进行图像融合得到大景深的全焦图像.实验证明,提出的基于单次曝光光场成像的导向滤波全焦图像重建技术不仅有效保证了多聚焦图像背景...     

基于MDLatLRR和KPCA的光场图像全聚焦融合

为了提升光场成像的空间分辨率,结合光场图像数字重聚焦与多聚焦图像融合,提出了一种基于多尺度潜在低秩分解和核主成分分析的光场图像全聚焦融合算法。首先,对光场图像进行数字重聚焦得到重聚焦图像,然后对各重聚焦图像进行多尺度分解提取出基础层和显著层,对基础层、显著层分别采用局部梯度差值加权算法和多尺度梯度域显著性提取算法计算相应的特征系数;其次,联立基础层和各显著层的特征系数矩阵,然后用核主成分分析进行降维融合得到融合特征系数矩阵,使得经融合特征系数生成的聚焦决策图能充分考虑基础层和显著层的特征信息;最后,用聚焦决策图引导重聚焦图像进行全聚焦融合。实验结果表明,该算法与传统方法相比在视觉效果和边缘信息丰富度上具有更优表现,所生成的光场全聚焦图像具有更高的分辨率和更好的视觉效果。     

用于等离子体三维重建的光场反卷积方法

目前常用的光学诊断大部分局限于二维成像,而基于层析成像的三维重建方法受限于空间和时间分辨率,无法实现等离子体边界的三维实时重建。提出一种基于光学分层理论的光场反卷积算法,利用光场重聚焦特性,结合聚焦测距法和刃边法,建立了光场深度与现实深度的关系,计算出点扩散函数,实现了单相机零调焦情况下的等离子体边界重建。为验证所提方法的可行性,以火焰为成像对象进行实验,其结果表明所提方法能够去除火焰分层图像中的离焦模糊,复原分层图像的原始结构。     

球差对圆偏涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦场的影响

利用理查德-沃耳夫矢量衍射积分,分析了初级球差对圆偏振涡旋贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响,获得不同球差系数下的光强分布.结果表明,当初级球差系数增加,会聚光点偏离系统焦平面,纵向光场发生改变;焦点光强逐渐减小,焦平面光场发生变化;光轴上光强峰值逐渐减小,峰值两侧的旁瓣变化趋势相反,光强由对称分布变成非对称分布;初级球差对贝塞耳-高斯光束聚焦光场的影响不依赖其偏振态;离焦无法完全补偿初级球差对聚焦光场的影响.     

基于衍射追迹的集成成像重构算法

衍射受限集成成像光线追迹算法所重构的深度平面是物体深度的重聚焦图像,重构图像像质模糊,不利于物体的三维重构。针对这些问题,提出了一种基于衍射追迹的深度平面重构算法,由菲涅耳衍射公式计算物空间点源传播至成像系统各平面的光场分布,最终求得每个采样点在传感器上的光强脉冲响应,通过反解与光强脉冲响应相关的线性方程组,实现物体深度平面的图像重构。仿真结果表明,采用该方法实现的重构图像是物体的深度平面切片,而且图像像质接近于原始图像,有利于物体的三维重建。     

二次相位采样问题的等效输入场算法

 分析了采样定理与二次相位采样问题的关系;基于菲涅耳衍射公式,推导了离焦位置光场的计算方法,避免聚焦计算中遇到的二次相位采样问题。提出了等效输入场算法思想,将聚焦过程中遇到的插入元件等效为对源场的调制,从而不需要计算插入位置的光场,解决在离焦位置有任意多个相位板的传输计算中的二次相位采样问题。将由等效输入场算法得到的输出光强与由基于菲涅耳积分公式的光场解析式计算得到的光强进行对比,在0~100 mm范围内的各离焦位置,两者相对误差小于10¹³,从而证实了等效输入场算法的正确性。     

场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术

针对红外焦平面对辐射强度较大的目标输出动态范围不足的问题,提出了一种场景自适应的红外焦平面成像动态范围调整技术。包括3个方面的内容:从图像中提取目标灰度特征,获取动态范围自适应依据;结合最小均方自适应滤波算法,对调整依据进行滤波预测后给出调节值;把灰度调节值转换成电平值,利用电平值设置红外焦平面偏置电压完成焦平面成像动态范围自适应。最后,对整体方案进行了实验验证。通过在红外焦平面成像系统中实验证明了基于场景成像动态范围自适应方法的可行性,并获得了很好的效果,成像质量有明显提高。     

光学显微镜自动聚焦取窗方法研究

针对全自动光学显微镜系统中,传统聚焦窗口选择方法易受图像内容分布、杂质、噪声等因素干扰的问题,提出一种根据内容像素变化量选择聚焦窗口的方法。该方法将灰度差像素数量与边缘像素数量加权作为内容像素数量,据此衡量失焦模糊状态下子块内容含量并划分聚焦窗口,减少杂质与噪声对取窗过程的影响;用降采样后图像各子块内容含量估计原图像内容分布信息,降低图像滤波、梯度计算过程的计算量;使用局部标准差与锐利边缘像素数量联合检测焦平面图像的失焦模糊区域,有效排除玻片杂质造成的焦平面误判。与传统的显微镜自动聚焦取窗方法相比,对内容丰富程度和分布状况不同的显微图像序列,该方法均能获取有效的聚焦窗口,像素梯度均值更高,所得的评价曲线局部极值极少,尖锐性好,因此该方法的成功率高,鲁棒性更强。