基于人眼视觉的集成成像三维显示分辨率的比较

为了对不同集成成像系统三维显示应用中的视觉分辨效果进行表征, 提出了一种基于人眼视觉的集成成像三维显示分辨率的分析比较方法. 通过分析集成成像三维显示系统的分辨率与人眼在最佳显示观看距离下分辨本领的关系, 定义了相对分辨率参数, 分析了其与集成成像三维显示实际观看时视觉分辨效果的关系. 研究结果表明, 透镜阵列的大小对集成成像三维显示的视觉分辨效果有重要的影响. 针对两个系统实例的理论计算结果表明, 系统间的相对分辨率参数差异是传统分辨率差异的1.75倍, 实验结果与理论分析一致. 该研究方法对三维显示分辨率的评价有一定的指导意义.     

用于曲面集成成像的微透镜数值孔径优化

针对目前集成成像3D显示系统存在视场角范围小以及重构图像分辨率低的问题,设计一种适用于曲面集成成像3D显示且具有不同数值孔径的柔性微透镜阵列结构,并成功搭建基于曲面屏的集成成像3D显示系统。采用Trace Pro光学仿真软件建立曲面集成成像3D显示系统模型,研究微透镜的数值孔径对曲面集成成像3D显示系统重构性能的影响规律。结果表明：当微透镜尺寸和厚度一定时,数值孔径越大,重构图像的质量越好,且视场角越大;当柔性微透镜阵列的数值孔径为0.376时,重构图像具有较高的分辨率,当视场角达到60°时,重构图像依然清晰。为了验证仿真,制备具有不同数值孔径的柔性微透镜阵列并搭建曲面集成成像系统样机,得到的实验结果与仿真结果基本一致。     

基于LED扫描的全景三维显示系统研究

利用高速一维LED阵列和圆柱形视差光栅构建了一套360°可视的空间三维显示系统.为了提高它的显示效果,分析了这种系统的成像原理,推导了系统的分辨率、刷新率、显示空间等主要显示参数与系统结构参数之间的关系,并提出了一种提高分辨率的方法.根据分析结果制作了原理样机,同时设计了基于FPGA与并行处理技术的图像传输与分发系统....     

集成成像三维显示系统显示性能的研究进展

集成成像三维显示技术是利用透镜阵列获取和显示立体图像的一种三维显示技术。本文首先综述了集成成像三维显示系统的特点,考虑其系统性能主要受分辨率、景深和观看视场角的限制,对近年来集成成像三维显示系统在增大分辨率、景深和观看视场角方面的研究进展做了综合论述,比较分析了各种改进方法的优劣。最后,对我国集成成像三维显示技术的研究现状进行了总结,并简述了本研究小组在该领域取得的若干研究成果。     

基于多视差函数拟合的集成成像深度提取方法EI北大核心CSCD

集成成像系统采用微透镜阵列记录空间场景信息,只有一次成像过程,在获取场景深度时,不存在相机的参数设置和校准问题,简化了深度测量过程,具有很大优势。但是由于该系统采集的元素图像分辨率低,容易受记录噪声影响,元素图像之间匹配困难。基于集成成像系统能够计算重构出多幅视图的优势,充分利用多幅视图提供的冗余信息来改善立体匹配情况。采用颜色相似性的自适应窗口在参考视图与其他视图之间进行立体匹配,得到参考视图与其他视图之间的视差信息,利用视差与视图对之间的抽样距离满足正比函数关系的性质,对多个视差值进行函数拟合,减少了由于记录噪声等因素产生的误匹配,物体深度层次的分辨更加准确。     

基于多视差函数拟合的集成成像深度提取方法

集成成像系统采用微透镜阵列记录空间场景信息,只有一次成像过程,在获取场景深度时,不存在相机的参数设置和校准问题,简化了深度测量过程,具有很大优势。但是由于该系统采集的元素图像分辨率低,容易受记录噪声影响,元素图像之间匹配困难。基于集成成像系统能够计算重构出多幅视图的优势,充分利用多幅视图提供的冗余信息来改善立体匹配情况。采用颜色相似性的自适应窗口在参考视图与其他视图之间进行立体匹配,得到参考视图与其他视图之间的视差信息,利用视差与视图对之间的抽样距离满足正比函数关系的性质,对多个视差值进行函数拟合,减少了由于记录噪声等因素产生的误匹配,物体深度层次的分辨更加准确。     

8×8APD阵列激光三维成像接收机研制

为了实现对目标的无扫描阵列激光三维成像并研究系统参数对三维成像距离分辨率的影响,研制了8×8 pixel激光三维成像接收机。接收机采用线性模式APD阵列,设计了模拟信号放大、阈值处理将回波光信号转换为数字信号后,利用FPGA设计实现64通道高精度阵列计时系统,实现了对目标的无扫描实时三维成像功能。首先对设计完成的三维成像接收机组成及成像原理进行了介绍,对三维成像接收机中APD探测器阵列信号的模拟处理和数字处理流程和实现方式进行了说明。随后分别对三维成像的核心FPGA计时系统及探测器整体进行了电子学测试和实验测试。测试结果表明,FPGA计时子系统的时间分辨率优于140 ps,三维成像系统整体距离分辨率在0.2 m左右。最后对分辨率的误差进行了分析,结果表明,激光回波强度波动是影响此接收机距离分辨率的最主要因素。     

全光纤频域光学相干层析成像系统优化研究

针对频域光学相干层析(SD-OCT)系统特有硬件(线阵CCD及分光光栅)参数对成像质量造成的影响,展开了对基于光纤的频域OCT系统中硬件参量的模拟和优化工作,分析了分光计中CCD线列阵像素数及数字化深度、CCD安装偏差等因素对OCT成像质量的影响,并对光谱像素图定位进行了修正.研究表明:纵向分辨率不受CCD线列阵像素数的影响,CCD线列阵像素数的增多将线性地增大最大测量深度;CCD数字化深度小于6 bit将直接导致系统纵向分辨率的锐减;线阵CCD偏离聚焦透镜焦面将导致点扩展函数的强度减弱、系统分辨率降低;在较小角度内转动CCD,将使纵向分辨率得到提高;采用氖灯光谱进行像素图定位校正之后,可以相应地提高系统分辨率.部分模拟结论得到实验验证.采用此模拟优化结果,可根据OCT成像的具体要求对系统硬件参量进行优化选择.     

基于光场相机的全视差三维显示

针对光场相机采集的三维信息在显示时只能呈现非常窄的视差问题,对光场相机信息记录过程进行了分析,提出一种将光场数据转化为元素图像阵列(EIA),并对EIA中的物体进行重新采样以调整深度的全视差三维显示方法。为了验证该方法的有效性,使用光场相机采集真实三维物体,利用所提方法对光场图像进行处理后,将其在深度优先集成成像(DPII)系统中进行显示。实验结果表明,利用所提方法可以实现光场数据的全视差三维显示。     

基于图正则化的高分辨率光场显微成像研究

针对光场显微成像中空间分辨率较低的问题,提出了一种基于图正则化的方法,并进行了光场超分辨率重建,得到了光场的高分辨率视图。首先,通过非周期性提取的方法,获得了光场的视角图;然后,将光场的超分辨率问题,转化为一个全局优化问题,利用光场视图之间的互补信息,进行正则化平滑处理;最后,用最速下降迭代算法,对目标函数最小化求解,重构出高分辨率视图。实验中,采用显微物镜、微透镜阵列以及CCD相机,搭建光场显微镜采集数据,使用图正则化的方法进行光场高分辨率重建;相较于传统方法,所提方法视差估计计算量较小,成像质量较高,并有效保留了原始光场结构。     

基于改进维纳逆滤波的衍射成像光谱仪数据误差分析与重构

衍射成像光谱仪探测到的高光谱数据需要进行计算与反演才可以得到成像光谱数据,本文对衍射成像光谱仪的成像过程及数据误差产生的原理从空间维和光谱维两方面进行了分析,并针对其光谱重构过程中系统点扩散函数标准差较大时重构结果清晰度较低、存在振铃等问题,提出了基于改进维纳逆滤波的光谱数据重构算法,该方法在分析衍射成像光谱仪数据特点与误差的基础上,将每一次维纳逆滤波的重构结果视为新的模糊图像,利用成像过程及维纳逆滤波的基本原理确定新的模糊图像对应的点扩散函数,反复进行维纳逆滤波达到提高图像清晰度的效果,再根据图像自身的空间和光谱特征分布,进行自适应性的噪声去除.利用模拟的衍射成像光谱数据进行验证,在系统点扩散函数的标准差为2.5的情况下,能得到无振铃的重构结果,且与传统维纳逆滤波法的重构结果进行比较,清晰度、细节能力等指标均有所提高,满足了衍射成像光谱数据应用需求.     

基于毛细管分光的同步辐射X射线立体成像

建立了一种基于同步辐射X射线的立体成像系统用于上海光源成像线站(BL13W)。该系统使用两个弯曲毛细管将同步辐射光引出并分为交叉的两束光,实验样品置于两束X射线交叉的位置,在其后一定距离处用成像探测器记录样品的两个投影。根据视差方程和相应算法计算出样品各组分的深度信息,得到样品的伪三维图像。与X射线计算机断层扫描技术相比,该方法成像的时间分辨率大大提升甚至接近单次曝光的时间,可以进行实时成像,并降低了样品受辐射的剂量。选用老鼠肝脏毛细血管的投影图像进行数值模拟,得到了理想的模拟效果。选取螺旋形金属丝在搭建的实验平台上进行立体成像,得到了初步的实验结果。螺旋形金属丝的立体信息可以清楚辨认。     

基于自适应阈值的阵列激光三维点云配准

阵列激光三维成像作为一种新型的非合作目标三维图像获取技术,高效的回波信号处理和三维重构方法是提高其探测能力和成像精度的前提,其中配准过程是阵列激光三维成像点云数据处理中必不可少的步骤.本文根据阵列激光三维成像系统的成像特点,对迭代最近点(ICP)配准算法中阈值设定依据进行分析,结合阵列激光三维成像系统中的重要参数测距精度和成像横向分辨率,对配准迭代过程中对应点距离阈值和迭代停止阈值进行有针对的设置,提出了基于自适应阈值的ICP点云配准方法.对阵列激光成像点云和扫描激光深度成像数据的实验表明该算法有效可行,能够提高配准精度和配准速度,同时由于该算法充分考虑了成像系统本身,在实际应用中对系统的合理设计具有一定的指导意义.     

真实场景的三维视频采集及显示

提出了一种真实场景三维视频采集及彩色显示的方法.设计了一种采用条纹投影的实时三维成像系统及采用液晶空间光调制器的实时全息彩色三维显示系统.在三维成像系统中采用π相移正弦条纹与编码图案结合实现绝对相位测量,从而可以测量孤立物体.同时对采用数字微镜的投影仪进行改造,实现高速投影,并与高速摄像机配合实现三维视频采集.首先利用实时三维成像系统同时获取三维场景的彩色强度像和距离像;然后根据这些三维成像数据, 设计和制作计算菲涅耳全息图;最后在实时全息彩色三维显示系统中再现.三维信息的采集和显示速度达到了60帧每秒.     

一种基于全息功能屏的集成成像技术研究

集成成像技术是一种可以复现空间光场的显示技术,该技术具有结构简单、无需辅助设备、可以多人同时观察等特点,这项显示技术在科学研究、医学、教育等方面都有广阔的应用前景。但是传统的集成成像技术应用到相关领域时遇到了一些问题,诸如分辨率太低、可观察角度不足等,这是因为传统集成成像技术往往以妥协的方式平衡显示参数之间的关系,很难同时保证多个参数的表现。为了提高集成成像技术的显示性能,全息功能屏被加入了显示系统并且取得了预期的效果。本文探讨了这种加入了全息功能屏的集成显示系统的原理同时给出了其显示参数的数学形式,给出的公式可以帮助设计满足相应要求的集成显示系统,同时基于该理论开展的实验一并在文中给出。实验表明本文中设计组装的集成成像显示系统符合理论预期且具有较高的显示性能。该系统的分辨率达到了相同尺寸平面显示器790×444像素的效果,显示视角达到60°,这样的显示参数已经接近早期液晶显示系统,相信在将来该种显示技术可以得到广泛的应用。     

频谱编码内窥成像技术

频谱编码成像技术是一种利用光栅在横向位置编码的新型生物组织成像技术。该技术采用一个光栅和一个聚焦透镜在样品上产生光谱编码线,无需额外扫描便可得到一条线的图像,跟频域干涉技术相结合,再加上慢速的线扫描便可获得三维图像,在内窥成像上具有很大的实用价值。在分析频谱编码成像技术基本原理的基础上,推导了主要的性能参数。通过对分辨率测试靶进行成像,验证分析影响横向分辨率的因素。结果表明,编码线方向的分辨率与入射光斑直径成反比,与焦距成正比;垂直于编码线方向分辨率要弱于编码线方向的分辨率。最后对洋葱样品进行成像,验证了频谱编码成像技术的可行性。     

压缩感知在条纹相机成像中的应用

条纹空间分辨率从中心到边缘逐渐降低,为了改善条纹管像面的边缘空间分辨率,构造了一个基于压缩感知的条纹相机成像重构模型.压缩感知目标函数采用正交匹配法实现,并对重构参数进行了优化.原成像结果与重构结果对比表明:压缩感知重构图的对比度比原图提高了5%,极限分辨率比原图提高了2lp/mm,并且离轴远区的改善效果好于中心区的改善效果.压缩感知重构方法可以改善像面边缘的成像对比度从而提高条纹相机成像的静态空间分辨率.     

基于PCI总线的红外探测器图像数据采集系统设计与实现

红外成像探测系统在调测过程中,通常需要完成探测系统输出图像和辅助信息的采集、保存和分析;根据红外成像探测系统输出信息的特点,文章介绍了基于PCI总线技术的红外探测器图像数据采集系统的软硬件设计方法和实现方案,解决了多种分辨率红外图像的实时数据采集、显示和储存问题;系统通过接受320*256以及640*512分辨率的图像进行测试;经过测试表明:通过使用DMA方式,PCI总线读取速率达到了49.0 MByte/s,可以准确无误地对多种分辨率红外图像和辅助信息进行高速实时采集,满足测试系统的使用需求,为红外成像探测系统的调测提供了坚实的基础。     

单色散压缩编码光谱成像系统研究

随着光谱成像技术向高空间分辨率、高光谱分辨率、高信噪比方向发展, 传统的光谱成像系统面临着数据采集量过大的问题,同时,系统分辨率受探测器帧频与像元尺寸影响较大、大口径长焦距系统难于精密装调、系统能量受限引起信噪比提高困难。为了解决上述问题,研究了一种单色散压缩编码光谱成像系统, 并针对国内压缩编码光谱成像系统工程实现与试验验证不足的问题,重点研究了该新系统的设计与实现,模板平移下的系统数学模型及多帧重构算法,并给出实际样机试验及数据处理结果。最后,根据试验情况,总结提出该新技术后续发展需重点关注的研究内容,包括编码模板误差分析,多维稀疏重构模型与算法,压缩编码光谱成像系统标定技术,重构算法/重构图谱评价技术。单色散压缩编码光谱成像系统通过编码、色散、甚至下采样,由探测器接收得到成像观测图像,然后,利用该成像数据,通过重构算法,得到目标光谱图像数据,其优点是低数据量采样、工程实现硬件要求减低、多通道高通量探测。相关研究结果表明,该系统获取的数据有效,样机设计合理,重构算法与标定方法较为准确,其得到的字母HSI目标光谱图像的空间信息清晰,光谱信息较为准确,符合钨灯光谱,其系统设计与实现具有工程可行性。     

双目智能眼镜视差快速测试系统设计

为了快速测试双目智能眼镜的视差,提出了一种用大口径长焦距镜头CMOS作为检测设备的测试系统。将大口径长焦距镜头的CMOS相机与双目智能眼镜的光轴在同一水平面上且共线,通过一次拍摄得到双目智能眼镜的显示画面,借助十字刻度测试图作为图像源,快速计算出双目智能眼镜的视差。论述并推导了双目智能眼镜视差产生的数学模型及计算公式,分析了系统误差来源。实验结果表明,一次拍摄就可以得到表征双目视差的图像;相机图像采集精度误差为2.47″;测试图读数误差为3.7′;测试图读数测试法与实际测试结果的误差为3.85′,满足快速高效测试双目智能眼镜的要求。