水下目标物偏振成像特性研究

偏振图像比传统强度图像包含更丰富的物体表面反射及散射信息。用萨尔萨(SALSA)相机在自然光照下获取水下偏振图像,研究不同材质物体、放置深度、牛奶浓度及波段因素对水下目标物偏振成像的影响。结果表明:蓝色波段偏振成像能够较好地获取水下物体的边界轮廓等信息;不同材质的目标物在水下呈现不同的偏振特性,紫铜偏振度最高达0.69;在1.40mg/L牛奶浑浊度的水下,偏振图像仍能通过比较目标物的偏振度(degree of polarization,DOP)信息来检测出水下目标物,瓷片的DOP仅降低0.31;此外,在水下约40cm深度下,偏振成像获取的图像比强度图像轮廓更为清晰,如铁的偏振对比度比强度对比度高5.26%。     

可编程成像系统中莫尔条纹处理方法研究

使用对傅里叶变换频谱进行空间滤波的方法,根据“切口”滤波器在频谱突变位置出现振铃现象的缺点,设计了基于“切口”滤波器的多点高斯滤波器.实验表明:使用该方法可以有效降低莫尔条纹对系统采集到图像质量的影响,得到的重构图像清晰,基本无振铃现象,可以满足系统需要.使用该方法运算量小、处理简单,能够由嵌入式系统完成.     

一种激光扫描水下成像系统的衰减长度值研究

简述了水下目标激光成像方法和优点。并描述了一种水下连续蓝绿激光点扫描，微光增强ＣＣＤ面成像实验系统。分析了该系统的物理模型和计算公式。验证：处于对比度极限模式工作时。在水质及目标确定条件下，该值也许可成为判断系统优劣的依据。     

距离选通激光水下成像系统的门控信号对图像质量的影响

研究了水体的前后向散射光和目标反射光的传输特性,运用脉冲激光器和增益型CCD(ICCD)搭建了距离选通激光水下成像实验系统,建立了计算距离选通激光水下成像系统光信号的数学模型,分析了图像对比度传递系数与门控信号的关系.编制计算机程序,根据所搭建实验系统参数计算并绘制了距离选通激光水下成像系统门控信号与图像对比度传递系数的关系曲线,提出了距离选通激光水下成像系统最佳门控策略.数值计算和实验结果表明:在ICCD未饱和的情况下.精确开门得到的图像质量最高,不论是滞后开门或是提前开门都会使图像分辨率有所下降,但滞后开门比提前开门较为有利,并且选通门开启的持续时间则应取激光脉宽的1～3倍.     

条纹法提高成像分辨率的实验研究

 对利用条纹场照射目标以提高成像分辨率的方法进行了实验研究。条纹法提高成像分辨率的基本思想是,采用余弦条纹场照射目标,光学系统截止频率外的一部分高频分量将通过光学系统,通过对用多幅同频条纹场照射目标所获得的图像序列进行综合处理,可以获得超分辨率的图像。实验采用激光形成的干涉条纹场照射目标,共采用10幅余弦条纹场,各幅条纹场之间依次有1/10个周期的平移,对这10幅条纹场照射目标时所拍摄的图像进行综合处理,获得了分辨率提高的图像。实验结果证明了利用干涉条纹场照射目标获得超分辨率像这一方法的可行性。     

光电成像检测系统像面照度均匀性分析

非均匀发光光源、大视场角等因素会造成光学成像检测系统像面照度分布不均匀,进而导致检测效率下降。研究非均匀发光光源和大视场角对像面照度均匀性的影响程度,首先建立光源间距与受光面接收照度间的关系模型,仿真分析不同LED间距对像面照度均匀性的影响,然后建立光学耦合系统的物面张角和像面照度间的关系模型,仿真分析物面张角对像面照度均匀性的影响。实验结果表明:在非均匀发光光源和大视场角的作用下,检测系统会造成像面照度严重不均匀现象。研究结果为后续像面照度校正算法设计提供了理论依据。     

基于水下反恐的微光成像系统

介绍了一种水下反恐微光成像系统,并对其中的关键技术作了论述。根据海水的光学特性及微光成像环境,设计了具有针对性的水下专用镜头,彻底校正像差并消除了水介质的影响。采用大型力学分析软件ANSYS对系统水密舱进行了有限元分析,使系统的结构设计简单可靠。系统成功通过2006年青岛帆船赛的预演测试。试验证明：在300m的水压下系统稳定可靠,成像质量较高,能对危险物进行及时预警,达到水下反恐的目的。     

水的光学特性及其对水下成像的影响

首先对水的光学特性进行介绍,然后根据理论模型分析水的光不特性对水下成像的影响,最后从水下光照度的角度对水下光学成像的质量和影响因素进行分析。     

基于成像自适应光学的水下成像系统研究

水中湍流是影响水下光学系统性能的重要的潜在因素。用波前检测的方法对水中湍流对激光束传输的影响进行实验研究,测量了实验条件下水中湍流产生的波前畸变的大小,对波前畸变进行了Zernike分析,还对波前补偿自适应系统在水下成像的应用进行了探索。结果表明:水中湍流引起的激光束波前的起伏降低了图像的分辨率,自适应光学系统在其校正范围内能有效地校正畸变,提高图像质量。     

光电成像系统动态图像分辨特性测试方法的研究

研究分析了光电成像系统观察运动目标时对图像探测特性的影响因素和数学模型 ;讨论了测试方法并建立了测试装置 ;对微光电视系统进行了动态图像分辨特性的测试并给出了测试结果和测试曲线     

激光水下扫描成像系统的图像修正机理

同步扫描系统可以克服后向散射，但同时也产生了两种非线性，一是扫描线速度的非线性，一是由于距离对光能衰减造成的非线性，两种非线性都需要修正，本文从原理上讨论水下激光成像时能量衰减的修正原理与修正方法，并给出仿真结果。     

水下运动目标激光扫描测距方法研究

相对于传统水下光电成像,水下激光扫描成像系统可以获得更远的作用距离和更好的图像质量.基于激光同步扫描技术,提出了水下运动目标的测距方法,并对测距误差进行了定量分析,为水下目标测距提供了一个新的途径.其中单探测头水下激光扫描测距方法能对合作目标进行测距,在近距离时具有较高的测距精度,双探测头水下激光扫描测距方法能对非合作...     

凝视型水下激光成像后向散射光理论模型研究

建立了后向散射光在二维光敏面上能量分布的理论模型,结合典型水下激光成像系统,提出用像面表观衬比度来评价系统极限探测距离的方法,并推导了计算公式;通过选取水下激光成像系统的典型参量进行模拟计算,进一步讨论了系统主要组成部分的相对位置对像面表观衬比度分布的影响;得到像面表观衬比度与目标距离的关系曲线以及系统极限探测距离随海水衰减系数的变化曲线,从而估算出不同水质条件下系统的极限探测距离。模拟仿真数据与实际实验结果基本一致。     

连续太赫兹激光透射扫描成像实验研究

太赫兹成像可用于安检、反恐和工业生产等领域,已成为研究热点。由于连续太赫兹激光源体积较小、操作简单,因此,近几年对连续太赫兹激光成像的研究越来越多。基于C02激光泵浦甲醇气体生成的118．83μm激光,采用室温单元探测器、二维位移平台、聚乙烯透镜、光阑和计算机等器件组成的扫描透射成像系统对物体进行了成像实验,比较分析了扫描步长分别为1mm和0．5mm的成像结果。实验结果表明,由于增加光阑,实际成像功率下降,但此套成像系统在激光输出功率约为20mW时,仍成像清晰,且步长为0．5mm的成像效果更好。     

High-Contrast Imaging of Nano-Channels Using Reflection Near-Field Scanning Optical Microscope Enhanced by Optical Interference

We demonstrated a contrast enhancement in a near-field scanning optical microscope (NSOM) by optical interference with an aperture probe in reflection (illumination-collection) mode operation. We observed a NiO film deposited on a sapphire substrate and clearly visualized 2-nm-deep nano-channel structures on the surface of the film. The reflection NSOM enhanced by optical interference is quite a promising instrument for high-resolution optical detection and estimation of low-contrast nanostructures.     

Characteristics of Multi-Beam Module Using Waveguides for Laser Scanning Optical Systems

A multi-beam module using optical waveguides has been studied for a laser scanning optical system. Laser diodes with a wavelength of 780 nm are assembled on a silicon substrate. The beams emitted from the laser diodes are directly coupled into waveguides. This multi-beam module is assembled on a metal substrate with a photodiode. The photodiode controls the power of each laser diode on the silicon substrate. The multi-beam module is able to increase the output speed of high-density image printings, and the speed for high-speed color printings. We have developed the four-beam module with beam divergence angles of 11 degrees and spatial beam interval of 24 μm. Additional heat sink and optimizing tip-bonding between the laser diode and solder pad on the silicon substrate is useful to stabilize laser power against rising temperature.     

Surface Shape Measurement by Wavelength Scanning Interferometry Using an Electronically Tuned Ti:sapphire Laser

We developed a high speed and high resolution surface shape measurement system based on wavelength scanning interferometry with an electronically tuned Ti:sapphire laser. This laser emits pulses and the wavelength of each pulse can be tuned arbitrarily within 680 nm and 1056 nm. We also designed a high speed multiport CCD camera as a detector. This camera is synchronized with wavelength scanning of the laser at the frequency of 250 Hz. We could measure the object shape with a height resolution of 3.05 μm at the tuning range from 740.0 nm to 842.3 nm. By simple parabolic curve fitting to the Fourier peak of interference signals from each CCD pixel, the height resolution has been improved to the order of submicrometers.     

小型化望远式激光共焦扫描显微内窥镜

研制了一种激光共焦扫描显微内窥镜,采用望远式显微内窥光学系统,同时实现长距离的图像中继传输、远心f-theta光学扫描和显微内窥成像功能.二维共焦扫描由双振镜实现,低噪音扫描控制信号由嵌入式系统产生.为实现便携式应用,激光共焦扫描显微内窥镜采用小型化设计方案.首先,体内的显微内窥成像光学系统,外径尺寸为8 mm,工作长度为250.3 mm,可通过标准腹腔镜手术孔进行体内显微内窥成像;其次,采用3 mm通光孔径的小尺寸平面反射镜实现体外共焦扫描,摆动频率为100 Hz,实现快速共焦扫描;最后,激光控制和荧光探测仅通过电缆和光纤与共焦扫描显微内窥镜前端连接,减小了显微内窥镜的前端尺寸和重量.通过实验验证,本系统的成像视场为φ 600 μm,光学分辨率为2.2 μm,可采用手持式或者其他方式工作,进行体内组织的共焦扫描成像,实现微创、在体的荧光显微内窥术.     

"投票"概率变换在纹理背景中实现水下目标检测的研究

针对水下激光目标成像时图像对比度低、噪声高等问题。采用并改进了“投票”概率变换,导入边缘方向信息和边缘连续性信息,提出两种抗噪声的“投票”概率变换算法。通过实验检测水下模拟水雷目标,证明这一方法比传统算法有更好的效果。