基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测方法

利用调焦方式可以实现焦距的连续变化从而对不同物距下的光学组件进行在线检测,但是调焦过程操作复杂且对调焦位移精度要求较高,景深内光学元件缺陷无法区分,难以实现真正意义上的在线检测。因此,本文提出了基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测方法。首先建立了相机阵列的成像模型并给出了数字重聚焦表达式以及空间分辨率的表达式。接着利用MATLAB模拟相机阵列成像过程和数字重聚焦过程。最后进行实验验证,通过二维位移台带动相机对不同物距下的多个光学元件表面缺陷进行成像获得阵列相机图像,通过数字重聚焦算法得到不同物距下的光学元件表面缺陷分布信息。实验结果表明,基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测技术能够同时对位于景深范围内的光学组件进行在线检测。该方法在光学元件缺陷在线检测方面有着一定的应用价值。     

不同插值算法的光场重聚焦分析

光场数据重聚焦包括空间域重聚焦和频域重聚焦两种方法,在重聚焦过程中均需要进行插值计算,重聚焦精度与插值精度密切相关,而插值算法的复杂度会影响计算效率。在实际大量图像处理中,在重聚焦效果满足精度要求的前提下选择计算效率最高的方法,其中,插值精度对频域影响远大于空间域。介绍了空间域重聚焦和频域重聚焦的原理,以及传统3种插值方法和sinc函数插值法,分别用不同的插值方法对这两种重聚焦方法进行实验,比较其重聚焦效果并计算其效率。实验结果表明,在实际应用中为了满足计算效率的需求,在满足精度要求情况下,空间域重聚焦采用线性插值法最佳,频域采用采样半径为2像素的sinc插值最佳。对同一幅影像多次重聚焦时,频域方法优于空间域方法。     

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.     

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.     

阵列相机光照度特性检测方法研究

针对阵列相机的定标检测需求,研制一套多光源阵列相机辐射定标装置,通过对积分球衰减效率的理论计算和系统光能量衰减曲线的实际测试,可得到系统的光学传递曲线,加上宽量程测量装置实现对系统的光强变化实时测量,并运用多种光源结合衰减片轮组,达到宽动态范围为1.728×10^-5～54Lux的测试光源连续输出,分别满足微光阵列相机、强光阵列相机和其他多种阵列相机的多参数检测需求。开展了阵列相机多参数检测实验和标定分析,实验结果表明：装置能长久实现光照度特性实时监测和对多种阵列相机进行相机品质检测,能为阵列相机的运行环境和使用范畴进行判定。     

基于微透镜阵列型光场相机的多目标快速测距方法

以LYTRO相机为例,提出一种基于微透镜阵列型(MLA)光场相机的多目标快速测距方法。该方法的研究过程分为三个部分:第一部分,通过对原始数据进行点扩展函数计算及色彩恢复,并对数据进行超分辨处理,获取重聚焦序列图像,完成对待测目标的预处理过程;第二部分,利用三角形定理,通过贴片的方法,提出一种直接测距法;第三部分,对现有的相对测距法进行超分辨处理,大幅提高算法精度,同时利用改进型的拉普拉斯算子验证算法的正确性。最后将这两种算法结合,即得到一种MLA光场相机的多目标快速测距算法。实验证明,对于少量待测物体,直接测距法精度高,速度快;对于数量较多的待测物体,将直接测距法与相对测距法相结合,不但能够保证精度,还可以提高时效性。该方法为光场相机深度获取、三维重建等方面的研究提供了重要的数据参考及较为精准的评价依据。     

基于相机阵列的新型牙科三维扫描仪

为解决传统牙科三维扫描仪扫描中的抖动问题,提出了一种基于相机阵列的新型牙科三维扫描仪。利用多个不同视场的相机可以直接单次照相获取目标的三维信息,避免了扫描过程中抖动带来的影响,提高系统实时性。由于牙齿尺寸较小,所以选择微透镜阵列代替大型相机阵列,在减小系统体积的同时可以更好地保证相机间光轴的平行度。实验结果显示,系统最终实现了单颗牙齿的视差和深度计算。系统结构简单,便于小型化和低成本口内牙齿三维测量设备的研制,进一步推进医学数据的数字化进程。     

微透镜阵列式光场成像模型及其标定方法

对空间复用的光场成像技术进行了建模,从光学器件对光场变换的角度阐释了光场复用的机制,建立了标准光场和像素光场的关系,并提出了基于多频相移的光场标定方法。在Lytro光场相机的标定实验中,确定了微透镜中心位置,像素与微透镜的所属关系,恢复了光场信息,并将光场信息应用于重聚焦和全聚焦。实验结果验证了光场模型的正确性和标定方法的可行性。     

聚焦型光场相机等效多相机模型及其运动恢复结构应用

聚焦型光场相机在运动恢复结构(SFM)和场景重建等领域中的作用日益显现.但是传统SFM算法因聚焦型光场相机具有特殊的结构而难以直接应用.针对这一问题,提出一种完整的聚焦型光场相机等效多目相机模型.在此基础上,利用传统多目相机的SFM算法,给出了适用于聚焦型光场相机的位姿估计算法示例和点云三角化算法示例.最后,通过仿真实...     

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。     

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。     

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。     

基于滤光片阵列分光的无人机载多光谱相机研制

介绍一款适用于轻小型无人机的多光谱相机。将多个独立的滤光片依次拼接成滤光片阵列在成像探测器前放置由多个滤光片依次排列而成的滤光片阵列,一次曝光得到地物目标分条带区域的分波段图像,通过飞行平台的前向运动获得每个条带区域的多光谱图像。利用平台的前向运动代替了旋转、扫描等机械运动,减轻了相机重量和体积,适用于轻小型无人机平台,由于采用较大的探测器件,能够获得更多的旁向像素数(约4300)和更宽的旁向幅宽。利用研制的多光谱相机,在中国科学院怀来遥感站进行了无人机飞行试验,获取了站区周边的6波段多光谱图像。数据处理结果表明该相机的数据质量能够满足植被指数计算等相关要求。     

基于纹理显著性的微光图像目标检测

微光图像对比度较低,目标显著性不明显,目标自动探测难度大.针对此问题,本文提出一种噪声鲁棒性较好的图像局部纹理粗糙度算法,并给出一种适用于微光图像显著分析的纹理显著性算法.首先,提出一种新的局部纹理粗糙度算法,该算法利用最佳尺寸计算局部纹理粗糙度,对纹理图像进行加噪实验,与基于局部分形维的粗糙度方法相比,本文局部纹理粗糙度算法表现出较好的噪声鲁棒性;其次,在提取图像粗糙度特征图的基础上,给出一种针对纹理的显著性度量算法;最后,将纹理显著性算法应用于微光图像目标检测,实验结果证明了该算法的有效性.     

相机阵列在空间目标初轨确定中的应用

将由商业相机组成的相机阵列应用于空间目标的初轨确定。介绍了相机阵列的系统概况,结合相机阵列的技术特点,从空间目标探测能力、定位精度、初轨确定算法改进三方面分析了将相机阵列应用于空间目标初轨确定的可行性,提供了主要流程,进行了实验验证。实验结果初步展示了相机阵列系统在提高极限探测星等和初轨确定精度方面的能力。     

曲面相机阵列多分辨成像方法

针对现有成像系统因数据冗余而无法兼顾大视场、高分辨、高效性的问题,结合人眼视网膜变分辨成像和并列式复眼成像原理,设计一种多分辨率成像的复合仿生成像系统.该成像系统按照球面和平面兼顾的曲面布局方式,利用11个相机镜头构建相机阵列,组成了四个等级分辨率的子眼拍摄模块.通过物距100 m的远景实验和物距10 m的近景实验发现,该系统在实现高分辨成像的同时,获得总视场达150.8°×37.8°.多分辨率成像实验结果表明,该系统获取的图像的分辨率从中心视场到边缘视场逐渐降低,并且相较于中心清晰全视场成像,四级分辨率成像的拼接图像数据量减少了17.2倍的数据冗余.     

基于光场成像的表面三维重构

传统的成像方式单次曝光只能获取物空间二维横向分辨率信息,无法获取纵向深度信息,导致单次拍摄过程中物空间的深度信息丢失, 无法对物空间的目标物进行三维重构。光场相机内部采用光场传感器,不同于传统成像系统单次采集只能获取二维信息而造成的信息缺失,光场传感器可获取物空间的多维光场信息,同时其还具有便携等优点。采用光场相机进行拍摄,利用数字重聚焦以及散焦测距和相关计算的方法,实现密集深度图像的获取,基于matlab软件平台,对所获取的图像深度数据矩阵进行处理,最终实现物空间的三维重构。得到物空间的相对深度的归一化结果。本实验中,在深度范围为100 mm~1 500 mm范围内,实现平均误差为5.47%深度信息的表面三维重构,最大重构误差为8.30%。     

光场相机中微透镜阵列与探测器配准误差分析

为了减少光场相机结构对光场图像数字对焦结果的影响,针对微透镜阵列为矩阵式排列的光场相机结构,定性分析了微透镜阵列与成像探测器之间的耦合距离误差、旋转角度误差和倾角误差这三个主要配准误差来源,分别提出了配准条件,并通过仿真实验加以验证。实验结果表明,当配准超出限制条件时,会导致对焦重构图像出现模糊、混叠等失真,缩小精确对焦的深度范围。     

光场相机精确色彩矢量约束下的超分辨率算法

以LYTRO相机为例,提出一种精确色彩矢量约束下的光场图像超分辨率算法。根据相机内部微透镜阵列按六边形分布的特点,结合点扩散函数,及相机探测器阵列上滤光片的排列方式,计算了每个单一像素点的RGB色彩分量值,精确恢复出每一个像素的颜色信息;利用金字塔算法对色彩恢复的时效性进行了优化。提出一种基于相机子孔径图像序列颜色矢量约束下的超分辨率算法,以提高图像质量。所提的色彩恢复方法可以用于多款光场相机,同时以色彩矢量作为约束条件,彩色超分辨率图像恢复的效果理想。