三维点云物体频谱获取方法

为了简化三维物体计算全息数据和加快计算时间,提出了一种三维点云物体频谱获取方法.在分析频谱获取方法模型的基础上,由不同视角的投影图像(视图)与对应的平面波因子相乘积分的方法得到了三维点云物体频谱;介绍了视图获取算法,使用Matlab并行计算得到了一个三维‘鸟’的视图序列;根据实际物体频谱分布情况,采用高阶高斯概率分布减少视图获取数量;通过视图序列得到三维物体的频谱,采用傅里叶逆变换得到物空间内一个平面的复振幅分布,将其衍射一段距离,编码为菲涅尔全息,并进行了模拟再现和实验验证.模拟再现和实验结果表明:只需要原总视图的17.75%可以获得高质量的再现效果,验证了频谱获取方法的可行性及视图获取简化模型的正确性.所获取的三维物体频谱可以通过一定方式编码成多种全息进行三维显示,拓宽了该频谱获取方法的应用范围.     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

基于三维傅里叶频谱的计算全息图

提出了一种新的三维物体计算全息图的合成方法.在三维傅里叶旋转抛物面获取频谱理论的基础上,利用圆形扫描获得少量投影,采用多个半圆提取方式获取三维物体的频谱信息并采用共轭对称延拓计算全息编码得到计算全息图.传统方法中,在每幅投影上仅提取一个圆形的频谱信息.在同等投影数量的情况下,通过半圆方式在每幅投影上提取多于一个圆形信息的方法获得频谱信息,提高了每幅投影的信息利用率和全息图再现图像的质量.数字再现的实验证明了该方法的有效性及优越性.     

电子全息法三维物场逐层分析

本文叙述了一种三维物场的定量再现、分析方法,其中采用了电子全息法,它包括:1)三维物场全息图的数字记录,2)全息图面上复振幅分布的数字再现,3)三维物场的逐层再现。由此可以获得整个三维物场的信息,这一方法以CCD摄象机作为记录介质,然后把由CCD采集的数字全息图输入计算机,利用频谱滤波法经过傅里叶变换、频谱分离、反傅里叶变换再现出全息图面上的复振幅。在此基础上借助频域衍射公式可再现出任何一层(平行于全息图面)上的图象。这样,我们用这一数字再现和逐层分析的方法便可研究三维物场的一些特性,如物体在其中的位置等。整个再现过程是由计算机软件实现,其中采用了二维快速傅里叶变换算法,再现过程可在几分钟内完成。本文同时还给出了这一数字再现方法的空间分辨率,并且通过计算机模拟展示了一个理想三维物场的再现过程及再现结果。最后指出了这一方法存在的问题及未来的应用前景。     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱|而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面（光滑的缝纫针）的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

基于滤波成像的大视角数字全息技术

为提高数字全息再现像视角,提出一种基于滤波成像的数字全息技术来实现大视角的三维物体面型测量.利用离轴像面数字全息技术,通过在4F相干图像处理系统的空间频谱面处放置可移动的低通滤波器,使满足CCD分辨率的物光波与参考光波干涉形成全息图,并控制低通滤波及成像区域分别记录不同谱段的子全息图.再现时,首先对子全息图进行数字傅里叶变换,重构对应频谱段,并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱;而后通过数字再现获得大视角的数字全息再现像.利用该方法测量了圆柱形表面(光滑的缝纫针)的三维形貌,并取得了较好的实验结果.     

一种三维物体相息图的迭代计算方法

在传统迭代傅里叶变换算法的基础上,提出了一种计算三维物体相息图的新方法.基于层析法将三维物体的多个分层物面作为衍射再现图像,在一个输入面(相息图)和多个输出面(再现像)之间进行迭代.通过在傅里叶迭代运算中引入距离相位因子,表示物体不同物面的深度,体现了物体的三维特征.实验结果证明了本文算法良好的收敛特性和再现性能.最后,分析了物面数量和间距对全息再现质量的影响,利用液晶空间光调制器采用时分复用的方法还原了三维物体的多个物面.     

一种改进型视角投影图像彩色计算全息术的三维重构算法

本文提出了一种利用三维景物的二维视角投影图像合成计算全息图,并重构出彩色再现三维影像的方法.该方法基于利用视角投影图像获取景物的三维傅里叶频谱的理论,采用电荷耦合器件记录三维景物在白光照明条件下横、纵两正交方向的一系列视角投影图像,并利用这些视角投影图像合成计算全息图,从而重构出三维再现像.通过采用在频谱面上的容余采样方法,提高了图像频谱信息的利用率,通过实验论证,证明了该方法的可行性.利用该方法使得视角投影图像的记录过程更加简单,节省了采样时间,提高了程序运行速度|能够在利用同等数量的视角投影图像的条件下,提高合成全息图的质量,使得重构的彩色再现三维影像更加清晰.     

一种新的正交扫描多视投影计算全息图生成方法

提出一种新的正交扫描多视投影计算全息图生成方法。该方法基于推导出的物体三维傅里叶频谱抽样统一模型及其误差分析,设置角度参数,从正交扫描投影图中模拟获得特定角度圆形扫描下的投影图频谱采样圆,并按"θ角(扫描视角)小者优先"准则确定重叠位置的频谱采样信息,从而提高正交投影图频谱利用效率;从理想采样点与其取整点在频谱信息一致性、空间邻近程度的相互关系出发,设置理想采样点所在频域格网点权重值,并以之为基础自适应选取频谱信息一致性较高的格网点作为实际采样点,从而在投影图频谱充分采样和背景噪声引入之间取得平衡,以获得最优的物体三维傅里叶频谱。针对虚拟三维模型的正交扫描多视投影计算全息实验结果表明,所提方法可明显改善所生成的全息图再现像视觉质量,其再现像信噪比不仅在相同投影图数量下显著优于传统正交、圆形扫描方法,并且在冗余采样条件下,投影图数量减少为原来的1/2时,所提方法所生成的全息图再现像信噪比也优于传统正交、圆形扫描方法,因此所提方法具有较高的应用价值。     

一种改进型视角投影图像彩色计算全息术的三维重构算法

本文提出了一种利用三维景物的二维视角投影图像合成计算全息图,并重构出彩色再现三维影像的方法.该方法基于利用视角投影图像获取景物的三维傅里叶频谱的理论,采用电荷耦合器件记录三维景物在白光照明条件下横、纵两正交方向的一系列视角投影图像,并利用这些视角投影图像合成计算全息图,从而重构出三维再现像,通过采用在频谱面上的容余采样...     

基于主分量分析法的小波域三维目标序列图像隐藏技术

针对在一幅载体图像中隐藏三维目标序列图像的问题,本文利用主分量分析法获取三维目标的本征图像,将本征图像的小波域系数嵌入到载体图像的小波域系数中,利用分解系数和提取得到的本征图像重构出三维目标的系列图像.本文所提出的方法不是直接存储目标图像,而是存储能够反映三维目标特征的一组本征图像.研究结果表明,该方法有效地将三维目标的特征隐藏在了载体图像中,隐藏信息量大. 关键词： 信息隐藏 三维目标 主分量分析 小波变换     

Resolution-enhanced 3D image correlator using computationally reconstructed integral images

In this paper, a novel resolution-enhanced three-dimensional (3D) image correlator using the computationally reconstructed integral images is proposed in order to extract target object’s 3D location data in a scene. Elemental images of the reference and target objects are picked up by lenslet arrays and using these elemental images, reference and target plane images are reconstructed on the output plane by means of a modified computational integral imaging reconstruction technique. Then, through cross-correlations between the reconstructed reference and the target plane images, 3D location data of the target object can be extracted from the correlation outputs. With the purpose of showing the feasibility of the proposed method, some computational and optical experiments on the target objects in space are carried out and the results are presented.     

基于最大和最小光强图像的偏振去雾方法

相对于传统光学探测技术,偏振探测在目标探测、识别方面有着独特的优势。针对雾、霾等天气下图像退化的问题,提出一种利用偏振信息的图像去雾方法,通过获取3个角度下目标的偏振图像,求解出场景目标的斯托克斯矢量,从斯托克斯矢量与穆勒矩阵的关系出发,分析偏振图像光强随着偏振角度的变化规律,获取最大和最小光强下的正交偏振图像,利用偏振滤波和亮通道先验方法分别估算大气光偏振度和其无穷远处大气光强值,最终重构出无雾图像。实验结果表明,在雾霾天气下,利用获取的正交偏振图像能够重构出清晰的图像,且重构图像的平均梯度和边缘强度均提升了约3倍,灰度标准差提升了约88%。     

一种基于编码孔径成像原理的三维成像方法

三维成像技术因其应用广泛而备受关注。根据编码孔径成像的基本原理,提出了一种非相干可见光三维成像方法。这种两步成像方法的第一步采用空间位置编码的照相机阵列对物体拍照,在第二步中,首先将照相机阵列拍照得到的物体照片根据拍照时的位置关系合成为一幅图像,然后采用计算机程序模拟光学反投影解码方法解码再现出物体不同深度的表面分层图像。设计了初步的实验,该实验采用1部照相机依次在各编码位置对物体模型拍照,编码形式是包含9个点的无冗余阵列形式,物体模型只包含2个深度层次,布置在距离照相机阵列1.5m的地方。实验得到了信噪比较高的物体模型的分层解码图像,验证了这种三维成像方法的可行性。     

彩色全息图的计算机产生和数字再现

提出了一种基于色彩合成以及菲涅尔衍射原理,用计算机产生全息图并用数字方法再现彩色全息图的方法。该方法的第一步是将物体的彩色RGB图像分离为三基色强度图,再利用博奇编码的方法制成修正离轴参考光分色计算机全息图;第二步是分别对分色全息图在频域进行调制以实现用原参考光真实再现原始物光波。通过滤波消除零级衍射及共轭像的影响,获得了所需要的实像并提高了像质。提供的实验是选用一幅RGB图像作为原始物体,给出了用博奇编码法制成的全息图以及最后经色彩合成获得的再现像。结果表明,该方法能使各分色全息图的再现像准确重合,解决了在色彩合成时容易出现的色串扰问题。     

Off-axis phase-only holograms of 3D objects using accelerated point-based Fresnel diffraction algorithm

A method for calculating off-axis phase-only holograms of three-dimensional (3D) object using accelerated point-based Fresnel diffraction algorithm (PB-FDA) is proposed. The complex amplitude of the object points on the z-axis in hologram plane is calculated using Fresnel diffraction formula, called principal complex amplitudes (PCAs). The complex amplitudes of those off-axis object points of the same depth can be obtained by 2D shifting of PCAs. In order to improve the calculating speed of the PB-FDA, the convolution operation based on fast Fourier transform (FFT) is used to calculate the holograms rather than using the point-by-point spatial 2D shifting of the PCAs. The shortest recording distance of the PB-FDA is analyzed in order to remove the influence of multiple-order images in reconstructed images. The optimal recording distance of the PB-FDA is also analyzed to improve the quality of reconstructed images. Numerical reconstructions and optical reconstructions with a phase-only spatial light modulator (SLM) show that holographic 3D display is feasible with the proposed algorithm. The proposed PB-FDA can also avoid the influence of the zero-order image introduced by SLM in optical reconstructed images.     

利用匹配区域的纹理特征改善重构三维图像的视觉质量

研究了计算机重构三维图像时分辨率低的问题,提出一种改善3D计算机全景重构图像的视觉质量的方法,该方法利用3D空间的物体部分在每个元素图像中形成的匹配区域的纹理特征,从两个相邻的元素图像中的匹配区域提取出多个像素,经过加权计算重构出相应的图像区域.该方法与传统的计算机重构方法相比,提高了图像分辨率,同时也消除了从每个元素图像中提取多个像素直接重构图像时存在的"像素块"效应,改善了重构图像的视觉质量.     

Stereophotogrammetric 3D shape measurement by holographic methods using structured speckle illumination combined with interferometry

We present a unique combination of the numerical three-dimensional (3D) reconstruction of the shape of an object with interferometric deformation measurements. Two cameras record several holograms of an object that is illuminated by structured illumination. This illumination is realized by speckle patterns. To improve the image quality, an inplace speckle reduction technique is combined with the structured illumination to reduce the effect of disturbing subjective speckles which appear in the reconstructed images. Stereophotogrammetric methods are applied to extract the 3D surface information of the object out of the reconstructed images. Since the recording is done by holography and because stereophotogrammetry enables a pointwise correlation between the two views, it is possible to combine other holographic techniques with the reconstructed 3D shape. This is demonstrated by an interferometric deformation measurement of an object cooling down. The resulting interferometric fringes are mapped onto the reconstructed 3D surface. Hence, the proposed method enables automatic and dense matching of interferometric fringe-maps recorded by spatially separated holograms onto the surface of the object, which has not yet been realized by existing techniques.     

Three-dimensional recognition of occluded objects by using computational integral imaging

We have proposed a method to recognize partially occluded three-dimensional (3D) objects by using 3D volumetric reconstruction integral imaging (II). An II system captures multiple perspectives of occluded objects by using a microlens array. The reconstruction of the occluded 3D scene and target recognition are done digitally to reduce the effects of the occlusion. To verify system performance, we have implemented an optimum filter for object recognition. Both two-dimensional (2D) images and 3D II volumetric reconstructed images are considered. The correlation results of occluded 3D images for volumetric reconstruction show substantial improvements compared with those for conventional 2D imaging of occluded images.     

Depth-controlled reconstruction of 3D integral image using synthesized intermediate sub-images

In this paper, we propose a method that controls the depth of the three-dimensional (3D) object existing over the depth-of-focus in integral imaging. The depth control method is performed only in a computer by synthesizing the intermediate sub-images between original sub-images obtained by transforming the captured elemental images. In the reconstruction process, we can obtain reconstructed 3D images with the better image quality within depth-of-focus than that reconstructed over the depth-of-focus. To demonstrate the feasibility of our method, optical and computational experiments are carried out and its results are presented.