基于单相机-双棱镜的小型三维指纹获取系统

提出了一种小型非接触式三维指纹获取系统.该系统采用单个CCD相机作为图像传感器,利用相机镜头结合双棱镜的成像装置在单帧CCD图像上获得立体图像对,再基于立体视觉原理重建三维指纹.整个系统封装后尺寸为12 mm×12 mm×10 mm.基于该系统进行了指纹获取实验,测量的均方根误差为0.022 mm.该系统操作简单且结构紧凑,为三维指纹的获取提供了一种小型化方案.     

基于十字靶标的双目立体测量系统标定

提出了一种基于十字靶标的双目立体测量系统标定方法。采用多视图几何约束和光束平差优化精确获得两相机内参数,同时得到在两相机各自坐标系下重建出的靶点三维坐标点集;由两组三维点集之间的刚体变换直接求得系统外参数。该方法只需双相机同时对十字靶标拍摄一次,再由两相机单独拍摄若干幅靶标图像即可,现场操作简单灵活。在标定结果的基础上,对长度为611.800mm的标尺进行多次测量,平均值为611.776mm,标准差为0.030mm。     

多光谱大面阵彩色CCD数字航测相机设计

针对大比例尺数字航空测量系统的特点,利用系统高度集成技术,研制了一套大像幅,高分辨率、多光谱的数字航空测量系统.该系统的核心是四台面阵CCD相机,其中一台是9k×9k的大面阵CCD相机,获取全色图像;另三台是2k×2k面阵CCD相机分别获取红(Red,R),绿(Green,G),蓝(Blue,B)三个可见光的图像,通过数据融合实现彩色图像的获取.详细阐述了高分辨、多光谱相机的关键技术及其实现方法.该系统在Y-5遥感飞机上进行了搭载飞行实验,对获取的图像进行处理和分析,获得满意的图像,满足了大比例尺数字航空测量要求.     

一种新型面阵CCD航天立体摄影测量光学系统

采用一台大面阵CCD和广角摄影物镜的组合，研制成功一种新型的单面阵CCD航天立体摄影测量系统.该系统焦距为23.3 mm;视场角为40°;在空间分辨率为36 lp/mm时，MTF均值达到0.8以上;光谱适应范围为0.5 μm~0.75 μm.和国内外常用的三线阵CCD遥感立体测量相机相比，本系统结构更简单、体积更小，重量更轻，更加适用于航天遥感应用环境.     

基于大面阵CCD的复消色差航空相机物镜设计

为了满足航空相机物镜结构简单及高分辨率的要求,提出了一种基于波差法校正长焦距、宽波段的大面阵CCD航空相机物镜二级光谱的方法.介绍了二级光谱的基本原理,给出了波差法设计复消色差物镜的方程组.采用普通光学材料设计了复消色差航空相机物镜,系统焦距为400 mm,相对孔径为F/4,工作波段为420～850 nm.给出了光学系统图、纵向像差图及调制传递函数图.设计结果表明,采用该方法设计的航空相机物镜在60 lp/mm处各视场传递函数均在0.75以上,满足接收器件有效尺寸为36 mm×48 mm的大面阵CCD成像要求.     

超高速高性能门控型三分幅相机

针对~108帧/秒或更高速度上的超高速分幅摄影,采用一种成像质量较好的基于会聚光中分光的全口径分光原理,利用具有高速快门控制功能的像增强器、冷却型科学CCD相机、基于大规模可编程集成电路的高速控制器等部件,研制成功了一种高性能的超高速三分幅相机.该分幅相机具有三幅图像的超快拍摄能力,快门速度最高可达3ns,摄影速度则达到3.3×108帧/秒,并且在较大范围内具有单独调节的能力;图像幅间间隔同时具有任意调节的能力,从0ns到秒级;有效像面面积达到Φ25mm,图像阵列为1 024×1 024;空间分辨率达到30lp/mm,同时具有较好的线性度和空间响应的均匀性,满足了超高速、大幅面的分幅摄影要求.     

基于PCIe2.0的Camera Link接口相机模拟系统设计

目前,为了进行空间科学实验,多种卫星搭载航天CCD相机以便获取图像数据。而在地面对星载图像处理系统的工业检测需要大的分辨率及更高灵敏度的CCD工业相机。由于CCD工业相机的价格高昂、输出不够灵活等限制原因,本文设计一款基于PCIe2.0的Camera Link接口相机模拟系统,代替航天CCD相机,实现输出分辨率高达8000×6000的多种图像数据,可以灵活的输出测试所需的特定图像,为图像处理系统的检测提供稳定灵活的图像数据,以满足对星载图像处理系统检测测试的需求。     

基于图像处理技术的航空相机镜头焦面自准直定位研究

提出基于图像处理技术的航空相机镜头焦面定位的方法,利用光电自准直原理进行焦面定位,并选用两种图像清晰度评价函数实时提取图像清晰度特征,采用优化的爬山算法进行快速检焦。仿真实验结果表明:利用本系统对焦距为750 mm,F数为6.3,CCD像元尺寸为6.8 m6.8 m,成像光谱为500 nm~800 nm的航空相机进行焦面定位精度测定,得到相机的半焦深为0.040 mm,可用于航空CCD相机的焦面检定及航空CCD相机的自动调焦系统。     

基于折线采样的高分辨率成像系统设计

针对现有的提高线阵电荷耦合器件(CCD)成像系统的图像空间分辨率的方法存在的不足,提出了一种新的采样模式,并设计了一种高分辨率成像系统。该系统利用两个相同的线阵CCD相机进行特定的空间排列,即使得相机1和相机2的CCD阵列都倾斜θ来进行扫描取像,并利用图像校正和像素插值等图像重建方法,得到高分辨率的图像。实验结果表明,倾斜角取60°的情况下,相对于单个线阵相机在θ=0°的正常采样模式下得到的采样图像,图像的空间分辨率提高了1倍,且保持了成像的视野不变。本系统工程上实现简单,十分经济且便于维护,仅利用现有的成像装置即可获取更高分辨率的图像。     

单目多视点立体图像提取及应用

设计并实现了一种基于广角相机和平面镜的单目多视点立体图像摄像系统,给出了硬件装置的设计指标和优化方法;同时,在研究了硬件系统的标定方法基础上,实现了其在三维测距方面的应用。多枚平面镜构成的对称斗型腔体被放置在广角相机前面,物体光线经过不同平面镜反射后,投影到相机图像平面的不同区域,在相机投影平面上生成物体多个影像,形成单目多视点投影图像。该类图像等价于视点不同的多幅图像,可以使用多视点立体视觉算法实现三维测量。     

光速处理的高精度光电混合相关探测图像运动位移

为测量航天遥感相机因姿态不稳定以及各种扰动引起的图像运动,提出了基于光速处理的高精度光电混合相关探测测量方法.利用高速CCD和主CCD对同一目标进行成像,在曝光时间内高速CCD获取序列图像,利用联合变换相关器对所采集的图像序列进行光学运算,测量出相邻序列图像的运动位移.阐述了光学相关方法测量图像运动的原理,并模拟分析了噪声和不同运动条件下的测量精度.建立了相应的测量像移的实验系统,实验数字模拟及实验结果都证实了该方法的有效性,测量精度优于0.1像元,满足卫星遥感相机的使用要求.     

新型大面阵彩色CCD航测相机光学系统设计

介绍了一种有别于传统彩色航测相机的新型大面阵彩色CCD航测相机设计方案,该相机光学系统由Dalsa公司最新生产的6K×8K大面阵彩色CCD作为接收器.通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化,给出了工作波长适应范围为0.46～0.70μm、焦距为360mm、视场角为10°、相对孔径为1∶4.3的设计实例.设计结果表明...     

基于DMD的区域积分时间可控成像

利用CCD(Charge Coupled Device)相机获取图像后常常存在区域过暗和过曝光的情况,而这两种情况都会掩盖该区域的细节信息。改变CCD相机的积分时间只能对获取的当前帧图像进行单一的积分时间增加或减小,不能同时处理一帧图像中光强过强和过弱的情况。因此针对DMD(Digital Micromirror Device)对每一个微镜片的翻转时间可控的特点,提出了一种区域积分时间可控成像系统,该系统可以通过控制DMD微镜片翻转时间来增加或者减少图像指定区域的积分时间。实验结果表明,该系统可有效地达到同时处理一帧图像中区域过暗和过曝光的目的。     

高精度抗遮挡的四目相机三维重建系统

多目相机用于三维重建能够提升精度,克服遮挡,可多方位获取目标的三维位置。为了更准确地恢复目标在空间中的分布情况,介绍了一种汇聚式四目相机三维重建系统。设计和搭建了围绕目标场景均匀分布四相机的重建平台,立体标定出相邻相机的相对位姿后,借助坐标系变换,获取每个相机在统一坐标系中的位置和姿态,并用传递次数最多的机位进行检验。检验结果表明,测量出的位姿与经过传递推导的位姿一致。对66×65阵列的棋盘标靶进行重建,在45 mm范围内最大相对误差为0.061%;与拟合结果相比较,均方根误差为0.319 3μm。使用金属块进行重建实验,能够通过其顶点恢复出形貌。实验结果表明,该装置能够用于高精度抗遮挡的三维重建系统中。     

基于图像自准直自动调焦技术

根据航空相机调焦准确度要求及CCD相机成像特点,提出了一种基于图像处理技术的航空相机自动调焦系统.该系统基于自制分辨率靶标,图像清晰度函数及优化的爬山算法,利用自准直离焦补偿法实现由温度、大气压力引起航空相机离焦量的校正;通过引入飞机高度数据进行离焦量计算,并通过自准直调焦技术实现离焦校正.对本系统进行了自动调焦测试实验,结果表明,该系统对相机的离焦校正误差小于相机的1/2焦深,能够满足航空相机快速、高准确度调焦要求.     

集成成像大纵深物体的三维形貌获取技术

为了满足现代工业所需的大纵深物体的三维形貌获取需求,解决传统结构光三维形貌获取技术纵深较小的问题, 借助集成成像这种阵列式多视点获取技术,构建了基于集成成像的大纵深物体的三维形貌获取技术。从集成成像原理出发,分析了集成成像三维物点和同名像点之间的关系,得到集成成像光学获取系统参数和三维物体纵深极限之间的关系。在此基础上,利用相机和电动平移台构建了扫描式相机集成成像三维形貌获取系统,并对纵深从600 mm到3 600 mm相对独立的2个物体构建的大纵深三维物体进行了形貌获取。光学实验结果显示,该集成成像大纵深物体三维形貌获取技术能够单次获取纵深为3 600 mm的三维物体的三维形貌,为大纵深物体的三维形貌获取提供了技术支持。     

指纹及手指静脉图像复合采集光学系统设计

针对生物特征的多模识别技术,设计了一款用于指纹及手指静脉图像复合采集的光学系统。用于采集指纹和手指静脉图像的光学镜头分别由3片和12片球面透镜构成,工作波长分别为650 nm和850 nm,成像器件分别采用640 pixel×480 pixel CCD和640 pixel×512 pixel非制冷红外探测器。使用Zemax软件对该系统的光学结构进行了设计和优化。像质评价结果表明:指纹图像采集镜头在空间截止频率67 lp/mm处,调制传递函数MTF值大于0.6;手指静脉图像采集镜头在空间截止频率30 lp/mm处,调制传递函数MTF值大于0.8;两镜头各视场弥散斑均方根半径远小于成像器件像元尺寸,接近衍射极限,且成像畸变均小于0.5%。实验证明该系统采集到的图像质量优良,分辨率高。     

高动态范围激光等离子体诊断系统及其在惯性约束聚变实验中的应用

基于高功率激光等离子体X射线辐射谱特性,设计和研制了一种大画幅高动态范围MCP选通型分幅相机. 单画幅宽度13mm,长度36mm,曝光时间0.5—5ns可调.与X射线CCD比较,系统在1.0—10keV的谱响应相对平整,无高能增强效应.利用高功率激光打靶实验进行了性能考核实验,结果表明,系统的信噪比明显好于X射线CCD系统,动态范围大于3×10³. 系统已经在神光Ⅱ装置ICF物理实验中获得成功应用. 关键词： 动态范围 谱响应 激光等离子体诊断 分幅相机     

基于数字微镜器件技术提高面阵CCD相机动态范围的研究

提出了一种采用数字微镜(DMD)器件作为SLM调制面阵CCD的设计方法.解决普通CCD相机在拍摄高反差场景时,图像上出现过曝光或欠曝光,造成丢失细节的现象.该方法通过场景预测成像,确定CCD按多曝光区域的划定和曝光时问.利用DMD微镜凋制功能,实现CCD分区分时曝光.同时设计一种图像数据结构提高了面阵CCD动态范围.实验证明,该方法不但提高了成像质量,高亮和背光处细节可清晰地表现.而且增强了图像数据的动态范围.实现了实时获取高动态范围、高质量的图像及数据,不再需要软件"融合".     

利用光轴可移动液晶透镜的立体图像采集系统

针对传统双目视觉系统体积大、成本高等缺点，提出了一种利用光轴可移动液晶透镜的单相机立体图像采集系统。该系统由一个固定的相机模块和一个贴有偏振片的液晶透镜构成。通过改变电压的方式移动光轴并采集图像，利用光流法获取图像视差。研究了液晶透镜光轴变化对系统整体光轴的影响，推导了视差与深度的关系。通过验证所采集的图像存在视差来说明所设计系统的可行性，并进行了近距离物体的深度获取。实验结果表明，利用液晶透镜的光轴移动功能可以使系统的整体光轴产生移动，实现立体视觉。所设计系统无需机械移动，具有结构简单紧凑和成本低廉的优点，为立体图像的采集提供了新的方法。