基于光照和帧间预测的空间图像曝光控制算法

为了解决空间图像中因曝光控制不理想产生的曝光过度和拖尾问题,提出了一种基于光照变化和灵活块划分的空间图像曝光控制算法。该方法考虑大气吸收对光照辐射衰减的影响,得出了光照强度与CCD相机曝光时间的关系,推导出相应的空间图像成像模型;对前一幅图像进行分块,分别比较当前块和周围相邻块的灰度均值,判断两者是否进行合并,如果灰度均值差大于阈值,则两块不合并,否则合并。根据块合并后的划分程度预测当前图像的曝光时间。实验结果表明,经过对曝光时间的准确控制,拍摄的天文图像的信噪比(SNR)最高能够提高2.49 dB。有效地解决了空间图像中曝光过度和拖尾问题,并实现了曝光时间的自适应调节。     

基于光条信度评价的线结构光传感器曝光时间优化

研究了基于线结构光光条信度评价的相机曝光时间优化方法,将信度评价结果作为曝光时间优化的参考指标。结合光条切面服从高斯分布的特点,对已有光条信度评价模型进行改进,构建高斯信度评价模型;利用亚像素光条中心提取方法对不同曝光时间下采集到的光条图像进行光心提取,提取结果经高斯信度评价模型评价得到评价信度值C和灰度值R;分析曝光时间t对评价结果的影响机理,构建t-C、t-R变化模型,并通过分析变化模型得到了相机最优曝光时间。实验以230lx光强下的高精密齿条和水泥路面模型作为测量对象,结果表明:曝光时间优化后的测量更准确且效率更高,单光条测量的平均残差平方和约为0.03mm2,重构模型的平均构造深度与真实模型仅差9.8%。     

基于空间光调制器的HDR图像获取方法

提出一种利用空间光调制器对物方光线进行调制并多次曝光的方法来获取HDR图像.讨论了该方法的原理,并根据原理搭建实验装置进行了实验.实验装置中以LCOS作为空间光调制器,以CMOS作为成像传感器,通过多次曝光获得系列图像,利用图像合成算法生成HDR图像.该方法具有实时性好、扩展性强、成本较低等优点.     

变能量X射线成像方法中权系数计算方法研究

变能量X射线成像执行过程中通过多管电压参数的设置,获取物体不同厚度范围的有效信息,并经图像融合处理获取反映物体内部完整结构信息的图像。但是由于物质的衰减系数和荧光转换效率均存在较强的能谱相关性,现有变能量成像方法中依据实验获取的管电压-厚度-器件响应曲线来确定子图加权系数的方法缺乏通用性,特别是对于多种材料复合的情况。对多电压情况下对应透照图像灰度的变化规律及关联关系进行研究,提出基于相邻管电压对应有效透照厚度重叠率约束的管电压递变步长控制方法;并提出灰度比例直方图的概念,实现子图加权系数的快速求解。多材质复合工件的变能量成像实验表明,该方法克服了现有变能量成像算法通用性方面的缺点,能够实现多材料复合情况下的有效子图融合。     

空间相机自适应曝光

为实现空间相机的自适应曝光,提出了一种根据场景高亮度信息设置曝光参量的测光、解算、成像工作模式.在空间相机前加装大尺度面阵测光相机,在空间相机推扫某一区域前,测光相机首先采用预设的曝光参量获取该区域图像,实测当前区域的高亮度信息;再将该高亮度设为空间相机的饱和亮度,解算空间相机的曝光参量;随着卫星的转动,空间相机采用该曝光参量完成位置区域拍摄成像,实现空间相机的自适应曝光.地面验证实验结果表明:与采用固定的较小的曝光参量相比,本文方法可以减小欠曝光图像数量;根据某次实验结果统计,图像的灰度范围由37提高到253,图像熵显著提高.该方法能够根据当前场景内容充分利用成像系统的动态范围并提高图像的灰度层次和图像质量.     

高频高灵敏光声探头的光声内窥成像

光声内窥成像技术具有高分辨、高精准、功能成像等优点,是目前临床新型成像诊断技术研究的热点。然而,光声内窥成像技术受激光器安全能量阈值和光声换能器灵敏度的制约,现有的光声内窥成像技术大多无法兼顾高成像信噪比和小尺寸要求。为了解决光声信号回波能量低、光声图像信噪比差的问题,该文采用一种带有集成前端放大器的小尺寸的光声探头设计方案,其中心频率达到30 MHz,直径小于2.5 mm,通过仿体实验证明其仿体中的成像深度可达6.5 mm,横向成像分辨率可达144.9μm,纵向分辨率为111.1μm,尤其是,成像信噪比相较于对照组的传统光声换能器提高了11.5 dB。该文研究表明,前端集成放大光声探头能有效提高光声成像信噪比,改善成像质量,为提高光声内窥临床诊断精准度提供了新方法。     

线激光辅助的皮带撕裂视觉检测方法

为了快速、准确地检测出输送机皮带工作时发生的纵向撕裂事故,提出了一种基于线激光的视觉检测方法.“一”字线激光器向皮带底面投射直线激光条纹,使用CCD相机获取图像并提取出光条中心,通过分析光条中心畸变特征来判断皮带表面是否存在撕裂.首先采用阈值法对激光条纹进行分割;然后在光条区域上利用重心法实现光条中心的粗略提取;最后利...     

递变能量成像中最佳X射线管电压预测算法

X射线递变能量成像是依次获取复杂结构件在递变能量下的局部有效信息,并通过多谱融合获取完整结构信息。但是目前的能量选择主要以人工设定管电压步进为主,无法匹配检测对象的有效厚度变化率,成像效率及射线利用率较低。基于递变能量成像规律,提出一种最佳X射线管电压预测算法。该方法通过对检测物体进行变能量预扫描,提取图像序列中有效厚度(高质量区域)和临近厚度(预测区域),建立有效厚度的图像灰度与管电压、X射线光谱之间的物理模型,及临近厚度灰度差与电压的函数模型,进而得到临近厚度最佳成像时的能量预测模型。通过模型求解,实现了能量的自适应预测。以不同厚度钢块为对象,利用该算法逐一预测各个厚度钢块最佳成像时的管电压,并与实际值对比。实验结果显示,在低能时可跨3~4 mm准确预测,高能时可跨7~10 mm预测,精度可以达到95%以上。     

递变能量X射线高动态融合图像的灰度表征算法研究

递变能量X射线成像,通过获取并融合图像序列实现动态范围扩展,完整再现了检测对象的结构信息.但是在融合过程中往往是以质量优化为目的,忽略了与实际高动态成像的灰度映射正确性,从而不能保证图像信息与实际物体信息的物理匹配性.因此,本文提出了递变能量X射线高动态融合图像的灰度表征算法.该算法首先以标钢质准楔形试块为对象,将不同电压下的融合图像作为输入数据,直接采集高动态成像图像作为输出数据,利用神经网络方法构建递变能量成像的灰度表征模型.同时针对不同于训练对象的材料,对灰度表征模型进行修正,实现了不同材质的灰度正确表征,进而实现了低动态图像序列融合图像的正确表征.以12和16 bit成像系统进行实验,结果表明,利用12 bit探测器通过变电压采集图像序列,经图像融合、灰度映射及灰度校正,达到了16 bit探测器的成像效果,且满足灰度对应关系,有效拓展了成像器件的动态范围.     

三自由度偏振差分水下成像技术

影响水下成像质量的核心因素是后向散射光的干扰。偏振差分水下成像技术能够显著抑制后向散射光,是在水下散射环境中获取清晰图像的有效方法。传统的偏振差分方法是基于两个正交偏振方向上的偏振图像进行差分的,该方法虽然对后向散射光有明显的抑制效果,但其调制自由度低,限制了成像质量的进一步提升。针对这一问题,提出一种改进型偏振差分水下成像方法,该方法基于两个最优偏振方向的偏振图像进行差分,并通过引入差分项的权重系数,最终实现具有三个自由度的偏振差分水下成像。实验结果显示,该方法相对于传统的偏振差分成像方法,可更好地抑制后向散射光、凸显物体信号光,最终实现了更高质量的水下清晰成像。     

基于权重变分模型的地基IDOAS条带噪声去除

成像差分吸收光谱技术是成像光谱技术和差分吸收光谱技术的结合,能够采集图谱合一的数据立方,并通过光谱反演得到痕量气体浓度的二维分布信息.地基IDOAS仪器通过安装平台的水平旋转实现摆扫成像,可用于识别污染气体的排放源和监测气体的扩散情况.然而和所有的成像光谱技术相类似,地基IDOAS也容易出现条带噪声的问题,会产生相应的...     

金属表面非相干线结构光条纹中心提取方法

采用线结构光法测量金属表面形貌时,由于受到金属表面光学特性和散斑噪声的影响,条纹中心的提取误差往往较大。为此,提出了一种非相干线结构光形貌测量方法,避免了散斑噪声的影响。通过分析该方法测量金属表面形貌时的条纹图像特点,提出一种适合非相干线结构光条纹的中心提取方法。该方法首先采用结合积分图像原理的自适应阈值分割算法,对原条纹图像进行分割。采用灰度重心法粗提取原条纹中心坐标,以该坐标为基准向条纹宽度方向延伸,从而确定阈值分割后条纹图的感兴趣区和背景区,并去除背景区的噪声。经中值滤波后,采用几何中心法提取条纹中心。实验结果表明：采用该方法提取粗糙度样块表面非相干光条纹中心的平均误差为1.5μm,提取齿轮渐开线样板表面非相干光条纹中心的平均误差为0.9μm,均比其线激光条纹中心的提取误差小。所提方法能实现金属表面非相干线结构光条纹中心的精确提取。     

高噪声背景下激光条纹亚像素中心的提取

针对线结构光三维形貌测量中大量噪声易干扰激光条纹中心提取准确度的问题,提出了一种条纹亚像素中心提取方法。分析条纹图像中的噪声,采用平均法和中值滤波预处理图像;利用迭代阈值分割及形态学方法,获取条纹目标,引入距离变换提取条纹的像素级中心;根据像素级中心、二值信息及光强灰度,结合曲线拟合及重心法精确提取条纹的亚像素中心。仿真分析和实验验证下,相邻行条纹中心列坐标最大偏差值像素小于2 ,平均偏差像素值约为0.3,与传统方法相比,2项指标值更小。实验结果表明,算法有效利用条纹灰度分布规律,可降低噪声对中心定位精度的影响,更逼近条纹真实中心位置,抗噪能力极强。     

Removal of stripe noise with spatially adaptive unidirectional total variation

Multi-detectors imaging system often suffers from the problem of the stripe noise, which greatly degrades the quality of the resulting images. To better remove stripe noise and preserve the edge and texture information, a robust destriping algorithm with spatially adaptive unidirectional total variation (SAUTV) model is introduced. The spatial information of the striping noise is detected by using the stripe indicator called difference eigenvalue, and a weighted parameter determined by the difference eigenvalue information is added to constrain the regularization strength of the UTV regularization. The proposed algorithm can effectively remove the stripe noise and preserve the edge and detailed information. Moreover, it becomes more robust with the change of the regularization parameter. Split Bregman method is utilized to efficiently solve the resulting minimization problem. Comparative results on simulated and real striped images taken with two kinds of imaging systems are reported.     

时空联合调制成像光谱仪前置成像系统分析与设计

为满足红外成像光谱仪大光通量、高稳定性的应用需求,提出了一种基于多级阶梯微反射镜的静态化、无狭缝式、新型红外时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪结构.对其工作原理和光程差的产生方式进行了分析.作为该成像光谱仪的重要部件,前置成像系统决定了光程差的分布,其性能直接影响到目标物体的图像质量.根据系统光程差的产生方式,分析和设计了像方远心光路结构的前置成像系统.利用被动光学消热差方法对前置成像系统进行了消热差研究.结果表明:当温度在-20—60?C的范围内时,各个视场的调制传递函数均达到衍射极限,在多级阶梯微反射镜的总阶梯高度范围内成像质量良好;在不同的温度下,各视场处主光线在像面上的最大入射角小于0.02?.     

基于单次曝光光场成像的全焦图像重建技术

为了实现大景深信息全焦面高质量成像,提出了基于单次曝光光场成像的导向滤波全焦图像重建技术:结合光场成像采集视场信息,并采用光场重建的方式获取多聚焦图像源集,利用导向滤波的方法确定各级图像融合权重,进行图像融合得到大景深的全焦图像.实验证明,提出的基于单次曝光光场成像的导向滤波全焦图像重建技术不仅有效保证了多聚焦图像背景...     

基于自适应阈值方法实现迭代降噪鬼成像

为了有效降低传统鬼成像中相关噪声对成像质量的影响,本文提出一种基于最佳阈值的迭代降噪鬼成像.首先在迭代降噪鬼成像的基础上,采用自适应阈值迭代法,在不需要目标先验信息的前提下,找到一个逼近传统鬼成像中相关噪声的阈值,根据得到的阈值构造噪声干扰项.为了每次迭代初值更接近原始目标的透射系数,对其进行二值化,降低重构图像背景噪声对迭代性能的影响.仿真以及实验结果表明,本文提出的方法与传统方法相比,视觉效果以及峰值信噪比值有明显提高.     

透过散射介质对直线运动目标的全光成像及追踪技术

光散射是限制光传输以及降低和破坏光学成像性能的主要因素,透过复杂散射介质对运动目标的全光成像是光学领域极具挑战性的技术之一.本文提出一种利用散斑差值自相关透过散射介质对运动目标进行实时追踪的方法.采用赝热光照明,基于光学记忆效应理论,通过对运动目标采集的两帧散斑做差值,然后做自相关运算,计算目标移动的距离,实现对目标的实时追踪,并且利用相位恢复算法进行简单处理就可以重建隐藏目标.对该方法进行了实验验证,成功地对隐藏的运动目标实现了成像与追踪.这种透过散射介质对运动目标的全光成像及实时追踪技术,在生物医学等领域具有重要应用潜力.     

色散选通复合成像光谱系统的实验研究

提出一种新的利用色散选通复合成像原理测量光谱空间分布的光学系统.对这个系统的成像质量、聚光本领和光谱带宽进行了理论和实验研究.探讨了它在荧光光谱和吸收光谱空间分布测量中的应用.     

Fabrication of fluorinated polyimide optical waveguides by micropen direct writing technology

A novel and cheap direct writing method based on the micropen has been developed to fabricate fluorinated polyimide stripe optical waveguides on Si/SiO₂ wafers. The overall design, starting material, micropen direct writing system and fabrication processes of the stripe optical waveguides are presented. The effects of the key direct writing parameters, such as the tip-to-substrate distance, extrusive gas pressure, writing speed and viscosity of the polyamic acid, on the dimension and morphology of the stripe optical waveguides are discussed in detail. After deposition by the micropen system and baking process, the fluorinated polyimide stripe optical waveguides with good morphology and surface quality can be fabricated using the optimal parameters. The propagation losses at the wavelength of 1.55 μm are in the range of 1.4-3.5 dB cm⁻¹ as characterized by different length combinations of the strip optical waveguides.