基于光场数字重聚焦的三维重建方法研究

研究了光场数字重聚焦聚焦三维重建新方法,探 讨了光场数字重聚焦参数λ的取值以及拍摄条件对 重建结果的影响。空间中,每一个点和每一个方向的辐射函数总和就是光场,光场数据包含 了空间全部三维信息。借 助计算成像技术,光场数据可以重构出序列数字重聚焦图像,实现空间的三维重建。实验时 ,首先用Lytro光场相 机获取空间数据;然后用LytroDesktop软件进行数字重聚焦处理,重构出序列焦平面图像; 最后用Halcon软件的 聚焦深度(depth-from-focus)函数实现三维重建。实验结果显示,参数λ 表征了重构平面的深度信息,λ的性质显著地影响重 建结果,λ数量多于8、正负λ数目相当时,三维重建结果好。拍摄时,设置的相机参数、 目标的反射及场景背景等 因素都会对重建结果产生影响。适合参数下,本文方法能够正确重构不同深度结构的目标, 重构结果可以任意视角 查看。本文方法利用单视图重构设备,实现多视图三维重建结果,拍摄装置小巧,拍摄过程 快捷,系统稳定性好,降 低了拍摄难度和重建算法的复杂度,拓展了DFF算法的适用深度范围, 适合大景深场景和运动目标的三维重建。     

基于光闪烁法的区域平均显热通量测量系统

获取区域的平均显热通量对水文、气象、农业有着非常重要的意义,光学仪器相比传统的仪器在测量结果代表性上有很大的优势。基于大气折射率结构常数与显热通量的关系,设计了测量大气折射率结构常数的大口径闪烁仪和反演显热通量的软件系统。用闪烁仪测量的结构常数和其他标准的气象观测（空气温度、风速、大气压力）联合起来反演地表显热通量。该仪器由一个调制的光源发射端,两个接收端组成,包括调制解调、电路滤波、数据采集、数据处理和显示单元。通过在中科院封丘农业生态站的外场实验,与传统标准仪器涡动相关仪所测显热通量对比,白天的数据相关性达到0.9以上,很好的证明该光学测量方法的科学性和可靠性,在水文、气象和农业等领域有很好的应用前景。     

应用大口径闪烁仪测量近地表横向风速的研究

研究了两种光闪烁法测量近地表风速的方法,给出横向风速的计算公式.根据计算方法,在330m的距离上进行风速反演实验,与超声风速计测量结果对比表明,两种反演方法都能准确可靠地获取区域横向风速,但在大气稳定度过渡期,斜率法精度更高.测量平均时间越长,结果一致性越好.结果表明,在一个较大区域里,大口径闪烁仪能同时给出显热和横向风速,可以很好地应用于边界层物质交换评价.     

相干光经过不透明散射介质的聚焦

由于散射介质的散射特性,入射光通过散射介质后相干性受到破坏形成散斑场,使得传统光学成像系统无法聚焦探测内部物体的信息。根据波前整形原理,通过反馈优化算法调控入射光束的相位,在目标位置处将散斑调制为聚焦光斑,光强增强。基于此方法,在实验上搭建实验平台,对空间光调制器(SLM)的每个像素加载系列等间隔相位,一次采集多幅散斑图像,应用局部最大优化算法实现对光束任意点聚焦,并提出了一种得到不同大小区域的均匀的聚焦光斑的新方法,为实现聚焦平面内的目标成像提供了新思路。     

一种用于涡度相关系统的新型开路红外气体分析仪的研制

涡度相关系统是测量水、热和痕量气体通量最直接和最可靠的仪器。基于可调谐半导体激光吸收光谱原理,设计了一种用于测量大气边界层痕量气体通量的新型开路式气体分析仪。通过选择不同的吸收线,可以测量不同痕量气体通量。以4990cm-1二氧化碳吸收线为例,实验表明,该气体分析仪的采样频率可以达到10Hz以上,与基于非分散红外原理的涡度相关系统气体分析仪Li-7500对比,测量精度相当,可以达到5×10-7。该分析仪的频率和精度满足构建涡度相关系统的仪器要求,可以用于边界层痕量气体通量的测量。     

基于液晶显示器的无透镜单像素成像研究

根据获取物体傅里叶频谱实现单像素成像的理论,提出了通过对液晶显示器(LCD)加载一系列灰度条纹图像,并利用置于屏幕前的单点光电探测器接收物体透射光强,来实现无透镜单像素成像的方法。该系统降低了对硬件的要求,光路紧凑,灵活性强。从理论上证明了LCD加载图像时图像灰度与透射光强之间存在的非线性关系对系统成像没有影响,从实验上验证了该方法的可行性。该系统的成像实验表明,加载条纹后需预留给显示器液晶分子一定的响应时间,使探测器准确获取光强,可显著减小背景噪声和共轭像干扰,提高重建图像质量。     

基于大口径闪烁仪的玉米农田热通量测量研究

应用大口径闪烁仪可以自动获取玉米农田的显热通量,结合太阳辐射监测系统测量的净辐射,可以方便地获取潜热通量和土壤热通量.实验表明,在玉米农田的冠层上的常通量层用大口径闪烁仪测量显热通量,和涡动相关仪的数据相关度达到0.8以上.在中午的时段,玉米农田的显热通量会下降,与作物蒸腾相关的潜热通量会达到一天的峰值.大口径闪烁仪在精度和区域代表性上表现出的优势,是农业气象上获取数据资料很好的一个选择.     

近地面层热通量和气体通量光学监测新方法研究

监测地气间动量、热量和痕量气体等的交换对水文、气象和生态环境等有着重要的意义。阐述了一种利用自行研制的大口径闪烁仪(LAS)、光学温度梯度仪和基于可调谐二极管激光吸收光谱术(TDLAS)的开放光路痕量气体监测系统,实现了较大区域热通量和二氧化碳等气体通量快速监测的方法。实验结果表明,所测数据与涡动相关(EC)仪的数据比较,显热通量的相关系数为0.91,二氧化碳通量的相关系数为0.74。由此,用大口径闪烁仪监测区域热通量和基于TDLAS光学技术连续可靠监测陆地区域碳通量是完全有可能的,这种方法在大区域热通量和气体通量监测将会有很好的应用前景。     

激光雨滴谱仪降水量反演及误差修正

对激光雨滴谱仪监测的降水粒子粒径、末速度、粒子数等信息进行分析,得到降水粒子的粒径-末速度函数和雨滴谱等关系函数。通过计算得到的降水强度与气象数据对比,得到误差函数;根据误差函数建立降水量反演算法,对降水强度进行修正得到修正后降水强度和降水量,修正后降水量误差减少了10%以上,最后给出降水类型的判断方法。