基于光场成像的双弹丸重合成像识别方法

针对双弹丸之间存在部分遮挡引起成像重合,导致传统相机对目标参数识别困难的问题,提出了一种基于光场成像的双弹丸重合成像识别方法.采用光场相机作为探测装置,根据光场相机保存的光线四维参数,应用焦点堆栈法实现对目标成像中每个像素点的深度估计.通过对双弹丸部分遮挡时成像特征的分析,发现成像重合边缘处相邻像素点间存在深度差值变化较大的特点,结合卡尔曼滤波方程,建立基于深度变化趋势的边缘检测算法模型,解决了弹丸成像的重合问题.通过对光场相机进行模拟实验发现:目标间存在遮挡现象时,光场相机能有效检测成像的重合边缘,为光场相机准确识别目标数目及位置奠定了基础.     

基于像素偏振片阵列的实时水下目标成像技术

借助偏振成像可以增强水下目标的探测效果。传统的偏振成像方法需要光学检偏器的机械转动来实现,这限制了其在水下的实时探测性能。采用基于像素偏振片阵列图像传感器开发的相机设计了一种水下实时成像系统。系统通过阵列上排布的四向微偏振片一次性捕获四向偏振图像,从而全局估算背景杂散光的偏振角和偏振度。然后利用偏振信息反解得到杂散光光强,最后借助水下成像物理模型得到去散射后的目标增强图像。实验结果表明,将像素偏振片阵列图像传感器应用到水下成像能够有效增强水下图像的对比度,且成像处理过程实时快速,进一步提高了水下目标的探测效率。     

紧凑双光路单像素成像系统（特邀）

不同于使用阵列探测器的常规数码相机,单像素相机使用不具空间分辨能力的单像素探测器对目标进行成像。由于其工作波长覆盖广、灵敏度高,单像素相机在特殊波段和弱光照明等特殊场景中较普通相机更有优势,在遥感探测、显微成像、军事侦察等领域得到广泛应用。提出一种紧凑型单像素成像系统,该系统利用数字微镜阵列的工作特性形成了对称的折叠双光路以快速完成差分测量。紧凑的结构降低了相机系统的体积,使系统可采用标准尼康镜头作为成像透镜。系统具有双光路差分成像、双光路平均降噪、宽谱波段成像、双光路交替采样等多种模式,并且可根据场景对重建图像信噪比、实时帧率、成像波段的不同需求切换应用模式。基于系统样机的实验结果表明其能实现预期的功能、达到相应的性能。紧凑型单像素成像系统的提出是一次较成功的单像素成像工程化尝试,为单像素成像技术后续的实际应用奠定了较好的技术和工程基础。     

采用双目立体相机的实时集成成像拍摄系统

提出了一种基于双目立体相机的实时集成成像拍摄系统。不同于采用传统的摄像机阵列,该系统采用双目相机对三维场景进行拍摄,有效地简化了集成成像拍摄系统的结构。该系统首先利用双目相机获取三维场景的左右视差图,然后上传到图形处理器生成三维场景的高分辨率深度图,之后利用深度图和彩色纹理图在图形处理器中并行生成新视点视差图像,并利用像素映射算法生成高分辨率微图像阵列,实现实时的集成成像显示。实验中系统获取的深度图像素数目是微软Kinect2获取深度图像素数目的4.25倍,当系统运行在1 920 pixel1 080 pixel、99视点数的环境下,可实现三维场景的实时拍摄与显示,实验结果证明了所提系统的可行性。     

一种应用相机阵列实现图像遮挡物移除的方法

针对光路中前景遮挡物影响感兴趣信息采集的问题,本文对应用相机阵列的遮挡物移除算法进行实验研究.用阵列型光场相机采集四维光场数据,然后用数字重聚焦技术进行不同深度的重聚焦,突出目标物细节特征.利用图像重构技术合成子图像阵列,选择最小误差阈值分割法标记遮挡物区域并复现原图像的细节特征.实验结果证明了应用阵列型光场相机移除遮...     

基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系 统设计

针对凝视型红外成像告警设备中对场景目标进行大视场广域搜索与小视场精确识别一体化的应用需求,设计了一种基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系统.该系统采用由多层共心球透镜和可连续变焦的独立次级小相机阵列级联而成的二次成像结构,能够有效实现大视场高分辨率无畸变成像.此外,采用全动变焦设计的独立次级小相机阵列在对搜索到的目标进行探测、识别和跟踪的一体化检测的同时保持像面稳定,实现对成像场景的分区域管理.设计结果表明,该红外成像系统在全变焦范围内的调制传递函数(MTF)曲线均接近衍射极限,且变焦曲线平滑,避免了变焦过程中卡滞、冲击等不利现象的产生,能有效实现大视场监测及小视场识别的功能.     

一种全息体视图虚实场景融合显示的图像编码方法

为了较好地实现全息体视图虚实场景融合的立体显示,分析了虚实场景之间存在的遮挡关系,提出一种基于实例分割与深度值判定的图像编码方法。理论分析表明,场景间的遮挡来源于特定视角下物点的不同深度信息,相机采样时只能保留近处物点的强度信息。求解采样图像的深度图,利用深度值判定的方法可以实现场景的有效融合。为进一步降低深度值求解不精确的影响,利用Mask R-CNN实例分割算法对真实场景的采样图像进行分层处理,并赋予各层伪深度值,再采用深度值判定方法实现虚实场景之间有遮挡关系的融合编码。采用基于有效视角图像分割与重组(EPISM)的方法进行全息打印光学实验,结果表明,所提出的图像编码方法可以有效实现虚实场景融合的立体显示。     

艇载稀疏阵列MIMO雷达地面运动目标成像方法

本文针对地面运动目标成像问题,提出了基于平流层飞艇平台的稀疏阵列MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)雷达的成像方法.该方法首先利用MIMO雷达阵列对观测场景进行空间并行采样获取其散射信息,其次由于两次脉冲回波信号中的运动目标信息不同而地杂波(或静止地物)信息相同,因此利用一次相消技术抑制回波信号中的地杂波分量.然后基于观测场景中运动目标的稀疏特性,将压缩感知理论引入到对运动目标重建过程中.该方法可有效避免地面运动目标成像时的地杂波干扰和运动补偿问题,同时采用稀疏阵列可大幅减少天线阵元个数,从而降低对飞艇平台的要求和系统成本,便于工程应用.最后利用仿真实验验证了该方法的有效性和可行性.     

Time-of-Flight透散射介质成像技术综述

Time-of-Flight (ToF)成像是利用光在目标和相机之间的飞行时间来获取场景的深度信息,具有体积小、成本低、实时成像等优势。在散射环境中,由于散射介质对光的散射作用,ToF成像受到多径干扰的影响,深度测量误差较大,限制了ToF相机在散射场景中的应用。ToF透散射介质成像技术是校正因散射光引起的多径干扰效应,从传感器接收到的混叠信号中分离出目标分量,实现散射场景中的深度信息恢复,其在雾天自动驾驶、水下勘测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。依据ToF成像系统的不同,详细介绍了PL-ToF和CW-ToF成像的基本原理,阐述和分析了散射场景中ToF稳态成像和瞬态成像的机理和特点,分别回顾和总结了ToF稳态成像和瞬态成像的透散射介质成像研究现状,并介绍了ToF透散射介质成像的应用前景,最后依据现有ToF透散射介质成像技术的优缺点,对未来发展趋势进行了展望。     

基于集成成像的深度提取线性插值增强方法

分别用定义的深度提取精密度和深度提取正确度对实验结果进行分析,从结果的整体分布和整体偏差两个方面证明了线性插值对基于集成成像的深度提取具有增强作用。由于单元透镜数量众多,单个图像传感器像素个数有限,传统的基于集成成像的深度提取受到单元图像低分辨率的制约。无需额外的硬件移动,采用线性插值将单元图像像素个数增加一倍,深度提取精密度提升了20%,深度提取正确度提升了15%。集成成像可以同时实现三维场景的重建和深度的提取。这是其他深度提取技术所不具备的特点。通过使用插值后得到的深度信息,使目标物体的重建图像更为清晰。基于集成成像的深度提取可应用于三维场景的背景去除。     

基于三维集成成像相机阵列获取的元素图像校正

利用相机阵列获取三维信息实现三维集成成像与显示时,为消除相机阵列空间位置偏差对元素图像阵列的影响,提高再现三维图像的质量,以相机阵列记录系统为基础提出了一种元素图像阵列校正方法。通过特征点位置坐标以及相机位置平移误差和旋转误差的计算,分析了相机阵列位置平移误差和旋转误差与元素图像间的关系,以及校正算法的精度。利用光学实验对该算法进行了验证,结果表明,此方法可有效消除相机阵列位置偏差对元素图像阵列的影响,并且校正后再现三维图像质量明显优于误差图像,峰值信噪比提高了33.6%,实现了基于三维集成成像相机阵列获取的元素图像校正,满足了集成成像的显示要求。     

利用水下平行光管测量水下相机成像分辨率

水下光学成像是重要的水下探测方式。现有水下相机成像检测方法受到水体本身以及测量方法的影响,难以准确进行成像分辨率检测。提出了基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测技术,通过在水中产生平行光束,直接对水下相机成像分辨率进行检测。通过仿真得出：水下平行光管在水中可见光和空气中单波长的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)基本一致。利用这一结论,提出了水下平行光管空气中装调检测的方法。针对实验室所研制的一款水下相机开展实验测试,其在水中可见光与空气中635 m光源照明条件下的分辨率相同。实验结果表明,所提出的基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测方法可有效消除水体对分辨率测量的影响,实现水下相机成像分辨率的准确测量。     

基于深度学习的单像素相机超分辨率成像优化

基于压缩感知和单像素成像的基本原理,设计了一种用于图像超分辨率重建的新型深度卷积神经网络架构.这种单像素超分辨率成像算法成功地将深度学习图像超分辨率重建技术与压缩感知单像素成像技术相结合,从而发展出一种全新的深度学习单像素成像优化方法.与传统的常规压缩感知图像重构算法相比,该算法有效提升了图像超分辨率重建精度和单像素成像质量.通过图像重建的仿真实验和单像素相机的成像实验验证,结果表明这种基于深度学习的新型单像素相机成像方式具有良好的性能表现.     

基于LCTF的水下光谱成像系统研制

水下光谱成像技术在水下目标物识别、海洋生态监测等领域有着重要作用。基于实际工程使用环境设计了基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的水下光谱成像系统。该系统通过采用LCTF作为滤光结构以获得水下目标物的光谱信息。水下光谱成像系统在宽光谱LED光源的照明下,进行水池实验获得了目标物在波长400~700 nm之间的31个通道光谱图像。对水下具有相似颜色的不同物体的光谱信息进行了讨论和分析,结果表明:该系统有助于水下目标物识别和分类。在海试中对珊瑚进行了原位观测,成功获取了珊瑚礁的水下光谱图像。该系统有望应用于海洋遥感、海洋生态环境监测等领域。     

使用简易深度成像设备的高尔夫挥杆动态贝叶斯网络三维重建

基于简易深度成像设备的动作捕捉系统因其与传统设备相比更加廉价且易于使用而倍受关注。然而,此类设备图像分辨率很低,肢体间互相遮挡,缺乏3维动作重建的基本数据条件。该文融合人体关节点父子关系与关节点在运动中的多阶马尔可夫性,提出一个描述人体关节点空间关系与动态特性的动态贝叶斯网络(DBN)模型,基于该DBN模型并利用高尔夫挥杆运动的相似性,构建了一种高尔夫挥杆3维重建系统DBN-Motion(DBN-based Motion reconstruction system),使用简易深度成像设备Kinect,有效地解决了肢体遮挡的问题,实现了高尔夫挥杆动作的捕获和3维重建。实验结果表明,该系统能够在重建精度上媲美商用光学动作捕捉系统。     

基于双曲面折反射相机的柱面全景立体成像

为满足机器人导航、视频监视和场景建模等领域实时获取全景深度信息的需要,提出了一种利用2个双曲面折反射相机同轴放置实现全景立体成像的方法,并推导了这种全景立体视觉系统的深度计算公式。为了简化全景立体图像对的匹配和深度计算,建立了满足针孔成像模型的虚拟柱面相机,使通常的双目视觉算法适用于柱面全景图像对的深度信息提取。建立了全景立体成像实验装置,提取出了反映场景深度信息的360°柱面全景浓密视差图。     

线阵扫描三维成像激光雷达系统

针对小型智能机动平台对三维成像激光雷达小型化、低功耗、高精度、快速成像的特定应用要求,基于集成激光器阵列和APD探测阵列设计并实现了12元线阵扫描三维成像激光雷达系统;基于高速数字处理芯片和高精度时间间隔测量芯片实现了并行高精度激光脉冲飞行时间测量和实时数据处理和传输。详细描述了系统原理、组成部分以及实验结果。实验验证该系统激光脉冲重复频率大于10 kHz,垂直方向激光单元角度间隔小于2.5 mrad,近距离距离分辨率优于2.4 cm,测量数据统计标准差小于1,各通道一致性良好。在高速水平扫描转动平台驱动下实现了室内三维场景重构以及高塔大视场远距离目标探测成像实验。     

基于背景光修正成像模型的水下图像复原

光在水下传播时由于受到水体吸收和散射作用的影响,导致水下图像质量严重退化。为了有效去除色偏和模糊,改善水下图像质量,该文提出一种基于背景光修正成像模型的水下图像复原方法。该方法基于对雾天图像的观察,提出了水下图像背景光偏移假设,并基于此建立背景光修正成像模型;随后使用单目深度估计网络获得场景深度的估计,并结合背景光修正的水下成像模型,利用非线性最小二乘拟合获得水下偏移分量的估计值从而实现水下图像去水;最后优化去水后的含雾图像的透射率,并结合修正后的背景光实现图像复原。实验结果表明,该文方法在恢复水下图像颜色和去除散射光方面效果良好。     

小视场集成成像三维信息获取技术研究

为了满足利用非接触式方法获取小 视场三维信息的要求, 研究了一种基于集成成像技术获取小视场三维信息的系统,并在借鉴传统微透镜阵列(MLA) 及相机阵列工作模式的基 础上,通过利用精密二维平移台,巧妙地将相机阵列应用于获取小视场三维信息中。系 统工作时,首先将相机 获取的图像合成元素图像阵列,并运用相应的算法实现三维重建与测量。实验结果表明,本 文系统获取了相对清晰、没有相互串扰的元素图像阵列,实现了完整且细节丰富的三维 图像再现;可以 获取待测物体上任意一点的三维坐标,并且三维测量误差保持在0.3 mm 以内。实验结果相对理想,为集成成像技术应用于高精密测量提供了理论基础。     

盖革模式APD阵列激光雷达的三维成像仿真

基于盖革模式APD阵列激光雷达是一种非扫描三维成像激光雷达,为研究系统的三维成像效果,对该系统的三维图像进行仿真.首先应用光线追踪法构建三维场景;并对APD像元的探测概率和累积概率进行仿真,在此基础上给出对探测距离仿真的方法,得到激光雷达探测的距离像;最后通过坐标变换将距离像转化为三维图像,实现了三维场景重建.仿真结果...