Shack-Hartmann波前传感器图像自适应阈值的选取

Shack-Hartmann(S-H)波前传感器光斑图像阈值的选取对质心探测精度有较大的影响。本文分析了S-H波前传感器光斑图像的特点,研究了光斑图像阈值对质心探测精度的影响,在此基础上提出了一种基于灰度直方图原理的多峰自适应阈值选取方法。实验结果表明,对于信噪比4的S-H波前传感器光斑图像,本方法能够比较有效地自动选取每帧图像的阈值;但对于信噪比4的图像,分割效果不是很理想。将使用本阈值算法的S-H波前传感器应用到自适应光学系统中进行闭环校正实验,结果显示,校正后的系统波前误差从10.41λ(PV值,λ=632.8nm)降低到0.12λ,基本达到了衍射极限水平,表明本方法可以满足S-H波前传感器的实用要求。     

人眼像差探测哈特曼波前传感器的质心优化

为提高自适应光学系统中Hartmann-Shack波前传感器的动态测量范围和测量精度,对由CCD采集的波前光斑图进行了质心探测研究.介绍了波前传感器的工作原理,根据127单元传感器的结构特征和实际人眼光斑图的畸变特点,提出了一种动态定位光斑区域、动态分割区域内部阈值以及锁定最优探测窗口的自适应光斑质心探测方法.讨论了该...     

Shack-Hartmann波前传感器检测大口径圆对称非球面反射镜

针对大口径非球面反射镜在研磨阶段后期其面形与理想面形存在较大偏差,且表面粗糙度较大、反射率较低,采用轮廓仪和普通干涉仪检测无法满足测试要求等问题,提出采用动态范围大且精度高的Shack-Hartmann波前传感器来检测大口径非球面反射镜.研究分析了Shack-Hartmann波前传感器检测系统的原理及系统误差并编写了相应的数据处理软件.为了验证该方法的可行性,对已经加工完成的350 mm口径旋转对称双曲面面形进行了检测,测量得到的面形误差PV值、RMS值分别为0.388λ、0.043λ(λ=632.8 nm);与干涉测量的标准结果进行了对比,得到的面形偏差PV值、RMS值分别为0.014λ和0.001λ.对比结果表明,Shack-Hartmann波前传感器的测量结果正确可靠,从而验证了Shack-Hartmann波前传感器检测大口径非球面反射镜的可行性.     

利用标记分水岭法实现夏克-哈特曼波前传感器质心探测

由于光斑质心探测精度直接影响夏克-哈特曼波前传感器的波前探测精度,本文提出基于标记分水岭法来确定阵列光斑质心探测窗口。首先,对采集到的夏克-哈特曼阵列光斑图像进行平滑并求出其梯度图像;然后,利用大津（OTSU）阈值法在求出的梯度图像上进行目标标记,最后在标记过的梯度图像上进行分水岭分割,确定出每个光斑的探测窗口。由于该方法确定的质心探测窗口是对光斑实际大小进行匹配,故有效地抑制了噪声对质心探测的影响。实验结果表明：利用该方法确定光斑探测窗口所计算的质心精确度和稳定性均比传统的在子透镜窗口中计算光斑质心的方法要高。统计多幅图像计算得到的窗口质心标准差的平均值为0.010 9,比传统法计算出的平均值0.073 4提高了6倍,满足哈特曼波前传感器对光斑质心计算稳定性和精确度的要求。     

基于FPGA的自适应光学波前处理算法

针对自适应光学系统对波前处理计算量和实时性要求的提高,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的自适应光学系统波前处理算法。该算法利用核心处理模块重复利用的方式完成波前斜率计算,利用矩阵与向量相乘的可分解性完成波前复原计算。在像素时钟的同步下,完成整个波前处理,给出促动器所需的促动量。以一片Virtex-4LX80FPGA作为主核心处理芯片进行了实验验证,结果表明:该算法可降低50%的硬件资源,提高了系统波前处理能力;另外,算法可实现在当前帧结束前完成整个波前处理运算,提高了系统的波前处理速度和整个自适应光学系统的控制带宽。在室内的Shack-Hartmann波前传感器的的自适应光学系统上进行了激光光源的校正实验,结果显示光源能力集中度有了明显的提高。     

Hartmann-Shack波前传感器图像自动阈值选取方法的研究

Hartman-Shack传感器图像阈值的选取对质心探测精度有较大的影响,而质心探测精度将直接影响探测波前的复原。通过介绍几种阈值分割的原理和方法,在比较多幅基点图像质心探测精度的基础上,提出了基于灰度拉伸的大津法是阈值分割的较好方法。     

冻结大气湍流下自适应光学系统的预测校正性能

针对自适应光学系统的校正滞后问题,提出预测校正方法,并对预测校正的鲁棒性进行了分析。冻结湍流假设下,Shack-Hartmann波前传感器的探测斜率一定程度保留了湍流的时域演变模式。利用横向风信息对斜率进行傅里叶平移,能实现斜率的预测。采用直接斜率法计算变形镜面形,能实现预测校正。仿真结果表明,提出的波前预测方法在横向风已知时,几乎能完全克服延迟导致的性能损失;当横向风需要估计时,该方法在风向估计准确的条件下能容忍1倍于自身的风速估计误差,或者在风速估计准确的条件下60°的风向估计误差,均能实现校正性能的提升;在风速和风向误差同时存在时,在较大的误差范围内依然能够提升系统的校正能力。     

哈特曼技术在序列光斑检测中的应用

为了提高水平链路大气无线激光通信中的对准精度,降低强湍流对激光通信的影响,对系统结构进行了改进并研究了光斑检测对准算法.首先,根据哈特曼-夏克传感器对波前畸变局部的实时探测结果,计算局部畸变的变化量,从而实时确定局部截止频率-局部判决阈值Tn.接着,采用统计序列均方误差获取序列采样信息M(Xi,Yi),并根据局部阈值判...     

基于Hartmann-Shack波前检测原理的微透镜阵列焦距测量

基于哈特曼波前传感器检测原理,结合图像清晰度定焦技术,提出了一种测量微透镜阵列焦距的方法,介绍了测量系统的组成和原理.首先利用平行光管的出射平面波前在被测微透镜阵列焦面上成像,利用标准透镜产生的球面波前在微透镜阵列焦面附近成像.然后,根据平面波前和球面波前经过微透镜阵列成像时微透镜阵列焦面上光斑的偏移量,计算相应的微透镜阵列子单元的焦距.最后,基于图像清晰度定焦技术,通过不确定度分析和实验测量验证了该方法检测微透镜阵列焦距的可行性.测量结果表明,该方法对微透镜阵列焦距检测精度可达到3％;同时,一次测量可完成微透镜阵列多个子单元的焦距标定.相对于传统的检测方法,该方法具有较高的检测精度和效率.     

人眼波前像差客观测量的研究

分析波动光学中人眼像差的产生机理和波前像差的表示方式。运用Zernike多项式表示人眼波前像差函数,研究Zernike多项式与人眼波像差的对应关系以及一些高级像差对人眼成像质量的影响。通过对自适应光学中Zernike多项式重建波前理论的研究,重点分析了应用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼客观像差并用变形反射镜矫正人眼像差的解决方案。对提高正常眼睛的视力和人眼屈光矫正手术具有重要的实验和临床价值。     

一种非均匀光照图像字符二值化小波分析法

图像二值化阈值的选取是灰度图像二值化处理中的关键，本文提出一种基于小波边缘检测的图像二值化方法。通过对图像进行二进小波变换，在最佳尺度上寻找出图像字符的边缘点，再根据边缘点处的灰度值来确定出二值化的阈值。应用于光照不均匀的多噪声车牌图像二值化，取得了良好的效果。     

基于序列图像提高光斑质心定位精度

针对激光模拟射击系统对激光光斑进行快速、高精度质心定位的要求,提出了一种基于视频序列图像的光斑检测与高精度质心定位方法。该方法首先利用帧间差分图像和噪声估计参数对射击突发事件进行检测;然后利用噪声估计方法确定光斑的分割阈值,结合形态学滤波对目标光斑和背景噪声进行有效分割,提取光斑区域,同时降低窗口内外噪声。最后,用4帧差分图像合成1帧高分辨率的图像来抑制图像噪声和计算误差的影响,实现光斑质心的高精度定位。实验结果表明,本文方法的光斑质心定位精度与稳定性均优于传统的方法;其中光斑质心定位精度达到了亚像素级别,稳定性度量平均值为0.000 49,优于传统方法的0.002 97。得到的结果显示,提出的方法有助于提升激光射击系统的性能。     

基于MATLAB的激光光斑图像处理算法

提出了一种基于MATLAB的激光光斑图像处理仿真算法.在MATLAB环境下,首先对采集到的光斑图像进行平滑滤波、亮度调节、阈值分割和边缘检测等图像处理,确定出光斑区域并得到边缘点的位置信息,再根据最小二乘法进行圆拟合进而计算得到光斑中心点的坐标.仿真结果表明,该算法能够快速、准确地得到光斑中心位置点,且达到很高的测量精...     

分布式星敏感器下空间目标同步关联方法

将分布式星敏感器作为空间目标的监视平台,需要将多星敏感器拍摄星图中的空间目标即时关联。星图中的空间目标为没有纹理、颜色等特征的弱小目标,无法利用经典目标关联算法解决。以对极几何约束为关联依据,提出一种分布式星敏感器下空间目标同步关联方法。对极几何约束能够描述多视图的内在射影关系,广泛应用于图像匹配和拼接问题,将其应用于目标关联领域。基于实测数据,进行300组星图的关联实验,统计出空间目标关联概率达90%,验证了算法的可行性,给出了关联门限的合理参考值并分析了造成关联错误的多种原因,基于蒙特卡洛法估算误判最大概率。实验证明本文方法在星敏感器工作中的抖动、测量偏差及少量干扰点的影响下有较理想的关联效果。     

基于螺旋式光纤环输出光斑旋转的温度传感器

采用将传感光纤绕制在螺旋型调制器上的方法,设计了一种基于光斑旋转角度调制的新型光纤温度传感器。根据螺旋型调制器所处环境温度的变化会使传感光纤产生双折射效应,从而使出射光斑发生旋转变化的原理,通过CCD获得不同温度下的出射光斑图像的变化情况以及利用MATLAB对所得数据进行处理,可以探测出温度变化与出射光斑旋转角度的关系,达到对温度间接测量的目的。实验证明,光斑旋转角度与温度变化在一定范围内有很好的线性关系,而且该传感系统灵敏度也比较高。     

一种改进的未知环境无人机三维地图实时创建方法

提出一种针对RGB-D传感器获取未知环境三维地图的方法。该方法将RGB-D传感器获得的数据信息实时地转化为三维点云地图。在扫描环境之前,引入径向畸变和切向畸变模型,完成对RGB-D传感器彩色摄像头和深度摄像头的标定,获得摄像机参数; 同时,对RGB-D传感器红外模式和深度模式下的图进行偏差矫正,提高三维点云计算的精度。实时地图构建时,利用投影和反投影将获得的彩色图片和深度图片转换成局部三维地图; 在RGB-D传感器移动过程中,实时提取RGB图片上的特征进行位姿估计和关键帧处理,从而获得整个地图。实验表明,     

基于非参数变换的尿沉渣细胞图像识别方法

首先提出一种改进的局部秩变换(D-LRT)方法,通过计算图像像素的局部秩进行图像变换,根据阈值选取实现低对比度和局部模糊的尿沉渣细胞图像分割。然后提出一种局部直方图统计(LHS)方法提取细胞图像平移、旋转、光照不变特征。该方法通过高斯模糊获取不同尺度下的细胞高斯模糊图像,并利用RIUP-LBP算子获取细胞高斯模糊图像的RIUP-LBP特征图谱,基于距离变换采取由内而外的方式,分层统计细胞高斯模糊图像及其RIUP-LBP特征图谱的直方图,将所有直方图串联作为细胞图像的LHS局部特征。还同时将LHS特征结合图像的几何特征、Harris角点及灰度共生矩阵特征,从局部和全局角度构造尿沉渣细胞图像的特征向量。最后采用支持向量机(SVM)对7类典型尿沉渣细胞图像进行分类。实验结果表明:本文提出的D-LRT方法在低对比度和局部模糊的细胞图像分割中完整度明显提高,提出的LHS方法可以有效地提取7类尿沉渣细胞图像特征,7类细胞图像识别的平均准确率可达到93.0%,平均召回率可达93.2%。