对数功率谱离焦深度法在多光谱成像仪的应用

结合多光谱成像仪的成像特点,提出了一种基于对数功率谱的离焦深度自动对焦方法.以CCD相机为图像传感器,通过主控计算机进行调焦控制与图像处理来实现多光谱成像仪的快速自动对焦.首先,将相机探测器依次处于3个等距位置各采集一幅图像,结合三点判位法判断第二幅图片与准确对焦位置的位置关系.然后,以第二幅图片为参考图片,通过对其对数功率谱的相关计算得到准确的对焦位置.最后,将探测器移动到该计算位置,完成自动对焦过程.实验结果表明,系统对焦位置标准差为±0.159 9 mm,最大偏差值控制在0.4 mm以内,能够较好地满足系统的实时自动对焦要求.该调焦算法只需3幅图片即可完成自动对焦过程,具有调焦迅速,准确度高等特点.     

基于改进爬上算法的数字显微镜自动对焦方法

自动对焦技术是计算机视觉、成像系统和各种精密仪器应用中的关键技术之一。随着科学技术的飞速发展,越来越多的人更加关心如何实现数字显微镜快速而精确的自动对焦问题。近年来人们对自动对焦技术的研究也多集中在数字图像处理的方法上。但是,在一般情况下,成像目标具有复杂性与不确定性的特点,因此,在数字成像系统中,现有的自动对焦技术仍然存在诸多不足,比如,对焦评价函数以及对焦的实时性与精确性等方面。通过对实验数据的分析,提出了一种改进的爬山算法通过在特定阶段采用特定对焦评价函数的方法,最终实现了自动对焦的目的,在保证调焦精度的情况下有效提高了自动对焦的速度。     

投影微分法实现多光谱成像仪的自动对焦控制

基于投影微分算法提出了一种应用于多光谱成像仪的自动对焦方法,该方法结合图像处理单元和多个波段的探测器调焦辅助机构来同时实现多个波段的独立自动对焦.首先,根据观测需要对自动对焦窗口进行手动选取,或结合投影微分与目标边缘的对应关系进行对焦窗口的自动选择;然后,将参与自动对焦计算的图像的对焦窗口内的数据做x与y方向投影,对这两个方向投影数组的微分1范数均值求均方根,并将其作为该帧图像的清晰度评价值;最后,结合经典的爬山搜索算法,完成系统的自动对焦过程.实验结果显示,同等条件下投影微分算法与经典的Brenner、能量梯度及Roberts梯度和算法具有同样好的评价效果,能够准确地实现系统的自动对焦,而其算法时间分别仅为这3种算法的0.67、0.33和0.33倍.这些结果表明,投影微分算法具有良好的单峰性与无偏性、较高的灵敏度及很好的实时性,能够满足系统的高精度自动对焦要求.     

一种近距离物体优先的对焦窗口选择策略

随着数码相机普遍进入千万级有效像素的行列,大多数相机都采用了多个对焦窗口的自动对焦技术。为实现对焦窗口的快速选择和自动对焦,文中采用统计分析的方法,研究了近距离物体优先的对焦窗口自动选择的可行性,就选择适宜的对焦评价函数提出建议;通过MatLab仿真实验给出了评价函数的大小阈值,提出了近距离物体优先的对焦窗口自动选择和自动对焦策略,给出了对焦搜索基本流程。这种对焦窗口选择,实时性好,适用性强,可作为数码相机的一种对焦窗口自动选择策略。     

一种复合的自动对焦方法在影像测量仪中的应用

介绍了三种常用的自动对焦评价函数——方差评价函数、梯度评价函数、频谱评价函数,并对后两种评价函数进行了优化。对比分析了三种评价函数在评价的灵敏度、稳定性和计算速度上的优缺点,在此基础上提出了一种三阶段复合的自动对焦方法,该方法在影像测量仪上表现出良好的对焦特性,可以在保证对焦精度的同时实现快速对焦。     

非球面检测中偏心光束对焦系统设计

针对常规非球面检测技术存在的问题,特别是测量高精度工件表面具有一定的局限性,提出一种非接触式测量技术,即自动对焦测量技术.自行设计了一套偏心光束对焦系统.光路采用激光作为光源,一维位置敏感器件PSD作为光电探测器.激光、柱面平凸透镜和反射镜构成偏心光束对焦光路.电路分为PSD信号处理电路和电动机驱动电路,具有电压放大、消除地面干扰和滤波等作用.     

基于Internet的嵌入式数字图像自动对焦系统

提出了一种利用网络技术实现嵌入式数字图像自动对焦系统远程监控的方法,建立了基于DM642的数字显微镜自动调焦系统,设计了系统的网络传输应用程序。最后通过实验证明了该方法的可行性。     

一种基于DFD的自动对焦算法

引入了一种基于DFD的自动对焦算法。通过这种算法,只要给定了两幅不同离焦位置的图像,就可由算法推导出目标物体的正确对焦位置,从而控制镜头完成自动对焦。实验表明,这种算法精度比较高,速度比较快,鲁棒性良好。     

一种变物距的自动对焦方法

针对像距无法改变的特定环境,提出了一种变物距的自动对焦方法。首先通过设置标志矩形,采用SUSAN算法中的角点获取算法,取得对焦窗口;其次建立对焦窗口转换函数,使不同物距下的对焦窗口包括相同的成像信息;最后使用能量梯度对焦评价函数,取得最佳对焦位置。实验表明,该系统适用于像距无法改变的环境,并且具有良好的自动对焦精度、速度以及鲁棒性。     

图像清晰度评价函数的研究

为了实现更为高效、准确的光纤端面自动对焦,对现有图像的清晰度评价函数进行了研究,并在此基础上,提出了一种新的计算简便、抗噪性好的清晰度评价函数。采用光纤几何参数测试仪获得光纤端面清晰成像面前后等间隔的24帧光纤端面图像,利用不同的图像清晰度评价函数对这24帧图像进行计算,得到相应的调焦曲线并分析其单峰性、单调性和抗噪性。结果显示,所提的新评价函数具有更好的表现,对自动对焦技术具有一定的参考价值。     

自动聚焦技术在刀具测量仪器中的应用

在光学测量仪器中,如何提高聚焦精度是非常重要的。本文针对刀具几何参数测量仪,设计了自动聚焦系统。提出了以步进电机驱动显微镜移动,结合图像处理技术来实现自动聚焦的方法。通过对比实验,选择了图像的灰度梯度向量模方和算子作为图像是否聚焦的评价函数,以及给出了登山式自动聚焦策略。最后对该系统做了重复性聚焦实验,证明上述方法可以提高系统的聚焦精度。     

基于图像处理的微装配自动调焦系统

介绍了一个基于图像处理的自动调焦系统,该系统由光学显微镜、CCD、力矩电机和齿轮传动机构等组成。调焦系统中采用粗/精结合的调焦方法,即首先采用基于Krisch边缘检测算子的清晰度评价函数对被测物体进行粗调焦,并在计算机上采集了包含目标的大致轮廓和边缘的显微图像;然后针对全景图像上的某个目标区域采用基于高频分量的清晰度评价函数进行精调焦,使得显微图像显示出更多的纹理细节。实验中清晰度评价函数算法均采用Windows下的Visual C++实现。实验结果表明,该自动调焦的系统精度可达±4.8 μm,基本上满足了微装配任务的调焦精度要求。     

机器视觉精密测量中的显微光学聚焦

考虑显微光学涉及的聚焦精度对机器视觉精密测量效果的影响,开展了显微视觉环境下对图像聚焦技术综合定量评价的研究。建立了偏移率等系列性能指标,对13组清晰度函数在显微视觉条件下的无偏性、单峰性、分辨力等进行了综合评价,优选出方差函数和Brenner函数分别用于粗聚焦和精聚焦阶段的清晰度计算。建立了分步爬山搜索法,实现了显微自动聚焦。与传统爬山法相比,提出的方法聚焦时间显著缩短,重复精度提高约24%。将建立的自动聚焦与图像测量方法应用于某电液伺服阀衔铁气隙测量中,得到的测量均值与工具显微镜结果相近,而测量标准差可达1.9μm,测量效率也显著提高。最后对伺服阀加电条件下的气隙动力学特性进行了测试,获得了驱动电流-衔铁气隙之间的关系,为在线装配/装调提供了重要依据。     

大口径精密光学元件表面疵病检测系统研究

根据大口径精密光学元件表面疵病检测的工程特点,提出了一种基于优化模糊相似度算法的案例推理疵病识别法,解决了疵病图像获取中的摄像机平面移动定位、自动调焦和图像拼接等自动检测技术问题,研制了基于机器视觉的大口径精密光学元件表面疵病检测系统.实验结果表明,以上算法和技术是正确的,达到了理想的效果,可推广应用到其他材质的精密表面缺陷检测中.     

Quantitative optical microscope with enhanced resolution using a pixelated liquid crystal spatial light modulator

This paper presents a brief account of a novel optical microscope, which combines the advantages of two well‐known techniques, namely phase contrast and phase stepping, to provide high contrast imaging and precision measurements. The inclusion of a programmable liquid crystal spatial light modulator provides for the phase stepping required, while also allowing flexibility for future improvements. The results shown reveal an important aspect of the system to facilitate quantitative sample measurements, with an enhancement of optical resolution compared with conventional optical imaging systems.     

基于最大灰度梯度的经纬仪自动调焦技术

本文提出了一种基于最大灰度梯度的经纬仪自动对焦方法,以CMOS相机为图像传感器,用计算机进行数据处理并控制驱动电路来调整相机镜头的位置,从而达到自动调焦的目的。系统首先选择包含主体成像目标的最小区域作为对焦选择区域,不仅有效地节省了系统对图像的处理时间,而且极大地减小了复杂背景对精确调焦的干扰,提高了调焦准确率;其次对边缘上任意可能的梯度方向都求出它的梯度,比较后得到每个边缘点的最大梯度,最后采用最大灰度梯度作为系统的自动聚焦判距。试验结果表明：本文调焦算法具有单峰性强、无偏性好、灵敏度高、稳定性好等特点,系统的对焦分辨率在0.01－0.02 mm范围之内,完全能够满足经纬仪第一像面焦深的调焦要求,并具有可实时性操作的优点,具有较好的应用前景及推广价值。     

基于视觉传感的焊缝识别方法的研究

文中采用视觉传感的方法实现焊前焊缝中心和间隙的检测.设计了一种基于Roberts梯度和图像清晰度评价函数的自动调焦方法,此方法具有较高的灵敏度,且稳定性好,计算速度快;然后介绍了一种基于垂直测量方案的标定方法,简单实用,能够满足系统的精度要求;最后提出了焊缝图像的一系列处理步骤,包括中值滤波、OTSU法自适应二值化与基于8连通区域标记的孤点滤波算法.实验证明该检测系统能够满足实时性要求,而且有效地提取出焊缝中心位置和间隙大小.     

Correction of image drift and distortion in a scanning electron microscopy

Continuous research on small‐scale mechanical structures and systems has attracted strong demand for ultrafine deformation and strain measurements. Conventional optical microscope cannot meet such requirements owing to its lower spatial resolution. Therefore, high‐resolution scanning electron microscope has become the preferred system for high spatial resolution imaging and measurements. However, scanning electron microscope usually is contaminated by distortion and drift aberrations which cause serious errors to precise imaging and measurements of tiny structures. This paper develops a new method to correct drift and distortion aberrations of scanning electron microscope images, and evaluates the effect of correction by comparing corrected images with scanning electron microscope image of a standard sample. The drift correction is based on the interpolation scheme, where a series of images are captured at one location of the sample and perform image correlation between the first image and the consequent images to interpolate the drift–time relationship of scanning electron microscope images. The distortion correction employs the axial symmetry model of charged particle imaging theory to two images sharing with the same location of one object under different imaging fields of view. The difference apart from rigid displacement between the mentioned two images will give distortion parameters. Three‐order precision is considered in the model and experiment shows that one pixel maximum correction is obtained for the employed high‐resolution electron microscopic system.     

ICF靶场坐标系的建立及其监测方法

提出了一种新的惯性约束聚变(ICF)靶场坐标系建立及传递的方法并设计了一种高精度光学标准靶。研制了三台光学视觉监测仪,介绍了监测仪的工作原理及光学系统设计。最后,介绍了标定方法,进行了实验并对试验结果做了分析。分析表明,靶场坐标系监测系统的综合精度为±3.28 μm。结果指出,该坐标系建立及传递的方法简单可行,监测系统精度较高,可以满足靶场系统对试验靶的引导要求。     

广角望远镜实时自动调焦的清晰度评价方法

SVOM天文卫星附属的地基广角相机阵(GWAC)含有36个广角望远镜,其短时标的高精度自动观测建立在实时自动调焦的基础上,本文将对广角望远镜实时自动调焦的图像清晰度评价方法进行研究和实现。文章首先比较研究了常用望远镜图像清晰度评价方法的原理及在GWAC系统上的适用性,得出基于星像能量集中度的两种方法:星像50%能量半径、PSF的FWHM值适用于GWAC系统。区别于常用天文软件包IRAF费时的算法,本文提出了基于点源强度分布进行PSF拟合计算FWHM的方法,并进一步探究了诸如拟合模型、选星标准、定心精度、拟合半径、插值方法、插值间隔、FWHM后处理等关键方法参数对FWHM计算精度与速度的影响。最终得到一套适用于GWAC实时自动调焦的清晰度评价方法,并用C++编程实现。本文中方法 FWHM计算误差为0.046pixel,精度与IRAF相当,计算焦点位置一致;单图(挑选后约300颗星)计算时间为0.67s,约为IRAF计算时间的1/20,满足GWAC系统自动调焦的精度与实时性需求。研究结果在GWAC系统中得到应用,并可为其他自动化望远镜观测系统提供参考。