高速扫描激光共聚焦显微内窥镜图像校正

使用往复式逐行扫描的方式可以提高激光共聚焦显微内窥镜的成像速度和数据利用率,但这种扫描方式也会带来图像畸变和错位问题,从而影响系统成像质量。受扫描畸变影响,图像错位程度不一致,后期处理难以得到理想的校正效果。本文基于共振振镜的运动规律,推导了均匀空间采样过程中的采样时间函数,通过非等时采样方法校正了振镜速度变化带来的横向畸变。利用互相关法评价图像错位程度,采用遗传算法获得最优的采样开始时刻,实现了图像错位的校正。最终通过调整采样开始时刻和时间间隔在数据采集环节校正了图像畸变和错位。为了验证图像畸变校正和错位校正效果,本文搭建了基于往复式逐行扫描方式的激光共聚焦显微内窥成像系统。实验结果表明,该方法能够有效地校正图像畸变和错位,图像的横向分辨率。与现有方法相比,本文方法将图像的局部分辨率由10 pixel提高到6 pixel。     

空间超大幅宽低畸变红外成像扫描控制

本文以空间超大幅宽低畸变红外变焦扫描成像系统为研究对象,分析给出地面畸变与成像系统瞬时视场角的关系,提出变速扫描成像并推导了扫描角速度公式。为解决匀速360°旋转扫描效率低和双向摆动扫描成像需安装扫描线矫正器所导致的系统复杂性高、可靠性低的缺点,设计了一种正弦加速度快速回扫的方法。对变速扫描以及正弦加速度快速回扫方法进行了仿真及实验,结果表明扫描控制系统慢速扫描与快速回扫之间状态切换稳定,扫描起止角度误差仅为1.44角秒,扫描速度稳定度为±0.5%,扫描成像过程时间误差为83μs,回扫时间误差为250μs,整个扫描周期时间偏差小于1倍像元积分时间(355μs),扫描效率达86%,在提高了扫描效率的同时减小对扫描机构的冲击与振动,满足成像要求。正弦加速度快速回扫方法对机载红外扫描成像系统快速回扫运动设计也具有一定指导意义。     

基于多项式变形法的栅格图像非线性畸变校正

为了减小光电成像测量系统存在的非线性畸变,提高测量精度,提出了一种基于多项式变形法的栅格图像畸变校正方法。提取带有桶形畸变的栅格图像中的栅格交叉点作为控制点,利用光学成像关系推算出栅格交叉点的理想无畸变位置,构成控制点对。对畸变图像和校正后图像的像素位置对应关系建立线性方程组,通过最小二乘法实现两者像素之间的坐标变换,并且采用双线性插值法确定校正后栅格图像中像素的灰度值。对带有桶形畸变的栅格图像进行了畸变校正实验,结果表明,多项式变形法能够自动、有效地校正图像畸变。     

小视场图像系统的非线性畸变校正方法的研究

分析了小视场图像系统的成像特性,针对其非线性畸变提出了基于平行光栅技术的数字图像校正方法,应用图像系统的一阶综合径向畸变数学模型,求解畸变参数和校正参数并对图像进行校正。理论分析和试验表明,本方法简单有效,校正后的畸变影响降低到0.25个像素。并对图像的畸变中心和纵横比例因子对校正的影响做了探讨。     

非线性畸变分布椭圆鱼眼镜头成像建模和校正

非线性畸变分布椭圆鱼眼镜头是面向视频监控应用的一种新型鱼眼镜头,与传统的鱼眼镜头不同,非线性畸变分布椭圆鱼眼镜头采用非角对称光学系统设计原理,其有效成像面为椭圆,并且采用非线性畸变分布成像函数,能够实现对大视场中关键区域的增强畸变。通过对其非相似成像的研究,建立一种全方向光线跟踪下的镜头成像混合畸变模型,使用B样条曲面和曲线分别拟合径向和切向畸变函数,然后通过五面立体角度标定空间实现对镜头成像函数的精确标定,最后实现畸变图像的校正。     

基于支持向量回归机的X射线图像畸变校正研究

X射线图像已经被广泛的应用于各个领域,如医学诊断,工业检测等。然而,由于 x射线及其成像系统的物理特性,得到的 X图像存在严重畸变,这极大限制了 X射线在一些高精度场合的应用,因此需对原始的 x射线图像进行校正。所谓图像畸变校正,就是设法建立畸变图像特征点坐标与理想图像特征点坐标之间的映射模型,即校正模型,将畸变的点恢复到原来的位置。目前常用的畸变校正方法主要分为两类：全局校正法和局部校正法,这两种方法都有各自的优缺点。本文提出了利用支持向量回归机建立校正模型的一种全局校正方法,并将其与全局多项式模型做比较,通过比较两种模型的校正图像中特征点分布与理想分布的符合度,检验所提出算法的效果。实验结果表明,提出的算法效果明显好于传统的多项式方法。     

基于RGB三基色的实时相位测量轮廓术

提出一种基于彩色三步相移算法和DLP Light Crafter 4500的实时相位测量轮廓术。在测量系统中,DLP Light Crafter 4500快速有序地投影MATLAB生成的三帧相移量为2π/3的R、G、B调制正弦相移光栅条纹到被测物体表面,一台与DLP Light Crafter 4500投影光栅条纹信号同步的高速黑白CMOS相机拍摄受被测物体面形调制的变形条纹。由于捕获的变形条纹间存在颜色失衡,需要采用校正算法进行校正。基于传统的三步相移技术,利用校正后的三帧变形条纹图像可以实时重建被测物体的三维形貌。     

光栅成像光谱仪图像畸变校准方法研究

成像光谱仪是一种"图谱合一"的光学遥感仪器。光栅型成像光谱仪由于原理简单,性能稳定,技术发展成熟等优点得到了广泛的应用。光栅成像光谱仪中不同采样步长的选择及不合理的拼接方法会导致目标图像(分划板图像)的畸变,会使原来分划板图像中的正方形发生不同程度拉伸或者压缩成为矩形。现采用He-Ne激光器确定成像光谱仪的通带宽度,并利用低压汞灯进行波长定标,确定特定波长所对应的像元数,通过基于区域和小波变换的拼接方法完成目标图像,从而对目标图像的畸变进行校正。实验证明,可以使畸变量相比原始块匹配拼接方法减小一个数量级。     

深孔内表面结构光图像几何畸变校正

在针对深孔类零部件内表面检测过程中因曲面特性引起的结构光图像几何畸变校正问题,一直是深孔内表面检测领域的难点。本文提出了一套针对结构光条纹图像的几何校正算法:该算法首先针对无差别建模的深孔内壁模型内表面进行结构光检测;然后基于离散映射理论搭建深孔内壁模型和内壁展开模型内表面之间的几何位置对应关系;最后基于映射关系校正深孔内表面结构光图像存在的几何错位(畸变)。检测结果表明,所提算法能够有效提高几何错位的校正精度,在不考虑图像边缘的基础上,校正偏差达到亚像素水平;并且因条纹斜率不一致造成的对应条纹最大间距(即距离偏差)控制在1.5 pixel范围内,即0.135 mm。     

消隐点共线约束逐点畸变校正算法

对逐点图像畸变校正算法进行分析和研究。分析了基于四点共线交比不变性的逐点畸变校正算法的校正精度,指出该算法由于初始使用图像点含有误差导致计算其他图像点产生了精度改变,同时给出了计算结果误差较小时的图像点位置和相对距离的选取方法。基于上述分析,提出了基于消隐点共线约束的逐点畸变校正算法。该算法利用消隐点来提高直线拟合精度,利用共线特征来约束校正图像点精度。该算法不仅可以优化基于四点共线交比不变性算法校正的图像点,同时也可以优化初始使用的图像点,从而提高所有图像点畸变校正精度。基于MATLAB的仿真实验显示:对于400万像素的镜头,校正后图像点最大误差是初始图像点噪声的29.05倍。针对实物图像对基于四点共线交比不变性法校正的图像点,基于消隐点共线约束法校正的图像点和未校正采集图像点的交比值进行对比,结果表明本文提出算法优于四点共线交比不变性算法的结果。     

Image distortion correction for micromanipulation system based on SLM microscopic vision

Stereo light microscope (SLM) simulates stereo imaging principle of human eyes. Microscopic vision system based on SLM has become an important visual tool for micro measurement, micromanipulation, and microinjection. We develop a micromanipulation system based on SLM and present an image distortion correction method. We mainly correct two kinds of image distortions: lateral and vertical distortion. Distortion correction consists of two steps. First, a linear fitting algorithm for each row or column of target points is developed, and the fitting errors are calculated. If the fitting errors are smaller than a given threshold, the linear fitting results are kept and used. Otherwise polynomial fitting procedure will be used. Second, the parallelism of straight lines is corrected. The results show that a line in world coordinate frame (WCF) is not necessarily a straight line in image coordinate frame (ICF), or two parallel lines in WCF may be not parallel in ICF. Distortion correction can restore the parallel and linear relationship. For distorted left and right images, the magnitude of distortion exceeds 6 pixels and 4 pixels in the horizontal direction, and 1.2 pixels and 1.7 pixels in the vertical direction, respectively. After corrected, for left and right image, distortion can be reduced to 0.8 pixels and 0.7 pixels in the horizontal direction, and 0.96 pixels and 1.3 pixels in the vertical direction, respectively. The results show that distortion parameters obtained from the proposed method can effectively correct distorted images. Microsc. Res. Tech. 79:162–177, 2016. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.     

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.     

基于几何光学的图像矫正法在圆管 PIV实验中的应用研究

粒子图像速度技术被广泛用于流体流动测量,介质折射率差异使光在圆管壁面发生偏折,导致图像失真,直接影响速度 测量精度。 本文建立了光学折射的物理模型,得到圆形管道中物点和图像点之间的函数关系进而得到矫正后图像的像素坐标, 使用双线性插值算法得到像素灰度值重建出矫正后的粒子图像,最后根据多重网格迭代算法计算管内速度场。 分别对流体进 行管内静态流体与管内层流速度场测量实验,对比了光学矫正箱法、线性矫正以及基于光学模型的畸变矫正方法误差。 结果表 明,本文提出的基于几何光学的图像矫正方法精度优于光学矫正箱法和线性矫正方法,并通过静态与流动实验充分验证了所建 立几何光学模型的准确性和有效性。     

结合仿射变换和多层B样条配准的湍流畸变图像校正

为解决大气湍流引起的图像抖动和图像偏移问题,提出了一种结合仿射变换和多层B样条配准的图像校正方法。由于湍流像素偏移具有非线性和随机性,且序列中常伴有成像系统运动引起目标全局运动,该方法将像素校正分为整体运动校正和局部非刚性配准两部分。采用仿射变换描述目标整体运动;引入多分辨率策略处理像素偏移,利用多层B样条对湍流引起的局部形变进行非刚性配准。基于对称约束的代价函数,通过梯度判定感兴趣区域,进一步细化控制点网格提高B样条配准精度。最后,采用有限内存拟牛顿法优化代价函数,得到像素偏移量,实现畸变图像的像素校正。对真实图像和实际序列图像分别进行了实验,结果表明:该方法能够有效降低湍流造成像素偏移畸变,在噪声和模糊干扰下校正结果依然理想。     

基于双经度模型的鱼眼图像畸变矫正方法

针对鱼眼镜头拍摄图片桶形畸变大的问题,提出了一种基于双经度图像畸变矫正算法,以改善其视觉效果。首先,在未知镜头视角大小且鱼眼图像非圆形的情况下,利用鱼眼图像特征求得球面中心及其半径,并对半径大小做优化处理以减弱极点畸变;在此基础上采用双经度模型方法,通过正交投影策略将鱼眼图像映射到球面上,转化为球面横向经度和纵向经度坐标,从而投射为以横向、纵向双经度坐标为基础的正方形平面图像,实现图像的快速、精确变换。最后,利用2个实例验证了该文所提算法的有效性和可行性。     

Masked illumination scheme for a galvanometer scanning high-speed confocal fluorescence microscope

High-speed beam scanning and data acquisition in a laser scanning confocal microscope system are normally implemented with a resonant galvanometer scanner and a frame grabber. However, the nonlinear scanning speed of a resonant galvanometer can generate nonuniform photobleaching in a fluorescence sample as well as image distortion near the edges of a galvanometer scanned fluorescence image. Besides, incompatibility of signal format between a frame grabber and a point detector can lead to digitization error during data acquisition. In this article, we introduce a masked illumination scheme which can effectively decrease drawbacks in fluorescence images taken by a laser scanning confocal microscope with a resonant galvanometer and a frame grabber. We have demonstrated that the difference of photobleaching between the center and the edge of a fluorescence image can be reduced from 26 to 5% in our confocal laser scanning microscope with a square illumination mask. Another advantage of our masked illumination scheme is that the zero level or the lowest input level of an analog signal in a frame grabber can be accurately set by the dark area of a mask in our masked illumination scheme. We have experimentally demonstrated the advantages of our masked illumination method in detail.     

压印对正系统中标记图像几何畸变的校正

在综合分析了多种线性及非线性畸变后,建立了三次多项式图像系统畸变模型。采用基于控制点偏差目标函数最小优化法进行畸变模型的求解,并通过计算自标定偏差均方差与互标定偏差均方差对标定结果进行了评定。结果表明,模型求解误差为0.22 μm,通过校正标记图像几何畸变引入的定位误差由2.5 μm降低到0.25 μm,可实现压印对正系统中标记图像几何畸变的校正,实现精确定位。