基于光学相关的亚像元像移测量方法研究

为了对高帧频采集的低信噪比图像进行亚像元配准,使用了光学联合变换相关的方法对相邻两帧图像进行相关运算,测量出相对像移量.给出了使用该方法测量像移的原理和离焦影响,并采用两种预处理方法对不同景物图像的亚像元像移进行了仿真测量.结果表明,通过对联合变换相关器的输入面采用拉普拉斯卷积核进行边缘提取,对功率谱采用均值进行二值化处理,亚像元像移的测量均方差小于0.2个像元,并且测量精度对离焦不敏感.     

高密度全场主动离焦三维测量的精度分析

向物体投射正交正弦光栅或正弦光栅,都能实现我们提出的高密度全场离焦三维测量,实验发现测量精度依赖于投射模式和物体毒面纹理。计算机模拟显示物体深度测量精度与物体纹理的调制度、频率和投射光栅方向有关。对各种纹理,正交正弦光栅投射的测量精度都高于正弦光栅投射的测量精度。在相同实验条件下,正交正弦光栅和正弦光栅投射的弱纹理表面的深度测量均方误差分别为0．18mm和0．25mm,较强纹理表面的均方误差为0．35ram和0．54mm。     

裂像镜在激光测距机离焦检测中的应用

为了减小探测器离焦问题对激光测距系统的影响,设计了一种基于裂像镜的主动型测距机探测器装调系统。首先,分析了裂像镜的成像原理,并对其检测精度进行了理论分析,构建了裂像离焦数学模型;其次,针对影响检测的误差因素,给出了不同取值下的误差曲线,得到了检测精度影响的变化趋势;最后,设计完成理论样机并进行实验验证。实验结果表明:理论样机在离焦量为0~6 mm时,检测精度可以达到0.07 mm, 较为接近理想值,且离焦量越小离焦检测精度越高,符合装调测量习惯。该离焦检测系统为非成像型光电探测器装调提供了一种新方法,能够进一步提高激光测距系统的测量精度。     

基于五棱镜的大型平行光管焦面监测技术及误差修正方法

大型平行光管在进行空间环境模拟实验中由于受到温度、气压大幅改变的影响,离焦现象较为严重,为了解决该状态下平行光管离焦量检测难度较大、检测精度不高等问题,提出了一种针对大口径长焦距平行光管焦面位置检测的新方法,可以对平行光管的离焦量进行实时的监测。分析了由五棱镜引入的主要系统误差,并使用更新基准数据的方法将其修正。在口径为700 mm 焦距为18 m 的平行光管上进行了实验,结果表明该系统检焦精度在150 m 以内,满足实验室对大型平行光管焦面位置精度小于200 m 的指标要求。     

一种降低平面子孔径拼接累积误差的方法

干涉仪参考镜面形离焦误差难以精确标定,是导致拼接累积效应、制约平面子孔径拼接系统检测精度的主要因素。推导了参考镜离焦与拼接累积误差、拼接次数间的定量表达式,基于该表达式在拼接过程中标定并去除参考镜离焦误差,降低拼接累积误差。对450 mm×60 mm的平面镜进行了8个子孔径的拼接检测,与大口径干涉仪检测结果比对,去除参考面离焦误差前后拼接测量误差峰谷(PV)值从λ/10减小至λ/30,有效提高了拼接测量精度。结合绝对检验技术标定参考镜高阶面形误差,验证了离焦是引起拼接误差累积的主要因素,消除参考镜高阶面形误差并不能显著提高拼接检测精度。     

双波段航空相机红外调焦机构的设计

为了补偿双波段航空相机在复杂环境下产生的离焦,设计了一套调焦机构。该调焦机构通过采用蜗轮蜗杆和 偏心凸轮的传动方式,将凸轮的旋转运动转化为调焦镜的直线运动,解决了离焦问题。该机构具有传动比大、运行平 稳,结构紧凑,抗振、抗冲击,可实现自锁以及模块化等优点。通过计算可知,该机构的调焦镜的位移 精度为0.0026mm,满足使用要求。仿真分析结果表明,该方法具有可行性。     

深度学习精确相位获取的离焦投影三维测量

数字光栅投影三维测量技术,通过离焦投影二值光栅条纹,生成三维测量所需正弦光栅条纹,能够实现超高投影速度,在快速三维测量领域具有极大潜力。但是,二值光栅条纹不可避免地包含高次谐波,导致计算所得相位包含相位误差,进而降低了快速三维测量精度。提出了一种基于深度学习精确相位获取的离焦投影三维测量方法,通过构建含噪声相位到精确相位的端到端深度卷积神经网络,降低高次谐波引入的相位误差,进而实现快速精确三维测量。首先,以理论分析证明所提方法的可行性,并以仿真和实验进一步验证了所提方法的有效性和精确性。与现有快速三维测量方法相比,所提方法在保证测量速度的同时保证测量精度。     

基于离焦光栅的单帧深度学习相位反演算法

针对目前相位差法收敛速度慢以及需要CCD在焦面以及离焦面多次测量的问题,提出了基于离焦光栅的单帧深度学习相位反演算法。该算法用离焦光栅对入射波前进行调制,可同时在透镜焦平面上获得正负离焦以及焦面远场光强分布;此外算法引入卷积神经网络替代原有的多次扰动寻优过程,波前复原算法耗时大大降低。仿真结果表明:算法可根据单帧透镜焦面远场光强分布实现高精度快速波前复原,残差波前的均方根为入射波前均方根的6.7%,算法进行一次波前复原所需时间可小于0.6 ms。     

基于互补型格雷编码的离焦二元光栅相位展开方法

离焦投影使编码光图像黑白灰级跳变产生模糊而 造成二值化错误,导致相位级次解码 出错,影响相位展开。本文提出利用互补型格雷编码光计算相位级次,完成离焦二元光栅相 位展开。生成两种编码光序列,出现误码的位置相互交错,具有互补性。结合 两种互补性编码光图像进行相位展开,可有效避免编码光图像二值化错误所引起的误码影响 。对陡 变物体测量的结果表明,相位相对误差(RE)为1． 03％,误差峰谷值(PV)为0.24rad,均方差(RMS )为0.14rad。本文方法提高了离焦二元光栅测量精度 ,扩大了测量范围,尤其适用于陡变或不连续物体的三维面形测量。     

采用Hough变换的离焦模糊参数的估计

在离焦模糊图像的复原过程中,点扩散函数(PSF)常常是未知的,须事先估计其参数。通过分析离焦模糊点扩散函数的频谱特性,提出了一种估计离焦模糊点扩散函数半径的新方法。该方法采用Hough变换原理检测频谱同心圆,进而估计点扩散函数的半径,在一定程度上有效地解决了传统方法估计精度不高的问题。同时,在算法中引入合适的阈值,对阈值变换后的二值频谱图做聚类分析,剔除噪声所带来的奇异点,并充分利用Bessel函数多零点的特点提高抗噪性能。实验结果表明:该方法具有估计精度和稳定性高的优点,能有效地用于图像复原过程中的事先参数估计中。     

Distance estimation from image defocus for video surveillance systems

When dealing with depth recovery, the estimation of depth from defocus information provides an alternative method to stereo vision. A new depth from defocus method is described that needs only an estimation of the background together with the image of the object of interest, instead of the two images which traditional depth from defocus algorithms require.     

一种适用于任意目标的离焦深度快速自动聚焦技术

针对聚焦深度(DFF)法对焦速度慢的缺点,提出了 一种适用于任意目标的离焦深度(DFD)快速自动聚焦 算法。在仅改变成像系统镜头位置的条件下,应用光学成像系统离焦模型,推导了以模糊差 异为参量的离 焦深度的计算公式。采用S变换得到两幅不同离焦程度图像的模糊差异,并利用推导得到的 公式计算出目 标物体的深度信息,从而调节镜头位置完成自动聚焦。实验结果表明,本文算法适用于任意 目标物体,仅需 要两幅不同程度的离焦图像,能够以较高精度估计出目标物体的深度信息,从而实现快速自动聚 焦。     

An auto-tuning method for focusing and astigmatism correction in HAADF-STEM, based on the image contrast transfer function

An auto-tuning method for high-angle annular detector dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) is proposed which corrects the defocus to the optimum Scherzer focus and compensates the astigmatism. Because the method is based on the image contrast transfer function formulated for the HAADF-STEM, the defocus and the astigmatism are accurately measured from input of two different defocus images. The method is designed to work independent of object function in the linear imaging model by analysing the spectral ratio between two Fourier spectra of their images, which is useful for cases where the spectrum of object function is not uniformly spread out over the reciprocal space. The method was preliminarily tested in a Hitachi HD-2000 STEM, and successful results of the auto-tunings from the viewpoint of verification of the algorithm were obtained using general specimens of Au fine particles and a thin section of a semiconductor device.     

基于一幅散焦图像的深度估计新算法

基于Pentland提出的散焦法（DFD）,考虑到物体表面点的连续性和物体边缘在散焦图像中的模糊性,提出了一种利用局部直线求取物体深度的算法。该算法只需1幅图像就能进行深度估计,因此能有效避免图像间的孤配问题与遮挡问题,计算量小、效率高、计算没有用到微分信息,对噪声不敏感,采用深度修正法进一步提高了其测量精度。实验结果表明,该方法稳定可靠,深度测量误差被控制在2％的范围内。     

单幅散焦图像深度计算方法

由单幅图像获取深度是单目视觉测量中的一个难题。根据散焦图像的散焦原理,得到了单幅散焦测距扩散系数。基于单幅图像中不同区域的图像相关性,提出了替代二次成像要求的约束条件,即采用图像检测方法检测两个被测区域,结合散焦图像的各向异性扩散模型及区域扩散系数,分别对两个区域图像进行扩散实现。利用最小能量泛函求解了各个被测区域的各向异性图像扩散方程,进而得到了区域物体深度。在精度方面,实验结果与利用两幅散焦图像获取深度的传统方法相同。这种方法在测距过程中无需对相机参数进行调整,提高了单目测距的可操作性。该方法是对现有视觉测量方法的有力补充,能够为视觉测量技术提供更加宽广的应用前景。     

单幅图像估计离焦量的航空摄像机自动调焦系统

为了改进航空相机自动调焦的方法,解决传统对焦深度法自身不可避免的多峰值问题和实时性问题。本文提出一种新型自动调焦方法,建立了调焦模型,并通过实验装置验证了该方法,调焦时间相比传统方法短,实现了一次定位的调焦方法。首先,通过采集大量不同离焦程度的自然图像作为分析样本的总体,对总体中分类采样出小块样本进行运算分析,经过迭代运算获得所需模板;然后,在凸轮机构完成粗调焦以后采集当前图像,通过对当前图像采样,把采集的样本小块放入建立好的模板中计算,得到当前镜头的离焦量。最后,根据离焦量的结果,换算为调焦执行机构的位移量,驱动调焦电机移动相应位移完成调焦。实验结果表明:在目前实验条件下离焦量计算时间为0.4 s,较传统方法的4~8 s调焦时间有了大幅度提高。在保证调焦精度的前提下,实现了一种具有实时性的自动调焦方法。     

基于图形处理的人体内异物定位测量系统设计

临床医学实践中,存留的人体异物会给病人身心带来严重的伤害。因此,快速、准确地对人体内异物进行三维定位,具有重要的研究意义和广泛的应用前景。文中对异物图像预处理、几何校正以及人体异物定位测量等关键技术进行了深入分析和研究,并设计开发了基于Matlab GUI的人体异物图像测量分析软件。该软件系统能实现对医学图像的预处理以及对人体内异物平面位置和深度信息的定量描述,实验结果表明,系统测量误差不超过0.21 mm。     

正弦脉冲宽度调制条纹结合相位编码条纹的三维测量方法

提出了正弦脉宽调制和相位编码结合的一种三维形貌测量方法。这种方法离焦投影编码的两种条纹到被测对象上,使用相移算法,由正弦脉冲宽度调制条纹得到截断相位,由相位编码条纹解码得到条纹级次,从而恢复测量对象的三维形貌。实验结果证明了该方法有两个优点:(1)轻度离焦滤除了谐波从而能降低测量误差;(2)基于相位的编码方式能测量表面反射率不一物体。