基于光场相机结构的自适应光学系统仿真研究

在自适应光学系统中,采用传统的哈特曼波前传感器只能在较小视场范围内对大气湍流进行有效校正,而以光场相机作为波前探测器具有视场大、一次曝光可获得多视角方向湍流信息等特点,可以替代传统多层共轭自适应光学（MCAO）系统中的多个波前探测器,达到简化系统,节约成本的效果。文中采用自主研发的光学系统仿真软件Seelight中的光场相机模块,结合光场数字重聚焦技术、模式法大气层析技术,复原了大视场完整波前,并搭建了自适应光学仿真系统,模拟与89单元变形镜配合实现在闭环工作模式下对大视场的大气湍流引起波前畸变的有效校正。     

气动介质光学不均匀性的研究及测量

通过对高速气流对光束波前扰动的分析 ,指出气动光学不均匀性可分为大尺度有序扰动和小尺度随机扰动。对于大尺度扰动 ,扰动波前可以利用波前传感器测量 ,而小尺度随机扰动 ,相干系数是一个较好的评价标准。横向剪切干涉仪 (LSI)可以实现对两种扰动的同时测量。在此基础上利用LSI对自由旋气动窗口 (FADW )的流场对光场的扰动进行了测量 ,得到了扰动光场的有序扰动的一维波前分布和随机扰动的各种尺度的分布 ,分析了不均匀尺度的产生原因。     

一种提高天文巡天探测能力的新方法

在天文巡天观测中一般使用大视场光学望远镜系统,同时为了探测亮度弱的目标,要求光学望远镜具有大的口径.但是受材料、工艺等方面的限制,国内的大口径透射光学系统很难达到大的视场.为了解决巡天观测中这一实际问题,本文拟研究一种使用若干小口径的大视场望远镜组成一个望远镜束系统,通过对望远镜后端的CCD相机采集的天文图像进行图像配准和数据融合的处理,使其达到一个大口径、大视场望远镜系统的探测能力,这将有效的提高对暗弱天体的巡天观测能力.实验结果表明,该方法切实可行,能够有效提高现有望远镜系统的探测性能.     

气动光学效应光电校正方法研究

采用红外成像寻的精确制导体制的高速飞行器在大气中以高超音速飞行时。头罩周围的高温激波流场将产生气动光学效应,这种效应严重影响了导引头对目标的探测、识别与跟踪,必须对此采取措施进行校正。文中介绍了气动光学效应的光电校正方法,包括基于波前检测与基于像清晰化校正以及高频微型光电子校正等自适应光学校正、图像帧频与帧积分时间自适应变化校正和光学与图像处理综合校正等方法,并对各种方法进行了比较分析。     

基于交换拓扑的多相机拼接平台设计

在广域监控系统、侦察预警系统、仿生光学系统中广泛应用多个连接在特定光学孔径阵列上的相机进行采集拼接获得宽视场图像.随着孔径数量的增加、成像传感器分辨率的提高以及工程应用对功耗和体积的要求,多相机拼接平台的设计难度加大,图像的实时采集处理能力成为瓶颈.提出一种基于交换拓扑的多相机实时采集与处理平台架构,基于JetsonT...     

高超音速动态条件下红外图像模拟方法研究

以高超音速动态条件下传感器成像的退化模型为基础,提出了一种利用低速航拍图像模拟高超音速动态条件下红外图像方法.该方法首先对低速航拍图像进行帧内、帧间重采样,然后在图像中加入大气衰减、运动模糊、气动光学效应等退化因素,然后合成高超音速动态条件下的目标图像.所生成的图像已用于目标识别算法的研究.     

基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器

设计了一款基于时间域读出的大动态范围CMOS图像传感器。传感器基于一种新型的结构,其可在时间域下探测高输入光强,在模拟域下探测低输入光强。该设计在传统电容反馈式跨阻放大器(CTIA)的基础上,新增了时间域测量电路,在不改变原有积分过程的同时可实现连续的大动态范围。基于0.35μm,5V-CMOS工艺进行了256×1线列CMOS图像传感器流片,光电二极管面积为22.5μm×22.5μm,并对器件的光电特性进行了后仿真验证。仿真测试结果表明,基于时间域读出的图像传感器可实现96dB的大动态范围,且时间域和模拟域的两路输出信号可同步输出,功耗为7.98mW。     

大视场TDI CCD相机静态传递函数实时检测与记录系统

为了解决大视场TDI CCD相机静态传递函数(下面简称传函)检测过程中传函图像受环境影响较大、检测准确度不高等问题,设计了一种静态传函实时检测与记录系统。首先,根据大视场TDICCD相机静态传函图像特征,建立一个实时检测与记录的硬件和软件平台,实时接收相机输出的图像数据。其次,分析清晰靶标图像和模糊靶标图像的特征,设置区分两者的静态传函阈值,从实时接收的靶标图像中选取清晰靶标图像作为检测样本。然后,对靶标图像样本中的所有TDI CCD像元处的静态传函进行计算并做均值处理,将靶标图像样本的图像数据和静态传函值进行记录以便于后期分析处理。最后,对大视场TDI CCD相机5个通道进行静态传函的实时检测,记录20帧靶标图像样本的平均静态传函值,分析每个通道静态传函的标准偏差。实验结果表明:系统在选取0.01作为静态传函阈值的情况下,大视场TDI CCD相机每个通道静态传函值的标准偏差均小于1%,有效去除了模糊靶标图像引起的检测误差,提高了静态传函检测的精度和效率。     

基于高速湍流统计模型的红外退化图像仿真

超音速飞行条件下红外成像探测系统受到气动光学效应影响,其图像畸变和模糊退化问题十分严重,严重影响了红外制导系统的制导精度。常规的气动光学效应模拟仿真研究存在大数据量计算和非连续仿真问题,不能满足地面仿真的实时性需要。提出了基于高速湍流统计模型的快速仿真算法,用于气动退化图像实时复原方法和算法研究。根据本文提出的算法仿真得到的退化图像与实际的气动退化图像相似度较高,并且模型实现简单,能够满足地面实时仿真的需要。     

基于动态场景的高动态图像合成

相机所取得的图像动态范围与真实的场景相比往往较低。而通过对几幅不同的曝光时间的图像进行合成,可以得到高动态图像。但是场景中物体的运动会导致最终图像出现鬼影效应,提出了一个基于区域分割和连续性检测的算法,消除鬼影区域,使得在场景有运动下同样可以获得高质量的高动态图像。     

基于变分贝叶斯估计的相机抖动模糊图像的盲复原算法

在曝光过程中由于相机抖动而导致的运动模糊,是一种常见的图像降质现象。该文提出了一种基于变分贝叶斯估计和自然图像梯度统计特性的盲复原算法,用于恢复相机抖动模糊图像,同时针对图像复原过程中出现的振铃效应,设计了一种基于分区域检测和Fuzzy滤波器的去振铃效应方法。实验结果表明,该文提出的盲复原算法能够有效地去除图像中因相机抖动而产生的模糊,而且在保持图像边缘和细节的同时,可以较好地降低振铃效应对图像复原质量的影响。     

一种基于双边滤波的红外图像细节增强方法

为了解决高动态红外图像在常规显示设备上显示时对比度低、细节模糊等问题,提出了一种基于双边滤波的红外图像非线性细节增强及动态范围压缩方法。首先利用基于扫描行的均值及标准差的统计方法对图像中的条纹噪声进行检测及插值补偿。然后对高动态红外图像进行双边滤波,得到基频分量及细节分量。针对基频分量动态范围大的特点,压缩其动态范围,对细节分量则进行非线性增强。最后将压缩后的基频分量和非线性增强后的细节分量合成,并将灰度范围调整到8位,得到适合显示的低动态范围图像。实验结果表明,提出的方法能在压缩图像动态范围的同时有效实现图像细节信息的增强。     

自适应光学相干层析在视网膜高分辨成像中的应用

视网膜光学相干层析（OCT）技术利用外部低相干光源照射人眼眼底,并将人眼眼底散射信号进行干涉成像,获得人眼视网膜的断层图像信息,以实现人眼视网膜无创、实时、在体的光学活检。传统光学相干层析在视网膜成像时的轴向分辨率可达3 μm以上,但由于人眼个体差异和不可避免的像差限制了视网膜OCT的横向分辨率,只能达到约15~20 μm。而自适应光学作为一项波前校正的先进技术,可以校正OCT色差以及人眼有限视场和眼球运动导致的像差,将OCT横向分辨率提高到低于2 μm,以实现视网膜细胞及微细血管近衍射极限成像,及时发现患者眼底存在的早期病变。在介绍自适应光学和视网膜光学相干层析的技术特点基础上,对自适应光学在视网膜光学相干层析成像应用的国内外发展现状进行了论述,总结了自适应光学OCT视网膜高分辨成像在宽带光源色差校正、眼球运动伪影减少、自适应光学视场扩大和波前传感与校正系统简化的关键技术和未来发展趋势,以实现大视场、高效率、高灵敏度、高分辨率的高速人眼视网膜成像,为未来自适应光学OCT视网膜成像技术的研究和应用提供参考和借鉴。     

Blind image deconvolution for single motion-blurred image

Motion blur due to camera shake during exposure is one of the most common reasons of image degradation,which usually reduces the quality of photographs seriously.Based on the statistical properties of the natural image's gradient and the blur kernel,a blind deconvolution algorithm is proposed to restore the motion-blurred image caused by camera shake,adopting the variational Bayesian estimation theory.In addition,the ring effect is one problem that is not avoided in the process of image deconvolution,and usually makes the visual effect of the restored image badly.So a dering method is put forward based on the sub-region detection and fuzzy filter.Tested on the real blurred photographs,the experimental results show that the proposed algorithm of blind image deconvolution can remove the camera-shake motion blur from the degraded image effectively,and can eliminate the ring effect better,while preserve the edges and details of the image well.     

基因芯片CCD荧光检测及图像处理

设计了一种由CCD摄像机、荧光成像光学系统、图像采集卡等组成的基因芯片检测系统。利用高压汞灯作为光源，窄带滤色片作为激发波段和荧光截止波片，采用大孔径和大视场的光学系统，保证荧光分辨率和测量范围。通过CCD摄像机和图像采集卡进行图像采集，用专门设计的图像处理程序对采集后的图像进行处理，获得杂交后基因点位的关键特征，从而可以获得被检生物样品的疾病信息，较好地满足了临床诊断的需要。     

长曝光大气湍流退化图像点扩散函数估计

大气湍流能明显降低光学系统的成像质量,距离目标越远,曝光时间越长,受大气扰动越严重,图像越模糊。利用大气湍流退化点扩散函数可以对模糊图像进行复原,但实际自然条件下的点扩散函数往往难以准确获得。结合课题研究背景,针对长曝光大气湍流退化图像复原提出了近似等腰三角形模型,通过该模型能得到准确的大气湍流点扩散函数,并采用维纳滤波获得清晰复原图像。实验表明该方法能够对大视场、远距离条件下获得的长曝光大气湍流退化自然图像估计出准确的点扩散函数,复原图像拥有较好的视觉效果,通过计算灰度平均梯度值和拉普拉斯梯度模两个客观评价标准,进一步证实了该算法的有效性。     

基于张量优化的高动态范围微光相机设计与实现

针对空间低照度环境下,互补金属氧化物半导体(CMOS)相机成像视觉效果不佳的问题,基于张量优化的图像融合方法研制一款高动态范围的微光相机。分析基于科学互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器亮暗场双通道ADC的电路特性,利用同源双通道图像数据构建三阶特征张量,通过对特征张量的平行因子分析,以融合图像动态范围最优为评价函数,引入拉格朗日乘数法作为张量分解的优化算法,实现实时的高分辨力高动态范围成像。研制一款基于LTN4625的微光相机,并进行成像实验。仿真实验结果表明,相机实现了50帧/s,4 608×2 592像素的高分辨力高动态范围成像,图像动态范围从低增益数据的5.2 dB和高增益数据的11.4 dB提高到了54.7 dB。该设计是一种微弱光环境下动态响应范围高、成像效果好的微光相机设计方法。     

高分辨率多视点动态全息3D显示

提出了一种高分辨率多视点动态全息3D显示方法,观看视点位置变化时,观看者能够看到连续变化的3D效果。在进行全息图计算时,首先根据针孔阵列投影模型,渲染3D动画中每一帧3D模型的光场图像序列;然后从已渲染的多组光场图像序列中抽取对应视角信息的光场图像进行融合,得到融合后的动态光场图像序列;在进行全息图编码时,以动态光场图像序列中的一帧图像作为物光振幅,以来自于针孔的发散球面波的相位作为物光相位,引入平面参考光进行编码,得到一个单元全息图。由于每个单元全息图的计算是相互独立的,因此在计算过程中使用并行加速计算,实现了尺寸为32 mm×32 mm、分辨率为100000 pixel×100000 pixel的高分辨率全息图,其光场图像融合和全息编码的时间仅需27 min。光学再现结果证明了该方法的可行性。所提出的高分辨率多视点动态全息3D显示方法在全息包装和3D广告等领域具有广泛的应用前景。     

基于改进的迭代增量频域反卷积滤波器的图像复原

图像复原是数字图像处理的一个重要内容.本文针对因运动和噪声而模糊的图像进行了复原研究,发现通常的反卷积法、几何均值滤波和普通的迭代反卷积滤波均不能实现高质量的图像复原,为此,我们提出一种改进的迭代增量反卷积滤波算法,实验表明,按我们的方法可以得到质量上乘的图像复原.