基于相机阵列的三维集成成像记录系统

基于三维集成成像理论以及相机阵列和显示透镜阵列之间的对应关系,利用几何成像理论和光线追踪方法对不匹配全光学集成成像记录系统进行了理论分析,得到了主要记录参数(记录距离和相机间隔)和集成成像显示特性之间的关系。提出了一种非匹配系统中相机阵列记录系统参数的设计方法,并设计了相机阵列记录系统。计算得到了系统的关键参数为记录距离49.6cm,相机间隔25mm。对提出的方法进行了实验验证,结果表明,提出的相机阵列光学记录系统能够完整记录场景的三维信息,三维显示特性基本达到了设计指标,相机阵列的主要记录参数与集成成像三维显示特性的关系符合理论分析,验证了提出方法及系统设计的可行性。提出的系统可为不匹配全光学集成成像系统显示提供大场景、高分辨率微图像阵列。     

集成成像系统中高填充率微透镜阵列的设计与加工

针对目前微透镜设计与加工中存在的问题,本文提出了一种大尺寸、高填充率的微透镜阵列设计与加工方法,并成功应用于基于手机屏幕的三维集成成像显示系统。根据焦面模式下的集成成像原理,建立了透镜阵列参数与集成成像显示关键参数的关系,并设计了高填充率透镜阵列的孔径与焦距。采用超精密铣削方法加工出金属母板,通过纳米压印和图形转移复制的方法,在涂有UV固化胶的PET透明膜上得到了高填充率的微透镜阵列膜,并将其应用于基于手机显示屏的集成成像系统。测试结果表明,在5.7英寸全高清手机屏幕上,直接覆盖孔径为0.526mm、焦距为2mm、填充率为100%的透镜阵列,可以实现立体图像出屏距离达4cm、视场角为12.5°的集成成像显示效果。系统的设计与透镜阵列的制作完全满足集成成像要求,裸眼观看立体图像清晰、逼真,系统集成度高,使用方便。     

基于微透镜阵列的三维数字成像

基于微透镜阵列多视角成像特点, 利用几何光学原理,提出一种对物体进行三维数字成像的重构算法.利用这种算法,对CCD相机捕获到的基元图像阵列进行重构.与传统的利用光学系统对物体进行重构的方法相比,该算法不再受到重构过程中遇到的杂光以及衍射效应等因素的影响,具有实时性好、清晰度高的优点.搭建了基于微透镜阵列的三维数字成像系统实验平台,利用此算法对实验中获得的骰子基元图像阵列进行重构,成功地重构出原始物体的三维立体图像,在理论上和实验上证明了这种重构算法的有效性和可行性,并对实验中影响成像质量的因素进行了分析.     

基于同名点间距变换的三维显示参数匹配

传统集成成像系统以重构场景为记录场景的镜像,而当用相机阵列代替透镜阵列获取元素图像时,两种阵列参数的不匹配会破坏上述镜像关系.为了得到相机阵列获取的元素图像经透镜阵列重构后的物像关系,本文提出用同名点间距计算集成成像重构像距的方法.该方法通过获取端场景物距、相机焦距等参数,得到同名点间距,并等效至重构端透镜阵列系统来实现光学参数的匹配.理论计算表明,同名点间距不同,得到的重构像距也不同.对与透镜阵列参数匹配的同名点间距进行变换处理,即可精确再现不同重构像距的景物.最后,通过实验验证了本文所提方法的有效性.     

基于最佳记录距离的三维集成成像光学获取技术

针对三维集成成像与显示技术中光学阵列式物体三维信息获取的要求,提出了一种确定最佳记录距离的新方法来减少相邻成像单元间的干扰和三维再现过程中的串扰现象.通过分析大小不同的物体在不同记录距离处的物点成像率和像点利用率,确定了合理的记录距离.分析结果表明,对于特定的集成成像系统,该新方法确定的最佳记录距离处的物点成像率和像点...     

紫外成像器件中衍射微透镜阵列设计与研制

为了提高紫外成像器件的填充因子,解决凝视型高性能紫外成像器件的核心技术问题,根据标量衍射理论设计了用于128×128日盲型紫外成像器件的微透镜阵列,其工作中心波长为350nm,单元透镜F数为3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备衍射微透镜阵列,对具体的工艺流程和制备误差进行了分析,测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明:衍射微透镜阵列的衍射效率为86%,与理论值95%有偏差,制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列的整体性能满足了微透镜阵列与紫外成像阵列的单片集成要求。     

基于人造复眼的多谱成像系统

针对采用滤光片转轮配合普通相机实现光谱分离与成像的多谱成像系统体积大,结构复杂,操作不便等问题,本文基于微机电系统技术提出了一种新的多谱成像系统的设计方案和加工方法。该方法将人造复眼结构和多通道彩色滤光片集成在同一块基片上来实现多谱成像结构。该结构具有多个光通道,分别对应红、绿、蓝、近红外4个波段,每个通道能独立获取对应波段的图像信息。以这种复眼结构作为镜头搭建了多谱成像系统并进行了成像实验,获取了多组对比图像。得到的图像说明该结构能够实现预期的色彩分离和多通道成像。由于这种复眼结构高度集成且具有可见光及近红外多波段图像并行捕捉能力,因此在多谱成像领域很有应用前景。     

基于MCMC方法的电容成像图像重构算法

研究基于概率统计的电容成像图像重构算法,以马尔科夫随机场的方式给出介电常数分布的先验概率,利用电容成像(electrical capacitance tomography,ECT)线性模型得到似然函数,通过马尔科夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo,MCMC)方法对介电常数分布的后验概率密度进行采样,马尔科夫链的转移核利用Metropolis-Hastings方法得到,结合嵌套迭代提高计算效率。仿真结果表明,嵌套迭代-MCMC方法在正则化参数设置合适的条件下,可以得到较好的图像质量,基于MCMC方法图像重构算法为解决ECT图像重构问题提供一种新思路。     

基于集成成像技术的零件孔径位置检测

针对利用霍夫圆检测方法很难定位大尺寸零件上所有孔径位置的问题,本文提出了一种将集成成像技术与霍夫圆检测算法相结合的非接触式测量方法.首先,根据经典成像理论提出了一套集成成像信息获取算法.其次,利用二维平移台和CCD相机搭建了相机阵列实验装置.系统工作时,相机采集的元素图像阵列,可以通过霍夫圆检测和坐标获取算法来实现零件孔径位置的定位.基于上述理论进行了验证实验,结果显示,零件孔径位置的检测误差在0.3mm以内.该方法为集成成像技术应用于高精密位置检测提供了有效的理论支持.     

Design,fabrication and testing of a compact large-field-of-view infrared compound eye imaging system by precision glass molding

Bionic artificial compound eyes inspire a promising field of miniaturized imaging systems. In this research, a novel infrared (IR) three-dimensional (3D) compound eye imaging system, consisting of a double-side molded 3D microlens array and an aperture array, was designed and fabricated by combining modulated slow-tool-servo diamond turning and precision glass molding. To facilitate the complex profiles on the mold inserts, two novel slow-tool-servo strategies were adopted, namely virtual-axis based diamond broaching and adaptive diamond turning. This microlens array consists of 3 × 3 channels for a field of view of 48° × 48° with a thickness of 1.8 mm. The freeform microlens array on a flat surface was employed to steer and focus the incident light from all three dimensions to a two-dimension (2D) infrared imager. Using raytracing, the profiles of the freeform microlenses of each channel were optimized to obtain the best imaging performance. To avoid crosstalk among adjacent channels, a 3D printed three-dimensional micro aperture array was mounted between the microlens array and the IR imager. The imaging tests of the infrared compound-eye imaging system using the molded chalcogenide glass lenses showed that the asymmetrical freeform lenslets were capable of steering and forming images within the designed field of view. Compared to a conventional infrared camera, this novel microlens array can achieve a considerably larger field-of-view while maintaining low manufacturing cost without sacrificing image quality.     

Three-dimensional spectral imaging by Hadamard transform spectroscopy in a programmable array microscope

We report the acquisition and deconvolution of three-dimensional spectrally resolved images in a programmable array microscope implementing a Hadamard transform fluorescence spectroscopy system with adjustable spectral resolution. A stack of 16 two-dimensional spectral images was collected at 400 nm intervals along the optical axis. The specimen consisted of a polytene chromosome spread from Drosophila melanogaster doubly labelled for the Polyhomeotic protein by indirect immunofluorescence labelling with Alexa594 and for DNA with YOYO-1. The resulting four-dimensional data set consisted of the xyz spatial dimensions (898 × 255 × 16) with a 26-point spectrum at each spatial location. The total exposure time to the sample was 34 min. The system requires the acquisition of multiple images, and thus works best with fluorophores that are resistant to photobleaching. Image deconvolution reduced the amount of out-of-focus blur by up to a factor of 8, resulting in a dramatic improvement in the visualization of the chromosome backbone and localization of the specific Polyhomeotic domains.     

X线阵探测器实时成像系统的设计

为了解决工业无损检测x线的数字化成像问题。本文介绍了一种基于TCP／IP通信协议的X射线无损检测扫描成像系统,阐述了探测器数据接收与成像的基本原理及技术实现,进行了系统硬件和软件的设计。试验结果表明,X-SCANX射线线阵列探测器可以实现16bit高速图像数据获取。空间分辨率可达0．4mm。并取得了比较满意的x射线图像效果。     

基于3线阵探测器的亚像元成像超分辨率重构

虽然增加探测器的时间和空间采样频率可以提高亚像元成像系统空间分辨率,但探测器采集到的数据易发生混叠,使重构得到的图像的分辨率无法达到理想值。本文以3片线阵探测器亚像元成像为基础,提出一种超分辨率重构算法。首先,在高分辨率网格上建立插值模型;然后,辨识插值重构图像在线阵列方向和扫描方向的模糊核,得到整幅图像的模糊核;最后,采用带有Neumman边界条件的梯度平滑正则化模型去除模糊,抑制振铃效应。实验结果表明,该算法使亚像元成像系统分辨率为单线阵探测器无过采样成像系统分辨率的2.6倍;与双线性插值法相比,平均灰度等级(GMG)提高了7.71。该算法可以进一步实现对更多片线阵探测器亚像元成像的超分辨率重构,获取更高的系统分辨率。     

一种三线阵测绘相机CCD像面的装调方法

为了保证三线阵测绘相机装调后相机之间的空间位置关系,保证三线阵测绘相机应用时的测绘精度和图像质量,对三线阵测绘相机CCD像面的装调方法进行研究.首先,根据测绘精度和图像质量的要求,明确了三线阵测绘相机的装调指标.其次,确定了装调方案,对装调要点进行了叙述,为三线阵测绘相机的装调提供了一种装调方法.实际装调检测结果表明,应用该方法可以将相机之间空间位置关系安装到α≤3"、β≤5"、γ≤5".该方法可以满足三线阵测绘相机之间的空间位置关系装调,具有实际应用价值.     

Stereoscopic representation of complex overlapping elemental maps in electron spectroscopic images

A stereoscopic method is described enabling the direct visualization of the spatial relationships of elemental maps generated by electron spectroscopic imaging. The cartilage growth plate in early stages of mineralization was used to illustrate elemental maps of calcium, phosphorus, and sulphur. Stereopsis is achieved by creating a stereo-pair which in one image of the pair the elemental maps are superpositioned as they occur naturally while in the second image the maps are laterally shifted. In a stereo perspective the maps appear superpositioned in distinct planes.     

多级投影式集成成像三维显示视场角拓展

针对集成成像三维再现像的视场角较窄,实用化受限的问题,提出了一种拓展集成成像视场角的新方法,并基于多级投影技术构建了具有大视场角的三维集成成像系统。该系统利用多个投影仪并联投射不同级次的元素图像阵列并进行三维重构来获得大视场角的集成成像再现像。与传统的集成成像视场角拓展技术相比,所提方法具有系统结构简单、无需场镜等辅助光学器件;系统中没有机械运动,不会产生振动和噪声;以及可用于大尺寸集成成像显示系统的优点。光学实验结果表明,提出的多级投影式集成成像显示系统的再现像视场角为±35°,是传统的集成成像系统获得的视场角的2.92倍,明显拓展了视场角。