多光谱阴道镜的微型化多通道滤光片设计

设计了一种可与阴道镜中的图像传感器集成的微型化多通道滤光片,以使阴道镜具有光谱成像能力.采用微光刻技术及真空多层镀膜技术制成微滤光片,内部微滤光单元的通光波长与病灶标志物反射光谱或荧光光谱的特征峰相对应,与图像传感器集成后,能够获取几幅与光谱特征峰对应的特征波长图像,这些图像凸显了病变组织与正常组织的差异,提供了宫颈组织上皮表面形态变化及上皮组织内病灶标志物含量变化的信息.已加工出通光波长为λ1＝630 nm、λ2＝460 nm、λ3=515 nm、λ4＝577 nm的微滤光片,微滤光单元面积为10 μm×10 μm,各通道带宽约为40 nm,透射率为30％～40％.实验显示微滤光片的光学性能已达到光谱成像的基本要求,与阴道镜集成后,能有效提高其诊断的灵敏度与特异性,减少活检频率.     

基于薄膜干涉分光技术的便携式多光谱成像系统

基于薄膜干涉分光技术开发了多光谱图像采集分析系统样机,样机由分光滤光片、CCD相机、逻辑控制组件和计算机终端软件等组成,并在农产品检测、成分检测等方面开展了多光谱检测技术的实验研究。实验表明,多光谱成像系统能够进行高分辨率的光谱图像采集,并进行光谱重建和聚类等分析。在农产品检验中利用多光谱成像技术能够将霉变的黄豆与优质黄豆进行快速区分;在电解液浓度和成分检验中能够将不同浓度或不同成分的液体进行识别;在笔墨检验中能够将不同油墨的笔迹进行准确有效地判别。     

多光谱3D成像方法

已有3D成像方法难以实现单目、单帧图像条件下同时获取场景图像及深度信息,也不能兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。为此,创新地提出多光谱3D成像方法,通过具有纵向色散的光学成像镜头与快照式多光谱图像传感器两部分构成图像采集系统,使用离焦深度还原算法获取深度信息。其基本原理为:首先,增强纵向色差光学镜头使得同一物点在不同光谱波段图像上的成像离焦程度不同;其次,快照式窄带多光谱图像传感器单帧曝光同时获取多幅窄带光谱图像;再通过离焦深度还原算法根据多光谱图像边缘梯度获取3D信息。实验采用纵向色散增强型光学成像系统及快照式多光谱相机捕获450±10 nm、525±10 nm、620±10 nm 3通道光谱图像,对5 m内场景进行3D深度恢复,获得了深度误差不高于5 cm的测量结果。实验结果表明多光谱3D视觉方法可以实现单目、所提单帧图像的深度估计。该方法能同时获得视觉及深度信息且无需空间位置配准及预先深度刻度,单帧图像处理平均耗时0. 186 s,图像采集系统尺寸为120 mm×77 mm×65 mm,其工作功率约为10 W,兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。因此,所提方法有望在无人驾驶及智能机器人等领域获得广泛应用。     

多道成像光谱探测列阵的研究

本文介绍一种多道成象光谱探测列阵的工作原理及设计思想。通过对器件主要技术参数的分析及低功耗扫描电路的应用,并采取场注入等平面工艺措施,使探测列阵的光敏象元结构得到改善,从而提高了探测器的响应度和动态范围,光谱分析范围则可由近红外区到紫外区。最后给出主要参数的实验数据。     

基于多光谱成像技术的宣纸形态学特征分析

国画艺术品的科技取证与鉴别受到各领域的关注。宣纸作为国画的重要载体,其特征提取和分析方法有较高的研究意义。本文使用多光谱成像技术对宣纸进行形态学特征分析。实验采用多光谱成像系统获取宣纸在不同波长通道下的光谱图片,继而采用纹理参数统计对光谱图像进行测量,获得宣纸特征的敏感波段;采用数学形态学和灰度统计原理建立宣纸形态学特征分析模型,得到一维特征向量。为了评价特征向量的准确度,实验将特征向量输入到支持向量机（SVM）分类器进行检测分类。结果表明,宣纸的差异化特征在550nrn波段下最为明显;由模型输出的特征向量分类正确率为96％。本文提出的宣纸分析模型能够将大部分种类的宣纸特征准确提取,并具有一定的高效性。     

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LCTF多光谱成像的人体指甲特征光谱提取

利用由液晶可调谐滤光片(LCTF)和CCD相机组成的多光谱成像系统在450～1 000 nm光谱范围内每隔10 nm采集人体指甲样本,得到包含56个波段的人体指甲多光谱图像。通过参考白板比较测量法进行反射率反演,得到指甲的准确反射率信息,分别利用主成分分析法(PCA)和波段指数法实现样本图像的降维,得到两个特征空间,并利用光谱角度填图法(SAM)在两个特征空间内对人体指甲进行分类,分类准确度分别为92.5%及82.9%。因此,由主成分分析法得到的特征空间可以作为人体指甲的特征光谱,为指甲多光谱图谱分析和人体健康评估提供了可靠的依据。     

应力变化对多层薄膜窄带滤光片透射光谱的影响

利用薄膜应力公式和弹性力学的小挠度弯曲理论分析了在应力变化情况下,多层薄膜应变与膜厚变化的关系,并建立其数学模型,提出多层薄膜各层厚度变化的不均匀性理论.利用这个模型在应力减小200MPa条件下对138层4腔的100GHz滤光片光谱进行了模拟,与设计值比较发现中心波长增加了0.562nm;0.5dB处的带宽比设计值减小0.124nm;25dB处的带宽比设计值减小0.01nm;谱线矩形化变差;插损也有明显的增加.说明了应力变化引起的光学薄膜厚度变化的不均匀性是引起这种窄带干涉滤光片光谱退化的主要原因之一.实验结果为100GHz的窄带滤光片热处理后中心波长增加0.325nm;0.5dB处带宽减少0.01nm;20dB处带宽增加0.014nm;插损增加,谱线通带变形严重,纹波增大,光谱退化了.实验结果与理论分析一致.     

多角度下蜡染布料的多光谱成像研究

在400~720 nm波段范围,采用基于液晶可调谐滤波器(LCTF)和CMOS相机组合的多光谱成像系统对蜡染的布料进行每隔5 nm成像。讨论了多光谱成像的基本原理和多角度下彩色图像的实现过程,并且通过计算光谱反射率展示了光谱合成颜色的基本方法。对再现后的橘色、绿色、白色、蓝色、黄色、黑色六种颜色色块进行多角度下明度值、彩度值的分析。实验结果表明,六种颜色的明度值均呈现正态分布,并且通过计算六种颜色色块的色品坐标值a~*、b~*和彩度c_(ab)~*的均方差,得出在一定的范围内,六种颜色的色品坐标a~*、b~*近似不随角度变化,其中蓝色和黑色随角度的变化更小,近似于一条直线。     

基于多光谱显微成像的颗粒表面温度分布测量

分别采用彩色相机和多光谱相机构建辐射测温系统,利用黑体炉进行温度模型标定实验,并基于BP神经网络对标定数据进行训练得到测温模型。通过蜡烛火焰的温度测量实验,验证了测温模型的可靠性,且结果显示多光谱成像测温系统的测温精度高于彩色相机测温系统。针对常规辐射成像测温系统空间分辨率不足的问题,采用多光谱相机结合显微镜搭建了显微测温平台,对高温热台内的单石油焦颗粒燃烧过程进行记录,得到了石油焦颗粒表面的温度分布以及随时间的温度变化过程。     

图像亮度信息法选取多光谱莲花白叶片特征波段

利用液晶可调谐滤波器(LCTF)和CMOS相机组合的多光谱成像系统,在波长400~720nm内以5nm为间隔对莲花白叶片进行多光谱成像。首先根据图像亮度信息法的原理,计算得到各波段莲花白叶片的可识别度;然后对莲花白叶片的可识别度进行大小排序,综合图像的信息特征和可识别度,得出555nm、715nm、710nm、575nm、535nm、520nm、720nm、605nm和650nm 9个波段有较好的识别度;最后根据欧氏距离法和光谱角度匹配法分别对莲花白叶片的特征波段的分类精度予以统计,得到两种方法的分类精度分别为95.56%和93.13%。实验证明,选取的9个波段对莲花白叶片具有较好的分类精度,可作为莲花白叶片的特征波段。     

数码成像技术综述

阐述数字成像技术,成像特性和应用情况,详细介绍采用该技术的成像器材——数码相机,数码显微镜,数码望远镜,图像转换器等的特性,现状及进展,展望前程,前途看好。     

基于FPGA的FIR数字滤波器 算法的改进及仿真

为了减少FPGA综合时FIR滤波器硬件资源的占用,提高运算速度,在分析分布式算法基础上,提出分布式算法的改进算法,以解决分布式算法大量占用存储器空间的问题,提高硬件资源的使用率和运算速率。在QuartusII软件环境下,结合算法进行了仿真。验证了算法的正确性和有效性。     

基于多光谱成像技术的水稻特征光谱提取

为了获取水稻光谱的有效特征信息,选取健康的TN1#水稻幼苗为研究对象,利用由液晶可调谐滤波器、单色CMOS相机与计算机控制软件组成的多光谱图像采集系统,获取健康水稻幼苗的20个可见光通道的多光谱图像。在此基础上,采用多光谱图像的平均灰度值,通过波段选择的指数方法计算出各通道的波段指数并加以排序,选出波段指数较大的10个通道,目的是探讨能有效反映出水稻特征光谱信息的特征波段。实验结果表明,用波段选择的指数方法提取多光谱图像的特征波段,能快速获取水稻的叶片信息。通道475nm、500nm、530nm、545nm、550nm、520nm、560nm、630nm、660nm、720nm能更好地反映出水稻特征光谱信息,可作为水稻的有效特征信息通道。     

基于等效成像模型的立体测绘相机成像信噪比分析

为了评价立体测绘相机的成像质量和辐射性能,对相机成像信噪比特性进行了研究.通过对成像电路信号转换过程及各种噪声影响进行分析,建立了相机成像电路等效成像模型;根据立体测绘相机成像电路的工作状态对成像电路的输出信号、增益及各种噪声进行分析;利用相机的工程参数对立体测绘相机成像信噪比进行了分析计算;并对立体测绘相机进行实验室辐射定标测试.计算结果表明相机在4.33 W·m-2·sr-1、12.47 W·m-2·sr-1和40.41 W·m-2·sr-1这3种辐亮度条件下相机成像信噪比分别达到68倍、134倍和245倍.计算结果与实验结果最大相差4.4％,小于实验室绝对辐射定标精度7％.分析结果表明成像电路等效输出模型和成像信噪比计算方法是完全正确的,可以应用于立体测绘相机成像质量评价.     

立体成像眼底相机光学系统设计

为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像,使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能,设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成,在成像系统中,使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼,运用体视显微镜成像原理进行分光设计;在照明系统中,通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光,并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明,本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2,成像系统畸变小于-3%,场曲值小于0.1mm,色差矫正良好,并且具有较强的调焦能力,能对-10~+5m~(-1)的人眼清晰成像。     

多目标规划的RoHS符合性优化研究

企业产品出口到发达国家必须符合各国RoHS指令中的有害物质限定规定,这迫使企业建立自身的应对措施和体系,然而企业在考虑产品符合RoHS时不仅仅是法律法规问题,而且还需要顾及到产品的价格、信誉、需求和性能等多目标因素。在深入研究后提出一种RoHS符合性多目标规划优化模型,并且有针对性地总结出一种解决方案,方法简单,操作性强,对企业应对各国RoHS法规有重要运用和参考价值。     

数码相机整机成像均匀度的自动检测方法

为了保证数码照相机的成像质量,现提出一种数码相机(DSC)整机成像均匀度的检测方法。首先讨论了数码相机成像平面成像均匀度的影响因素,然后用待测数码相机拍摄均匀目标板,利用计算机采集数码相机成像图片,用MatLab工具箱提取图像各元素点的三元色R、G、B值及L(亮度)值,并编程计算相应的标准偏差,从而得出被测数码相机的成像均匀度。该结果与JB/T10362—2002标准中的相应指标比对,从而判断被测数码相机整机成像均匀度的合格情况,为数码相机成像性能的评价提供客观定量的依据。     

基于成像光线空间追踪的摄像机标定方法研究

摄像机测量模型和标定方法是视觉测量的关键,直接影响视觉测量系统的测量精度。针对这个问题,借鉴非成像模型的摄像机校准的思想,提出了基于成像光线追踪的摄像机标定方法。分析测量点经摄像机镜头成像的规律,通过空间直线确定摄像机图像坐标与测量空间的映射关系。使用像平面和两个空间平面的映射关系,建立空间直线表达方式,完成基于成像追踪方法的摄像机测量参数标定。通过噪声分析和精度测量实验对基于成像追踪的摄像机标定方法进行精度验证,实验结果表明该方法可以有效抑制标定数据噪声对测量结果的影响,提高摄像机标定精度。