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=630nm、λ₂=460nm、λ₃=515nm、λ₄=577nm的微滤光片,微滤光单元面积为10μm×10μm,各通道带宽约为40nm,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。     

静态显微光谱成像系统的研制

提出一种基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的显微光谱成像系统。介绍了系统的结构原理和实现方式,完成了原理样机的研制,并给出了实验结果。基于模块化的设计思想,通过标准C转接口与显微镜视频接口连接实现了显微光谱成像。采用LCTF作为分光元件,实现了较宽波长范围内通过电调谐方式来控制透过波长,系统具有无运动部件、调谐速度快且可通过编程灵活选择波长的优点。采用完全对称的中继光学结构,将LCTF置于准直光路中消除可能由LCTF引起的像差;开发了光谱图像采集与分析软件,实现了光谱图像采集的有序控制和数据分析。研制了原理样机,并对头发纤维和南瓜茎纵切片进行了显微光谱成像实验。实验在400~720nm每隔10nm采集一幅图像组成数据立方体,通过光谱分析实现了对头发纤维不同来源的区分以及对南瓜茎不同染色部位的提取。实验结果表明:提出的系统能够进行显微光谱成像,获得的数据质量良好,扩展了传统显微成像技术的功能和应用。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

基于特征点的浮吊工件视觉定位法

提出了一种基于特征点的视觉定位方法,并将其运用于浮吊工件的定位。将摄像机放置于浮吊的工件上方,成像方向对准并垂直于工件以及吊装位置所在基座平面,使其在随工件移动的过程当中能够提取基座平面上人为设置的特征点作为特征,并利用特征点之间的已知物理位置关系、基点的物理位置以及它们在成像坐标下的坐标信息,推算出工件与吊装位置的x—y轴向上的位置关系、相对高度以及工件姿态等信息。通过室内按比例缩小所进行的试验及其所得结果,验证了有效性以及其在浮吊中的可应用性。     

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。     

数码望远镜解析不同步浅析

从技术实现的角度,对数码望远镜的原理、关键环节如望远镜与数码相机解析同步问题作探讨性论述,并通过对已量产的实例型号DB100为例,就解析不同步的问题进行浅析,同时在不更改任何系统设计的前提下,根据生产工艺的实际条件,对此种解析不同步的状况提出可供参考的解决方向。     

CCD摄像机快速标定技术

在视觉检测系统中,针对视觉传感器数量多,且每个摄像机需标定的内部参数及外部参数较多的特点,提出了一种新的简单的快速摄像机标定方法.分析了摄像机的各个关键参数,采用了全线性标定方法和矢量分析法,逐步求出CCD摄像机的参数.该方法具有标定速度快、精度较高、实用和算法性能分析容易等优点,适用于一般视觉检测系统的摄像机参数的标定,尤其是大型视觉检测系统中多视觉传感器的摄像机参数的标定.实际结果表明,摄像机标定误差优于0.05mm.     

数码相机的彩色图像预处理过程

结合数码相机图像采集特性和人眼视觉误差,讨论了彩色图像预处理过程。通过分析彩色图像的数据格式,将八叉树量化方法用于彩色图像的颜色信息量化,并采用矢量中值滤波消除彩色图像噪声,以实现对彩色图像的合理预处理。结合实验讨论分析了矢量中值滤波法的滤波器窗口参数,并结合颜色信息相似度理论提出了彩色图像预处理效果的评价方法。实验获得了合理的颜色量化方法和滤波器窗口参数,处理得到的图像最大色差变化控制在3个CIELAB色差单位。结果表明,用八叉树结构量化和矢量中值滤波对数码相机采集到的彩色图像进行预处理可达到较理想的效果。     

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.     

基于天绘一号卫星影像的大范围高精度数字高程模型

针对大范围、高精度数字高程模型（DigitalElevationModel,DEM）数据难以获取的问题,本文提出了一种利用天绘一号卫星影像制作大范围高精度DEM的方法。提出基于少量地面控制点的RPC（RationalPolynomialCoefficients）模型精化算法,进一步提高了天绘一号卫星影像定位精度;提出特征与整体松弛相结合的匹配方法,实现了立体影像高精度匹配;利用精化后的天绘一号卫星影像RPC模型以及立体匹配得到的同名点数据,进行前方交会得到高精度的DEM数据。本文利用东北辽西某地区的影像数据进行了实验,实验结果表明：利用单景天绘一号卫星影像生成的DEM数据,覆盖范围达到60km×60km;在无地面控制点条件下,生成的DEM数据高程精度可达5.12m,满足1：50000地形图成图精度要求;在3个地面控制点条件下,生成的DEM数据高程精度3.01m,满足1：25000地形图成图精度要求。     

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。     

基于模板匹配的目标点三维坐标值测量

针对机械手抓取的目标物其空间位置难以确定的现状,提出了在采集到的图像中利用模板匹配找到目标物,测定其中心点的坐标,并将其坐标值代入摄像头的成像模型中,进而算出该点的三维坐标值的方法。该方法具有精度高、适用性强的特点。实验结果表明,用该方法确定目标物位置,能够使机械手抓取达到所需的精度要求。