分焦平面红外偏振微扫描图像超分辨重建

分焦平面偏振探测系统受其探测器结构的影响,成像分辨率低于探测器实际分辨率,本文在不改变光学系统结构下使用微扫描获取亚像元微位移帧序列,提出一种改进的凸集投影(Projection On Convex Sets, POCS)算法用于提升偏振成像系统的成像分辨率。该算法首先对获取到的偏振微扫描图像序列进行检偏角分离,将同组检偏角图像序列作为输入,其次进行位移匹配与凸集投影迭代初步重建高分辨率图像,然后将图像分组进行滑动窗口非邻域聚类,利用主成分分析将聚类后的图像进行降维,最后将每一维信息视为时间采样函数,在小波域进行软阈值降噪。实验表明,本算法可以有效的提高传统POCS算法的抗噪性能,提高分焦平面偏振探测系统的成像分辨率,和同类算法相比结构相似性系数提升0.02,峰值信噪比提升约1 dB,并且拥有更高的噪声鲁棒性。     

用遗传算法估计图像退化系统函数

目前关于图像恢复的算法有很多,而这些算法大多是基于退化函数或者点扩展函数的知识进行的。当对退化函数先验知识不足时,设计出的恢复滤波器的恢复效果必将不够理想,因此有必要在设计恢复滤波器之前做系统的退化函数估计。遗传算法是一种成熟稳定的仿生物进化的全局寻优算法,由于遗传算法控制参数少、自适应度高,将选择该方法做退化函数的估计。实验结果表明,遗传算法从全局寻优的角度出发,能够较为精确地估计退化系统函数。     

空间大口径衍射成像系统的图像 反演恢复与增强

面向高轨监视领域对超大口径、轻量化的高分辨率光学载荷的迫切需求,提出了一种以衍射元件为主镜的空间大口径衍射成像系统图像反演恢复与增强方法。针对大口径光学系统像差和主镜衍射效应引起的模糊严重以及点扩散函数空间变化性大等降质问题,基于正则化理论框架和等晕区分块思想,提出了基于多正则化约束的衍射成像系统图像反演恢复方法,研究了多参量多约束模型的高效求解方法。针对衍射效率不足和非设计级次背景杂波引起的图像信噪比低和对比度下降严重的问题,结合小波阈值滤波与非线性变换,提出了自适应的衍射成像系统图像质量增强方法。最后进行了实验验证,实验结果表明:当空变等级达到了3.0时,恢复结果与原始图像的结构相似度在0.8以上,信噪比提升10%以上,信息保真度在80%以上。该方法在有效提升图像清晰度与对比度的同时,提高了图像的信噪比,对超大口径薄膜衍射成像系统的实际空间应用具有一定的理论研究意义和工程应用价值。     

衍射光栅非规则图像自适应调焦系统

分析了大口径衍射光栅的焦斑特点,研究了衍射光栅非规则图像自适应调焦过程中出现的各种问题及处理方案。提出了适用于此类光栅非规则焦斑自适应调焦的控制技术和数据处理方法,并设计了一套自适应调焦装置用于离线检测衍射光栅的取样距离和取样角度。提出的方法用最优域值法将图像分割为焦斑和背景两部分,基于数学形态学求取光斑面积、以及长短轴长及图像中心。通过分析图像中心位置与水平电机的对应关系,以及长短轴长与轴向电机的对应关系,设计出自适应调焦方法。最后,结合面积最小化原则使用黄金分割算法进行对焦迭代和形心搜索。测试结果得到取样距离标准差为412.5μm,取样角度标准差为10.35″,满足取样距离优于1 000μm,取样角度优于30″的精度要求。该装置具有结构简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点,已在大口径衍射光栅综合诊断平台上得到验证和应用。     

用于数码三维衍射图像的激光照排系统

研制了一种新型的用于数码三维衍射图像与光学可变图像的激光照排系统,采用空间光调制器(SL M)和全息干涉成像光学头进行子图输入和干涉条纹产生,系统在6 35 dpi图像分辨率下的运行效率达2 0 0 0 dot/s以上,该系统将为高效率制作2 D,2 D/3D和3D光变图像提供一种良好的工具。     

高精度影像测量系统中图像的超分辨率重建

为了提高影像测量系统的测量精度,研究了基于微位移错位的多幅图像超分辨重建技术.考虑制作成本和制作难度,提出了一种不苛求精确微位移的超分辨率重建技术.首先,获取随机微位移图像序列;然后,利用被测对象中易于实现高精度提取的特征点或采用模板衬底中的特征点计算出图像序列间的准确位移关系;最后,根据本文提出的数学模型重建出高分辨...     

基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法研究

随着红外成像相关产业的兴起,红外成像技术具有的隐蔽性好、探测范围广、定位精度高、穿透距离远,以及轻质小巧、低耗可靠等优点备受青睐,已成为当前智能化光电探测发展的主流方向。然而,红外弱小目标的图像细节特征少、信噪比低等特点成为红外图像应用的瓶颈,如何提高红外弱小目标成像效果成为目前的研究热点。POCS算法是目前超分辨率复原中应用非常广泛的一种复原算法,但是该算法运算量大,处理时间较长,同时对图像的边缘细节保留能力较差。针对POCS超分辨率复原算法迭代时间较长,无法满足光电探测系统实时性的问题,提出了基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法(GPOCS)。该算法根据图像的梯度分布对图像中的像素点进行分类,采用不同的迭代系数进行计算。改进算法能够较好的保留边缘信息并抑制噪声,进而在保证超分辨率复原性能的基础上大大缩短了运算时间。实验结果表明:GPOCS算法复原结果在背景处噪声得到一定的抑制,整体复原能力优于传统的POCS复原方法。该算法能够有效地保留边缘细节,同时处理时间小于传统的POCS复原方法,减少了1个数量级已经是接近实时。GPOCS算法能够自适应的选取迭代步长,较好的保留边缘信息并抑制噪声,进而在保证超分辨率复原性能的基础上大大缩短了运算时间,虽然不能满足实时性的要求,但是也已经是接近实时。     

基于IMAQ的小孔径测量

利用IMAQ的逼近法寻找圆周边缘可以实现孔径检测,但是对于小孔径测量是无效的.采用圆弧定圆心法和微圆填充法,用于小孔径的尺寸测量;通过尺寸校正系数获得测量值.实验结果表明,利用数字图像处理技术对零件孔径进行检测,是一种有效的方法.     

一种联合空域和频域的图像恢复方法

针对图像退化模型的特点,提出一种在空域和频域联合恢复模糊图像的算法.首先在空域中对降质图像去噪,而后,在频域中提出由约束最小二乘方的方法改进的图像恢复方法.实验表明这种空域和频域联合恢复图像的方法既滤除了噪声,又降低了频域反卷积时引起的边缘模糊等振铃效应,获得了很好的视觉效果.     

无透镜片上显微成像系统及超分辨率算法研究

空间环境是开展生命科学研究的重要平台.显微镜是生命科学的重要研究工具,也是空间实验平台不可或缺的工具.传统光学显微技术无法兼顾高分辨率与大视场成像,在面临大视场观测需求时往往需要基于机械扫描结构实现.由于空间运输成本昂贵和实验平台空间的有限,同时,机电部件在持续扫描过程中还会产生可能的振动等原因,因而传统的大视场显微镜...     

大相对孔径大视场紫外告警相机光学系统

为了满足紫外告警相机的特殊应用需求,分析了超广角光学系统的结构形式、像差平衡以及像面照度的一致性。设计了工作于0.254~0.272m波段的大视场、大相对孔径紫外光学系统,其视场角为120°,相对孔径为1/2。该系统采用反远距,准像方远心光路设计,减小了轴外视场和轴上视场的像面不均匀性;通过优选光学材料并合理分配光焦度优化了系统特性。实验显示,该系统在满足成像质量要求的前提下,具有成像畸变小、像面照度均匀等特点。光学系统全视场最大弥散斑半径小于63.5m,轴上、轴外视场像面照度均匀性小于10%,0.71视场的相对畸变小于20%。整个光学系统结构紧凑,满足设计指标要求,适合紫外告警相机的使用。     

大相对孔径宽波段Dyson光谱成像系统

提出了一种改进型Dyson光谱成像系统,以克服传统Dyson光谱成像系统焦平面探测器安置困难的缺点.首先,基于折射球面罗兰圆理论,提出了这种改进型Dyson光谱成像系统的光学设计方法.然后,利用MATLAB软件编制了初始结构参数快速计算程序.作为实例,设计了一个相对孔径为1/2,波段为200～1 000 nm的Dyson光谱成像系统.利用自己编制的MATLAB程序计算了初始结构参数,利用光学设计软件ZEMAX-EE对该光谱成像系统进行了光线追迹和优化设计,并对设计结果进行分析.分析结果表明,在整个工作波段(200～1 000 nm)内,点列图半径均方根值小于4.2 μm,实现了大相对孔径宽波段像散同时校正,在宽波段内同时获得了良好的成像质量,满足设计指标要求.得到的结果验证了所提出的光学设计方法是可行的.     

衍射和干涉图像的计算机采集与分析系统

为实时得到光的干涉、衍射二维和三维图像中各点的光强及其分布情况,介绍了易于发生光的衍射和干涉的实验装置,通过使用视频采集卡将实验现象采集进入计算机,并用VC++编写具有实时视频、图像采集、二维和三维显示功能的软件对实验结果进行处理。对实验中的采集图像进行处理并得出其灰度值,在三维图中给与不同的灰度值以不同的颜色。结果表明该系统可以准确、逼真地显示出实验现象。     

全孔径背向散射诊断光学系统

基于新的激光聚变驱动装置的需要,设计了全孔径背向散射诊断光学系统并介绍了光学设计中涉及的若干关键技术。采用低反射率的楔形反射镜衰减背向散射光能量,降低后继元件对光学薄膜损伤阈值的要求。通过缩束镜缩小光束口径,减小光学元件尺寸;同时采取折叠光路结构来缩小系统体积。对空间滤波器和光学滤片进行组合,屏蔽了打靶倍频光干扰及不同散射类型的相互串扰。采用光学白板对色散严重的背向散射光进行漫反射匀化,使光谱测量系统获得完整的光谱信息。最后,选取抛物面为空间分布成像目标面,通过分析空间分布成像光束的结构设计了成像镜头。设计的诊断光学系统具有散射时间测量、光谱测量、空间分布成像、能量测量等功能,光学测量模块尺寸为1.9m×0.9m×1.5m。该全孔径背向散射诊断光学系统在新的激光聚变驱动装置中具有潜在的应用价值。     

大相对孔径折射式复消色差天文望远物镜设计

为了满足用于深空天体观测或摄影的天文望远物镜的大相对口径及高分辨力的要求,基于二级光谱的理论公式,以佩兹伐物镜作为基本结构,对所选择的玻璃材料进行了色散特性的分析。通过Zemax光学设计软件的优化,给出工作波长范围在405～750nm、焦距为500mm、视场角为3.2°、相对孔径为1∶5的设计实例。设计结果表明,该系统二级光谱得到了很好的校正,在100lp/mm处各视场传递函数均在0.52以上,满足接收器件有效尺寸为23.7mm×15.6mm的CCD成像要求,像面成像质量良好,适合深空天体的观测。     

High sensitivity image intensifier-TV detector for x-ray diffraction studies

A sensitive, efficient image intensifier-TV x-ray detector is described that has been optimized for a large class of diffraction studies of biological structures. All of the major components are commercially available. The system is well suited to measuring the intensity of diffraction patterns that are weak, or changing with time. Because there is no count rate limitation, it is particularly well suited for studies utilizing the high fluxes of synchrotron sources.     

光学合成孔径复原图像的振铃探测与消除

针对相位平移误差使光学合成孔径图像的复原出现的振铃效应,提出了一种结合视觉感知的振铃探测与消除方法。首先,提出并利用梯度方向随机度和局部方差值两项指标计算得到图像纹理区;然后,根据不同阈值的Canny算子检测出全边缘与主边缘,并将主边缘邻域内的全边缘作为待筛选的边缘振铃;最后,结合人类视觉系统的纹理掩盖效应分别得到振铃区与平坦区。此外,在图像分区基础上,选择亮度相似度因子作为自适应参数,利用双边滤波进行图像处理。实验显示:处理后Lena图像的峰值信噪比提高了10.8%,分辨率板的结构相似度提高了0.057。结果表明:该方法能够对图像以像素精度分区,可以在保持边缘与纹理的同时,有效消除振铃效应,提高图像复原质量。     

大口径主镜的侧向定位系统

针对采用Whiffletree式底支撑和推拉平衡重式侧支撑的大口径主镜在主镜室中的准确定位,基于运动学约束原理提出了一种大口径主镜侧向定位方法。介绍了运动学约束的基本原理,提出了一套主镜侧向定位系统实现方案,包括定位点位置的选取、柔性铰链和定位基座的设计,并设计了一种侧向定位系统。利用有限元方法,分析了设计的侧向定位系统对大口径主镜系统的位置、谐振频率和镜面面形精度等方面的影响。结果表明,使用该侧向定位系统的整个主镜系统谐振频率达到13.6Hz,光轴水平时主镜沿Y轴方向的平均位移为-355.863nm,镜面面形未受影响,所有指标均满足设计要求。实验结果验证了提出的主镜侧向定位系统设计方案对大口径望远镜主镜的支撑和定位系统设计具有工程指导意义。