TDI CCD相机系统响应非均匀性校正

本文分析了该TDI CCD相机系统响应非均匀性产生的原因,并在分析非均匀性校正算法的基础上,针对线阵TDICCD遥感相机光电响应是线性的这一特点,采用两点定标校正算法,对每片TDI CCD进行了校正,得到了每一片TDI CCD的每一个像元的校正系数并给出了校正前后的统计特征.     

大面阵高帧频CMOS成像电子学系统设计

为了满足大面阵高帧频CMOS探测器成像系统的设计要求,设计了基于GMAX0504探测器的CMOS成像系统,实现高帧频、大视场的成像需求;采用DDR3-SDRAM和NAND-FLASH,解决了图像数据存储速率与容量的瓶颈问题;通过图像处理的方法,提高了图像动态范围、信噪比(SNR)与调制传递函数(MTF)的设计指标;通过图像实时像元校正,提高了成像系统的光响应非均匀性(PRNU)指标。实验结果表明,图像信噪比(SNR)平均值为44dB,接近探测器的最大信噪比(SNR);光响应非均匀性(PRNU)均值为1.4%,满足成像需求。该CMOS成像系统设计结构可应用于更大面阵CMOS成像系统,为工程应用提供了保障。     

大视场液晶自适应视网膜成像系统

设计了大视场眼底自适应成像系统,用于扩大现有视网膜自适应成像系统的视场。对人眼等晕角视场下的自适应像差校正成像进行分析,确定了波前探测与成像校正两个过程对视场的不同要求。在共光源像差探测及成像光学系统中,采用切变视场光阑的方式先后在波前探测和自适应校正成像过程中进行小-大视场切换,避免了大视场中眼波像差探测失真问题,使成像区域由200 μm扩展到500 μm。利用人眼等晕角大视场使眼底液晶自适应成像系统在不降低成像质量的前提下将成像区域扩展了2.5倍,大幅提升了该自适应成像系统在临床上应用的可行性。     

微流控实时荧光聚合酶链式反应成像非均匀性的校正

综合参考标样法和定标校正法的思想,提出了一种用于校正微流控实时荧光聚合酶链式反应(PCR)系统荧光成像非均匀性的”多目标像素区域定标线性校正”算法,以提高其检测结果的准确性.以与PCR荧光标记物SYBR Green光谱特性相似的荧光素钠溶液为样本,检测了11种不同浓度的均匀荧光素钠溶液受激发射荧光信号的强度,分析了各个目标像素区域荧光强度和荧光素钠溶液浓度之间的线性响应关系,采用两点定标校正方法计算了CCD各个目标像素区域的校正系数矩阵.实验表明,3种浓度荧光素钠溶液的成像均匀度分别从校正前的71.28％、72.01％、70.73％提高到校正后的77.49％、80.07％、90.64％;微流控四腔芯片中相同浓度的DNA样品在PCR扩增阶段的Ct值相对标准偏差由校正前的4.38％、1.94％、3.31％减小到校正后的2.44％、0.79％、1.31％,显著提高了微流控实时荧光PCR检测结果的准确性.     

大孔径面视场PG成像光谱仪的光学设计

针对成像光谱仪通过狭缝进行线视场成像时存在的孔径较小、光学透过率较低等问题,研究了一种基于棱镜-光栅型分光结构的大孔径面视场成像光谱仪。该棱镜-光栅成像光谱仪采用表面浮雕型透射光栅,极大地降低了光栅的制作难度与成本。大孔径面视场的成像光谱仪相较于线视场成像光谱仪有较高光学效率和时间效率。但是面视场成像光谱仪的色畸变与谱线弯曲较难校正。本文将前端望远系统与分光系统进行一体化设计,满足远心光路匹配和孔径匹配,较好地校正了面视场光谱成像系统中的谱线弯曲和色畸变。并且通过加入非球面反射镜及校正镜很好的校正了由于大孔径面视场所引入的非对称性离轴像差。结果表明,设计的大孔径面视场PG成像光谱仪光谱波段范围400~1 000nm,光学调制传递函数达到0.65以上,光谱分辨率达2.5nm,全谱段不同视场的谱线弯曲小于5μm,色畸变小于8μm。     

多TDICCD拼接相机成像非均匀性实时校正的硬件实现

提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现的成像非均匀性实时校正算法来解决遥感多时间延迟积分(TDI) CCD拼接相机存在的问题.首先介绍了拼接相机成像非均匀性(PRNU)的定义及其产生的原因,然后针对拼接相机的特点,提出了一种通道内用两点定标法、通道间用增益平均法、片间用自适应场景补偿法的复合非均匀性校正算法...     

Design of optical system for catadioptric fundus camera

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48 mm工作距离的折反式眼底相机光学系统.设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正.建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路.照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光.成像光学系统可在-10～+10 m-1调焦,物方各视场分辨率为33 lp/mm,系统畸变小于8.5％;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15％以内.实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求.     

大视场多光谱空间相机在轨自动相对辐射校正研究

大视场多光谱空间遥感相机获取的图像直接合成彩色图像后存在严重的色带,且不同片探测器获取的图像存在较大的颜色偏差.随着分辨率、视场角和光谱谱段数量的增加,在地面进行相对辐射校正时数据处理量大且耗时长.提出了一种大视场多光谱遥感相机的在轨自动相对辐射校正方法,通过最小二乘法拟合得到绝对辐射定标系数,计算得到能够消除片间颜色偏差的相对辐射校正系数.在成像控制FPGA中原始图像和从BLOCK RAM中读取的校正系数,依次经过13 b有符号加法器、17 b无符号乘法器和四舍五入模块,自动完成每个像元图像数据的实时相对辐射校正.实验室均匀辐射背景成像实验和仿真结果表明,自动相对辐射校正的结果和在地面进行相对辐射校正的结果一致,校正误差在0.5个DN(digital number)值以内,校正后的图像滞后原始图像6个系统时钟,可以满足实时性要求.在轨成像实验结果表明,经过自动相对辐射校正后直接合成的彩色图像去除了色带和片间色差,使得对感兴趣目标分辨和识别更加快速及时.     

无透镜全息显微细胞成像

为了同时满足较大的视场和较高分辨率的需求,开发了一套全息无透镜显微成像系统和配套算法,实现对微米级样品的无透镜显微成像。搭建了一套由LED光源、针孔、被测样品与CMOS图像传感器组成的全息无透镜显微成像系统,并对针孔直径、成像面尺寸、光源到样品的距离,以及样品面到CMOS图像传感器的距离进行了优化。其次,开发了从系统采集的全息图中恢复样品图像的角谱法算法。最后,使用该成像系统和配套算法,分别对具有微米级结构分辨率测试靶,和肺癌细胞悬浮液进行了显微成像。该全息无透镜显微成像系统的分辨率为4.4μm,成像视场尺寸为5.7 mm×4.3 mm,实现了微米级结构和肺癌细胞较清晰的显微成像。全息无透镜显微成像系统结构简单、无像差干扰,可以实现大视场下较高分辨率的显微成像。     

超大视场头盔显示光学系统设计

设计了大视场头盔显示器的目视光学系统,用于满足头盔显示器对大视场、小畸变、高分辨率以及轻量化的苛刻要求.采用4×3阵列式排列、视场角为33°×24°的12组高质量成像目镜系统拼接成单眼目视光学系统来实现系统的大视场设计.为了使系统轻量化,每个单元目镜只采用一片透镜;透镜一面采用二元光学衍射面,利用其特殊色散特性校正目镜系统色差;另一面采用非球面,用于校正目镜光学系统的初、高级单色像差.其图像源为高亮度、高分辨率的OLED微显示器.设计结果显示:单目目视光学系统水平视场达到120°,垂直视场为60°,角分辨率为43 pixel/(°);单个目镜系统传递函数在40 lp/mm处,轴上视场高于0.62,全视场高于0.1;系统畸变小于3％;系统的双目视场为160°×60°,双目重叠视场为80°×60°.该设计实现了超大视场,满足头盔显示光学系统的成像要求.