数字同轴全息对刀技术中微细铣刀的自动聚焦方法

数字同轴全息对刀技术中微细铣刀全息再现像的自动聚焦是实现高精度自动对刀的关键技术,其中聚焦评价函数是判别图像质量的依据.通过比较几种常用的聚焦评价函数的评价性能,探讨了数字全息自动对焦过程中刀具的成像特点以及适用的聚焦评价方法,发现小波变换聚焦评价函数能适应高精度聚焦的需要.针对自动调焦问题,提出一种分段递进搜索方法,将搜索过程分为两个过程:大步距粗调和小步距精调,分段搜索最优解.然后比较分析了所提搜索方法与经典的模拟退火算法和Levenberg-Marquardt算法的搜索性能.实验结果表明,所提分段递进搜索方法适用性更强,并通过计算机模拟实验进一步验证了其有效性.     

同轴数字全息自动聚焦与再现像的融合

由于数字全息采用相干光成像,当再现距离偏离焦点时,再现像的边缘会出现振荡现象,采用传统的清晰度评价函数不能准确实现自动聚焦。通过对再现像进行小波分析可以发现,偏离焦点时的小波变换高频系数的幅值比聚焦时要小得多。针对这一特点,对拉普拉斯算子和小波变换清晰度评价函数进行了改进,将原来利用高频系数之和改为利用聚焦窗口中高频系数的最大幅值为清晰度评价依据。为便于同时观察到数字全息三维空间内的目标,还提出了将不同层面上的再现像进行融合的算法。进行了模拟数字全息自动聚焦及再现像融合实验和用数字全息观察生物标本的实验。实验结果表明,改进后的清晰度评价函数可以准确实现数字全息的自动聚焦;提出的融合算法可以将数字全息再现后得到的一系列再现像融合到一幅图片中。     

数字全息显微中的自动聚焦

为实现快速、准确的自动聚焦,采用理论分析和实验验证相结合的方法,对显微数字全息自动聚焦所采用的数值重建算法、全息图零级谱滤除和聚焦评价函数等相关问题进行了研究。结果表明:菲涅耳变换重建算法完全可以用于数字全息自动聚焦中;全息图零级谱的滤除使得基于菲涅耳变换算法的自动聚焦过程无法实现;灰度方差函数、傅里叶频谱加权对数函数和标准偏差相关函数可以有效地用于显微数字全息数中的自动聚焦,其中傅里叶频谱对数函数计算时间最短,是首选的聚焦评价函数;利用再现像光场中部分区域作为聚焦判断依据,可以大大缩短自动聚焦时间。     

一种利用数字全息成像测量粒子周长的方法

为了实现粒子周长的自动测量,提出一种利用数字全息成像测量粒子周长的方法。首先,介绍了数字全息成像的基本理论。接着,给出了实验装置的结构图,并对全息再现中的自动聚焦算法进行深入研究,提出一种改进的基于小波变换的自动聚焦算法。最后,在全息再现像图像分割的基础上给出粒子周长测量的具体方法。实验结果表明,测量的海洋浮游生物周长尺寸为17.918 mm,相对误差为3.51%。这种粒子周长测量方法基本满足粒子周长测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求,对其他粒子形态特征参数的测量研究也具有重要的借鉴意义。     

数字全息成像中基于导数的自动对焦算法

在数字全息成像自动对焦算法实现中引入适用的导数计算方法,形成了4种基于导数的对焦判据函数.通过分析在相移数字全息中记录全息图时引入的噪声在提取物光波复振幅过程中的传递,研究了噪声对基于导数的自动对焦算法的影响,给出了不同算法的综合评价.数值仿真和光学实验处理结果表明,Prewitt梯度判据函数(PRG),Tenebaum梯度判据函数(TEG)与角谱再现算法结合可以形成快速可靠的自动对焦算法.     

基于小波频带划分及HVS特性的图像清晰度评价

清晰度是视频图像质量评价的重要指标,是实现数字成像设备自动聚焦的关键,提出了一种基于小波频带划分及HVS特性的清晰度评价方法,对图像进行二维多级小波分解,采用各频段对应的CSF函数权值和高频分量占图像能量的大小作为图像清晰度评价标准。实验结果表明,提出的方法具有较好的单峰性、敏感性、抗噪性及视觉相关性。     

基于图像分析的SEM显微视觉自动聚焦技术研究

为了快速准确地获取清晰的SEM显微图像,提出了一种基于图像分析的SEM显微视觉自动聚焦技术.该技术采用了两级清晰度评价函数的自动聚焦策略,首先利用基于灰度差分的评价函数对图像进行分析评价,然后以大步距遍历搜索函数峰值,直至第一次经过峰值;接着,再利用基于DCT(d[iscrete cosine transformation)变换的评价函数来分析评价图像之后,以小步距进行局部搜索,直至搜索到清晰的SEM显微图像,完成SEM的自动聚焦.实验证明,该技术准确有效,具有较强的鲁棒性和实时性.     

基于Sobel算子的自动聚焦系统

自动聚焦是成像系统的关键技术之一,本文利用Sobel算子边缘检测算法,提出了图像边缘能量清晰度评价函数,该评价函数不仅有单峰性强,无偏性好,灵敏度高等特点,而且还具有很好的抗噪声性能和稳定性。本文还介绍了基于图像处理的实时自动聚焦系统的组成和工作原理。实验结果表明,采用基于Sobel算子的自动聚焦技术具有良好的聚焦效果。     

激光共聚焦生物芯片扫描中的自动调焦

计算图像高频分量进行成像的调焦是自动调焦的方法之一。通过对调焦评价函数的分析,根据激光共聚焦生物芯片扫描的成像特点,提出了一种调焦评价函数-像素灰度差绝对值求和法。运用爬山搜索算法进行多次重复调焦实验,并对此调焦评价函数的自动调焦重复精度进行了验证。     

基于小波变换的太赫兹数字全息再现像去噪研究

太赫兹数字全息是当今太赫兹成像领域的研究热点之一。以真实连续太赫兹同轴数字全息再现像作为研究对象,进行了基于小波变换的去噪研究。选用bior2.2和sym4两种小波基,分别采用硬阈值和软阈值方式,对全息再现图像进行小波阈值去噪和基于小波的同态滤波处理,然后定量分析去噪结果。实验结果证明,对连续太赫兹同轴数字全息系统记录的再现像,采用bior2.2小波基的基于小波软阈值去噪的同态滤波,对太赫兹同轴数字全息再现图的去噪效果最好。     

Research on Reconstruction Algorithms in 2.52 THz Off–axis Digital Holography

To eliminate the diffraction effect on Terahertz (THz) imaging and improve imaging system performance, digital holography has been investigated. The size of the common THz digital hologram and the recording distance are in the same order of magnitude, which does not satisfy the Fresnel approximation conditions. Meanwhile, diffraction has a great impact on free–space propagation behavior. So the research of the influence on reconstruction performance with different reconstruction algorithms is necessary. In this paper, the numerical simulations of the recording and reconstruction process of 2.52 THz off–axis digital holography imaging have been done, and the reconstruction performances of Fresnel angular spectrum algorithm, Rayleigh–Sommerfeld convolution algorithm and angular spectrum algorithm have been compared and analyzed as the reconstruction reference wave is different. The real experimental reconstruction results have also been presented.     

离轴菲涅尔全息图的数字再现

分析了离轴菲涅尔全息网的数字再现过程中照明光的角度参数对再现像质量的影响,提出了通过分析全息图的空间频谱结构自动提取最佳照明光方向参数的方法,进而应用MATLAB实现了数字离轴菲涅尔全息图的自动再现,其中参考光的角度参数是通过分析全息图的空间频谱结构自动提取的,数字再现像面的精确定位则可以通过自动聚焦算法来实现,并利用数字全息记录和再现过程中得到的物距参数准确标定了图像传感器的像素尺寸,给出了有关理论分析及实验结果。     

基于全变差重构算法的数字全息研究

为了消除传统算法对数字全息重构过程中会出现0级像、共轭像干扰的问题,将压缩感知理论与数字全息图再现相结合,提出了基于全变差的两步迭代收缩阈值重构算法（TwIST）,并应用于数字全息图压缩感知全息图重建。 TwIST算法根据重构成分的特点增加正则约束,对相应的形态进行调整,在满足全变差最小的特性的基础上进行重构,提高了重构全息图的质量。结果表明,TwIST算法可以对数字全息图稀疏重建,利用35%的部分全息图数据进行图像重构,重构图像峰值信噪比为36.46dB,且没有0级像和共轭像等干扰。该研究结果对实现计算全息的实时性具有重要的意义。     

对比度最优自聚焦算法

该文研究了一种适用于SAR的自聚焦算法,称作对比度最优自聚焦算法(Contrast Optimiza-tion Autofocus Algorithm,COAA)。该算法是一种原理简单、收敛快、计算量小、鲁棒性强的自聚焦算法,该文着重研究了COAA的实现方法。通过计算机仿真模拟证明了该算法的有效性。将COAA运用于中关村地区L-SAR数据并得到了理想的图像,这说明该算法具有重要的实际应用价值。最后,该文通过一些具体例子验证了该算法与其他算法相比具有更强的鲁棒性。     

A back-projection autofocus algorithm based on flight trajectory optimization for synthetic aperture radar imaging

In this paper, a new autofocus algorithm is presented for back-projection (BP) image formation of synthetic aperture radar (SAR) imaging. The approach is based on maximizing a cost function obtained by prominent points in different sub-apertures of constructed SAR image by varying the flight trajectory parameters. While image-quality-based autofocus approach together with BP algorithm can be computationally intensive, we use approximations that allow optimal corrections to be derived. The approach is applicable for focusing different signal processing algorithms by obtaining modified flight trajectory parameters. Different examples demonstrate the effectiveness of the new autofocus approach applied to the frequency modulated continuous wave mode SAR dataset.     

图像幅度和值最小化自聚焦算法

为了获得高分辨率合成孔径雷达(SAR)图像,需要精确的方位向调频斜率参数,该文提出了图像幅度和值最小化的自聚焦算法。论文分析了方位向信号频域的压缩处理,当频域复乘函数的幅值为常数时,图像对比度与图像幅度和值之间存在一定的关系,又根据图像聚焦程度和图像对比度之间的关系,推导出图像聚焦程度和图像幅度和值之间的联系,根据此联系可以快速准确地确定方位向真实调频斜率,论文给出了该算法的实现流程。与传统的子孔径相关算法相比,该算法由于不存在部分孔径效应,所以具有计算量小、收敛好、估计精度高的特点;与图像对比度最优估计法相比,该文算法收敛速度快,运算量少,易于硬件实现,有助于提高实时成像处理器的性能。对RADARSAT-1数据自聚焦,实验结果验证了该算法的有效性。     

菲涅耳数字全息在图像加密中的应用

基于小波变换和光学菲涅尔变换原理,提出一种新的数字水印算法。首先,原始的水印图像经过离散菲涅尔变换转化成数字全息图,并对数字全息图进行灰度变换;再对宿主图像进行一层小波分解;最后将变换后的数字全息图嵌入到宿主图像较大的小波系数中。实验结果表明,该水印算法具有较强的鲁棒性,能抵抗较大的剪切、有损压缩和滤波等攻击。     

采用移频法进行离轴全息图压缩的研究

由于数字全息图的数据量庞大,其传输、存储占用大量的通信带宽和存储空间.为实现数字全息图有效的传输、存储,需要对其进行信息压缩.根据离轴全息图的频谱特点,提出了一种将数字全息图的有效信息从高频段搬移到低频段的方法,从而降低全息图采样频率达到信息压缩的目的.实验结果表明,该方法是有效的,压缩后全息图的再现像与原来的没有明显区别.     

反射式离轴数字全息再现像中的噪声抑制

为了抑制反射式离轴数字全息再现像中的零级像和散斑噪声对再现像的影响,利用高斯核函数在空域对数字全息图进行低通滤波,再用原数字全息图减去滤波后的低频信息来抑制零级像,采用非局部均值滤波来抑制散斑噪声。实验结果表明空域高斯核函数处理法能有效地抑制零级像,非局部均值滤波可以抑制散斑噪声但对部分细节的保持能力不强,改进后的非局部均值滤波在抑制散斑噪声的同时能很好地保护细节信息,提高了离轴数字全息再现像的质量。