三维反卷积显微成像技术

三维宽场反卷积显微成像技术是应用光学切片方法获取三维标本的二维图像序列,然后通过反卷积图像处理方法进行图像恢复,进而进行三维重建的一种以光学技术和图像处理技术为核心的显微成像方法。本文讲述了光学切片的基本原理,给出了反卷积处理中点扩展函数的理论模型和实验测试方法,然后对现存的反卷积算法做了对比。最后,还对这一领域的发展趋势做了预测。     

基于微透镜阵列的光场显微测量方法研究

与传统成像技术相比,光场成像技术能够利用光场中光线的传播方向信息,采用计算成像的方式极大地提高成像系统的景深。而传统的光学显微镜分辨率越高,景深越小。文章结合光场成像技术和传统光学显微镜,通过在显微镜一次像面插入微透镜阵列,提高显微镜景深,实现光场的显微三维测量。该系统通过单次曝光即可获得光场的四维光场信息,通过数字重聚焦技术和清晰度评价函数完成光场显微测量。实验结果表明,基于微透镜阵列的光场显微测量方法是可行的。测量系统以牺牲16倍横向分辨率为代价,将显微镜头景深提高了近100倍。     

光流技术在微结构平面微运动测量中的应用

在经典的Horn-Schunck光流算法的基础上,根据微机电系统(MEMS)微结构的运动特性,引入标号场,提出基于标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计.利用光学测量方法,开发了测试系统,能使微结构的运动可视化.系统包括:利用光学显微镜来实现微结构的放大,并将图像投影到CCD摄像机上;基于频闪成像原理来冻结微结构的高速运动状态,获取一系列动态图像序列;基于提出的标号场和邻域优化法相结合的光流算法对微结构的运动序列图像做运动估计,获取其重要动态特性参数.该方法具有非接触、高测量精度的特点.实验结果表明,该方法的测量重复性达40nm.     

无透镜片上显微成像技术:理论、发展与应用

同时实现大视场、高分辨率成像是光学显微技术发展至今不断追求的永恒目标。传统光学显微镜由于其光学设计原理限制,空间带宽积一般总是限制在百万像素量级,从而无法同时兼顾高分辨率与大视场。另一方面,复杂的光学系统也使显微镜变得日趋昂贵、笨重、复杂且难以维护,极大地限制了其推广和应用。无透镜片上显微成像技术是近年来发展出的一种新概念计算成像技术:其不利用成像透镜聚焦,而直接将所观测的样本紧贴于成像器件光敏面上方记录图像,并结合相应的图像恢复算法实现清晰物像的反演与重构。由于具有视野大、分辨率高、无需标记、成本低、便携性好和可实现三维（3D）成像等优点,无透镜片上显微镜有望拓展传统显微成像技术的疆界,成为一种新型的快捷、便携的就地检验（POCT）工具。文中从无透镜成像基本原理、实验系统、重构方法及其典型应用进行了综述。最后,讨论了无透镜显微成像现存的一些关键问题以及今后可能的发展方向。     

采用双目立体相机的实时集成成像拍摄系统

提出了一种基于双目立体相机的实时集成成像拍摄系统。不同于采用传统的摄像机阵列,该系统采用双目相机对三维场景进行拍摄,有效地简化了集成成像拍摄系统的结构。该系统首先利用双目相机获取三维场景的左右视差图,然后上传到图形处理器生成三维场景的高分辨率深度图,之后利用深度图和彩色纹理图在图形处理器中并行生成新视点视差图像,并利用像素映射算法生成高分辨率微图像阵列,实现实时的集成成像显示。实验中系统获取的深度图像素数目是微软Kinect2获取深度图像素数目的4.25倍,当系统运行在1 920 pixel1 080 pixel、99视点数的环境下,可实现三维场景的实时拍摄与显示,实验结果证明了所提系统的可行性。     

同轴全息显微镜的三维压缩感知去卷积体积重建

数字同轴全息显微镜是一种二维成像技术,最近已被应用于三维成像,然而在三维图像生成的过程中,物体的失焦图像成为三维体积重建上获取明显三维特征的重要障碍。将压缩感知层析重建算法与去卷积算法相结合,显著减少重建中散斑噪声和失焦伪影对目标的影响。结果显示,与单一的三维去卷积重建图像相比,对于重叠的金属丝,光学标尺,生物棉花切片以及微米级聚苯乙烯颗粒的三维堆积图像具有更好的聚焦效果。     

ZEISS LSM 780激光扫描共聚焦显微镜的三维成像及分析

针对ZEISS LSM 780激光扫描共聚焦显微镜的三维图像获取步骤做了系统的介绍,详述了光学切片的设置和获取过程,后期应用Zen2011 black和blue软件进行三维重构的渲染及图像分析、数据采集。列举出三维成像中常见问题及解决办法,使仪器为教学和科研工作提供更优质的服务。     

空间科学实验中三维立体目标显微信息获取技术

介绍了一种适用于空间科学实验的显微图像自动获取系统,对三维立体目标进行微米级尺度显微成像.文章通过对常用的自动调焦技术的对比分析,总结出适合复杂背景下,空间三维立体目标的自动调焦方法.根据该方法确定系统方案并研制原理样机.通过实验验证表明,系统能够准确获取三维立体目标的显微图像,图像清淅且一致性好.     

柱镜板再现三维图像的研究

根据人们在三维成像过程中,视觉器官的生理特征、柱镜板的光学特性及双目相对坐标,讨论了柱镜板再现三维立体图像的原理,提出了由试验所得的最佳取值范围.为三维立体电视的发展进行了系统性的基础研究.     

基于角点检测的双目视觉测距新方法

为解决双目视觉中立体匹配困难、效率低的问题,提出了一种基于角点检测的人工匹配方法实现双目视觉测距。首先介绍了双目测距基本原理,对摄像机进行了标定,并采用Bouguet立体校正算法对双目视觉系统进行立体校正;然后采用J.Shi和C.Tomasi提出的角点方法对立体校正后的左右摄像机图像中被测目标上的同一特征点进行了亚像素级角点提取,并利用提取的匹配角点坐标结合双目视觉测距公式实现距离测量。     

基于小波变换的光学元件激光损伤三维形貌重构方法

为实现激光损伤在线显微三维形貌的快速重构，提出一种基于小波变换的改进聚焦形貌恢复（SFF）算法。利用三维聚焦评价函数逐点反演深度信息，重构光学元件激光损伤三维形貌。采用激光损伤在线显微成像装置，利用所提算法对银反射镜表面激光损伤区域进行三维形貌重构。结果表明：所提改进算法的清晰度比率、灵敏度、平缓区波动量分别为2.608、0.131、0.356，对最大深度为169.8μm的被测区域，测量相对误差为1.56%；相比传统方法，清晰度比率提升约1倍、灵敏度提升约3倍、深度测量相对误差降至1/10，平缓区波动量可以达传统方法的1.1倍。所提算法已用于在线显微损伤判别系统的研制，实现了激光损伤三维形貌在线快速重构测量。     

多聚焦显微图像融合算法

在显微成像过程中,受系统景深限制,沿光轴方向不同层面之间聚焦位置存在显著差异,同时不同层面的显微图像存在部分聚焦区域重叠,现有多聚焦融合算法往往无法并行提取和融合多幅显微图像中最清晰的聚焦部分。提出一种多聚焦显微图像融合算法,首先构造了一种类高斯四邻域梯度算子并结合快速引导滤波,实现高频聚焦信息的提取;同时针对大视场显微图像序列中存在聚焦信息重叠、像素数量大的情况,引入了一种小区域聚焦度量方法,提高了对聚焦清晰区域高频信息提取的能力,实现了多图最佳聚焦点的融合。拍摄3组包括4 mm和2 mm对角线视场的多聚焦显微图像序列进行测试,相较5种常用多聚焦图像融合算法,所提算法的峰值信噪比平均提高了2.4772,结构相似性指数达0.9400以上,对聚焦清晰区域有更好的融合效果,融合图像细节丰富且清晰度高,能够满足大视场多聚焦显微图像融合的准确性要求。     

远距离目标的多基线立体视觉点云成像技术

双目立体视觉是机器视觉的重要分支之一,其通过直接模拟人眼观察和图像处理的方式来获取探测目标的深度信息。这种非接触式的测量方法具有速度快、精度高、操作简单等特点,但是对于不同距离的目标,特别是远距离目标难以获取深度信息。提出了一种基于多基线双目立体视觉的远距离目标三维点云成像技术,该方法通过可变基线实现对不同距离目标的点云成像。实验结果表明,该方法能有效探测500 m^4 000 m范围内目标的深度信息,实现三维点云成像,突破了双目立体视觉远距离三维成像的技术难点,同时形成的三维点云与激光三维成像雷达的数据格式一致,为未来激光三维成像雷达技术与立体视觉技术的点云融合,优势互补提供了借鉴。     

基于光学显微平台的离轴数字全息显微系统的实现与标定

为了在普通光学显微平台上实现对细胞生物样品的三维动态成像,设计光学显微平台与Mach-Ze-hnder干涉系统相结合的离轴数字全息显微测量系统,并且提出用连续高度变化的楔形样品对系统进行标定.介绍离轴数字全息显微的原理;基于倒置显微镜设计和搭建离轴数字全息显微系统;制备连续高度变化的楔形样品来标定离轴数字全息显微系统,并与白光干涉仪结果进行比较;通过测量出离轴数字全息系统可分辨的干涉条纹最小小数部分来实现系统的标定.实验结果证明了结合光学显微平台的离轴数字全息显微系统在样品三维测量上的优势,本系统能够分辨22.6 nm的高度变化量,因此,本系统的轴向分辨率应优于23 nm.     

基于荧光随机涨落的超分辨显微成像

基于荧光随机涨落的超分辨显微成像技术具有成像速度快、空间分辨率高、系统成本低和光毒性小的成像优势,在对生物亚细胞结构及其动态运动过程的成像和监测中具有广阔的应用前景。近年来,基于荧光发射的间歇性,发展出多种图像重建算法实现荧光涨落超分辨成像,在无须对传统的荧光显微镜做任何硬件改造的情况下,显著提升了光学成像的空间分辨率,实现了突破光学衍射极限的超分辨成像。从重建算法、成像速度、分辨率提升和图像重建质量等方面,对比分析不同类型荧光涨落超分辨方法的差异和适用范围,为生命科学研究人员针对特定的生物学问题选择最佳的超分辨方法提供参考依据。     

基于智能手机平台的计算光学显微成像技术研究综述

计算光学显微成像技术将光学编码和计算解码相结合,通过光学操作和图像算法重建来恢复微观物体的多维信息,为显微成像技术突破传统成像能力提供了强大的助力。这项技术的发展得益于现代光学系统、图像传感器以及高性能数据处理设备的优化,同时也被先进的通信技术和设备的发展所赋能。智能手机平台作为高度集成化的电子设备,具有先进的图像传感器和高性能的处理器,可以采集光学系统的图像并运行图像处理算法,为计算光学显微成像技术的实现创造了全新的方式。进一步地,作为可移动通信终端,智能手机平台开放的操作系统和多样的无线网络接入方法,赋予了显微镜灵活智能化操控能力与丰富的显示和处理分析功能,可用于实现各种复杂环境下多样化的生物学检测应用。文中从四个方面综述了基于智能手机平台的计算光学显微成像技术,首先综述了智能手机平台作为光学成像器件的新型显微成像光路设计,接下来介绍了基于智能手机平台先进传感器的计算光学高通量显微成像技术,然后介绍了智能手机平台的数据处理能力和互联能力在计算显微成像中的应用,最后讨论了这项技术现存在的一些问题及解决方向。     

基于角点检测的双目视觉测距新方法

为解决双目视觉中立体匹配困难、效率低的问题,提出了一种基于角点检测的人工匹配方法实现双目视觉测距。首先介绍了双目测距基本原理,对摄像机进行了标定,并采用Bouguet 立体校正算法对双目视觉系统进行立体校正;然后采用J．Shi 和C．Tomasi提出的角点方法对立体校正后的左右摄像机图像中被测目标上的同一特征点进行了亚像素级角点提取,并利用提取的匹配角点坐标结合双目视觉测距公式实现距离测量。     

紫外扫描线宽测量系统的研究

设计了一套紫外光学线宽测量系统用于微纳线宽、栅格的测量。在原有深紫外显微镜的基础上,设计了新的探测光路,在成像面设置针孔接收来自样品的光信号,用样品扫描方式来得到样品轮廓。该装置使用紫外光学检测设备减小对象的衍射尺寸,提高检测分辨率,使用激光干涉仪对被测线宽进行溯源。用白光CCD图像实现自动聚焦,确定待测线宽样板平面位置。采用压电陶瓷纳米台在轴向采取序列图像,用聚焦评价函数来判定聚焦清晰度。通过对多种自动聚焦算法性能的比较,采用小波分解自动聚焦算法。确定了紫外成像系统的小波基、分解层数、小波消失矩等参数。     

三维表面形貌测量中的共聚焦显微成像技术研究进展

随着精密仪器制造和半导体加工产业的蓬勃发展，对微小结构表面形貌的观察和测量是现代科学研究的一个重要方向。激光扫描共聚焦显微成像技术因高分辨率、高信噪比和优秀的层切能力在三维表面形貌测量领域备受青睐。介绍共聚焦显微成像技术的基本原理，并对适用于三维表面形貌测量领域的共聚焦显微成像方法进行综述，包括共聚焦成像的不同扫描方法、不同探测手段及基于光谱的共聚焦成像技术。最后，对共聚焦显微成像技术未来的发展趋势进行展望。     

一种基于双目视觉原理的距离测量系统的设计

主要研究一种基于双目立体视觉原理测量图像中物体距离的算法,要实现的目标是采用双摄像头从不同视点拍摄目标物体,投影得到两幅双目图像,用图像处理的方法先提取出需要的信息,进行特征识别,然后利用同一目标在不同投影图像上的成像差异进行立体匹配,并通过视觉算法计算被测物体的距离。由于测量的距离远大于摄像机之间的基线距离,所以传统意义上的双目测距系统近似认为两个摄像机的光轴是平行,但是实际上两光轴是必然相交的,所以文章结合实际,考虑两光轴相交,以达到提高距离测量精确度的目的,系统的主要流程包括图像获取、摄像机标定、角点检测、特征识别、立体匹配、距离计算等几个方面。