基于高斯分布的星像点精确模拟及质心计算

为提高星敏感器仿真系统的精度,提出了基于高斯规律的模拟星像点的灰度扩散方法和高斯质心提取算法.按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素,对称中心是映射坐标而不是取整的中心像素坐标,以便准确模拟实际星像点散焦及像差导致的灰度扩散.高斯质心提取亚像素定位过程包括像素粗定位和偏差精定位两个步骤,基于高斯规律建立了一个分段函数实现偏差精定位.在星像点噪声为N(0, 1.22)的仿真条件下,整个偏差区间[-0.5,0.5)pixel内高斯质心定位标准差为0.007 pixel,远小于灰度重心法的0.041 pixel和加权灰度重心法的0.026 pixel,而3种方法对模拟星图的处理结果一致.仿真实验表明:模拟星像点高斯灰度扩散法是合理准确的,而高斯质心提取算法简单精确,精度高于传统灰度重心法.     

基于能量估计的局部运动模糊检测

为了解决日常拍摄的图像或视频中普遍存在局部运动模糊导致信息丢失的问题,提出一种基于能量估计的局部运动模糊检测算法。该算法首先计算图像的Harris特征点,根据每个区域内的特征点分布筛选出备选区域;然后根据近单色区域梯度分布平滑的特点,通过计算备选区域的梯度分布并参照平均幅值阈值过滤掉大部分容易被误判的部分;最后根据运动模糊对图像能量衰减的特征对备选区域进行模糊方向估计,并计算模糊方向和与其垂直方向的能量,根据两个方向上能量的比值进一步去掉单色区域和散焦模糊区域。在图像库上的实验结果表明,所提算法能较好从存在近单色区域和散焦区域干扰的图像中检测出运动模糊区域,有效提高局部运动模糊检测的鲁棒性以及适应性。     

激光三角测距法自动调焦模型的建立与分析

为了满足工业TFT-LCD检测系统中显微镜对主动自动对焦的要求,提出了一种基于激光三角测距法主动自动调焦的方法,建立了相应的数学模型并进行了实验数据分析。该方法在可见光光路中加入一路808 nm波长的红外光,红外光在被检测物体表面反射后经过一系列光学器件投射在CCD相机上形成一个光斑,以对焦完成时CCD上光斑半径最小为基准,给出了离焦量δ与光斑信息探测量r之间的数学关系,据此实时控制PZT进行自动调焦。初步以50×物镜进行实验,结果显示其在焦平面±30μm范围内的实际测量值与理论值吻合,线性度优越,调焦精度达到0.2μm。与传统的显微镜调焦方法相比具有精度高、线性度好、调焦速度快等优点,满足工业检测自动化的实际需要。     

一种适用于任意目标的离焦深度快速自动聚焦技术

针对聚焦深度(DFF)法对焦速度慢的缺点,提出了 一种适用于任意目标的离焦深度(DFD)快速自动聚焦 算法。在仅改变成像系统镜头位置的条件下,应用光学成像系统离焦模型,推导了以模糊差 异为参量的离 焦深度的计算公式。采用S变换得到两幅不同离焦程度图像的模糊差异,并利用推导得到的 公式计算出目 标物体的深度信息,从而调节镜头位置完成自动聚焦。实验结果表明,本文算法适用于任意 目标物体,仅需 要两幅不同程度的离焦图像,能够以较高精度估计出目标物体的深度信息,从而实现快速自动聚 焦。     

数字投影中填充因子对相位测量影响分析

提出了数字投影的填充因子对相位测量的误差分析。在结构光三维测量中,数字投影容易改变条纹周期和产生准确的相移,因而到了越来越广泛的应用。然而相比传统的机械模拟投影方式,数字投影采用了抽样方式,且由于其自身结构的限制,填充因子不能做到100%,必然对相位测量有影响。针对填充因子对相位测量的误差,还没有人进行充分研究。对填充因子引起误差原因进行分析,并给出其数学描述,从而建立了理论依据,还进一步提出了离焦减少误差的方法,并给出了其数学表达。最后通过模拟实验的方法,对理论进行了验证,实验结果证明了填充因子减少将增大测量误差,离焦法可以减少相位测量误差。     

影响薄板激光切割精度因素的研究

采用实验的方法对影响激光切割精度的因素进行研究。通过典型钢板的激光切割实验发现: 切割方向不影响切割精度, 切割精度与切割路径分布、光束补偿和离焦量关联较大。根据实验结果制定了该典型钢板的最佳切割方案, 摸索了一种确定光束补偿值的方法, 对提高薄板激光切割精度有一定的指导意义。     

离焦模糊图像的盲复原算法

针对离焦模糊图像,提出了一种盲复原算法。该算法首先利用Hough变换检测出离焦图像中的直线边缘,然后基于图像的空域统计特性和修正的Grubbs检验法,定位出阶跃或近似阶跃直线边缘,在此基础上自适应计算出线扩散函数,最后利用线扩散函数求取离焦模糊半径,进而用Wiener滤波完成了图像的复原。实验结果表明,对真实的离焦模糊图像,该算法能够准确地检测和定位出阶跃或近似阶跃边缘,提高离焦模糊半径的鉴别精度和图像的复原效果,已在实际刑侦取证工作中获得较为成功的应用。     

微缩投影系统的垂轴放大率测量

考虑有限距光学系统的成像质量与系统垂轴放大率相关,本文提出了基于系统波像差检测的垂轴放大率测量方案。以给定的光学系统中像平面位置与物平面位置满足高斯公式和牛顿公式的原理为出发点,通过系统波像差中离焦量的变化监控物点移动微小量后像点的移动距离。然后,对牛顿公式或高斯公式微分导出轴向放大率,最终求出系统垂轴放大率。建立了垂轴放大率测量模型,给出物点的微小位移量和初始离焦量的选取标准,并系统地分析了光学元件形位公差和像点定位精度对垂轴放大率测量结果的影响。搭建了基于点衍射干涉仪的微缩投影系统波像差检测平台,测量了系统的垂轴放大率。实验显示,系统垂轴放大率的测量值与理论值的偏差优于0.24%,验证了提出的垂轴放大率测量方法的可行性和理论分析的准确性。     

基于时间散焦分析法的三维信息采集

为了测量被测物的距离信息,结合投影系统的三维信息采集方法,研究了一种基于时间散焦分析的三维信息采集方法.通过向被测物投影移动的条纹,分析照明模式在各点的散焦度,利用傅里叶变换解析被测物各点的距离信息.实验结果表明,该方法不需要考虑点匹配问题,能单独计算各点的位置信息,并且能测量较大的距离.