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。     

X射线线扫描安全检查设备实时信号处理

针对X射线在成像过程中存在的非均匀性，利用两点校正法设计了用于X射线安全检查设备的增益和偏移补偿电路；完成了线扫描X射线安全检查设备的数据信号处理硬件模块，给出了电路结构框图；电路采用DSP＋CPLD的结构，在模拟部分和数字部分两次校正，得到了校正前后的处理结果，实现了工程应用。     

基于光子计数激光雷达的时域去噪

激光雷达传统的成像方法需要经过长时间积分探测生成光子计数统计直方图的方式来减少背景噪声的影响,获得目标场景的深度估计信息。为了快速准确地获取目标场景的3D图像,提出基于光子计数激光雷达的三维距离图像时域去噪算法。该算法不需要生成光子计数统计直方图,利用信号和噪声在时间轴上不同的分布特性,结合了泊松过程统计规律。此算法提高了信号的探测概率,能够在低信噪比的环境下将信号和噪声分离,获得目标场景准确的3D图像。实验结果表明在低信噪比的条件下,此算法获得深度图像的RMSE与传统基于最大似然估计成像方法相比成像精度至少提高了3倍。有利于激光雷达三维成像在高背景噪声环境下的使用,拓宽了激光雷达的应用范围。     

小波变换在微光图像消噪中的应用算法研究

根据小波变换用于图像消噪的原理,结合微光图像噪声的闪烁颗粒性特点,对小波变换用于微光图像消噪时的小波基及小波分解层次的选取进行了分析,得出采用Haar小波进行一层分解即可满足微光图像消噪要求的结论。为了选取小波消噪的系数阈值,通过对三幅微光图像小波系数的直方图分析,设计了阈值选取算法,并针对微光图像,得出了消噪的经验阈值。经过仿真实验及算法复杂度的时间分析,在实时性和微光图像消噪效果之间取得了平衡。     

红外焦平面阵列成像动态仿真系统

红外热像仪的研制离不开各种图像处理算法的设计、仿真和优化;结合虚拟仪器技术和可编程多模式驱动技术,开发了红外焦平面阵列成像动态仿真系统软硬件平台;利用这一平台,通过图形化软件编程, 可进行多模式红外焦平面阵列的各种图像处理算法的动态仿真,实时验证其成像效果,及时进行修改和优化。工程应用实践表明：系统对盲元检测与补偿、非均匀性校正和直方图修正等算法的验证与优化取得了满意的效果;该系统为红外热像仪设计仿真、算法的适用性和实时性验证以及算法的优化提供了灵活实用的工具。     

自适应虚拟电子微扫描红外焦平面像素倍增技术

在分析微位移法评价空间抽样效应理论的基础上,分析为改善红外焦平面器件系统空间分辨率不够高所采取系列措施的优缺点,并提出了一种能有效实现焦平面像素倍增的自适应虚拟电子微扫描技术,该方法能在像素倍增的同时有效地实现大边缘的增强,防止边缘模糊与锯齿效应,实验证明该方法效果良好。     

一种用于MEMS电容式加速度计的116dB动态范围CMOS读出电路

A high stability in-circuit reprogrammable technique control system for a capacitive MEMS accelerometer is presented. Modulation and demodulation are used to separate the signal from the low frequency noise. A low-noise low-offset charge integrator is employed in this circuit to implement a capacitance-to-voltage converter and minimize the noise and offset. The application-specific integrated circuit （ASIC） is fabricated in a 0.5 /μm one-ploy three-metal CMOS process. The measured results of the proposed circuit show that the noise floor of the ASIC is -116 dBV, the sensitivity of the accelerometer is 66 mV/g with a nonlinearity of 0.5%. The chip occupies 3.5×2.5 mm2 and the current is 3.5 mA.     

多帧累加平均技术在红外实时图像处理中的应用

文章通过对红外热像仪系统图像表征特性的分析，提出了红外图像多帧累加平均实时图像处理技术，并阐述了在红外热像仪中该图像处理技术的具体实现，并通过实验证明该方法实现了沿着运动轨迹进行帧间滤波，而且实现视频图像的实时显示，从而使多帧累加平均技术对于运动红外图像序列具有较好的处理效果。     

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。     

红外焦平面阵列失效元动态检测与校正算法

为克服失效元造成的图像固定噪声,改善红外焦平面阵列的成像质量,提出了一种基于场景的红外焦平面阵列图像传感器的失效元动态检测与校正算法.通过分析图像传感器正常像元和失效元的表现特征,并根据红外焦平面测试验收国家标准的规定,确定了区别正常像元和失效元的灰度阈值电平,并用双向线性外推的方法判定具体的失效元在一帧图像中的位置,根据失效元的判定算子和新型校正算法实现了对检测出失效元的实时校正.实验证明该算法简单可靠,易于硬件实现.