单次照射散斑高质量快速成像

利用基于光学记忆效应的单帧散斑自相关方法,研究了光透过随机散射介质的快速成像。短的相机曝光时间内的高质量快速成像需要尽可能消除影响成像质量的因素。通过引入旋转散射片来消除光束的空间相干性,避免相干噪声对成像质量的影响。光斑对比度可衡量光束的空间相干性被消除的效果,影响光斑对比度数值的主要因素有三个:旋转散射片介质颗粒度即目数、转速、相机曝光时间。实验分析了220目数和600目数两种旋转散射片和不同转速、相机不同曝光时间的情况。结果表明,转速提高和相机曝光时间的增加均使得光斑对比度下降并提升散斑相关成像质量,相机曝光时间超过一定值后,光斑对比度和成像相关系数随散射片转速和曝光时间的变化相对较小。因此对于相机曝光时间短的单帧散斑快速成像,选择最合适的散射片转速对高质量成像非常重要。通过优化算法来提升成像质量。根据对光学传递函数约束的迭代算法,无需利用目标的先验信息即可恢复系统的点扩展函数,该点扩展函数适用于不同形状、不同大小的目标,结合单帧散斑自相关算法可实现快速成像,与仅使用单帧散斑自相关算法的情况相比成像质量显著提升。

散斑自相关分辨率测量和修正

散斑相关是许多基于散斑的光学测量和成像技术的基础,决定了光学系统的分辨率。当前散斑尺寸(颗粒度或分辨率)的理论描述不够精确,也缺乏实验验证。探究了散斑图样自相关尺寸的影响因素,与相同数值孔径物镜聚焦进行比对,揭示薄散射介质的“散射透镜”性质。通过散斑自相关和透镜聚焦尺寸的多组测量,结果表明,截趾函数会影响其分辨率,需要根据具体光路对阿贝判据做修正。对基于散斑的测量和成像技术具有一定的参考价值。

基于大气多散射模型和超像素分割的图像去雾

通过分析大气粒子对光线的多次散射作用,利用大气点扩散函数作为卷积核,基于暗原色图像复原理论,建立了基于多次散射的雾天成像模型,并以函数形状相似性为依据,利用广义高斯分布定量估计出大气点扩散函数核函数在图像域下的相关参数.针对传统暗原色理论以固定大小图像区域估计透射率的不足,提出了基于超像素分割获得景深一致的图像分块方案,通过区域合并,获得更为精准的天空检测效果;基于暗原色先验理论分别估计天空和非天空区域的透射率,并对天空区域的透射率进行修正,不但减少了天空色彩失真,同时也消除了复原结果的光晕现象.本文从主观和客观两个方面将所提出的去雾方法和其他算法进行了对比,结果表明,本文提出的去雾算法能够在较短的运行时间内获得对比度较高、细节信息丰富的去雾结果,具有较好的鲁棒性.

基于自适应点扩散函数的锥束CT散射校正

目的探讨基于自适应点扩散函数的方法对锥束CT散射校正的效果。方法通过加入遮挡板的方法来获取投影图像部分区域散射分布;建立散射分布模型,利用遮挡区域散射分布,自适应地调整扩散函数模型参数,然后进行散射估计和校正;对遮挡区域进行修复,以减少断层重建噪声。结果基于自适应点扩散函数的方法不需要重复扫描被测物体,能高效地对不同厚度和密度的物体进行锥束CT散射校正,可减少因散射造成的杯状伪影和条纹状伪影,与相比、杯状伪影从校正前的26.09%下降到1.26%,即减少约95.17%。结论基于自适应点扩散函数的方法可有效进行散射校正、降低杯状伪影和条纹状伪影,校正后图像质量明显增加。

通过地震成像分辨率研究近地表复杂介质散射对成像质量的影响

近地表广泛分布的小尺度非均匀介质严重影响地震数据和成像质量.本文引入参数化的随机介质来描述近地表非均匀介质;借助功率谱、相关长度、均方根扰动等随机统计特征量研究近地表非均匀介质层对地震波传播、散射及成像的影响;通过成像过程的点弥散函数表述成像分辨率.利用数值方法建立模型的随机统计特征量与成像分辨率特征量之间的关系,以定量或半定量的方式研究二者之间的相关性.数值计算结果表明,近地表非均匀介质层的厚度、速度扰动的幅度以及非均匀体的尺度等都对地震数据质量和成像品质有明显的影响.以全数值方法建立起关于近地表非均匀介质复杂性和地下成像质量之间的关系,有望成为研究近地表非均匀介质对地震数据采集和成像分辨率影响的有效工具.

数字射线成像空间分辨率的增强

成像空间分辨率是工业数字射线成像系统的重要技术指标,通过分析成像的物理过程,给出了成像过程的数学模型,进而得出影响数字射线成像空间分辨率的主要因素,并针对各种因素研究了相应的提高空间分辨率的方法。建立了成像系统的点扩展函数模型,给出了优化投影放大比的方法,提出了一种提高探测器采样频率和光电管采样孔径的硬件方法;采用了一种简便的方法抑制了散射对空间分辨率的影响;计算机模拟及实验结果验证了方法的有效性。

大气对光学成像的影响及校正技术

目标高分辨光学成像在众多光电工程领域中具有重要的应用价值。然而,在很多目标观测场景中,光波都要经大气进行传输,从而导致成像质量的退化,克服复杂大气干扰获取高质量图像一直以来都备受各国学者的关注。特别是近年来随着激光技术的进步,由于激光雷达在距离分辨、三维成像等方面的优势,主动成像技术也取得了很大发展,其中大气的影响和校正同样是一项不容忽视的问题。大气对成像的影响主要包括两个方面:大气湍流和大气悬浮粒子。针对这两方面对成像的影响进行分析,同时对国内外学者发展的消除大气影响、进行高质量成像的主要技术进行了简要介绍,并结合本课题组在相关领域的长期研究,对几个值得关注的方面进行了总结和展望。

基于图像模糊度的雾含水量测量方法

雾含水量是研究和定义雾结构的一个重要因子,是与天气密切相关的重要气象物理量。目前国内外对雾含水量的测量主要还是采用人工采样方式,相当费时费力。该文通过建立雾中景物成像的多次散射模型,提出了利用图像模糊度测雾含水量算法,介绍了基于该算法下的全自动雾含水量测试系统的构成。仿真结果表明运用此算法能获得令人满意的结果。

定量中子数字成像散射校正的蒙特卡罗模拟

中子数字成像过程中,散射中子可降低像质致使提取样品的定量信息变得困难。针对该情况,分析了中子微光成像系统图像散射降质的原理,采用点扩展函数的叠加来表征散射中子引起图像降质的过程,借助于蒙特卡罗方法(MC)对点扩展函数进行模拟和建模,将点扩展函数描述为样品厚度以及样品到探测器距离为参量的解析函数,研究了点扩展函数的计算方法。研究结果表明,借助于MC方法构建系统的点扩展函数之解析函数,并利用该函数对中子图像进行散射校正,是一种行之有效的定量中子数字成像散射校正方法。

中子半影成像的散射中子对点扩展函数的影响

基于ICF中子半影成像分辨力的要求,利用蒙特卡罗方法,模拟了4种系统模型的点扩展函数,分析半影孔装置、靶室和中子束流通道的钢管、高密度内爆靶丸的散射中子对点扩展函数的影响;模拟了平面中子源在4种模型中的半影成像,并用维纳滤波方法重建,分析了散射中子对中子半影成像诊断的影响。模拟结果表明:半影孔装置、靶室等的散射中子不会造成点扩展函数的变形,仅仅增加本底,对诊断的影响可以忽略;高密度内爆靶丸的散射中子会造成点扩展函数的平滑,但对诊断的影响有限。

基于多散射模型的光源退化图像复原方法及应用

由于大气粒子对光的多散射作用非常显著,多散射的一般表现是在各种天气条件下光源周围的辉光现象。针对恶劣天气条件下的光源图像,采用辐射传输方程建立了点光源的多散射模型。根据所得到的点扩散函数对晴朗天气下带有光源的图像添加天气效果,并对恶劣天气条件下的光源图像进行复原,去除光源周围的辉光,从而得到清晰的光源图像。仿真结果证明了该方法的有效性.

用基于厚度估计的卷积算法校正X线图像散射的方法

在数字X线摄影中,散射-眩光造成了图像对比度的下降,为了提高数字X线图像的质量,本方法使用曝光参数和图像灰阶值对图像中的每个像素确定等价的有机玻璃厚度,然后在像素-像素的基础上使用厚度信息估计散射-眩光强度。这里我们把60kV和80kV两种参考状态进行线性组合求校正系数,避免了片面性。为了测试本方法估计散射-眩光强度的能力,把它应用在对志愿者胸部所拍摄的图像中,并获得了一定的结果。本方法为解决数字X线图像中的散射校正问题提供了一种有效的手段。

雷达成像和衍射层析的内在联系梳理

从方程描述、方程求解和方程解析解三个层面,对雷达成像和衍射层析的内在联系进行了系统性梳理.首先,介绍了描述成像问题的电磁散射方程,发现描述雷达的方程是二维的面积分方程,而描述衍射层析的方程是三维的体积分方程.指出成像对象不同是导致方程不同的根源,并利用等效原理建立了两种成像间的联系.其次,指出两种成像的相同点是,对非线性的电磁散射方程的线性化近似求解.最后,指出两种成像的回波信号(在空间谱域)和成像目标(在空间域)均构成一组傅里叶变换对.给出了两种成像的解析解的统一数学模型,即成像结果可表示为观测点(散射系数或散射势)卷积点扩展函数(PSF)的形式.通过PSF对两者的成像性能进行了比较.

定量中子数字成像系统的散射校正迭代算法研究

针对中子散射将直接影响在进行无损检测某种成分时的定量分析,研究分析了中子散射对定量中子数字成像系统图像降质原理,采用点扩展函数的叠加表征成像系统中子散射对图像降质的过程,并在构建中子成像点扩展函数模型的基础上,提出了对中子图像进行散射校正的空域迭代算法。研究结果表明,对于成分相同但几何形状不同的H2O样品,在样品到探测器之间距离不同情况下所得到的中子数字图像,在利用该算法进行散射校正后,影响成像质量的散射成分能较好得到抑制,所恢复出的样品厚度趋近于实际厚度。

FZP扫描全息术用于高散射介质中吸收体成像

设计以菲涅耳波带板作为编码孔径的近红外扫描全息成像系统,并对该系统的点扩散函数进行了理论计算.结果表明:系统的点扩散函数接近理想的δ函数;实际测试了系统的点扩散函数,分析了实验结果与理论计算值存在差异的原因;用该系统对浓度为1%、深度为1.8cm的intralipid脂肪乳剂中嵌埋直径分别为1.5mm,1.0mm和0.4mm的金属丝做成的圆环进行了成像实验.实验结果表明:可较清晰地分辨直径1.5mm和1.0mm金属丝做成的圆环,对直径0.4mm的金属丝做成的圆环也可识别.该系统用于高散射介质中吸收体成像具有较高的横向分辨力.

成像前光学调制系统的眩光测量

因为眩光与成像光线混叠的复杂性,使得对它的测量和评价一直是物理光学里的研究热点。本文设计了一套计算型视觉成像前调制处理双臂式实验系统来解决眩光与成像光线的物理分离,并针对金属表面镜面反射引起的镜头眩光完成测量实验。实验结果数据证明了提出的眩光测量方法的有效性。本方法为针对眩光效应的定性评价提供了参考性的量化依据。另外为视觉测量研究中因高亮光引起的镜头眩光去除问题提供了解决途径。

户外非光源场景图像雾天数字仿真

在航空航天、天文观测、军事等众多领域,计算机视觉系统获得了广泛应用。为了保证视觉系统能全天候正常地工作,必须对于这些系统抗天候变化能力进行检验,以便尽量使系统能够适用于各类天气状况,提高系统的鲁棒性和可靠性。然而检验系统抗天候变化能力需要产生各种复杂天气下户外场景的图像作为测试图像,以减少大量外场试验所带来的成本问题。针对雾天环境提出了一种基于图像的、利用雾天景物成像物理模型的方法生成雾天非光源场景图像。实验结果表明,所提出的方法对雾天非光源场景成像情况实现了较为真实地数字仿真。

X射线检测中散射模型的理论分析

目的 研究 X射线检测中的散射特征 ,并消除散射的影响 .方法 用高斯模型对散射分布进行合理逼近 .结果 从理论上对散射模型进行了分析和推导 .

基于大气调制传递函数的大气退化图像复原

图像在大气中的传输是一个非常复杂的物理过程。从大气湍流和气溶胶散射、吸收的物理过程入手,分析光在大气传播过程中发生的物理变化及其造成的图像退化,并基于大气调制传递函数建立了图像退化的物理模型,对大气退化图像进行复原。实验结果表明该方法能有效地对大气退化图像进行复原,从而提高了图像的质量和识别能力。

凸度测量过程中点扩展函数的蒙特卡罗模拟与解析表达研究

散射校正是高精度凸度测量中的技术难点。本文采用点扩展函数(PSF)理想模型估计的方法,建立了点扩展函数的蒙特卡罗(MC)计算模型,分析了PSF随射线能量和钢板厚度的变化关系,并提出用多个单能的线性组合来代替连续能谱计算的方法,取得了较好的效果。采用双高斯函数模型,结合蒙特卡罗模拟的计算结果,对凸度测量系统的单能点扩展函数进行了解析求解,并给出0.18MeV射线下,凸度测量系统PSF的解析公式,为凸度测量系统的散射校正奠定了基础。