用于大截面传像光纤束的折衍混合光学系统设计

在大截面传像束前置光学物镜设计中，采用“负-正”型式的像方远心光路结构，很好地解决了镜头轴外像差校正和像面照度均匀性问题，同时使镜头结构紧凑、小型化。给出了前置物镜设计实例：工作波长0．8～1．1μm，焦距5mm，相对孔径为1：3．84，光学长度为47mm，视场角为60°。在光学耦接镜设计中采用物方远心光路结构，引入二元光学透镜，通过理论计算和ZEMAX光学软件优化，给出工作波长0．8～1．1μm，焦距33．6mm，光学长度为63．5mm，采用一个衍射面的耦接镜设计实例。该设计结果适用于单丝直径16μm，截面直径6mm的光纤传像束。

基于卡尔曼滤波器的传像光纤束位置搜索

为获取超高分辨率图像,设计了一种入端为线阵排列、出端为面阵排列的传像光纤束.利用该光纤束的成像系统在合成目标图像时,需要建立光纤束出端、入端位置坐标表.介绍了一种基于卡尔曼滤波器的算法,对出端光纤位置逐一搜索;搜索光纤位置时区分层内、层间设置不同初始步长,按均方误差最小原则对搜索步长进行修正.算法采用了比对终止边界、标定已搜索光纤两种稳健性措施,‘Z’字型搜索路径提高了算法效率.实验结果表明,搜索算法得到的位置坐标表准确标定光纤位置,提取光纤束耦合的信息还原了目标图像.

超高分辨率异型传像光纤束中的空间变换

受器件制作工艺限制,难以获取元数超过6000的超长线列探测器,提高图像空间分辨率受到限制。设计一种入端为线阵、出端为面阵的异型结构传像光纤束,利用现有面阵器件接受光纤束输出信息,可以获取超高分辨率图像。光纤的异型结构决定了图像恢复过程十分复杂。本文提出一种双模板极值滤波器算法,针对单根光纤对应多个像素以及光芯和包层传光性能不同的特点,从图像灰度值入手,借助图像腐蚀和重心算法,有效克服光纤断丝引起的盲元,准确定位每根光纤中心位置,找出出端光纤和入端光纤的对应关系,完整恢复入端图像,实现图像的空间变换。

基于双模板极值滤波器的传像光纤束中的盲元消除

利用传像光纤束传输图像,受目前加工工艺限制,不可避免地出现断丝,断丝引起的盲元必然造成信息丢失。传统的中值滤波、均值滤波无法有效消除盲元。提出一种基于极值的双模板滤波器,有效地解决了盲元问题,并在定位光纤中心位置时得到运用。

传像光纤束成像算法在DM642上的实现与优化

针对异型传像光纤束成像的算法结构,提出一种基于DM642的异型传像光纤束成像算法的实现与优化方法。该方法结合DM642的硬件结构和汇编指令执行流程,并针对这两个方面提出了相应的优化策略。实验结果表明,经过优化的系统在速度和效率方面均得到了明显的提高,可以满足成像算法的实际需求。

一种传像光纤束起点位置搜索的方法

提出一种基于逐行扫描算法改进的光纤束起点位置搜索方法。在图像采集阶段,由于手动放置CCD很难与光纤束出端完全平行,导致采集到的光纤束图像出现倾角,利用最小二乘法和双线性差值方法校正图像。在光纤束起点位置获取阶段,针对传统’Z’字型搜索算法存在的问题,采取每行只搜索横坐标小于一行像素数1/3的方法。实验结果表明该法避免了搜索错误,同时保证了搜索高效率。

基于FPGA的传像光纤束图像预处理器

针对传像光纤束成像的算法结构,提出一种基于FPGA的传像光纤束图像预处理器设计方案。该图像预处理器相对于传统的图像预处理器具有充分利用FPGA有限的片上资源,合理安排数据操作之间的并行性和流水性等优点。具体实验结果表明,该预处理器能满足传像光纤束成像系统的实时性要求,达到预期效果。

传像光纤束单丝芯径大小对光纤像面全息图的影响

光纤像面全息可以获得较高衍射效率的全息图和再现较大的物像。文中分析了相干光激励下传像光纤束单丝芯径的大小对其输出光场的影响，以及输出光场中低阶模与高阶模对全息照相的不同作用，在此基础上，提出缩小传像束单丝芯径、增多单丝根数，可以提高光纤像面全息图衍射效率和分辨率的观点，并通过实验进行了验证。

基于酸溶法传像束的制备与性能研究

针对目前国内生产的传像光纤束分辨率低的现状,本文从纤维光学的基本理论出发,探讨了光射线在传像光纤束中的传光、传像机理,依据光线在多层玻璃介质传输的全内反射条件,确定了单丝纤维的三层同轴结构。采用棒管法进行了拉制单丝实验,同时对排丝工艺做了对比分析。最后通过酸溶手段,使外部的酸溶玻璃层剥离。实验最终得到了端面直径为1.2mm,分辨率为57.5 lp/mm、数值孔径NA≥0.545的离散柔软的传像光纤束。实验结果表明,该材料的制备过程突破了传统生产工艺,实现了传像光纤的结构创新,此项研究对高分辨率传像光纤束的制备和应用具有重要的指导意义。

提高光纤成像系统传像质量的研究方法

针对提高超长异型光纤传像束系统的传像质量,提出一种研究方法,综合分析了光纤的排列、光纤填充系数、数值孔径以及后续图像合成算法。制造光纤时光纤束采用六角形的排列,使用折射率小的包层。在图像数据处理时,使用抽样定理、三次样条图像信号重建和亚像元配准等图像处理算法,最终提高了光纤成像系统的传像质量。实验证明,通过信号的重建以及错位的校正等方法,能够有效地改善成像光纤束的传像质量。

光纤耦合的亚像元超分辨率扫描成像图像处理

遥感成像时,采用六角形排列叠层结构的光纤束耦合图像,微扫描工作方式使目标图像依次通过各层光纤。六角形排列的光纤束邻近层光纤之间的错位属亚像元量级,采用亚像元图像处理能获取超分辨率图像。亚像元处理时,首先分离邻近层光纤耦合的图像,以其中一幅图像为基准对另一图像进行配准处理得到中间图像,然后对中间图像和基准图像进行傅里叶变换。考虑仪器及人眼分辨极限,设定图像信号为带限信号,将光纤束邻近层半个像元的错位转化为两幅图像频谱的相位差,从而确定图像融合的插值函数。实验结果表明,针对光纤束六角形排列的亚像元处理获取了超高空间分辨率的图像。

光纤耦合系统中非均匀性校正

利用传像光纤束耦合的扫描系统成像时,由于加工工艺、光纤光传导特性以及光学系统的原因,相同照度的光线入射时,获得的图像亮度并不均匀。根据扫描成像的实际情况,对系统亮度进行定标,采用一点法校正,获得效果良好的图像。

光纤耦合的亚像元图像超分辨率重建

光纤耦合图像之间存在亚像元级位移问题,为此,提出一种基于图像互补信息的超分辨率重建算法。采用传统相位相关法进行整像元级配准,通过拟合多个谱峰值进行亚像元级配准,利用待插值点周围的4条B样条曲线实现图像插值融合。实验结果表明,该算法能提高图像空间分辨率,且复杂度较低、重建图像质量较好。

光纤耦合系统中的数字图像积分算法研究

空间遥感成像时,为提高图像信噪比,串行扫描方法得到广泛运用。设计了特殊排列的光纤束,利用该光纤束耦合的扫描成像系统,通过控制扫描步进长度,让目标依次通过每层光纤束,获取多幅数字图像。将多幅数字图像还原目标图像时,借助模拟积分的概念,提出了简单平均、选择平均和加权平均三种处理方法,更加有效地提取了图像特征和消除脉冲干扰。

双波段光纤内窥镜物镜设计

为适应昼夜侦查、探测目标的需要,设计了可见与近红外双波段光纤内窥镜物镜。在分析其基本原理的基础上,采用反远距形式的像方远心光路结构作为初始结构,通过Zemax软件进行优化设计,给出了一个工作波长0.486μm^0.656μm/0.7μm^1.1μm,焦距1.21mm/1.22mm,F数为4,视场角为80°,光学长度为8.45mm/8.47mm的设计实例。传像束单丝直径16μm,并按正方形排列,据此要求在31lp/mm处评价像质。设计结果表明,系统满足像方远心光路要求,轴上和轴外像面照度均匀,该镜头可见光部分在31lp/mm空间截止频率处MTF值超过0.81,近红外部分在31lp/mm空间截止频率处MTF值超过0.80。该双波段内窥镜的设计在实现已有内窥镜功能的同时,又提升了探测范围和信息量,能够实现全天候的检测与侦查。

基于DM642的光纤中心定位算法优化

大规模的数据存取是制约数字信号处理器系统效率的主要因素之一。在传像光纤束成像系统中,为提高出端光纤束在光纤中心定位过程中数据存取的效率,提出DM642平台下的光纤中心定位优化方法。在存储器配置方面,设置二级储存器缓存与片内随机存储器的模式,预取部分片外数据到片内随机存储器。在数据传输方面,设计数据存储动态偏移量,自适应迭代,避免重复读入。实验结果表明,优化后的算法实现了光纤中心的定位,时间开销降低了1/4,提高了系统的运行效率。

基于FPGA+DSP的超分辨率成像系统设计

针对异型传像光纤束成像的算法结构,介绍了一种以TI公司高性能DSP(TMS320DM642)和Xilinx公司150万门级FPGA(XC3S1500)为核心处理器的超分辨率成像系统。在该系统中,作为系统核心的DSP承担目标图像合成算法,而FPGA则负责如图像格式转换等预处理工作。通过合理分配DSP和FPGA的处理任务,本系统充分发挥了FPGA硬件实现的快速性和DSP软件实现的灵活性。实验测试表明,该成像系统满足实时性要求,易于维护和升级,具备较强的通用性。

直接检眼镜数字化图像系统的研究

目的进行直接检眼镜数字化图像系统的可行性研究。方法在光学实验室中,通过对光学适配器的计算与设计,完成光学适配器的构建,同时对传像光纤束、彩色数字式摄像机(CCD)像素进行不断的优化。应用该光学适配器、传像光纤束、CCD与图像采集卡连接直接检眼镜与电子计算机,可使直接检眼镜观察的模型眼的眼底图像,以数字信号的形式显示在计算机的显示屏上。运用图像采集卡的应用程序TVPlus3.0以及捕捉按钮,采集眼底图像,并储存到指定的硬盘上。运用图像处理软件对储存图像进行各种处理。结果在光学平台上构建了直接检眼镜数字化图像系统。通过该系统可以完成眼底图像的动态观察、储存及处理,并可同步示教。结论直接检眼镜数字化图像系统在眼底病的研究、教学和临床实践中是一种有用的工具。

超分辨率扫描成像系统图像无损压缩算法研究

针对光纤耦合的超分辨率扫描成像系统因传输的数据量过大而导致的丢帧现象,引入无损压缩技术对耦合的图像数据进行压缩传输。系统采用可逆的整数小波变换和集合树分裂算法组成的无损压缩方案,并根据耦合成像的特性,对耦合图像进行分割处理,以满足系统对压缩效率的要求。图像的平均压缩比达到了2.3,传输的波特率降到200 Mbps,目前系统提供的256 Mbps的带宽已经完全满足需求。实验结果表明,无损压缩编解码器的引入,降低了光纤耦合系统对传输带宽的要求,并保证了图像的完全重构。

超分辨率成像系统的FPGA控制研究

介绍了一种基于异型结构传像光纤束,以DSP(DM642)和FPGA(xilinx XC3S1500)为核心处理器的超分辨率实时彩色成像系统,着重讨论了FPGA在系统中的功能实现,包括Bayer图像的双线性插值,RGB和YUV图像格式之间的转换,以及与USB控制器的通信等。系统中FPGA直接与DM642特有的Vport口相连,传输YUV数据;通信结构简单、数据传输速率高。DSP从YUV数据中直接提取出Y分量进行计算,大大减轻了工作量。该系统充分发挥了FPGA硬件实现的快速性,提高了系统性能,同时具有适应性与灵活性强等优点。