一种光学成像垂轴几何畸变校正方法

光学成像系统非线性几何畸变的校正仍是一个未能很好解决的课题，一些方法还不能很好地实用。本文对成像系统主要因镜头的失常导致的非线性几何畸变，分析了成像过程。提出一种以径向几何畸变为主的非线性几何畸变模型。依据此模型，提出一种通用的校正方法，应用计算机处理，可对实际的非线性几何畸变图像进行校正。文中用所提出的方法对实际成像的畸变进行了校正，给出了校正实验结果，校正效果良好，有一定的实验价值。

液晶自适应光学视网膜校正成像技术研究

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像，解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题，对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案，避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失；在光路中加入可变视场光阑，利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场；使用脉冲光照明的方案减小曝光量；通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法，提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高；高分辨率眼底成像视场直径从200μm扩大到500μm；曝光量减小到原来的1/2～1/3；对前期难以获得清晰成像的样本，取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。

利用激光全息技术校正大口径光学成像系统像差

基于光学全息原理,分析了激光全息技术校正光学成像系统像差的机理和方法,建立了全息记录实验系统,用于校正口径500 mm、低质量球面反射镜光学系统对有限远物体成像时的像差。采用原光路再现的方法,通过比较像差校正前后的干涉图样和成像结果,验证了该校正方法的可行性。实验结果表明,校正后该系统剩余波像差约为λ/8。

广角成像系统光学畸变的数字校正方法

广角成像系统光学畸变的数字校正方法刘航毛义杜吉郁道银（天津大学精仪学院３０００７２）光学系统的畸变除了利用像差理论来实现校正外，还可以利用数字图像处理技术来进行校正。这为某些受其他条件的限制，很难用像差校正的方法来实现其畸变校正的光学系统，如内窥镜光...

分孔径离轴同时偏振超分辨率成像光学系统像差校正

针对宽波段同时偏振高分辨率成像需求,提出一种基于反射式自由曲面光学系统和数字微镜器件的分孔径同时偏振超分辨率成像系统,其具有可用于任意光学波段、多个偏振态同时成像、单探测器、高分辨率、易轻量化等优势.给出了这种成像系统光学结构的像差校正原理及设计优化方法,将Wassermann-Wolf理论进一步发展,推导了可消除多种像差的反射式Wassermann-Wolf微分方程;同时结合赛德尔像差理论,在求解Wassermann-Wolf方程时加入消畸变的边界条件,通过迭代方式,得到同时消除球差、彗差、像散、畸变的光学初始结构.对该初始结构进行离轴处理并进一步优化,编写自定义优化评价函数,严格控制各子孔径和各视场在中间像面和最终像面上主光线落点位置,从而有效地抑制最终系统中的畸变,避免超分辨重建过程中的镜元和像元失配误差,提高重建质量.最终完成了四子孔径自由曲面离轴反射式超分辨成像光学系统的设计,其相对孔径大(F#=2.5),结构紧凑,各个偏振通道成像质量接近衍射极限.以上像差校正原理及像质优化方法可有效指导超宽波段同时偏振超分辨率成像光学系统的设计.

基于BOS技术的气动光学流场传输效应成像偏移校正方法研究

高速成像制导导弹在大气中飞行时,受到气动光学效应的影响,目标成像位置与其实际位置之间出现偏差。实现对气动光学效应成像偏移校正,对于提高制导精度意义重大。气动光学效应成像偏移具有很强的随机性和非线性,校正起来十分困难。通过利用背景纹影技术测量光线穿过变折射率场后的光线偏移量,建立畸变图像与参考图像之间的控制点对,采用局部加权平均拟合方法构建用于图像校正的映射函数,利用双三次卷积方法对图像灰度值进行重采样处理,完成对畸变图像的校正。分别对固定相位物(透镜)和喷流马赫数3.0的超声速气膜引起的成像偏移进行校正,实验结果验证了校正方法的有效性。

复眼式光学成像系统畸变测量与校正技术研究

复眼式光学成像系统在大视场侦查、图像识别、目标探测等领域较传统单孔径光学系统优势突出,但随着视场的增加,子孔径本身的成像畸变及多个子孔径的安装位置误差引起的畸变会直接影响拼接图像的质量。针对该问题,采用光电测量技术对复眼系统进行畸变测量与校正,生成多模动态电子畸变测量靶标,构建畸变测量校正模型,建立多项式拟合算法,采用最小二乘法获得畸变系数,通过双线性插值法模型对图像进行重建。实验结果表明,校正后的平均相对畸变优于0.1%,满足大视场复眼式光学成像系统的畸变校正和图像拼接的精度要求。

计算增强光学相干层析成像技术研究进展

光学相干层析成像(Optical coherence tomography,OCT)作为一种重要的无损断层三维成像技术,应用场景广泛。不断发展的场景需求对OCT技术的性能提出了新的要求,包括分辨率提升、焦深解耦、像差校正及分辨率各向异性改善等。在过去的十几年内,一系列基于计算成像的方法被证明能有效实现上述性能提升。本文围绕上述OCT成像4个性能提升需求,总结综述了代表性的计算成像方法。分析对比了相应计算成像方法之间的优劣,并对未来发展趋势进行展望,旨在为计算成像方法在OCT领域的进一步研究与应用提供参考。

数据驱动的非线性光学显微成像误差校正研究

数据驱动可通过科学的数据处理方法处理非线性问题,为此研究基于数据驱动的非线性光学显微成像误差校正方法,降低外界干扰,提升误差校正能力。采用基于加速稳健特征算法的图像配准技术,提取非线性光学显微成像图像特征点并得出描述矢量,经矢量的欧氏距离计算,获取图像的特征匹配对,构建失真图像的空间变换模型,实现非线性光学显微成像误差校正;利用基于高斯混合模型的数据驱动方法补偿显微成像误差校正结果,优化非线性光学显微成像精度。实验证明:该方法的特征提取精度不受图像上下移动、旋转角度、尺度变化等操作影响,误差校正峰值信噪比较高且处于平稳趋势,平均误差校正成功率高达95.8%,误差校正后可观察到纹理清晰的细胞内部结构和特征。

光学成像系统中非线性畸变的数字校正方法分析

当前,广角类光学成像系统得到广泛应用,人们要采用数字图像处理技术实现镜头非线性畸变的快速处理,提高信息获取的准确性和速度。基于此,本文分析了系统非线性畸变的产生原因,提出根据畸变图像圆点位置关系实现数字插值校正的方法。通过试验分析可知,该方法能够通过转换各像素坐标获得校正图像,实现图像快速、有效校正。

计及偏移量的非线性光学显微成像误差校正方法

针对因非线性光学显微成像以客观像素特征为驱动源,一旦出现特征缺失,推断过程很容易形成误差,导致的光学显微图像失真现象严重、清晰度低问题,提出计及偏移量的非线性光学显微成像误差校正方法。利用数据驱动法全面、快速以及敏感地捕捉光学数据,划分光学显微图像的边缘和非边缘区域,设定标准滑动窗口,计算不同区域内像素点在该窗口内的像素灰度值,根据灰度值判定边缘点和非边缘点的误差形成概率。在此基础上,将误差校正看做一种角度或相位偏离补偿问题,设定偏离中心,计算误差概率较大的图像区域内各节点与中心间角度和相位偏移量,根据偏移量给出相应正向和负向补偿,完成有效误差校正。实验数据证明:所提方法误差校正精准度高,校正后成像失真、细节丢失以及分辨率低问题被解决,误差点的分布离散程度降低,算法整体实用性较强。

基于空间频域成像技术的光学系统校正方法

经过前期大量的实验证明数字微镜DMD投影的混合光空间调制图案存在的问题,非常影响调制传递函数数值的获得,对光学参数和生理参数的获取带来很大的困难,为确保实验数据的准确性,对空间频域成像平台的光路系统进行光强空间分布强度曲线和通道污染校正是十分有必要的。基于此,提出反演法解决DMD自身缺陷带来的光强空间分布不均匀问题和CCD对光强非线性的响应问题并使用影响因子矩阵P解决CCD带来的通道污染问题。

基于像差选择性校正的光学-数字联合设计

提出面向成像系统的光学和数字图像处理联合优化设计.根据泽尼克多项式模型分析了每种像差对成像清晰度的影响;在变分贝叶斯框架下,提出了基于加权双向差分先验模型的像差数字校正算法;将像差分为易于数字校正和不易于数字校正两类,建立基于像差选择性校正策略的光学-数字处理联合设计方法.采用联合设计方法设计了三镜片大像差光学系统,其奈奎斯特频率处的MTF值约为0.50,采用传统方法设计的六镜片光学系统MTF值约为0.53,两系统成像质量相当,本文方法可降低系统复杂度.

基于成像自适应光学的水下成像系统研究

水中湍流是影响水下光学系统性能的重要的潜在因素。用波前检测的方法对水中湍流对激光束传输的影响进行实验研究,测量了实验条件下水中湍流产生的波前畸变的大小,对波前畸变进行了Zernike分析,还对波前补偿自适应系统在水下成像的应用进行了探索。结果表明:水中湍流引起的激光束波前的起伏降低了图像的分辨率,自适应光学系统在其校正范围内能有效地校正畸变,提高图像质量。

工业X射线透视成像中的散射及其校正

本文以实验为基础研究了工业X射线散射对无损检测成像质量的影响、散射规律及其校正方法。通过研究散射系统的设计 ,用实验得出了射线散射随试件厚度的变化关系 ,修正了以往人们常用的散射模型 ,提出了指数幂散射模型 ,利用该模型对X射线散射用维纳滤波法进行了校正。实例表明 ,本法可以有效地抑制散射对成像质量的影响 ,使透视图像的空间分辨率与校正前相比提高了 5 6 % 。

热光源谱域光学相干层析成像系统

根据热光源具有极短的相干长度、能够提高系统的轴向分辨率的特点,设计了一种使用热光源的谱域光学相干层析成像系统.利用高斯函数计算得到的理想光谱密度与光谱仪测量的实际光谱密度之间的比值,得出了不同波长对应的光源光谱密度的校正系数,将校正系数与所测干涉光谱值相乘,得到了校正后的理想干涉光谱值.实验结果表明:高斯校正后,样品的一维散射势得到锐化,散射势峰值变大,系统的轴向分辨率变高;高斯校正后使二维层析图像的质量得到了提高,样品的薄膜边界变得清晰.因此,系统具有分辨率高、成像速度快、测量精度高和对样品无损伤的特点,在薄膜厚度的无损测量方面有着广泛的应用前景.

自适应光学技术在深层动态荧光显微成像中的应用和发展

荧光显微成像技术是开展微观生命科学研究的重要手段和工具,使用该技术可以观察生物体内的精细结构、动态追踪生物体内组织、细胞、细胞核、蛋白、小分子等不同尺度的生命活动过程。其中,研究深层组织高时空分辨率荧光显微成像技术,是当前成像领域一个前沿问题。应用自适应光学技术实时补偿经由不透明散射、非均匀生物组织传播而引入的复杂波前畸变已被证实是实现上述技术的一种有效途径。文中首先归纳了深层动态荧光显微成像的需求和特点,随后分别介绍了自适应光学技术近几年在共聚焦显微成像、随机光学重构显微成像、光激活定位显微成像、受激辐射光淬灭显微成像、双光子/多光子激发显微成像中的相关应用,并对今后的研究问题和发展方向提出展望。

基于空不变图像复原的光学遥感成像系统优化

提出了依据复原处理来优化设计遥感成像系统的思想。对影响复原处理性能的主要链路环节因素及其关系进行了理论分析、半物理和仿真实验以及正交试验。通过复原问题的数学模型,从理论上提出相机调制传递函数(MTF)的空间变化性(MTFSV)、数据压缩比(CR)和非均匀性校正残差(NCR)是影响空不变复原处理的主要因素;然后通过搭建半物理平台和仿真实验,分析上述因素导致的处理误差对复原图像判读质量的影响;最后利用组合数学理论,通过MTFSV、CR、NCR多因素多水平图像复原的正交试验,建立它们与处理性能间的关系量表。实验结果表明:在遥感成像系统MTFSV小于10%、CR小于4∶1、NCR不大于3%,而系统MTFN仅为0.07的情况下,采用空不变复原处理仍可提高图像MTF面积达70%以上,且能保持图像信噪比(SNR)不变,而处理误差所致的图像失真也不会影响判读质量。

成像式亮度测量装置虚光效应校正

利用消费级的数码相机作为大视野成像式亮度测量装置时,需要对数码相机进行精确校正。本文研究并提出了一种基于高动态范围图像技术的数码相机虚光效应校正方法,按提出的方法进行了测试,对实测数据进行了分析。实测结果表明,该方法易用且灵活,可广泛应用于机器视觉、摄影测量等领域。