X射线光栅微分相衬成像视场分析

X射线光栅微分相衬成像对由轻元素构成的物质的内部探测具有传统吸收成像无法比拟的优势,尤其在癌症的早期诊断和轻元素材料及器件的无损检测等领域应用潜力巨大.大视场成像是影响该技术从实验室走向实际应用的重要因素.针对大视场成像的客观需求,基于菲涅耳衍射原理和光栅结构特征,建立了量化物理模型用于分析影响成像视场的因素,提出了实现大成像视场的有效途径,为未来大视场光栅微分相衬成像方法的设计和应用提供理论依据.

大视场龙伯透镜电磁成像超分辨算法

现有的反射面电磁成像系统体积庞大,无法满足机载、车载、无人机等应用平台要求。针对此类问题,研究了龙伯透镜的结构特性和成像特性,设计了大视场龙伯透镜电磁成像系统,利用空不变成像特性进行超分辨图像处理,实现了快速、大视场、宽频带、高分辨电磁辐射源分布成像。计算了口径300 mm带球核分层龙伯透镜参数,仿真了4~18 GHz龙伯透镜焦弧面场强分布,验证了龙伯透镜空不变的成像特性及其超分辨算法的有效性。实验对比了抛物反射面电磁成像系统和本文龙伯透镜电磁成像系统的体积、成像范围、源数目和分辨率,结果证明了本文系统的优越性,同样分辨率下,达到了方位角及俯仰角均为40°的大视场范围。

面向人眼宽视场视觉成像质量的评价方法

为考虑边缘视觉的影响,实现对人眼宽视场条件下视觉成像质量的量化,提出一种基于孪生神经网络的多视域成像质量评价方法。构建个性化眼模型,根据波前像差值获得不同视场处的成像图;利用色彩差异分割成像图中的不同区域,将其作为子图像以样本对的形式输入到孪生神经网络中,提取图像的多维特征;模拟人眼对色彩的差异化感知,对区域图像质量评价值进行加权,得到对整幅图像的质量评价。为验证算法的有效性,在TID2013、LIVE和CSIQ这3个图像数据库上进行实验,其结果表明,该方法对多视场处成像质量的量化评估有良好的性能。

视场外回波引起条纹场扫描成像重构混叠现象研究

为了消除成像视场外回波对条纹场扫描成像(又称为傅立叶望远镜或者相干场成像)的可能影响,本文从理论上分析回波引起重构混叠的主要原因,并针对不同的应用场合提出对应的最佳解决方案。本文通过计算机仿真手段详细研究不同照明区域回波对成像的影响,仔细分析增加短基线方案对重构模糊的改善效果。仿真结果表明:三光束(同时发射的最多光束)重叠区域的回波对重构结果有最严重影响;增加短基线可以消除图像混叠,单臂增加一个短基线则能使图像质量明显改善,对应的斯托里尔比(Strehl ratio)从0.49上升到0.59;且单臂增加基线数越多,则重构图像细节就越丰富。本文所提出的消除成像视场外回波影响的几种方案对于条纹场扫描成像系统在不同领域的应用均具有重要的借鉴价值。

大视场微球透镜超分辨显微成像技术的研究进展

光学显微镜是人类探索微观世界的重要工具,在生物学、医学、材料学、精密测量学等领域发挥重要作用。由于衍射极限的存在,发展更高质量、更高空间分辨率的超分辨光学显微成像技术成为当下研究的前沿热点。基于微球透镜的超分辨显微成像技术有着易于实现、简单直接和免标记的显著优点,发展潜力巨大。但是单个微球的视野有限,且难以进行精确定位。提高微球的可操控性,拓展超分辨显微成像视场的范围,已成为该技术突破发展的核心关键。文中在介绍微球超分辨的成像原理,分析影响成像质量主要因素的基础上,重点总结了国内外团队在拓展微球透镜超分辨显微成像视场方面的最新研究进展。根据微球的操控方式,将研究工作总结为机械接触控制、微球辅助增强层、非接触控制和微球物镜一体化四类进行介绍,探讨其技术特点,并对大视场成像、图像拼接等面向视场拓展的图像处理技术进行论述。最后,提出微球透镜超分辨显微成像技术亟待解决的关键问题、存在的难点与挑战,以及未来开展研究工作的突破点,展望了该技术的发展与应用拓展方向。

基于相位拼接的数字全息大视场成像方法研究

提出了一种利用相位拼接技术以扩大数字全息成像视场的方法。通过平移被测物体,记录物体各子区域的离轴全息图,然后利用菲涅尔再现算法得到部分物体相位像。在此基础上,采用均化误差算法对各子区域的相位像进行拼接,并对拼接相位像进行去倾斜处理,得到无畸变的扩展物体相位像。最后,利用USAF 1951反射型分辨率板对该方法进行实验验证。结果表明该方法能够克服CCD阵列大小对成像视场的限制,在保证成像分辨率的同时,有效扩展了数字全息的成像或测量范围。

高分一号卫星宽视场成像仪的高频次辐射定标

为实现高分一号卫星宽视场成像仪的实时辐射定标,准确获取成像仪在轨暗电流噪声引起的偏移量信息,提出了高频次辐射定标方法,并分析了方法的可靠性和测算精度。介绍了卫星遥感器在轨辐射定标原理。以敦煌辐射校正场为实验区,利用该场地历史光谱数据和实时气象观测数据确定了高频次定标的数据基准。基于成像仪夜间大面积海洋场景数据测算了偏移量信息,即在无辐射能量输入的条件下,测算成像仪自身暗电流噪声引起的输出数值。然后,利用地面参考基准数据和偏移量信息,实现了高分一号卫星宽视场成像仪的在轨定标。最后,分析和检验了高频次定标方法的不确定性和定标结果的可靠性。结果表明:高分一号卫星宽视场成像仪高频次定标的不确定度小于5.3%;基于该定标结果获取的辐亮度产品与基于官方定标结果获取的辐亮度总体相对偏差小于5.6%;基于夜间海洋场景计算的定标截距(即偏移量)更接近于理论设计值。该方法可用于高分一号卫星宽视场成像仪的在轨定标和暗电流噪声定期检测。

超大视场成像系统对空间目标的探测能力分析（英文）

随着大视场探测技术的发展,超大视场成像系统已被应用于导弹预警、航天器舱外摄像、机载预警等许多领域。探讨了超大视场成像系统的空间应用问题,分析了系统对典型目标的探测能力。结果表明:与小视场红外成像系统相比,超大视场系统空间漏警率大为降低,这使得系统探测盲区更小;超大视场系统的空间分辨力较大,这使得目标像在单个像元上驻留时间更长,有利于目标的提取和检测;但超大视场系统探测灵敏度和探测距离性能相对较差。综合考虑,超大视场成像系统难以适用于远距离目标的探测,但是系统大视场成像的特殊优势使其在近距离全向空间态势感知和强辐射威胁的实时预警方面有很大的应用潜力。

基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系统设计

针对凝视型红外成像告警设备中对场景目标进行大视场广域搜索与小视场精确识别一体化的应用需求,设计了一种基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系统.该系统采用由多层共心球透镜和可连续变焦的独立次级小相机阵列级联而成的二次成像结构,能够有效实现大视场高分辨率无畸变成像.此外,采用全动变焦设计的独立次级小相机阵列在对搜索到的目标进行探测、识别和跟踪的一体化检测的同时保持像面稳定,实现对成像场景的分区域管理.设计结果表明,该红外成像系统在全变焦范围内的调制传递函数(MTF)曲线均接近衍射极限,且变焦曲线平滑,避免了变焦过程中卡滞、冲击等不利现象的产生,能有效实现大视场监测及小视场识别的功能.

CBERS-04卫星宽视场成像仪在轨场地辐射定标

CBERS-04卫星宽视场成像仪(WFI)自发射以来,广泛应用于国土、水利、林业资源调查等方面。考虑到卫星遥感器受发射时的振动、在轨空间环境变化以及元器件电路系统老化等因素的影响,各种辐射特性的变化,遥感器的性能和灵敏度不断下降,从而导致整个遥感器辐射性能与原来的标定结果之间存在一定的偏差。2015年8月,通过在敦煌辐射校正场开展辐射定标同步观测试验获取了星地同步观测数据,根据反射率基法计算得到CBERS-04卫星WFI相机的场地定标系数。试验共获取了5次有效数据,根据2015年8月7日,10日,13日的定标试验数据拟合得到WFI的定标系数。同时,根据16日和19日两天的试验数据拟合得到一组新的定标系数作为准真值开展定标系数的验证。结果表明,WFI敦煌辐射定标结果的偏差小于4%。另外,在考虑WFI传感器光谱特性、辐射和空间分辨率、成像条件等差异的基础上,以具有较高辐射定标精度的Landsat-8 OLI作为参考传感器进行定标方法的相对验证,结果显示WFI与OLI的相对定标结果的不确定度在6%左右。

基于视场分割方式的宽视场高光谱成像系统的辐射匹配技术

视场分割方案是实现宽视场高光谱成像的可行途径之一,成像系统除了空间上需要配准外,辐射亮度也需要匹配.本文主要分析宽视场高光谱成像仪的视场拼接技术的辐射匹配原理和匹配要素,简要介绍了实现途径,通过该途径,成功地实现了一种机载高光谱成像仪的视场拼接,给出了该宽视场高光谱成像仪的飞行试验结果,试验显示辐射匹配结果良好,通过光谱曲线的对比,精度在系统误差范围内.

大视场偏振成像仪的相对辐射校正研究

设计了基于单像元辐射响应模型的相对辐射校正方法和流程。依据信号还原入射光的反演顺序,分析非均匀性干扰信息,依次对探测器、空间杂散光、起偏度和光学系统相对透过率进行校正。在轨测试期间,设计了基于沙漠场反射率法的多角度观测数据快速检验方法,满足了大视场偏振成像仪的相对辐射性能检测需求。实验数据表明,单点相对辐射响应差异均小于4%,相对辐射校正方法合理有效。相对辐射校正和在轨快速检验的方法为相关大视场偏振成像仪的研制和在轨辐射定标提供了参考。

双视场多通道成像仪的光机结构

针对环境适应性和探测精度的要求,设计了双视场、多通道成像仪的光机结构,以获取高空间、时间覆盖和高垂直分辨率的大气图像和数据信息。根据光学探测和光学定位精度的要求,设计的光学系统结构以及对应的机械结构采用了天底和临边多方位观测模式。该结构通过柔性系统保证了成像仪在45°C的温差范围内能够正常工作。由于温差较大,系统中构建了CCD探测器裸片的精密定位与散热系统。为验证光机结构设计的正确性,对集成后的成像仪进行了光学系统性能检测。检测实验显示,边界温度状况下3个光学通道的分辨率均优于4km,达到对地球临边和天底大气进行探测的需求。成像仪的质量为8.3kg,其一阶基频大于100 Hz,最大应力为52.5 MPa。该光机结构设计合理、紧凑,满足刚度、强度以及目标探测要求,适合空间遥感的应用。

高分一号宽视场成像仪多场地高频次辐射定标

为了提升国产光学遥感卫星载荷的定标频次,提出了一种基于国内多场地的高频次定标方法,实现了高分一号(GF-1)宽视场成像仪(WFV)的高频次绝对辐射定标.介绍了基于多场地的高频次定标原理,针对GF-1 WFV的工作参数和工作特点,提出了国内定标场的优选原则,并分析了定标场地表特性的时间稳定性.利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)的地表和大气产品替代场地定标的现场观测数据,增加了定标可用的数据量,同时用实测数据对MODIS地表产品进行真实性检验.实现了GF-1 WFV的多场地高频次定标,并将定标系数结果与官方定标结果进行比对验证.结果表明:基于国内多场地的高频次定标方法可以获得GF-1 WFV的时间序列定标系数,GF-1 WFV相机4的定标结果与官方定标结果具有较好的一致性,各波段与官方定标结果的相对偏差分别为-0.49%、1.33%、-1.01%和3.86%.基于多场地的高频次定标方法可有效地提高国产卫星载荷的定标频次,及时跟踪载荷的辐射特性变化.

基于微透镜阵列的积分视场成像光谱仪前置成像系统分析与设计

作为对天文光谱进行观测的仪器,成像光谱仪有着十分重要的作用。由于传统的狭缝型成像光谱仪的狭缝限制,对面源天体的观测需多次扫面,才能获得完整的面源三维数据立方体(x,y;λ),这样将会浪费大量的观测时间。为了实现目标物体三维数据立方体的快速扫描,提出了一种基于微透镜阵列的无狭缝、静态化、快速高效的可见光到近红外波段积分视场成像光谱仪结构,并对其基本工作原理进行分析。为了扩展微透镜阵列积分视场成像光谱仪在医学、农业、物探等其他领域的应用潜能,该研究的光谱波段选择可见光到近红外波段。根据视场积分的工作原理,分析和设计了像方远心结构的离轴三反前置成像系统。系统采用视场离轴方式,波段范围400~900nm,相对口径F/5,主镜、次镜和三镜皆为二次非球面,二次非球面系数分别为:-7.05,-0.92和-1.61。为减小系统体积,在离轴三反系统的焦平面附近放置反射镜。系统在奈奎斯特空间频率60lp·mm^(-1)处,调制传递函数大于0.75,成像质量接近衍射极限,满足系统要求。

大视场光学显微成像技术

光学显微成像技术具有实时性、高分辨率和非侵入性等特点,其成像尺度可跨越细胞、组织乃至生命体,极大地拓展了人们对生命本质的认识边界。然而,受限于光学显微成像系统有限的空间带宽积(Space-Bandwidth Product,SBP),常规的光学显微镜难以同时兼具大视场和高分辨率,使得显微成像在大视场生物成像应用中受到较大的限制,例如,对脑神经网络以突触为单位的神经回路成像。近年来,大视场光学显微成像技术得到不断的发展,其SBP的视场相较于传统的光学显微镜有了十倍甚至百倍的提升,在保持高分辨率的基础上拓展了成像视场,从而可以满足生物医学领域重大问题的研究需求。本文介绍了近年来几种典型的大视场光学显微成像技术及其生物医学应用,并对其未来发展做了展望。

SMILE卫星载荷宽视场软X射线成像仪设计与仿真

SMILE卫星载荷宽视场软X射线成像仪(Soft X-ray Imager,SXI)采用Angel型龙虾眼光学成像系统的设计方案,具有大视场,高分辨率质量轻的优点.本文中对宽视场软X射线成像仪进行初步设计,包括成像镜头支撑结构设计,可见光/极紫外滤光片的选取,镜头遮光罩和高能粒子屏蔽门设计.利用模拟仿真程序对成像仪的点扩散函数,有效面积以及灵敏度进行研究.该成像仪用于太阳风与地球磁层区域进行全景成像.

基于解卷积透过散射介质大视场成像恢复方法

通过基于光学记忆效应的解卷积方法,我们可以实现薄散射介质后物体的成像恢复。但是,单个光学记忆效应范围受到散射介质厚度的限制,成像的视场非常狭小,不利于实际应用。本文中,我们展示了两种通过散射介质实现大视场成像恢复的方法,即前人提出的基于不同区域点扩散函数的去相关性和我们提出的不同区域散斑的独立获取方法,实验结果表明这两种方法对超过单个记忆效应范围的物体进行散射成像恢复效果良好。

宽视场成像网格化算法中w-plane最优经验值研究

射电干涉阵列宽视场成像网格化处理过程中必须考虑w项的影响。w-projection和w-stacking是两种重要的宽视场成像网格化处理算法,w-plane参数是算法中影响计算速度和成图质量的一个重要因素。研究了w-projection和w-stacking两种网格化算法,利用SKA-1低频阵台站数据和ASKAP软件包进行模拟观测,对两种算法在不同w-plane参数取值情况下的成图速度和成图质量进行了定量分析对比。结果进一步表明,w-plane是性能改善的重要参数。针对w-projection算法,w-plane取值应比一般给定的经验值大才能得到较好的成像效果。w-stacking算法虽然有很大的速度优势,但算法实现中w-plane的影响更为显著,给出了推荐的w-plane取值。本文的工作是大视场成像算法的基础性研究工作,对未来平方千米阵列科学数据处理中的管线设计有较好的参考价值。

基于透射变换和二维指向镜的大视场光谱成像研究

为了对大视场范围内的目标进行光谱成像,人们通常采用二维指向镜和面阵凝视光谱仪相结合的技术途径。当用二维指向镜对近距离目标进行成像时,在不同方位角与俯仰角下产生的像旋和畸变等都不同,从而给后续处理带来了困难。因此需要先建立目标实际坐标系、探测器图像坐标系和俯仰方位角三者之间的光学传递模型。根据该模型即可得到透射畸变图像与真实图像之间的变换关系。然后通过透射变换对透射畸变图像进行正视校正,便可对大视场图像进行拼接。外场实验结果表明,该方法可行性强,简单易行,稳定性好。