基于能量最小化扩展景深的实现方法

提出并实现了一种基于能量最小化的扩展景深方法,该方法使用对比度作为评价标准来拼接源图像,它的创新之处是利用了基于图分割的能量最小化方法提供的空间一致性来解决拼接赝像问题,并用最大流算法来解决图分割问题。最后给出了实验结果,将实验结果与缺乏空间规范化的结果进行了比较。实验结果证明,本文方法能够在用户可以接受的时间范围内得到较为优越的扩展景深效果。

利用液晶透镜实现扩展景深成像

针对现有利用液晶透镜获取扩展景深图像的方法需要较长时间的问题,提出一种提升液晶透镜扩展景深融合效率的方法,该方法可以缩短获取扩展景深图像的时间。利用液晶透镜在正负状态之间切换时保持透镜效果的特性,获取图像进行计算。通过考虑每个图像的景深,减少融合所需要的图像数量,从而缩短图像处理的时间。所提方法的图像使用数量减少至现有基于液晶透镜的景深扩展技术的31.2%,计算时间减少至34.38%,合成效率显著提升。所提扩展景深图像质量的方法在主观评价与客观评价上均获得了较好的实验效果。

光场成像中的景深扩展方法与信息处理

光场成像方法是智能图像处理中迅速发展的前沿领域,涉及的主要内容是:光学景深的扩展和不聚焦摄影的自适应多重焦平面成像问题的研究。其中包括对光场成像基本原理和硬件结构的介绍,也包括全光函数参数化方法的应用问题的讨论;这是因为,新兴起的计算摄影学、3D可视化、虚拟环境等领域的目的是:全面实现全光函数对外部客观世界的描述;而光场成像及光场相机则是这个目标的一个局部的实现,其中涉及的问题有光信息的采集,光学傅里叶变换,不聚焦摄像的处理和光学景深的扩展方法等。这些研究内容是光场成像和计算摄影学领域中的基础性的重要课题,也是与图像渲染以及3D显示密切相关图像信息中一种全新的处理方法,具有重要的应用价值。在此针对上述各难点问题和关键结构,给出了全面、深入、透彻的分析论述,提出进一步研究的主要内容。该文对当前迅速发展的全光信息处理中关键技术与方法的综述与展望,对相关领域的读者具有一定的参考价值。

多光源分区照明实现全息照片的景深扩展

为了获得较大景深的全息照片,采用了多组同类激光器分区照明被拍摄物体和全息干板,单次记录或多重记录全息图的方法。克服了由于受到激光器功率和激光光源相干长度的制约而引起的高的拍摄费用。经过实验,能获得景深达120cm以上的、清晰的全息照片。

图像拼接及景深扩展技术在金相检验中的应用

文章分析了显微镜图像拼接及景深扩展技术的特点及在金相检验中的应用,该技术主要用于金属材料中特殊显徽组织、边缘异常组织的全貌观察。试验结果证明,图像拼接和景深扩展技术能够全面、准确、清晰地展现材料的微观组织形貌,对试样的分析检验有重要作用。

改进堆栈调焦的显微镜景深扩展技术研究

显微镜的景深严重制约着显微镜在光轴方向上的成像范围,景深扩展技术可以若干倍地放大显微镜的景深,扩大显微镜的轴向成像范围。本文在空间域类堆栈调焦SF(Stack Focuser)景深扩展技术的基础上,使用形态学梯度代替SF方法中的Sobel边缘提取算法,准确地提取出图像中目标和背景块状区域的外围边缘,并对形态学膨胀处理后的图像进行形态学闭运算以便消除图像中的孤立点,从而减小SF方法在小孔洞、细边缘等细节景深扩展的不足。经实验验证,本文所设计的改进堆栈调焦景深扩展技术在景深扩展效果上较SF方法有较大的改进,并且处理速度上提高了一倍。

复杂性算法在图像景深扩展中的应用研究

由于光学系统受景深小的物理性能限制,对纵向变化范围较大的物体,所拍图片为局部清晰。利用Kolmogorov复杂性测度来度量不同聚焦层面形成的序列图像中对象的局部清晰程度,将序列图像聚焦清晰的部分提取并合并出一幅全清晰图像,实现景深扩展,得到清晰的全景深图像。实验证明,将复杂性测度应用于景深扩展,具有广泛的应用前景。

大景深显微成像方法研究

为了扩大系统的景深,本文研究了基于"0、"二元纯相位模板增大系统景深的方法,并设计了一种三区环型二元相位模板。通过相位模板实现对系统光瞳的调制,使系统的MTF具有离焦不变性,从而避免了系统成像信息的丢失,达到增大景深的目的。最后利用光学设计软件Zemax分别对传统光学显微系统和增加了"0、"二元相位模板的大景深显微系统进行模拟,通过对比二者的成像结果可以得出:利用二元相位模板可以在保证较高分辨率的前提下,增大系统的景深。

太赫兹自混合干涉成像景深扩展技术

太赫兹波在生物学和危爆物检测等领域有广泛的应用前景,但其在成像上会受到探测器灵敏度的限制.搭建一套基于太赫兹量子级联激光器的自混合相干成像系统,将全息成像技术与自混合干涉测量相结合,实现太赫兹波段的大景深成像.利用自混合收发一体的特性,在不同偏焦程度下,对分辨率板上每毫米2个线对的区域进行二维成像,在偏焦56倍波长条件下得到与焦平面处相同的图像对比度.

基于ZEMAX用户自定义操作数的波前编码成像系统优化设计

针对目前波前编码成像系统中相位板的设计工作量大且未能考虑除相位板外其它光学元件像差的问题,提出了两种基于常用光学设计软件ZEMAX的优化设计方法:使用ZPL宏指令编写用户自定义操作数,优化点扩散函数的能量集中度和一致性,实现了旋转对称型相位板的设计,以斯托列尔比不小于0.8为衡量标准,设计结果使景深扩展到传统光学系统的5.5倍;使用在外部定义和编译的C程序编写用户自定义操作数,优化调制传递函数的离焦不变性,实现了奇对称型相位板的设计;以MTF离焦不变性为衡量标准,设计结果使景深扩展到传统光学系统的12.5倍,而同等条件下的三次方相位板只能使景深扩展到传统光学系统的10.1倍。得到的实验结果说明本文所述设计方法是方便而有效的。

基于数学形态学的数字全息再现像融合方法

针对数字全息中不同再现距离获得的携带不同聚焦信息的再现像,提出了一种基于数学形态学的多聚焦再现像融合方法,以有效扩展成像景深。首先通过小波-Controulet变换获得源图像的高频和低频分量;然后,针对数字全息中含散斑噪声的特点,对高频分量采用基于数学形态学区域能量的方法进行融合,对低频分量采用加权对比度法进行融合;最后,将融合系数反变换得到融合图像。通过对算法的有效性分析和实验验证,将本文提出的方法与不加入数学形态学的融合方法进行了对比研究。结果表明,基于数学形态学的融合方法能充分抑制散斑噪声的影响,保留更多细节信息,有效扩展了成像景深范围达11.5 cm。其中,对于表面粗糙且信息量较少的骰子,基于数学形态学方法的空间梯度算子提高了11.8%,熵值提高了2.7%;对于表面光滑且信息量较多的硬币,其空间梯度算子提高了13.6%,熵值提高了2.8%。

数字显微全息重建图像的景深扩展研究

显微物镜的景深问题限制数字显微全息在大纵深视场中的应用.本文充分利用数值重建的特点,采取低频和高频系数子图上的最大亮度梯度的局部方差作为聚焦判据,在小波分解域内对显微全息重建图像的景深扩展问题进行了研究.对倾斜的连续物体碳纤维进行三维重建,分析了重建距离与直径测量误差的关系.以超声波雾化器生成的微液滴颗粒场为例,对离散颗粒场的重建图像进行了景深扩展.利用基于广义洛伦兹-米散射理论的模型分别模拟1—15μm的非透明与透明离散颗粒的显微全息图,分析了该方法重建的颗粒场的纵深定位误差与夫琅禾费系数的关系,对比了非透明与透明颗粒纵深定位误差的异同点.实验和模拟结果显示出该方法对于连续物体和离散颗粒场的显微全息重建图像的景深扩展能力,且能由此准确重建物体信息.

西周倗国墓地绿松石珠微痕的数码显微镜分析

为有效揭示史前和历史时代早期出土玉器的加工痕迹,了解古代机械加工的起源和演变过程,选择西周倗国墓地出土的一枚穿孔绿松石珠,在带有景深扩展技术和三维图像重建功能VHX-500K型数码显微镜下进行微痕分析。发现其表面的打磨痕迹和孔壁上钻孔形成的多圈平行螺旋纹皆十分清晰。结合现代绿松石打磨的模拟实验和前人的工作,认为该枚绿松石珠表面打磨的工具应为一种机械转动磨盘,其具备粗磨和细磨两个功能。有关磨料的颗粒甚粗,其尺寸远大于现代细磨盘的磨料颗粒度。至于珠上的穿孔为对钻贯通,推测为空心管钻配合解玉砂高速旋转而成。这是国内首次将数码显微镜的景深扩展和三维重建技术应用于微痕分析,其研究成果可为古玉的科学鉴定,从加工工艺角度提供重要的信息。

基于Brenner函数与新轮廓波变换的多聚焦融合算法

为了消除Contourlet融合算法中各方向子带的频谱混叠现象,同时提高有效系数提取的正确率,提出了一种基于Brenner函数与新轮廓波变换(NCT-SFL)的多聚焦图像融合算法。该算法先使用新轮廓波变换分解多聚焦待融合图像;然后对低频系数采用传统的算术平均融合规则,高频系数采用基于Brenner函数的局部能量最大的融合规则,最后经逆新轮廓波变换得到融合图像。实验结果表明:该算法能有效提取待融合图像的轮廓信息,并在获得较优的主观视觉前提下,客观评价指标互信息与转移的边缘信息分别提高了99.34%与77.95%。此外,新轮廓波分解层数较多时,该算法的优势更为明显。

带有波前编码板的虹膜采集光学系统的设计

设计了一款采用波前编码技术的虹膜采集光学系统,以实现大景深、自然非约束状态下的成像.以传统的光学系统评价指标斯特利尔比和能量集中度作为波前编码系统的成像特征,利用ZEMAX软件对波前编码系统进行设计,权衡了离焦不敏感性和图像可恢复性.比较了带有立方相位编码板和带有修正项的立方相位编码板的虹膜采集系统以及传统系统的焦深延拓效果.发现采用立方相位编码板的虹膜采集光学系统的焦深延拓效果最佳,其焦深是传统系统的8倍.该系统增大了虹膜采集的距离,对于自然状态虹膜成像系统设计有一定的参考价值.

基于GPU的多层显微图像实时融合技术

随着GPU技术的发展,GPU比CPU拥有了更高的处理能力。本文提出将多层显微图像融合计算由CPU转移到GPU上进行,提升融合速度,最终达到图像融合与图像采集同步。两者的对比实验结果表明GPU在进行图像融合有明显的速度优势;将图像融合嵌入到图像采集程序后的测试表明通过GPU进行图像融合完全可以与相机采集相同步,完成采集、融合实时进行。这一结果改变了长期以来研究人员进行图像融合时,先拍照,再融合的工作流程,只需要将相机在不同聚焦高度扫描一次即可得到多层聚焦位置的融合图。

改进的曲波变换图像融合方法

考虑将曲波变换引入图像融合能够更好地提取原始图像,对一种新的图像融合方法—曲波变换图像融合法进行了研究。将图像序列进行曲波变换后,通过对所有图像的高频进行逆变换及域值处理来获得区域图。根据区域图中高频区域的边界点在每张图层上的活跃度不同求得区域边界的图层分布,利用插值获得高频区域的区域分布图。通过高频区域的膨胀求得整幅图的区域分布图,然后在曲波变换的变换域,利用区域分布图对多尺度的高频系数采用高斯加权求和;对低频系数采用取平均值的规则完成图像的融合。进行了图像融合实验,实验结果表明,与传统的小波变换及基于像素的曲波变换相比,提出的方法获得的融合图像边缘更清晰,更接近参考图像。

椭圆方向窗与新轮廓波应用于多聚焦融合算法研究

针对光学显微镜景深扩展中的多聚焦图像融合问题,提出了一种基于方向特性的新轮廓波域多聚焦图像融合算法。该算法首先对图像进行新轮廓波变换(New Contourlet Transform with Sharp Frequency Localization,NCT-SFL),分解得到不同尺度、不同方向的高低频系数,低频系数融合使用算术平均法,高频系数融合分为两步:先采用改进拉普拉斯能量和(Sum Modified Laplacian,SML)提取特征值;然后定义新的与方向分解一一对应的椭圆方向窗,在确定的椭圆窗参数下,对提取的特征值进行累加并以此为依据对高频系数进行融合,最后通过反新轮廓波变换得到融合图像。在实验部分用定义的新的客观评价指标互结构信息(Mutual Structural Information,MSI)对融合算法进行了评价,结果表明:对多聚焦图像本文所提方法比新轮廓波域方形窗算法MSI提高了2.94%,比Contourlet域方形窗与椭圆窗算法MSI分别提高了10.44%和8.56%。说明本文方法能提取源图像中更多的清晰信息到融合图像,是一种有效的景深扩展手段。

一种新型的CIS岩屑录井数字成像系统

岩屑成像录井技术在国内已有十多年的试验应用历程,但技术水平及功能仍然停留在类似数码照像的层面,关键技术迟迟未能取得突破,远不能满足岩屑录井的地质应用需求。大庆油田与四川大学图像信息研究所经过四年的联合攻关,研制出新型CIS岩屑数字图像采集分析系统。该系统在硬件方面通过采用全新架构设计、双CMOS摄像头联合采集、自适应白平衡、单机智能监控、三维坐标映射等新技术,实现了岩屑的高保真、高清晰度成像,满足了岩屑录井宏观观察和微观分析的地质需求。在软件系统方面,独创了景深扩展、目标分割提取、岩屑智能识别等一系列图像处理关键技术,从根本上拓展了岩屑图像的多种地质分析应用功能,推动了岩屑录井向自动化、信息化、精细化方向发展。该成果已在11口重点探井进行了推广应用,在油气勘探过程中发挥了重要作用,得到了大庆油田、吉林油田建设方的高度评价,具有较高的推广应用前景。