中继透镜分辨率在像素编码曝光成像中对图像重构质量的影响分析

像素编码曝光成像技术是一种先进的高速成像技术,其利用数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)对相机每个像素的曝光进行编码,将多帧图像信息融入到单帧编码图像中,然后再利用解码算法进行图像重构,将低帧频相机的图像采集速率提升数倍,实现低帧频相机的高速成像.在该技术中,DMD的像素与相机像素之间的精确匹配是实现编码曝光成像的前提,因此,相关研究人员主要关注于如何实现像素的精确匹配.然而,两者之间中继成像系统的分辨率作为编码曝光成像的另一重要影响因素,却鲜有人研究和分析.为此,本文从理论上分析了中继成像系统的分辨率对解码图像重建效果的影响,并结合模拟和实际成像实验对理论分析进行验证.在此基础上,搭建了像素编码曝光成像系统,提出了一种基于条纹相位的成像系统点扩散函数估计方法,并将Richard-Lucy反卷积算法引入到编码图像的重构过程中,有效改善编码曝光成像的质量,对于像素编码曝光成像技术的发展具有重要的意义.

基于弹性权重巩固的视频单曝光压缩成像算法研究

【目的】为视频单曝光压缩成像(Snapshot Compressive Imaging,SCI)设计一种对原始压缩比例、调制掩模和测量分辨率等超参数具有较高鲁棒性的统一模型。【方法】本文基于弹性权重巩固(EWC)对所提出的模型进行训练,该模型具有结合了Transformer和卷积神经网络两种网络结构的特殊设计,在此基础上本文在初始化阶段引入广义交替投影进一步增加了模型对于不同掩码的鲁棒性。【结果】广泛的实验结果表明,本文提出的统一模型可以很好地适应不同的压缩比、调制掩膜和测量分辨率,同时实现了最先进的结果。实验结果在PSNR、SSIM方面表现优于之前的SOTA算法,其中平均PSNR涨幅超过5 dB。【局限】尽管本文提出的模型在适应性和平均PSNR指标上优于之前的SOTA算法,但引入了EWC的模型在特定单一任务上的结果可能不会优于针对该特定任务训练的模型。【结论】通过引入广义交替投影和EWC以及对于网络结构的特殊设计,本文提出的具有高度适应性的模型为解决其他复杂场景下的压缩感知重建任务提供了新的思路和方法。

不同曝光技术在放射治疗中的应用

目的:尝试将单次曝光、双曝光、三次曝光及多次曝光成像技术应用于放射治疗,以降低放射治疗的质控成本。方法:采用单次曝光成像技术拍摄治疗位置验证片,并对374例病人首次摆位误差进行分析,也尝试了其他曝光成像技术用于不同目的。结果:单次曝光成像技术拍摄正交放疗位置验片表明,374例病人中需要纠正的171例,占总数的45.7%。双曝光成像技术拍摄病人的射野位置验证片可以确定射野符合程度及与周围正常组织的比邻关系。三次曝光成像技术可确定电子线后颈补量的照射范围。多次曝光成像技术可拍摄放疗设备质控项目检查片,用IVS软件测量计算误差的偏离方向及程度。结论:在放射治疗中可灵活选用曝光技术以适用不同目的。

大面积激光投影成像曝光技术

介绍了大面积激光投影成像曝光系统的构成和工作过程,阐述了其中的关键核心技术如激光照明光学技术、折叠投影光学技术、大面积扫描技术和光学自动对准技术,分析了光学系统的参数、配置以及光路设计等存在的问题,对大面积扫描中的无接缝误差和自动对准中的高精度检测定位等技术上的解决办法作了有益的探讨。

曝光机对印制电路板阻焊层品质的影响

在印制电路板(PCB)阻焊层制作中,曝光环节尤为重要,不同颜色的阻焊油墨均会吸收紫外光,造成光固化,不同曝光机产生的紫外光波长不同,造成阻焊油墨光固化的程度也不同。以直接成像(DI)曝光机、卤素灯曝光机、发光二极管(LED)灯曝光机3种设备特性,对阻焊油墨性能的影响开展研究,以提高阻焊油墨与曝光设备的匹配性,提高阻焊品质和生产效率。经过测试,阻焊油墨与曝光机类别存在一定的适配关系,在适配情况下,阻焊油墨可提升光固化效果,提高阻焊品质和生产效率。

陶瓷感光成像工艺的改进

陶瓷相片是将人的影像或图画通过感光的方式成像于瓷板上,形象逼真,永久保存,但一般以脱膜、翻贴为主的传统成像工艺存在以下一些问题:一是制作程序复杂,环节多;二是手工操作技能要求高,脱膜翻贴成品率较低,加之曝光、烧结的损坏,总成品率只有30%左右.

高动态范围成像研究进展

高动态范围成像技术是近年来图像处理、计算机图形学等领域的研究热点。基于高动态范围成像技术的主要流程,从高动态范围场景的捕获、高动态范围图像的合成、色调映射、当前高动态范围成像技术遇到的挑战以及高动态范围成像的发展趋势等5个方面,综述高动态范围成像技术的研究进展。

多光谱3D成像方法

已有3D成像方法难以实现单目、单帧图像条件下同时获取场景图像及深度信息,也不能兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。为此,创新地提出多光谱3D成像方法,通过具有纵向色散的光学成像镜头与快照式多光谱图像传感器两部分构成图像采集系统,使用离焦深度还原算法获取深度信息。其基本原理为:首先,增强纵向色差光学镜头使得同一物点在不同光谱波段图像上的成像离焦程度不同;其次,快照式窄带多光谱图像传感器单帧曝光同时获取多幅窄带光谱图像;再通过离焦深度还原算法根据多光谱图像边缘梯度获取3D信息。实验采用纵向色散增强型光学成像系统及快照式多光谱相机捕获450±10 nm、525±10 nm、620±10 nm 3通道光谱图像,对5 m内场景进行3D深度恢复,获得了深度误差不高于5 cm的测量结果。实验结果表明多光谱3D视觉方法可以实现单目、所提单帧图像的深度估计。该方法能同时获得视觉及深度信息且无需空间位置配准及预先深度刻度,单帧图像处理平均耗时0. 186 s,图像采集系统尺寸为120 mm×77 mm×65 mm,其工作功率约为10 W,兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。因此,所提方法有望在无人驾驶及智能机器人等领域获得广泛应用。

《被动光学高光谱强度关联成像技术》2014年度进展报告

经过一年来的努力,基本按时完成了预定的各项研究任务。(1)完成了单次曝光高光谱强度关联光谱成像光学设计理论及实验验证,获得了系统空间分辨率、光谱分辨率及信噪比之间的相互制约关系。完成了基于最临近插值法和双线性插值法的测量矩阵标定方法的建立,建立了自动化标定系统。初步完成了系统测量矩阵的优化设计,加工得到了部分满足设计指标的空间随机相位调制器样件。完成了单次曝光高光谱强度关联成像试验样机光机设计。(2)研制出一台单光子强度关联光谱相机,并开展了2公里的野外成像,采用了互补测量的方法,优化了压缩感知算法,获得了高质量的图像输出。旨在用单光子点探测替代单光子面阵探测器完成单光子级别的超灵敏遥感光谱成像。(3)在理论上创新的提出了通过预先对光谱通道阵列进行更加精细定标的方式,然后引入光谱重构算法,如吉洪诺夫正则化(Tikhonov regularization)算法进行求解,可以在不牺牲其他性能指标或者不增加硬件成本的条件下有效的改善传统分光技术的光谱分辨率。在实验方面,引入了微反射镜(DMD)作为光谱通道选择器,设计了相关的样机系统,验证了理论算法的可靠性和正确性,当对每个光谱通道预先进行更加精细的光谱定标时,系统的光谱分辨率得到了有效的提高。(4)开展了热光信号参量放大的实验和实际物体的光参量图像放大实验研究,完成了热光参量放大闲置光和种子光的关联成像实验,搭建近红外波段光参量放大实验光路,开展了近红外脉冲放大关联成像实验。(5)搭建了无透镜关联成像装置,对太阳光进行了滤波,得到了带宽很窄的太阳光。演示了太阳光的HBT实验,并且在HBT实验的基础上做了一维物体的太阳光关联成像实验。最后我们对实验结果进行了系统的分析,初步得到了太阳光关联成像对比度低的原因,并提出了改进措施。(6)在强度关联图像质量要素表征及评价方法研究方面,本年度主要完成了不同空间和光谱结构及稀疏度的仿真场景构建方法研究;完成了影响被动光学关联成像质量因素分析;初步开展了被动光学高光谱强度关联图像质量评价方法研究;为下一年度的研究工作奠定了基础。初步完成三维图像快速重构算法,和基于梯度投影原理的GPSR_BB算法进行了结果比对,在相同采样率的情况下,图像信噪比得到了很大的提高。在采样率较低的情况下,图像质量提升更加明显,为此可以有效地降低采样次数。

直接成像技术在PCB中的应用

电子产品日趋小型化、轻量化、多功能化,使电路板线路密度增加,从而对电路板的制作技术有了更高的要求,普通的接触爆光成像技术不能满足高密度电路的要求,激光直接成像(LDI)技术正迎合了精细线路的要求,而在PCB制作中得以应用。本文介绍了LDI的成像原理、存在的优缺点及其在PCB制作中的应用等方面。

非视域成像技术分析与展望 (特邀)

传统的光学成像技术受限于信息获取和处理方式,只能对视域范围内的目标进行成像。伴随着新型成像设备和高性能计算方法的发展,集光学成像、计算技术和图像处理于一体的非视域成像技术(none-line-of-sight,NLOS)使超越视域范围成像成为可能。文中依据成像机理的差异,将现有非视域成像技术分为三类:基于相干信息的方法、基于二维强度信息的方法和基于光子飞行时间的方法,详细分析了不同成像方法的原理及实现。同时将基于光子飞行时间的方法作为综述重点,在包含多类型目标和室内外场景的公共数据集中,定量比较了代表性方法的成像性能,并进一步设计搭建了阵列式非共焦瞬态成像装置,单曝光采集了真实场景中的非共焦瞬态图像,分析了典型非共焦成像方法在该成像架构下的重建能力。最后讨论了非视域成像技术的未来发展方向并展望了其应用前景。

LDI曝光机分辨率对制作细线路的影响

细线路的制作是一个系统工程。本文讨论的是LDI曝光机解析度对细线路制作的影响:从LDI图形成像原理看,曝光机的解析度越小越利于细线路制作;从实验结果看,曝光机解析度越小,蚀刻后无论是线宽还是线距,差距会越小。对于线宽/线距为40μm/40μm线路而言,LDI曝光机解析度相差1μm时(解析度分别为2μm与1μm),蚀刻后相邻线距差4μm有10%的差别,而相邻线距差3μm的有6.52%的差别。

非接触式光刻中的微透镜阵列系统

本文介绍一种供非接触式光刻使用的由三片微透镜陈阵叠合成1：1成像多孔径微小光学光刻曝光系统。针对大面积光刻，可以获得良好的分辨率和较大的焦深。本文还介绍了这种微透镜阵列的制作方法。

某圆锥等角螺旋天线的制造技术

以双圆锥等角螺旋天线为例,介绍了天线CAD模型的建立方法,详细论述了圆锥等角螺旋天线的三种制造技术:曲线掩膜法、微带粘接法和激光立体扫描曝光成像法,在工程上进行了成功应用。尤其采用激光立体扫描曝光成像法,天线制造精度高、一致性好、加工周期短等优点,并为类似的天线制造提供了比较可靠的加工方法。

自主导航农业车辆全景视觉光线的自适应方法研究

为解决自主导航农业车辆在实际野外作业中不同环境光线对全景视觉成像质量的影响问题,提高自主导航的准确性和可靠性,提出全景视觉光线自适应方法。首先,通过数字成像原理分析、成像曝光控制、成像质量评价,研究视觉成像系统;其次,通过相机响应函数求取、数据匹配与更新、光线自适应曝光时间调整,实现全景视觉光线自适应算法的具体过程。结果表明,改进的光线自适应算法,在正常光线、较强光线、较弱光线3种情况下,均能明显提高全景视觉图像的成像质量;相较于未经改进的原始算法,在光线较亮情况下改进的光线自适应算法,图像平均二维信息熵提高47.1%,平均梯度值提高60.9%;在光线较暗情况下,改进的光线自适应算法,图像平均二维信息熵提高30.3%,平均梯度值提高76.4%;在不同光线情况下,改进的光线自适应算法,单次平均耗时0.36 s,相较于传统多曝光处理算法,速度平均加快75.5%。

曝光后成像板（IP）信息衰减与放置时间的测试比较

目的：测试曝光后成像板(IP)放置时间与信息衰减的关系。方法：选用AGFA8×10成像板，以12阶铝梯为光楔，用相同的曝光条件。后处理参数，只改变曝光后的放置时间，对原始图像进行激光片打印，记录每幅原始图像直方图的窗宽、窗位及曝光水平(exposure level)参数值(LgM)，并对打印激光片各阶密度进行测量和分析。结果：随着放置时间的延长：1．各阶的密度值下降；2．直方图窗宽、窗位值下降；3．曝光水平参数值下降。结论：曝光后的成像板(IP)信息衰减现象存在，并随着放置时间的延长而增加，应及时读取。

动态场景的高动态范围图像生成

动态场景的多曝光高动态范围成像方法中,由于鬼影检测不准确导致鬼影去除失败,并且采用单帧参考图的鬼影去除方法生成的高动态范围图像存在细节信息不足.为此,提出一种无鬼影且高细节信息的多曝光高动态范围成像方法.首先通过相邻的两帧图像灰度值之间的顺序关系得到部分鬼影区域,另一部分鬼影区域则由相邻图像灰度值之间的差值,与经过多次迭代优化后的阈值判定得到,在分离相邻图像的鬼影区域后,整合为选定的单帧参考图像与其余输入图像之间的鬼影区域;然后采用图像修复方法增强去除移动物体后的非参考图像在鬼影区域内细节信息;最后使用静态场景的多曝光高动态范围成像方法生成高动态范围图像.实验结果表明,与已有方法相比,该方法不仅能有效地去除鬼影,同时避开了单帧参考图方法中鬼影区域细节信息完全由单帧参考图像决定的弊端,保留和改善了生成图像在鬼影区域内的细节信息.

Low Dynamic Range Solutions to the High Dynamic Range Imaging Problem

While capturing a real world scene using a common digital camera, due to limitations of the sensor dynamic range, we will not be able to capture the entire dynamic range of the some. This problem is evident while capturing a picture of a some which has both brightly and poorly illuminated regions. High Dynamic Range （HDR） imaging aims to recover the entire dynamic range of the scene by compositing multi-exposure images. Tone reproduction is required for displaying HDR images as the corresponding Low Dynamic Range（LDR） images on common displays. This paper discusses novel approaches to reconstruct LDR images directly from multi-exposure images. It is assumed that there is no knowledge of camera response function and other camera settings. At last, it is explained how this task can be achieved effectively for static and dynamic scenes.