十亿像素瞬态成像系统实时图像拼接

为了满足工程应用对图像拼接实时性的要求,依据已设计完成的基于同心球透镜与微相机拼接阵列复合结构的十亿像素瞬态成像系统,提出一种基于统一计算设备架构(CUDA)与先验信息相结合的自适应图像拼接并行加速算法。首先,利用高精度四维标定平台对相邻微相机成像重叠区域进行预标定。接着,采用基于CUDA的快速鲁棒特征(SURF)方法检测提取重叠区域图像的候选特征点集。然后,运用基本线性代数运算子程序(CUBLAS)加速基于随机KD-Tree索引的近似最近邻搜索(ANN)算法,用于获取初始匹配点对。最后,提出一种改进的并行渐近式抽样一致性(IPROSAC)算法,用于剔除误匹配点对和空间变换矩阵的参数估计,从而得到拼接图像的空间几何变换关系。实验结果表明,该算法的图像拼接时间为287 ms,与单独采用CPU串行算法相比速度提高了近30倍。

瞬态成像模式下高帧频CMOS图像传感器性能研究

高帧频CMOS图像传感器具有集成度高、帧频高、功耗低、抗干扰抗辐照能力强等特性,在科学实验中应用广泛。为提高外同步触发瞬态成像模式下的成像性能,首先介绍了基于高帧频CIS(5T像素,超大快门)的瞬态成像系统构成及其工作模式;从像素结构出发,对该款CIS在不同工作模式下的成像性能进行了理论分析;搭建了基于EMVA1288的标准化测试平台,对瞬态工作模式下的多项关键性能指标进行了测试,并与稳态工作模式下的性能进行了对比。分析结果表明:与稳态工作模式相比,瞬态成像模式下图像传感器具有更大的暗本底和固定模式噪声,但传感器的时序噪声、光响应非均匀性优于稳态工作模式,具有更高的信噪比和动态范围,与理论分析基本吻合。测试分析结果可用于指导科学成像系统设计与性能优化。

瞬态成像式多光谱测温图像畸变及非均匀性矫正研究

采用张氏矫正法对镜头畸变进行矫正,温度场图像与目标对应位置的重合度可达95%以上;采用两点标定法和神经网络法结合的综合法对图像非均匀性矫正,能够显著减小由于CCD像素不一致导致的测温误差,像素点最大温度测量误差从2%减小到0.5%。

基于瞬态成像技术的穿透散射介质成像

烟、雾、霾、浑浊海水等散射介质对穿过它们的光线有散射作用.在散射环境下,通过成像系统获得的图像都会有一定程度的退化,为提取场景内的有效信息带来困难.因此,研究穿透散射介质成像,提取有效的场景信息,对于科学研究和工业应用都有着重要的价值.关于穿透散射介质成像,学术界已经提出了多种模型和算法,大致可分为主动式方法和被动式方法两类.被动式方法主要以自然光为照明手段,对自然光的传播路径建模,求解相关参数以获得场景信息,其缺点是不能用于无光或暗光的场景.为此,研究者提出主动式方法,主要包括结构光扫描、主动偏振光以及时间门等.这些传统的成像方法存在光照不足、需要扫描或需要复杂的成像设备等问题.计算摄像学领域近年来提出的瞬态成像技术能为解决上述问题提供新的思路,因为瞬态成像技术在传统的成像技术的基础上增加时间维的信息,使得许多用传统成像技术无法观测的场景属性可以被理解和获取.文中提出一种基于瞬态成像技术的穿透散射介质成像的方法,将常用于计算机视觉和计算机图形学的单次散射模型扩展为瞬态单次散射模型,并设计出偏移拍摄法,以重构场景的深度及纹理.该方法能在散射环境中重构毫米级精度的深度图和较清晰的纹理图.

面向瞬态成像仿真的遮挡目标逆向重构方法

由于瞬态成像硬件系统存在结构复杂、价格昂贵以及性能评估困难等问题,提出了一种新的逆向重构算法,并利用软件仿真的方法建立了瞬态成像链路.该方法首先根据仿真场景简化像素累积函数,并引入检测概率的方法获得三维空间中目标体素的采样;然后利用射线追踪的方法计算目标的全局检测概率,通过阈值分割得到目标的三维点云信息;最后融合点云进行三维场景渲染.实验结果表明,这种方法能够仿真遮挡目标三维场景的瞬态成像过程,并且逆向重构算法增强了遮挡目标重构的效果.

基于泵浦-探测的瞬态成像:发展与前景

泵浦探测方法是研究超快过程广泛使用的基本方法之一.将泵浦探测方法与光学成像技术结合发展出的泵浦探测瞬态成像技术,可以实现高时间分辨、高空间分辨和高成像速度的微纳尺度成像和测量.在光学泵浦探测方法中,泵浦探测方法使用泵浦光激发待测物产生线性或非线性光学效应,使用探测光测量被激发的物质在时间和空间上的分布和迁移现象.根据作用原理的不同,现已开发出瞬态吸收显微镜、瞬态干涉散射显微镜和瞬态光热显微镜等泵浦探测瞬态成像技术.在材料领域,瞬态吸收显微镜和瞬态干涉散射显微镜可以在飞秒尺度研究超快物理过程,为材料的表征和改进提供指导.在生命科学领域,瞬态吸收和瞬态光热显微镜可以无损研究特定分子在细胞尺度下的分布情况,也可以测量亚细胞尺度传热相关的物理量及其空间分布的特性.本文简要介绍了泵浦探测方法用于微纳成像的研究进展,展望了其发展前景.

瞬态磁共振弹性成像的仿真与算法研究

磁共振弹性成像技术可以量化人体组织弹性属性。磁共振弹性成像的弹性波激励方式有稳态和瞬态两种。由于人体组织的特殊性,弹性波在组织中传播情况复杂。文章通过建立一个磁共振弹性成像的有限元仿真平台,对瞬态磁共振弹性成像技术进行数值建模,并针对瞬态磁共振弹性成像设计了基于到达时间的弹性重构算法。通过MATLAB编程处理仿真得到的瞬态磁共振弹性成像数据,最终导出瞬态磁共振弹性成像的结果。数值平台仿真的稳态和瞬态磁共振弹性成像对比实验表明,瞬态磁共振弹性成像对于反射和衍射具有较好的抗干扰能力,对于深处的小尺寸组织,具有较高的灵敏度和较好的精准度,而基于到达时间的算法能够实现瞬态磁共振弹性成像的弹性重构。

电子束泵浦钙钛矿纳米晶随机激射的瞬态发光特性

为了满足瞬态光学系统对瞬时显像技术的要求,提出了一种基于钙钛矿纳米晶随机激射的瞬时发光方法.从CsPbBr3纳米晶薄膜的制备与表征出发,分析了该类有源薄膜的制备方法与手段.结合应用需要,设计了以微通道板为核心的电子束泵浦结构,并通过实验验证了CsPbBr3纳米晶薄膜在电子束泵浦下的激射效果,分析了其激射原理与物理现象.最后通过瞬时光泵浦的方法验证了CsPbBr3纳米晶薄膜的瞬时优势.该新型显像薄膜的瞬时探测系统中,不但具有较好的瞬态特性与时间分辨率,而且还可以利用电子束泵浦诱发激射来形成第二级的光放大,进而提升器件的整体探测能力.

Time-of-Flight透散射介质成像技术综述

Time-of-Flight (ToF)成像是利用光在目标和相机之间的飞行时间来获取场景的深度信息,具有体积小、成本低、实时成像等优势。在散射环境中,由于散射介质对光的散射作用,ToF成像受到多径干扰的影响,深度测量误差较大,限制了ToF相机在散射场景中的应用。ToF透散射介质成像技术是校正因散射光引起的多径干扰效应,从传感器接收到的混叠信号中分离出目标分量,实现散射场景中的深度信息恢复,其在雾天自动驾驶、水下勘测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。依据ToF成像系统的不同,详细介绍了PL-ToF和CW-ToF成像的基本原理,阐述和分析了散射场景中ToF稳态成像和瞬态成像的机理和特点,分别回顾和总结了ToF稳态成像和瞬态成像的透散射介质成像研究现状,并介绍了ToF透散射介质成像的应用前景,最后依据现有ToF透散射介质成像技术的优缺点,对未来发展趋势进行了展望。

超高速摄影仪转镜模态数值仿真分析

采用有限元法对超高速摄影仪转镜系统进行数值仿真与模态测试,验证转镜模态数值分析方法的精度.利用数值分析法,提取转镜的前3阶模态,研究其对应振型与模态应力,发现其共振点主要集中在304.37 Hz、354.15 Hz和345.17 Hz处,且1阶弯曲模态应力远大于1阶扭转应力,轴肩位置是应力集中区.通过实验在线测得转镜在加速过程中的幅频响应曲线,发现转镜在固有3个频率点处振幅出现急剧变化,且在355 Hz处的振幅远大于其在297 Hz处的振幅.结果表明,1阶弯曲是转镜出现破坏的主要形式,轴的损伤是转镜出现疲劳破坏的主要原因.数值解和实验结果吻合较好,说明对转镜采用数值分析法提取其模态可获得较高精度.

不同背景气体及压强对激光Al等离子体动力学演化特性的影响

从实验和理论两方面细致研究了空气、氦气和氩气3种背景气体在压强为105 Pa、500 Pa和5×10^(-4) Pa下激光Al等离子体的动力学演化特性.实验方面,搭建了高时间分辨的瞬态成像测量装置,获得了不同背景气体及压强下Al等离子体羽的瞬态图像.理论方面,利用辐射流体力学模拟程序对Al等离子体的动力学演化过程进行了模拟,并对实验获得的等离子体羽尺寸等参数进行拟合.结果表明,不同背景气体及压强对Al等离子体的约束作用不同,原子序数越大、压强越大的气体,对等离子体的约束能力越强.

基于L型阵列的二维CAATI算法高分辨DOA估计

将多角测深侧扫声纳(MSBSS)中应用的计算到达角瞬态成像(CAATI)技术扩展到三维空间,提出一种基于L型阵列的二维CAATI高分辨DOA估计方法,同时解决了信号的参数配对问题。该算法具有运算量和快拍数均较小的优点,为水下三维高分辨探测提供了可能。

基于垂直矢量阵的相干信号方位估计算法

为了实现相干信号源的空间方位估计,将计算到达角瞬态成像(CAATI)算法引入矢量线阵,提出了基于垂直矢量阵的CAATI算法。该方法不仅具有CAATI算法所需快拍数少、运算量小、精确度高的特点,并且兼具矢量传感器可以同步、共点测量声场中的声压和振速信息的性能,因而利用一维线阵即可实现目标的空间方位估计,实时性好,且有效降低了实际应用中的硬件要求。仿真分析了点源与非点源目标的方位估计性能,结果表明提出的方法切实可行。

基于剪切波的肝脏纤维化超声粘弹性检测系统

描述了一种基于目前医用超声硬件的肝脏粘弹性测试系统。该系统利用超声辐射力推动肝脏软组织形成瞬态响应,探测该响应中的剪切波传播,从而估算肝脏组织的弹性和粘性。本研究证实肝脏的杨氏模量和粘性系数可以通过剪切波成功定量检测,并且可以用目前已有的医用超声系统实现而无需额外硬件,从而为医生提供一种新的廉价而有效便捷的诊断手段。

Transient imaging with a time-of-flight camera and its applications

瞬态成像是一种记录光从开始照射直到稳定状态全过程的摄像技术,这使得光速量级的事件可以被观测。介绍了采用飞行时间(time-of-flight,To F)相机进行瞬态成像的三种数学模型,即相关函数模型、频域模型和压缩感知模型。瞬态图像应用主要基于光传输解析和不同光路光线分离。讨论了两种应用,即对散射介质内的物体进行成像和恢复被拐角遮挡物体的形状和纹理。