超分辨率三维成像传感器

法国航空与航天研究院正在实施多个旨在确定一些传感器特性、工艺技术和性能水平的前期研究计划,这些传感器可用于卫星、侦察飞机和无人驾驶飞机等各种平台。

距离选通超分辨率三维成像及其应用

距离选通超分辨率三维成像是一种新型非扫描三维成像技术,在水下成像、远距离侦察、自动导航等应用中具有重要意义。综述了距离选通超分辨率三维成像技术国内外研究进展,对于梯形距离选通超分辨率三维成像和三角形距离选通超分辨率三维成像从距离能量包络能量态、三维成像步长、信噪比、环境噪声敏感性、距离分辨率以及测距精度等角度进行了对比分析,介绍了距离选通超分辨率三维成像技术的最新研究进展,包括编码超分辨率三维成像、实时距离选通超分辨率三维成像、多脉冲延时积分超分辨率三维成像,并分析了在低对比度目标探测、识别、水下三维成像方面的应用情况,以及笔者实验室在距离选通超分辨率三维成像技术方面开展的研究工作。距离选通三维成像技术的发展趋势为获取更高的三维成像景深分辨率比,实现快速高分辨率三维成像。

距离选通超分辨率三维成像同步控制的研究

在目标图像优化的研究中,高精度同步控制对于距离选通超分辨率三维成像系统获得目标的距离信息、大小和形状信息、准确识别目标具有决定性的作用。但是目前同步控制精度只能达到所用同步控制器件的时钟精度,以通用的同步控制器件FPGA为例,最高时钟频率可达640MHz,即时钟精度最高为1.56ns,但实际设计完成综合后的时钟频率要远低于上述频率,使同步控制精度远低于1.56ns。为解决同步控制受限于所用同步控制器件时钟精度的问题,提出了移相相或提高同步控制精度的可行性,采用ISE14.7组件搭建了高精度同步控制系统并使用ISIM仿真实现了200MHz时钟频率即5ns时钟周期情况下1ns同步控制精度。仿真结果表明,移相相或能够在低的时钟频率下可实现高的同步控制精度。

切片式及超分辨率激光三维成像现状

基于距离选通技术的激光三维成像具有不易受环境影响的优点,可获取高精度的目标三维信息,因此在识别侦察等领域有很高的应用价值。本文首先简要介绍基于距离选通的切片式三维激光成像、超分辨率三维激光成像的原理和特点,然后分别综述两者的发展历程和最新进展,以及基于两者发展的编码式超分辨率三维成像体制的最新进展,最后总结基于距离选通的三维激光的优势和发展前景。

双线阵无透镜超分辨率扫描成像方法研究

针对无透镜成像系统分辨率低和单线阵扫描成像中由于细胞流速不准确造成的图像重构畸变问题,本文提出了一种基于双线阵图像传感器的超分辨率扫描成像方法.通过引入第二个线阵,利用双线阵的时间空间关系,实现了细胞流动速度的实时测量,为扫描图像的重构提供了精准参数.综合考虑了光源、衍射光路、细胞样品瞬态流速、图像传感器像素尺寸、倾斜角度和帧频等系统特性,建立了线阵扫描成像系统的成像模型,深入分析了影响双线阵成像质量的因素,建立了基于坐标变换、扫描图像插值计算的双线阵扫描成像系统的图像重构模型.综合两种模型,以条形图案为仿真对象,分析了该方法的成像特性,并从理论上验证了双线阵扫描成像系统的可行性和有效性.仿真结果表明,双线阵扫描成像系统的空间分辨率相比面阵系统至少提升了2.8倍,并且结构相似性和峰值信噪比均有5%~15%的提升.在此基础上,搭建了双线阵扫描成像系统,并以微球、红细胞和白细胞作为测试对象,对系统进行了实际测试.结果表明,双线阵扫描成像系统解决了单线阵扫描成像图像重构畸变的问题,同时相比面阵成像系统,20μm微球的直径均值误差为2.04%,红细胞和白细胞的特征更多、更明显.

一种共照射源超空间分辨率三维重建方法

受到制造工艺限制,现有的3D非扫描激光雷达APD阵列无法做到高度集成。为了提高3D非扫描激光雷达的空间分辨率,满足高分辨率空间采样需求,文中提出了一种共照射源3D激光雷达和2D探测器超空间分辨率信息获取方法。该方法使用高分辨率共照射源2D探测器对3D激光雷达进行辅助成像,将2D探测器得到的激光回波强度信息与3D激光雷达得到的目标深度信息进行数据融合,并对不同孔径的成像结果基于非相参合成孔径成像原理进行修正,实现超越3D非扫描激光雷达空间分辨率的目标三维重建。实验结果表明,该方法能够有效提高3D非扫描激光雷达的空间分辨率。

基于压缩感知的激光复合成像超分辨三维重构方法

三维重构的图像分辨率一般较差,为获得更精确的三维重构图像,基于压缩感知设计激光复合成像超分辨三维重构方法。计算随机目标下重建距离的条件分布概率,获得能量方程,对其进行正则化处理,同时得到列向量以及稀疏矩阵的解析解,构建区域相似度目标方程;基于压缩感知技术重建超分辨率图像像素,得到相应的测量矩阵,两个点集三维坐标之间的关系式,计算两个点集的最小目标误差函数,获取点集间对应的判定条件,设计激光复合图像三维重构算法。在选定的实验图上选择三个点位,对比这三个点位在该方法以及另外三种方法下的重构效果,实验图像显示,压缩感知方法的精度明显优于其他三种方法。在像素均方根误差的计算中,压缩感知算法在三个点位下的误差值分别为1.64、2.28、3.17,均小于其他方法,证明该方法的像素误差更小,精度更高。

声敏传感器矢量资料三维水下成像

常规加速度检波器用于拖缆采集时有耦合和悬浮问题，多分量采集时各个水下检波器的相位和频率响应必须一致。进行侧扫声纳等地震剖面测量和海底成像测量时，需排列约20个波长的常规检波器，方向分辨率约10～2°。矢量声敏传感器记录波的粒子运动或压力梯度，得到三分量或四分量资料。标量检波器资料确定方向，需要三个正交方向的检波器组合，野外是不可能这么做的。可控震源、矢量传感器两者结合，则可以给出声源、散射点、反射点的距离和方位信息。

3D-STORM超分辨成像中单分子轴向定位精度优化研究

为定量描述柱透镜参数对三维成像过程中荧光分子轴向定位精度的影响,本文研究了柱透镜参数与点扩散函数椭圆率的相互关系.基于Olympus IX-83倒置荧光显微镜搭建成像系统,利用3个不同焦距柱透镜进行实验,通过柱透镜标定曲线的线性变化范围及该范围内曲线的斜率分析柱透镜参数选择上的优劣,优化并提高轴向定位的精度和深度.选择合适的柱透镜参数可实现标定曲线在焦平面上下1μm范围线性变化,轴向定位精度为16nm,并采用优化的标定曲线对肌动蛋白微丝进行三维超分辨成像.

基于抛物线包络反演的距离选通三维成像方法

距离选通三维成像技术在三维测绘、远距离侦查、导航、水下目标探测等应用领域具有重要意义。介绍了距离选通超分辨率三维成像技术目前的发展现状和常用的三维反演算法。在此基础上研究了基于抛物线包络的距离选通三维成像方法。在实际测距精度、三维成像景深、实时性和系统实现的难易程度等方面,与目前常用的三角形和梯形能量相关算法进行了对比分析和实验验证。实验结果表明:基于抛物线包络的三维反演算法降低了系统硬件指标要求,提高了实际测距精度,同时实现了大景深实时三维成像的要求,具有良好的应用前景。

Toraldo光瞳滤波器对光学系统成像分辨率的影响

研究Toraldo光瞳滤波器横向、轴向及三维成像分辨率与滤波器结构参数的关系,推导出各分辨率与两区及三区漏光环型Toraldo光瞳滤波器环型区域的遮挡率和透过率之间的解析表达式,并给出它们的关系曲线图。二区漏光环型光瞳滤波器横向分辨率随中心透过率的减小而增大,一般情况下轴向分辨率随中心透过率的增大而增大。三区漏光环型光瞳滤波器横向超分辨率要求中心透过率低,而轴向超分辨率要求中间的透过率比两边低。可设定不同的透过率和遮挡率来分别实现横向、轴向及三维成像超分辨率。

结合光片照明与超分辨的三维荧光显微成像

随着科学的进步,生命科学的研究对象由单个器官向组织体、离体组织切片及发育过程中的活体胚胎转变。荧光特异性标记的出现,为追踪物质在单细胞、组织体、器官甚至整个胚胎内的转移过程提供了手段。为了实现整个追踪过程,需要对活体胚胎进行无损、非侵入式的亚细胞级别成像,这就对荧光显微技术提出了更高的要求。在传统荧光显微技术基础上发展了光片照明和超分辨荧光显微技术。前者通过选择平面照明方式,只激发探测物镜焦平面附近的样品,因其具有高穿透深度、低漂白和高成像速度而广泛应用于三维活体组织成像;后者利用特殊的光调控手段将显微镜的分辨率提升至纳米水平,成为研究亚细胞水平生命活动的有力武器。通过介绍2大技术的发展、融合以及目前所遇到的问题,探究新型的、适宜观察三维厚组织样品亚细胞结构和生命过程的成像方法。

基于时钟移相相或的高精度脉冲对产生方法

针对超分辨率三维选通成像中同步控制脉冲对精度低的问题,提出了时钟移相相或的高精度脉冲对产生方法。该方法首先对可编程器件的系统时钟进行等差相位的数字移相产生多路时钟信号,再根据脉冲对中延时值和脉宽值选择对应的两路时钟产生脉宽信号,最后将两路脉宽信号进行相或运算得到高精度的脉冲对信号。实验表明,该方法可以将延时和脉宽的控制精度提高到1ns,优于传统脉冲产生方法的5ns精度,使超分辨率三维选通成像系统在直径2.5m视场内的距离分辨率达到1cm,为对更小目标进行成像和识别提供技术基础。

液体微透镜阵列的驱动控制及其制造工艺研究

液体微透镜阵列具有超光滑表面和大范围的连续变焦优势,在现代生物,医学治疗、军事感知等领域有广泛的应用前景。针对常规静态成像系统的视场角小、图像重叠、景深小等问题,本研究提出了液体复眼式图像传感器,对三维光场信息进行实时/域提取,实现了动态景深、超高分辨率的真三维成像和智能监控。

液体微透镜阵列的驱动控制及其制造工艺研究

液体微透镜阵列具有超光滑表面和大范围的连续变焦优势，在现代生物，医学治疗、军事感知等领域有广泛的应用前景。针对常规静态成像系统的视场角小、图像重叠、景深小等问题，本研究提出了液体复眼式图像传感器，对三维光场信息进行实时／域提取，实现了动态景深、超高分辨率的真三维成像和智能监控。

眼镜、放大镜、显微镜、望远镜

TH742 2002053962光学显微三维成像特性的实验研究=Experimentalstudy of characteristics of three dimensional opticalmicroscopic imaging[刊,中]/张平,吴震,向际鹰,史国水(华中科技大学光电子工程系.湖北,武汉(430074))//华中科技大学学报.—2001,29(1).—77-79讨论了激光共焦扫描显微镜的三维超分辨率成像特性。

双侧大前庭导水管综合征患者的HRCT及MRI特点分析

目的：探究双侧大前庭导水管综合征（LVAS）HRCT和磁共振3D-超快速循环稳态进动成像（3DFIESTA）成像的影像学及临床特点。方法：回顾性分析14例经临床确诊的LVAS患者的影像学及临床资料。14例均行HRCT和MRI 3D-FIESTA序列扫描,同时进行内耳道MRI三维重建。结果：LVAS是一种前庭导水管（VA）扩大引起儿童先天进行性听力下降的疾病,常为双侧患病,临床表现为中到极重度的听力损失;14例患者HRCT平扫表现为VA的喇叭状或裂隙样扩大,VA直径范围1.5-4.3mm,平均2.4mm;VA扩大程度与听力损失程度不具有相关性;MRI表现为VA和内淋巴囊的异常扩大。结论：HRCT是准确诊断LVAS的重要检查,可获得VA扩大的具体值;MRI及内耳道三维重建结果较HRCT更能无创且直观地显示LVAS扩大的内淋巴囊及其他内耳畸形。