波前编码红外成像系统的温度梯度适应能力探究

利用波前编码技术为红外光学系统进行无热化设计可提高其在不同均匀工作温度下的适应能力,但针对温度突变、成像系统内温度分布不均情况,波前编码技术是否能正常进行成像及其适用的温度范围还有待进一步研究.为简化分析流程,采用温度梯度模型来仿真非稳态下的温度变化.利用温度梯度模型来定性分析光学系统在轴向、径向温度梯度为系统引入的附加像差.计算两个方向下的光程差变化来比较两种温度梯度环境下系统的成像性能差异.在此基础上,为非稳态温度环境下红外光学系统的设计建立了结合光/机/热分析的无热化设计流程,通过ZEMAX设计了一套最大轴向尺寸为85 mm、最大径向尺寸为25 mm的红外光学系统,通过SolidWorks加载轴向和径向的热形变,探究所设计的系统能够适用的温度梯度范围.结果表明,结合光/机/热分析的无热化设计流程可以有效表明系统在非稳态温度下的成像情况.对上述采用三次相位板进行无热化设计的红外光学系统,在非稳态温度下可以适应±10℃的轴向温差范围,但是仅可以适应±1℃的径向温差范围.因此在进行红外波前编码光学系统的无热化设计时,需要对径向方向进行重点优化.

改进掩码自编码器的工业缺陷检测方法

针对目前只需正常样本即可实现缺陷检测的方法存在漏检或过度检测的问题,构建一种改进掩码自编码器与改进Unet结合的方法实现像素级缺陷检测。首先,采用拟合缺陷模块生成缺陷掩码图像及正常图像对应的缺陷图像;其次,对缺陷图像随机掩码,去除缺陷图像大部分的缺陷信息,激励Transformer结构的自编码器从未掩码的正常区域学习表示并依据上下文修复缺陷图像,为了提高模型对细节的修复能力,设计了新的损失函数;最后,将缺陷图像与修复图像拼接后输入拥有通道方向交叉融合Transformer结构的Unet,实现像素级缺陷检测。实验结果表明,在MVTec AD数据集上,所提方法平均的基于图像的和基于像素的接受者操作特征曲线下的面积值(ROC AUC)分别达到了0.984和0.982,与DRAEM(Discriminatively trained Reconstruction Anomaly Embedding Model)相比分别提高了2.9和3.2个百分点;与CFLOW-AD(Anomaly Detection via Conditional normalizing FLOWs)相比分别提高了3.1和0.8个百分点,证明所提方法具有较高的识别率和检测精度。

基于反向掩码和WGAN-GP的破损老照片修复算法

针对当前老照片修复算法修复的老照片存在模糊、伪影等问题,提出结合反向掩码机制和生成对抗网络的破损老照片修复算法。该方法使用反向掩码技术聚焦于待修复目标区域,采用联合感知驱动的损失函数和WGAN-GP鉴别器网络训练,增强修复图像整体和局部一致性。此外,通过变换RGB图像色彩空间和添加高斯滤波,扩充老照片图像数据集。经过实验,结果表明该算法相较于对比算法能够精准修复老照片中缺失部分。已修复照片的结构和纹理与原照片保持一致,在感官视觉上更自然。

基于视觉感知的梯度结构相似度图像质量评价

在SSIM算法的基础上,结合亮度和对比度掩蔽等视觉感知信息构造视觉感知(visual perception)函数,提出基于视觉感知的梯度结构相似度评价方法VI_GSSIM(visual perception and gradient based SSIM)。该方法通过图像质量与图像内容和失真类型的相关性,结合图像的误差可视性与内容可视性构造视觉感知函数,对HVS底层视觉系统建模;同时利用梯度重新定义结构信息,得到基于视觉感知的梯度结构相似度模型,对图像进行质量评价。实验结果表明,提出的VI_GSSIM算法比SSIM更符合人眼的视觉特性,尤其适合评价降质较严重的图像。

自适应分数阶微分在图像纹理增强中的应用

针对目前只能通过人为实验指定最佳分数阶微分阶数的现状,为了节省大量人工寻求最佳分数阶微分阶数的时间,研究并提出了可以依据掩模窗口大小、G-L公式、图像梯度特征和人眼视觉特性等理论的能够自动生成分数阶微分阶数的新方法,基于该自适应阶数,设计并实现了对应的算子掩模。采用了信息熵、平均梯度等图像纹理特征评价参数做定量分析和实验验证,结果表明,该方法对任意灰度图像可以得到连续变化的增强效果,接近于最佳分数阶微分增强效果,符合人们的视觉感受,是有效的图像纹理增强方法。

医学图像质量评价中的梯度加权SSIM

Zhou Wang等人提出了著名的图像客观质量评价方法:结构相似度(SSIM),其理论基础是人眼视觉系统能高度自适应地提取场景中的结构信息,大量实验证明SSIM的评价性能多优于PSNR(或MSE)。然而,由于视觉掩盖效应的影响,且SSIM规避了HVS底层视觉特性,直接导致SSIM的评价常与主观评价不符。在深入研究SSIM算法的基础上,根据人眼视觉的掩盖效应之特性,提出图像中不同区域的失真程度引导的权值设计方案:基于梯度加权的SSIM图像质量评价方法(GWSSIM)。实验结果表明,GWSSIM的图像质量评价准确性高于PSNR和SSIM,尤其适用于医学图像。

基于局部梯度和复杂度的反锐化掩膜法

分析了反锐化掩膜法的增强问题,针对传统算法的噪声敏感,易在强边缘处过冲,且对灰度变化较小的微弱细节锐度不足的缺陷,提出了一种改进的基于灰度变化强度和频率的自适应图像增强算法。利用非线性形态学重构滤波器获得模糊化图像。打破了传统算法中仅依赖图像灰度变化强度定义权重函数的思想。对于图像灰度剧变区和级别丰富区,根据局部梯度和局部复杂度共同组建新的增益函数,动态调整图像边缘和微小细节部分的权值,提升细节特征的表现力。实验结果表明,该算法能更好地利用图像的相关信息,比传统算法能更有效地锐化细节,保持较高的清晰度,且能抑制图像背景噪声放大,避免边缘过冲。

基于局部最大梯度的无参考图像质量评价

图像质量评价在数字图像处理中应用广泛,无参考图像质量评价更是近些年来的研究热点。该文提出一种基于局部结构的无参考图像质量评价方法,该方法首先利用局部梯度选择强边缘区域,然后通过强边缘的信息来评价图像的质量。该方法的创新之处在于:基于局部最大梯度的像素点质量评价;利用强边缘点的局部质量来估计全局图像质量。该方法可以同时评价噪声图像和模糊图像,图像失真越严重,该方法的评价分数就越低。与图像质量评价数据库的主观评价结果比较表明,该文方法与主观评价结果相关性很强,能很好地反映图像质量的视觉感知效果。

基于二维Otsu准则的自适应分数阶微分的图像增强算法

针对传统的分数阶微分应用于图像增强中会在强化图像边缘的时候忽视了图像的纹理,或者在保留更多图像纹理的同时弱化了图像边缘等不足,本文提出一种可以根据像素点的动态梯度来自适应调整分数阶微分阶次的图像增强新方法.该方法引入改进的二维Otsu准则,并结合图像的区域特征构造出自适应分数阶微分函数,进而求出与每一个像素点相对应的分数阶微分阶次.最后,实验结果表明该方法比较现有的方法可以更好的提取和增强图像边缘的同时,保留图像弱纹理和平滑区域,从而达到更佳的图像增强效果.

人眼视觉感知驱动的梯度域低照度图像对比度增强

针对传统的对比度增强方法在对低照度图像进行处理时不能同时顾及压缩动态范围、调整亮度以及增强或保持细节等问题,提出一种基于人眼视觉感知特性的、从全局亮度映射到局部细节补偿的低照度图像对比度增强方法.首先通过非线性全局亮度映射模型压缩图像的动态范围,提高图像的整体亮度水平;然后结合人眼视觉系统的亮度掩蔽特性和超阈值对比度感知特性,非线性地调整图像的局部梯度场增强和恢复图像的局部细节;最后在目标梯度场上通过快速求解泊松方程获取增强后的图像.实验结果表明,该方法能够有效地增强低照度图像的全局和局部对比度,提升了低照度图像的视见度.

融合人眼掩蔽效应和图像梯度的块效应评价方法

针对JPEG格式的图像采用分块离散余弦变换的压缩方式易产生块效应的情况,提出了一种高效的无参考块效应评价方法.首先,对图像块边界处像素点的梯度进行变换得到图像块效应映射图(主要包括图像块效应边界的位置和强度信息);然后,计算人眼对图像的亮度和纹理掩蔽效应,将其结合到块效应映射图中,得到显著性块效应映射图,并使用Minkowski法计算出图像块效应评价指标;最后,在LIVE等图像质量评价数据库中进行了大量的试验仿真.仿真结果中单调一致性指标——SROCC和KROCC分别达到了0.9、0.7以上.

用于超宽焦斑光束整形的大口径衍射光学元件设计和制作

采用改进混合优化算法首次设计并制作了口径168.7 mm的连续衍射光学元件实现类环形光束入射,输出直径650μm超宽焦斑光束均匀照明。用Nd:YAG脉冲激光器1.064μm波长激光进行实验,获得了与设计尺寸相符、边缘陡峭、无中心尖锐脉冲、具有极好的离焦宽容性的宽焦斑,但焦斑顶部不均匀性较大。对此进行了深入的模拟分析,结果表明:焦斑顶部较大的光强调制主要来源于现有的工艺及实验条件误差。

基于掩盖效应和梯度信息的无参考噪声图像质量评价改进算法

针对目前大多数噪声图像质量评价算法借助域变换或机器学习所带来的运算量大、训练过程繁复等弊端,以及依赖人工设置固定阈值存在普适性不佳的问题,该文改进了一种基于掩盖效应的空域噪声图像质量评价算法。首先依据Hosaka原理提出层递进的分块规则,将图像分成与其内容频率分布高低相符的不同尺寸的子块并赋予相应的掩盖权值;然后通过提取像素点梯度信息,经两步检噪实现子块噪点甄别;再使用掩盖权值对子块噪声污染指标加权得到初步质量评价结果;最终修正和归一化后为整图质量评价结果——改进的无参考峰值信噪比(MNRPSNR)。应用该算法在LIVE和TID2008图像质量评价数据库上对多种噪声类型图像进行实验,结果显示其较目前主流评价算法保有很强竞争力,对传统算法改进效果显著,与人眼主观感受一致性高,普适于多种噪声类型。

基于颜色聚类分割及改进的FMM算法的壁画修复

近年来,由于受各种环境及人为因素的影响,壁画在一定程度上受到了破坏。为了使人们欣赏到原作的风貌,并对其进行研究和开发,还原壁画的原有样貌,提出了一种针对褪色及划痕的壁画修复算法。该算法在Lαβ空间的基础上,首次提出使用颜色聚类及掩模算法对受损壁画的破损区域进行分割提取,然后针对FMM算法中传输方向并没有完全覆盖要修复的区域的缺陷,提出了利用梯度直方图的一些特性对其传输方向进行优化。实验表明,该算法对于破损的壁画修复有很好的效果。

基于三维图像快速分层滤波的聚焦梯度模拟方法

基于透镜成像模型推导出模糊函数σ与物距及透镜焦距的关系．采用对深度三维图像自适应分层滤波方法，引入差异度函数，按差异度函数把深度图像分解成Ｋ个ｚ方向上不相交的子图像，通过对子图像的滤波合成，降低算法的复杂度，并使滤波后的误差控制在给定范围内，引入ａｌｐｈａ值、按层合成等手段解决滤波后的遮挡及边界问题．

喉罩通气时潮气量对动脉血二氧化碳分压和动脉血呼气末二氧化碳分压差值的影响

目的观察喉罩通气时潮气量（VT）对动脉血呼气末二氧化碳分压差的影响，探讨喉罩通气时呼气末二氧化碳分压（PetCO2）监测评估动脉血二氧化碳分压（PaCO2）的准确性。方法选择符合纳入标准的择期骨科和普外科手术患者40例，全身麻醉诱导后插入喉罩行机械通气，术中采用容量控制通气模式，随机安排先行常规潮气量（常规潮气量组，20例）或先行小潮气量（小潮气量组，20例）通气，预设潮气量分别为9mL／kg或6mL／kg，调节呼吸频率使PetCO2（35±2）mmHg（1mmHg=0．133kPa）至少10min，采集动脉血（第1次采集）行血气分析，监测PaC02，同时记录PetCO2并计算动脉血呼气末二氧化碳分压差；继而将潮气量由9mL／kg改为6mL／kg，或将潮气量由6mL／kg改为9mL／kg，以同一方法（第2次采集动脉血）监测并计算上述指标。结果常规潮气量组动脉血呼气末二氧化碳分压差变化范围在0～16mmHg，平均动脉血呼气末二氧化碳分压差为（6．5±4．8）mmHg；小潮气量组患者的动脉血呼气末二氧化碳分压差变化范围在O～14mmHg，平均动脉血呼气末二氧化碳分压差为（6．4±4．1）mmHg。两组间动脉血呼气末二氧化碳分压差的差异无统计学意义（P〉0．05）。结论喉罩行9mL／kg与6mL／kg潮气量通气相比，动脉血呼气末二氧化碳分压差无明显变化，但两组患者动脉血呼气末二氧化碳分压差变化范围较大，PetCO2并不能完全准确地反映PaCO2的变化。

一种简单快速的多媒体视频序列中运动对象分割方法

为了提高视频分割的实时性和效果,针对低比特率多媒体应用的视频序列,提出了一种简单快速的运动对象分割方法。首先利用对称差分得到差分图像,然后再求出当前帧的梯度图像,二者相与得到连续的运动对象边界;再对其进行形态学处理及二次扫描,得到运动对象掩模;最后用原图像的灰度值填充该区域。实验证明,使用该方法得到了较好的分割效果并缩短了处理时间。

保留边界特征的深度图像增强算法研究

针对现有深度图像增强算法存在边界保留特性差的问题,提出梯度掩模导向联合滤波(gradient mask guided joint filter,GMGJF)算法。利用深度图像进行Sobel梯度变换获取边界方向信息,利用深度图像空洞区域生成空洞掩模,再以边界方向和空洞掩模为导向联合彩色图像对深度图像进行迭代高斯滤波和空洞填充。实验结果表明,GMGJF算法的PSNR(peak signal to noise ratio)、SSIM(structural similarity index measure)比IMF(iterative median filter)、GF(guided filter)、JBF(joint bilateral filter)算法的PSNR、SSIM至少提高了3.50%和1.07%,不仅去噪能力、空洞填充能力最强,而且边界特征保持最好,有利于深度图像的特征提取与目标识别。

一种优化微镜像素灰度提高数字光刻成像质量的方法

针对DMD数字光刻成像畸变问题,提出一种优化DMD微镜像素灰度值提高光刻成像质量的方法。将微镜像素的灰度值编码为0,1二进制位串,然后利用梯度下降法优化微镜像素的灰度。对矩形掩模图和T型掩模图进行仿真验证表明,两种图形的误差值(PE)分别下降了83.9%、80.5%,该方法可以较大程度地提高数字光刻成像质量。

一种基于遮蔽效应的图像质量评价研究

针对梯度结构相似性指标(Gradient Structure Similarity,GSSIM)无法对近阈值失真图像做出很好的判断,导致其判断结果与人类视觉系统(Human Visual System,HVS)不完全一致的问题,为提高GSSIM的准确性及其与HVS的一致性,提出了一种基于梯度遮蔽和视觉显著性的图像质量评价指标(Visual Saliency-Gradient Structure Similarity,VS-GSSIM).首先,根据梯度信号之间存在的遮蔽效应优化梯度性相似性模型;然后,结合显著性模型提高指标和HVS评判的一致性;最后,调整图像局部区域感知质量水平的相对重要性并池化最终得分.实验结果表明所提模型在一致性和单调性的评价指标上均超过GSSIM,并且优于目前绝大多数算法.