海洋颜色八通道多光谱成像测量研究

海洋颜色等光学数据随空间变化很大,为了解决卫星遥测海洋光谱成像数据校正和光谱分析仪无法进行海洋表观特征成像测量的问题,依据窄带光学成像原理研制的海洋多光谱成像仪具有8个窄带光学通道,可同步成像测量.同时结合利用光谱比较测色法和三次样条插值光谱重建等技术研制的多光谱图像数据采集、处理和分析软件,对东海南部典型海域进行了实景测量,取得的数据填补了我国该领域的空白.该设备体积小、重量轻,便于进行海洋表面大范围、多视角表观颜色、光谱特征成像测量.海上实测数据表明,位于我国东海南部的各测量海域,不同测量海域之间的海水最大色差达到了14.89,表观颜色差异明显;其海水光谱反射率曲线和变化趋势相差也较大.

高速窄带多光谱成像系统光谱重建技术研究

光谱成像技术可以同时从光谱维和空间维上获取被测目标的信息,即结合了空间成像系统和光谱检测系统的功能,因此近年在影像获取与处理领域中倍受重视。本论文基于窄带多光谱成像技术建立八通道CCD多光谱成像系统,它能够实时采集八个通道的图像,获得波长分布从可见到红外(420—940nm)八个波段的光谱响应值。在此基础上对图像进行位置配准、反射率定标、采用插值算法获得其它波段光谱响应值,最终能够获取图像中任意一点的光谱反射率及颜色参数。实验结果表明,本文使用的三次样条插值法对原始光谱图像进行平滑操作的方法是有效的,能够以一定精度模拟出目标物点的真实光谱特性。该系统在动态目标检测识别、艺术品评价复制等领域有着广阔的应用前景。

可见光波段亚波长防伪光栅的实验研究

研究可见光波段亚波长防伪光栅的制做.给出了用2θ夹角一次光刻、2θ夹角摆动δ角两次光刻和2θ夹角旋转β角两次光刻等干涉光刻工艺设计和构建可见光波段亚波长光栅微结构的基本原理.优化设计的干板表面曝光量分布函数可用于构建特定面形分布的光栅微结构.制作了可见光波段的1维和2维亚波长光栅微结构,给出了其SEM和AFM实验数据和理论分析图形,检验了微结构的彩色防伪光变效果.实验结果表明:该干涉光刻工艺能够构建出表面光滑、深度较大的复杂光栅微结构,并能展现出一定的彩色光变效果.

一个评价光谱估计精度的新参数

研究了对多光谱成像系统进行光谱估计的精度评价的问题。在给出光谱估计偏指数定义的基础上,提出了多光谱图像获取系统的光谱估计性能的评价的新方法——系统光谱匹配偏度指数法。该方法用一个指标来定量评价两光谱向量的光谱匹配程度,避免了以往评价参数的复杂性,同时反映了光谱反射率估计曲线实际测量曲线之间的差异程度。采用一典型多光谱相机对Macbeth色卡的24个典型光谱仿真估计所得的24个光谱对数值模拟,验证了光谱反射率估计匹配偏度指数能全面的反映光谱反射率的估计精度的设想;并拿17个多光谱估计系统的仿真估计的光谱数据,计算了它们的系统光谱估计偏度指数,计算结果有很好的一致性。结果还显示,系统光谱估计偏度指数还可用作对多光谱相机光谱估计性能进行等级划分的依据。

亚波长光栅的可见光共振特性研究

研究亚波长光栅的可见光共振特性.分析了光栅共振的基本原理.基于严格矢量衍射理论给出了不同光栅参量(如光栅周期、填充因数、光栅深度、光栅材料等)的优化设计图,定量得出了各参量控制光栅共振特性(共振波长和半峰全宽)的一般规律,共振波长与光栅周期成比例.共振半峰全宽值主要依赖于光栅调制系数和波导光栅对导模的限制程度,填充因数和光栅深度也对其有一定的影响,为新型防伪光栅设备的开发提供了理论依据.

基于色貌的跨媒体颜色复制

介绍了一种基于视觉匹配的跨媒体颜色复制方法。通过视觉匹配将一个环境下的一些色貌因素"映射"到另一个环境,是一种基于色貌的CRT特性化方法。该方法复制的22个Munsell色卡的平均视觉评价为6分制的5.17分。其中,红色调的复制色块视觉评价较好,蓝色调或蓝色占有较大比例的复制色块误差较大。sRGB作为目前流行的用于颜色通讯的标准色空间,在实验中也进行了比较。实验证明这种基于视觉匹配的特性化方法,已经包含了一些色貌因素,可以满足一般的应用要求,有着广泛的应用前景。

颜色视觉匹配中显示器颜色色差阈值的评价

为了对阴极射线管(Cathode ray tube,CRT)显示器颜色恰可辨别的小色差阈值进行评价,在中性灰背景下,用编制的颜色匹配程序,在CRT显示器上随机产生颜色,分别调节程序中R、G、B通道的值,使匹配色与随机色达到视觉上的一致,进行颜色视觉匹配实验,测量CRT显示器上随机色和匹配色的L*a*b*值。用不同的色差公式对实验数据分别从明度、色调、饱和度进行比较分析,色差公式评价小色差的性能是CIEDE2000优于CMC(2∶1)和CIEL*a*b*。在a*b*图上绘制实验颜色恰可辨别图。不同色差公式计算的CRT显示器恰可辨别小色差阈值不同。

印刷样品恰可察觉小色差辨色阈值的研究Ⅰ：目视评价实验数据分析

为了研究人眼对反射样品颜色在恰可察觉小色差辨色阈值水平上的颜色视觉特性, 对印在半光相纸上的17个CIE基本颜色中心区域, 约1000对颜色色样, 采用心理物理实验方法中的固定刺激法, 在CIE1976a＊-b＊平面上分别测得16名色觉正常的观察者在不同颜色区域的辨色阈值, 并以色度椭圆表示辨色阈值实验结果。通过对实验数据的详细处理和分析表明,等明度a＊-b＊平面非视觉均匀, 人眼对一、二象限的色宽容度普遍高于三、四象限的色宽容度, 对高彩度的橙色具有最高的宽容度, 对蓝色具有最低的宽容度, 所有的颜色在红-绿方向的视觉色差尺度均低于黄-蓝方向。实验结果可为均匀颜色空间及其色差公式的改进和发展提供原始数据和参考依据。

基于中国颜色体系的色差公式分析

CIE均匀颜色空间及利用色差公式对色差进行计算对彩色复制品的评价具有很关键的作用。利用中国颜色体系在视觉上为等色差系统以及色调、彩度和明度可以单独改变的特性,分别从色调、彩度、明度三方面对CIEL*a*b*、CMC(l:c)、CIE94、CIEDE2000色差公式进行了比较分析。结果表明:用各色差公式计算出的平均色差值是不同的,它们的均匀性也不同。需要针对不同的明度、彩度、色调选择使用不同的色差公式。

NCS颜色空间标号的扩充方法研究

为了对现有NCS颜色空间的标号进行扩充,通过分析NCS图谱集上样本的CIE1976L a b 的值与NCS颜色空间坐标的关系,将NCS标号间隔单位由图谱集中的每10个黑度、艳度单位扩充至每1个黑度、艳度单位。应用样条插值、线性插值算法计算出这些扩充标号对应的CIELAB值,并将它们绘制在CIELAB空间图上。

三反射式柱面光学系统设计及优化

针对传统单片柱透镜和柱面反射镜成像光束不理想以及视场通常小于1°,提出并设计了一种三反射式柱面结构。对柱面光线追迹及单片柱面镜成像进行了深入分析,分别设计了三反射式圆柱面和二次曲线柱面系统,提出了一种基于抛物柱面镜理想线聚焦的新型像差优化方法,使其在子午面方向各视场调制传递函数得到最佳优化,并达到成像光谱仪等在狭缝方向上高空间分辨率要求。其子午面总视场均达到了3°,在45 lp/mm分辨率条件下,边缘视场子午面方向的调制传递函数分别优于0.2和0.6。

基于孟塞尔系统的阴极射线管特性化新方法

提出了一种新的阴极射线管特性化的方法。该方法的特点是采用“视觉匹配”方法 ,在反射体表面色和自发光体之间映射一些色貌因素 ,但没有使用任何复杂的色貌模型。是一种考虑了一些色貌因素的阴极射线管特性化方法。由于该问题的个性因素较多 ,采用BP神经网络实现色空间的非线性映射。实验结果表明 ,只要阴极射线管被标定 ,在办公室环境下 ,该方法可以改进在不同的阴极射线管上重现的颜色。采用 3 7 7 3简单的网络结构 ;分色相样本训练。训练样本平均色差可以达到 3.0 7L u v 色差单位 ,测试样本平均色差可以达到 4 .5 5L u v 色差单位 ,小于阴极射线管的最大可接受色差 ,结果是令人满意的。这在电子商务和办公自动化方面有广泛的用途。

不同光泽印刷样品的微小色差评价研究

为了研究不同光泽纸张的印刷样品对色差评价的影响,对印在哑光、半光、高光三种不同光泽纸张上的5个国际照明委员会(CIE)基本颜色中心区域,约1100对颜色色样,采用心理物理实验方法中的pass-fail,分别测得23名色觉正常的观察者对不同纸张不同颜色的辨色特性。分别对四个典型色差公式CIELAB,CIE94,CMC,CIEDE2000和CAM02系列CAM02-LCD,CAM02-SCD,CAM02-UCS三个色差公式进行STRESS性能因子的评价和优化,除CIELAB色差公式外,其他色差公式表明无明显差异。采用对明度加权因子kL进行优化后的计算结果表明,随着光泽度的增加,明度的影响权重在色差计算中有增加的趋势,但光泽度对整体色差阈值的计算影响不是很明显。

色貌模型的人工神经网络方法的研究

色貌模型(CAM)主要解决不同观察条件、不同背景和不同环境下的颜色真实再现问题。采用人工神经网络(ANN)的方法来实现目前最新的色貌模型CIECAM02的预测,包括正向预测(从色度参数到色貌属性参数)和逆向预测(从色貌属性参数到色度参数),应用自然色系统(NCS)中的部分色样作为神经网络的训练和测试样本。由于正向输出色貌属性参数空间不是均匀的,对于网络预测精度用特殊方法评估,而对于逆向模型则可直接利用LAB色差公式评价。测试的结果表明:用神经网络对CIECAM02模型的预测达到了较高的精度。

印刷样品恰可察觉小色差辨色阈值的研究Ⅱ:色差公式分析与评价

利用由对印刷样品恰可察觉小色差的辨色阈值实验得到的CIELAB颜色空间中的视觉数据,对四个典型色差公式CIELAB、CMC、CIE94和C1EDE2000在辨色阈值水平上的色差预测性能进行测试和评价。不同色差公式计算的印刷样品不同颜色区域的恰可辨别小色差阈值不同,色差公式CIELAB除在灰色区域色差闽值低于其余典型色差公式外,在其他颜色区域均高于典型色差公式。对于原始形式(κL=κc=κH=1)的色差公式,CIEDE2000与人眼的视觉匹配程度最好;采用对κc:κH进行优化后的CIEDE2000色差公式,色差预测性能在颜色空间均有不同程度的改善,其中对灰色和高彩橙颜色区域的性能改善最大。

干涉型成像光谱仪仿真及评价系统的实现

针对星载的干涉型成像光谱仪提出了一种基于归一化互相关系数的光谱数据立方体重建质量的量化评价方法,并以工程化的要求作为仿真背景条件,建立了一个通用仿真系统。通过仿真,证实了基于归一化互相关系数的成像光谱仪数据立方体重建质量量化评价方法是可行的。

一种离散点插值算法用于重建光谱反射率

提出了一种用离散点插值算法来重建光谱反射率的方法。首先建立数字相机响应值与典型反射样品表面光谱反射率之间的查找表,然后进行Delaullay分区、提取和插值,最后通过数字相机的输出数据来准确地重建物体表面的光谱反射率。实验结果表明,该方法能够重建典型反射样品的光谱反射率,能够实时获取被摄场景的多光谱图像,易于硬件的实现。

间隔叠合式双层亚波长光栅

提出了一种应用价值较高的防伪光栅结构-间隔叠合式双层亚波长光栅,可以展宽基本光栅的光谱峰值带宽、改善光谱线形和光变效果。分析了亚波长光栅光谱峰值带宽展宽和线形改善的原理,用矢量衍射理论验证了理论分析的合理性,并对特定防伪光变设计要求的双层光栅进行了参量优化和光变特性分析。结果表明,满足同相位条件的光谱线形与基本光栅相同,带宽为基本光栅的两倍;满足反相位条件的光谱线形为准矩形,带宽大于基本光栅;亚波长光栅在传统和非传统照明条件下倾斜均能产生彩色光变效果,且传统照明情况下的光变速率较大,利用这种光变速率差可以制作各向异性光变效果。

全反射式高分辨率傅里叶成像光谱仪的研究

提出了一种基于分波前干涉结构的全反射式高分辨率傅里叶变换成像光谱仪。其中前置望远系统及干涉成像系统都采用了反射式光学元件,反射表面镀金属反射膜,使系统可应用与很宽的光谱范围内。分析和讨论了光谱仪的工作原理及光学结构,设计了两种可行的光路结构图,并通过初步实验验证了系统的基本性能。

干涉型计算层析成像光谱仪的图像重建

针对干涉型计算层析成像光谱仪（CTII）提出了一种光谱图像数据立方体的重建方法。干涉型计算层析成像光谱仪是一种将空间调制傅里叶变换成像光谱仪（FTIS）的原理与计算层析成像光谱仪（CTIS）的原理相结合的一种新型成像光谱仪，具有高通量、高光谱分辨力以及高空间分辨力的特点。分析和讨论了干涉型计算层析成像光谱仪的工作原理以及获取图像的特征，介绍了光谱图像数据立方体的重建方法。根据多角度投影数据的特点提出采用卷积反投影计算层析成像图像重建算法，给出了图像重建步骤以及相应的数学表达式。对D65光源照明条件下的396×396像素目标进行了仿真实验，投影角度为0～180°，步长为0．5°，列出了仿真实验部分结果。实验结果验证了干涉型计算层析成像光谱仪及其图像重建算法的可行性。