多TDI-CCD拼接相机成像非均匀性的校正

针对多TDI-CCD拼接相机存在成像非均匀性问题,开展了对拼接相机输出图像的片内及片间综合校正算法研究.结合CCD相机特性介绍了TDI-CCD的工作原理以及拼接相机成像非均匀性的产生机理.然后,分别对拼接相机片内及片间非均匀性校正的原理进行分析,提出了片内采用两点法校正,片间采用比值平均综合法校正.最后,对片内及片间综合非均匀性校正的参数标定及校正方法进行了探讨.实验结果表明,对存在8.4%非均匀性的原拼接输出图像,采用片内与片间综合校正法校正后,图像非均匀性达到了2.7%,表明该校正方法可基本满足TDI-CCD拼接相机对成像非均性校正的要求,其算法有效实用.     

多TDI-CCD拼接相机非均匀性校正方法

针对多TDI-CCD拼接相机成像存在非均匀性问题,开展了对拼接相机输出图像片内及片间综合校正算法的研究。首先,结合CCD相机特性,介绍了TDI-CCD的工作原理以及拼接相机非均匀性的产生机理。然后,分别对拼接相机片内及片间非均匀性校正的原理进行分析,提出了片内采用两点法校正、片间采用比值平均校正的综合校正算法。最后,对片内及片间综合非均匀性校正的参数标定及校正方法进行了探讨;实验结果表明,在原拼接输出图像存在8.4%非均匀性的条件下,采用片内与片间综合校正法校正后,图像非均匀性达到2.7%。该校正方法基本满足了对TDI-CCD拼接相机非均性校正的指标要求,算法有效实用。     

全帧CCD相机时间延迟积分模式下的图像缺损

长焦距面阵CCD相机以TDI模式进行动态横向多幅扫描成像时,行转移频率高或者曝光时间长会使图像输出有明显缺损,从而影响图像的判读。为解决这一问题,分析了全帧CCD相机TDI模式的工作原理,分析认为快门曝光过程中CCD存在的无效TDI转移是导致输出图像出现缺损的主要原因。通过实验验证了分析结果,并提出保证CCD曝光过程中TDI转移与机械快门曝光精确同步的方法来消除无效TDI转移。据此设计了光电同步定位法进行曝光控制,并研制了相应的快门光电同步装置。成像实验结果显示,该方法可将图像缺陷区域控制在15列像元内,解决了面阵CCD在TDI模式下输出图像的缺损问题,提高了图像判读精度。     

多TDICCD拼接相机成像非均匀性实时校正的硬件实现

提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现的成像非均匀性实时校正算法来解决遥感多时间延迟积分(TDI) CCD拼接相机存在的问题.首先介绍了拼接相机成像非均匀性(PRNU)的定义及其产生的原因,然后针对拼接相机的特点,提出了一种通道内用两点定标法、通道间用增益平均法、片间用自适应场景补偿法的复合非均匀性校正算法...     

TDI CCD相机系统响应非均匀性校正

本文分析了该TDI CCD相机系统响应非均匀性产生的原因,并在分析非均匀性校正算法的基础上,针对线阵TDICCD遥感相机光电响应是线性的这一特点,采用两点定标校正算法,对每片TDI CCD进行了校正,得到了每一片TDI CCD的每一个像元的校正系数并给出了校正前后的统计特征.     

时间延迟积分荧光显微成像平场校正技术

时间延迟积分(Time Delay Integration,TDI)图像传感器具有高速、高灵敏度等特点,广泛应用于高通量、大视场的荧光显微成像系统中.显微物镜视场内响应均匀是精确获取荧光能量分布的基础,为提高系统成像质量和测量准确度,研究了适用于TDI荧光显微成像系统的平场校正或响应非均匀性校正方法.根据TDI荧光成像...     

微偏振片阵列红外成像非均匀性产生机理及其校正

集成微偏振片阵列红外成像系统的偏振度图像对非均匀性高度敏感,不经非均匀校正的偏振度图像存在较大误差。为了校正微偏振片阵列红外成像的非均匀性,以入射光Stokes矢量形式,建立了光电转换基本过程的偏振像素模型,基于入射激励和辐射响应数据,分析了微偏振阵列与红外焦面联合作用下非均匀性产生机理。提出一种基于多次辐射测量的矩阵形式的非均匀性校正方法,该方法通过构造多组测量方程,求解偏振像元的增益矢量,由相邻四像元增益矢量组成超级像元的增益矩阵,结合Stokes矢量提取矩阵,逆向求解重构点的校正矩阵。实验数据表明:该方法比两点法降低非均匀性约5%~20%,有效改善红外偏振度图像质量。     

星上时间延迟积分CCD拼接相机图像的实时处理

提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的时间延迟积分(TDI)CCD图像实时处理方法以提高拼接成像系统输出图像的质量和视觉效果。首先,对TDICCD成像系统进行像元级非均匀性校正,去除像元响应差异、固定图形噪声和暗电流噪声;对图像进行了基于行极值的自适应中值滤波,去除了图像中的随机噪声和脉冲噪声。然后,对噪声处理后的图像进行图像增强,通过提取图像的低频和高频成分,实现图像细节信息的调整和对比度增强。最后,采用基于行的分段线性拉伸方式,提高图像的动态范围。设计了基于FPGA的TDICCD成像系统的图像实时校正处理结构,分析了算法占用的资源、算法计算误差和可靠性等指标。实验结果表明,提出的图像实时处理结构将图像输出信噪比均值由48db提高到52db,图像非均匀性由3.41%降低到1.73%,图像的对比度显著增强,其动态范围提高了6%.     

光电测量设备光学系统像面照度均匀性检测方法

提出了光电测量设备光学系统像面照度均匀性的检测方法,该方法首先对被检设备的CCD标定,然后用给出的均匀性检测系统对整机光学系统检测。该检测系统利用积分球产生均匀背景光信号,将光测设备置于积分球通光口处,利用计算机采集CCD图像。根据CCD的标定结果,用两点多段校正算法对采集到的图像进行校正,通过对校正后的图像进行分析,得到像面照度的不均匀度。并且将图像分为多个区域,计算各个区域的灰度与像面中心区域灰度的比值,得出图像的灰度分布,实现了光电测量设备光学系统像面照度均匀性的室内检测。     

基于SOPC的红外焦平面阵列实时非均匀性校正研究

针对红外焦平面阵列（IRFPA）非均匀性多点校正过程中涉及的数据量大,难于实现实时校正的特点,提出了利用Altera公司单片可编程系统（SOPC）对红外焦平面阵列进行多点实时校正。利用SOPC的NiosII处理器定制指令功能,实现软件算法的硬件化,能够有效加速红外焦平面阵列实时非均匀性校正速度。实验结果表明利用SOPC实现红外焦平面阵列实时非均匀性校正方法简单灵活,图像效果理想,能够很好地满足红外焦平面阵列实时非均匀性校正要求。     

适于高速CCD图像数据光纤传输的纠错技术

提出了一种适于高速CCD图像数据光纤传输的纠错算法用于提高大视场时间积分延迟(TDI)CCD相机中图像数据传输的可靠性。首先,分析了大视场空间相机图像数据光纤传输特点和光纤信道加性高斯白噪声(AWGN)模型下的数据传输差错,在此基础上提出了(16,8)纠错编码算法。阐述了(16,8)纠错编码算法思想以及纠错原理,说明了(16,8)纠错编码器的超大规模集成电路(VLSI)实现方法和编码器电路。然后,从不同角度分析了(16,8)纠错编码算法在大视场空间相机中应用的可行性。最后,在一空间多光谱相机样机的传输系统上进行了试验验证。结果表明:(16,8)纠错编码算法纠错能力强、易于硬件实现、占用资源少,在3 043Byte内可以纠正191bit错误,编码器资源占用率小于5%。提出的算法提高了空间相机中图像数据光纤传输的可靠性。     

CCD图像灰度与照度的转换标定方法

本文提出了一种基于CCD摄像机利用图像灰度获得实际照度的新方法,该方法适用于摄像机的任意曝光和增益参数,且考虑了摄像机安装位置和角度对测量的影响。CCD摄像机照度测量法的实际应用主要涉及两个过程:一是标定过程,即应用CCD摄像机进行照度测量前,标定CCD图像灰度与照度之间的转换参数和转换模型;二是照度测量过程,即通过CCD摄像机拍摄图像,将图像灰度代入已定的转换模型,获得测量对象的照度值。其中,灰度与照度转换模型的标定是利用CCD摄像机实现照度测量的基础和关键,文中主要讨论了该模型的推导过程以及标定方法。具体为:首先通过理论推导获得图像灰度与CCD传感器感应的相对辐照度的关系,然后借助以均匀光源搭建的实验系统标定CCD传感器相对辐照度与物面实际照度之间的关系,进而获得图像灰度与物面实际照度的转换关系。在转换过程中讨论了曝光时间、增益以及CCD相机与照度测量点之间的距离和角度对转换模型的影响,为CCD摄像机照度测量法的实际应用奠定了基础。实验结果表明本测量及标定方法适用于摄像机任意曝光和增益条件,经过本方法标定后,应用CCD摄像机进行照度测量,测量结果的相对误差在4.5%以内。     

空基紫外成像仪关键器件ICCD非均匀性校正技术

从理论上分析了ICCD光电响应非均匀性的产生机理,并由此建立光电响应数学模型。基于两点多段非均匀性校正算法给出了ICCD非均匀性校正方程,并通过大量实验得到ICCD在特定条件下的校正系数。在实验过程中发现ICCD的雪花点(主要由探测器的随机噪声引起)和盲点是影响非均匀性改善的主要因素,采取相应照度的响应进行了补偿。结果表明:通过补偿和校正输出图像,可以有效地减小紫外成像仪由探测器的非均匀性所带来的测量误差,使非均匀性降低了37.1%,在一定程度上减少了由于ICCD的物理特性和制造缺陷所带来的固有图像噪声。     

在线图像可视铁谱成像系统的像面照度均匀性

为了定量评价在线图像可视铁谱(OLVF)成像系统的像面照度均匀性,建立了一种像面照度模型。以像方参数及放大倍率表征物方视场,将物方视场区域离散化,采用朗伯余弦理论建立入瞳模式的像面照度模型,实现了像面照度的计算与均匀性评价。利用Matlab进行了物面照度仿真分析,确定了OLVF成像系统环形阵列光源的发光二极管(LED)数量,基于像面照度分析确定了最佳成像焦距和放大倍率。计算了油腔通油情况下成像系统中的光能量损耗以及磨粒沉积面的照度分布,建立了油液吸光系数与CCD像面轴上像点照度的关系。结果显示:LED发光强度已知时,仿真计算的像面不均匀度约为5.60%,实际测试的像面不均匀度为8%~9%,满足不均匀度≤10%的要求。开展了磨粒铁谱图像采集实验,结果表明:图像中磨粒清晰可辨,便于图像分割与视觉特征提取。提出的模型可定量描述OLVF成像系统的像面照度,可作为优化系统结构,提高系统成像性能的依据。     

Pipeline for illumination correction of images for high‐throughput microscopy

The presence of systematic noise in images in high‐throughput microscopy experiments can significantly impact the accuracy of downstream results. Among the most common sources of systematic noise is non‐homogeneous illumination across the image field. This often adds an unacceptable level of noise, obscures true quantitative differences and precludes biological experiments that rely on accurate fluorescence intensity measurements. In this paper, we seek to quantify the improvement in the quality of high‐content screen readouts due to software‐based illumination correction. We present a straightforward illumination correction pipeline that has been used by our group across many experiments. We test the pipeline on real‐world high‐throughput image sets and evaluate the performance of the pipeline at two levels: (a) Z′‐factor to evaluate the effect of the image correction on a univariate readout, representative of a typical high‐content screen, and (b) classification accuracy on phenotypic signatures derived from the images, representative of an experiment involving more complex data mining. We find that applying the proposed post‐hoc correction method improves performance in both experiments, even when illumination correction has already been applied using software associated with the instrument. To facilitate the ready application and future development of illumination correction methods, we have made our complete test data sets as well as open‐source image analysis pipelines publicly available. This software‐based solution has the potential to improve outcomes for a wide‐variety of image‐based HTS experiments.     

工业线阵CCD相机系统测试与噪声评估

为了快速评价工业线阵CCD相机质量,本文选择信噪比为评价因子,建立了测试系统,研究了基于相机输出图像测试相机噪声的方法。分析了线阵CCD相机的噪声,建立了一个基于固定模式和随机噪声的信噪比计算模型,并分析了相关双采样(CDS)过程对电源噪声的影响。设计了一套适于工业场所的相机快速信噪比测试系统,结合理论分析数据和实际测试图像数据,提出了仅通过输出的8bit图片计算各噪声参数的方案。最后,对测试系统引入的光源不均匀性噪声进行了讨论,并证明该实验平台光源符合工业标准EVM1288要求。实验结果表明:当相机模数(AD)转化设置为8.7dB时,输出信噪比可达44dB;若排除光源干扰,输出信噪比可达46dB。该方案简便快捷,满足工业现场对相机信噪比评估的要求。     

基于视网膜光反射的实时人眼定位研究

基于视网膜光反射,提出了一种只需要简单算法的实时人眼定位方法.通过确定人眼相对于点光源的空间方位的实验,证明了该人眼定位方法的可行性.在这种人眼定位方法中,如果在点光源形成的锥形照明区域中没有人眼,那么CCD接收的图像将是一个均匀的暗背景图像,且图像中没有亮斑存在;如果在该锥形照明区域中有人眼,那么CCD接收的图像将是...     

深孔内表面结构光图像几何畸变校正

在针对深孔类零部件内表面检测过程中因曲面特性引起的结构光图像几何畸变校正问题,一直是深孔内表面检测领域的难点。本文提出了一套针对结构光条纹图像的几何校正算法:该算法首先针对无差别建模的深孔内壁模型内表面进行结构光检测;然后基于离散映射理论搭建深孔内壁模型和内壁展开模型内表面之间的几何位置对应关系;最后基于映射关系校正深孔内表面结构光图像存在的几何错位(畸变)。检测结果表明,所提算法能够有效提高几何错位的校正精度,在不考虑图像边缘的基础上,校正偏差达到亚像素水平;并且因条纹斜率不一致造成的对应条纹最大间距(即距离偏差)控制在1.5 pixel范围内,即0.135 mm。