基于可见光和近红外光图像的浊度分析（英文）

传统的光电检测系统需要复杂的电路和分光系统,以及需要专业人员进行操作。为了取而代之,结合数码摄像头的成像特点和计算机的高速信息处理能力,提出了一种利用摄像头测量浊度的方法。设计了两种基于可见光和近红外光摄像头的浊度测量装置和一个恒定光强的光源驱动电路。利用自主开发的图像处理软件获取浊度图像中的RGB数据,并将其转换为CIE Lab颜色空间。根据亮度、色差与浊度之间的关系,建立了0-1 000 NTU、小于100 NTU、大于100 NTU范围内的可见光和近红外装置的亮度和色差的浊度检测模型。对所提出的模型进行对比分析,选择综合性能最好的两个测量模型进行融合,生成了一个新的测量模型。实验结果表明,三种模型与商用浊度仪的测量结果之间的相关性均大于0.999,融合模型的误差在1.05%以内,均方误差为1.14。可见光装置在低浊度测量时表现出的误差较小,受图像颜色影响较小。近红外装置在全量程和高浊度测量时更稳定、准确,更适合此类测量。     

oRGB颜色空间的夜视图像彩色融合

针对红外与可见光双波段夜视图像增强提出了基于oRGB颜色空间的彩色融合算法。选择亮度与颜色分离的对立色颜色空间,应用多尺度Top-hat变换方法将红外与可见光增强融合图像作为伪彩色图像的亮度分量,根据双波段图像的差异性并结合参考图像色调构造颜色分量;为避免线性变换的颜色传递方法容易造成灰度级压缩或过饱和情况,在分析颜色传递机理的基础上,使用非线性的直方图匹配方法实现颜色传递。实验结果表明,融合图像的颜色分布更自然,纹理细节、整体亮度和对比度等视觉特征表现更优。     

一种基于HSI和小波变换的可见光和红外图像融合新方法

针对传统的HSI(色度—饱和度—亮度)图像融合方法易出现颜色失真和传统的小波融合方法存在分块模糊的现象,文中提出一种基于HSI和小波变换的可见光和红外图像融合新方法。该方法首先通过HSI变换获得红外和可见光图像的亮度成分,采用基于方差匹配度的融合规则对两者进行小波融合,得到新的亮度分量,并选用红外图像的饱和度分量和可见光图像的色度分量,进行HSI逆变换获得最终融合图像。实验结果表明:该方法在提高图像清晰度、突出图像细节和热目标等方面效果显著。     

基于GRIN-Lens散射式红外浊度仪的设计

根据水质浊度测定标准ISO 7027-1:2016,结合散射法浊度测量原理,设计一种用于测量环境水体浊度的小型化便携式浊度仪。测量光源采用波长为880 nm的红外LED,设计了恒流源驱动电路提高光源的稳定性。浊度仪以嵌入式ARM处理器为核心,基于GRIN-Lens自聚焦透镜和TSL2581光强传感器设计检测模块,并通过OLED显示屏实时显示测量数据。设计并通过3D打印技术加工了机械装置,实现了包括光源、比色皿、检测器和GRIN-Lens等结构一体化的测量系统。实验结果表明,浊度仪在0～400 NTU的样品中可精确地对浊度进行测量,线性良好,精密度良好,方法检出限为0.2 NTU。     

基于光强可调的浊度智能检测传感器研究

为了使浊度传感器量程与精度调节智能化,基于光学检测浊度的原理,研究了溶液透射光检测电压和入射光强的非线性变化规律,建立了电压差-浊度间测量模型。设计了通过PWM占空比调节不同溶液间的电压差改变量程与精度的传感器,进行了量程1(1～1 000 NTU)和量程2(0～200 NTU)的实验。实验结果显示,在量程1时,重复性误差为1.7%,示值误差为10%;在量程2时,重复性误差为1.0%,示值误差为4.5%。结果表明,测量低浊度时,量程2精度更高;测量高浊度时,量程1范围更大。实验证明了该模型的可行性。     

基于双路二维式光电检测的水质浊度仪研制

研究了一种双路二维式光电检测的水质浊度传感器的结构并提出了新的LED调制方法,采用两组发射和接收器件,立体式交替接收光电数据,有效地扩大了浊度的测量面。同时提出了一种新的背景光消除电路,通过对LED信号的调制,该电路可以有效消除背景光对光电传感器的影响。实验标定了5组光强与浊度的数据,计算光强与浊度数据的Pearson相关系数后,确定了浊度与光强的关系,建立了数学模型。通过验证模型校正后的决定系数,证实了模型参数的可靠性。实验表明,在0~120 NTU内测得数据准确度高于0.5%,该装置可以准确地检测水质浊度。     

适于图像融合的快速颜色传递方法

为获得具有自然日光色彩效果的融合图像,利用线性YCBCR空间和Reinhard统计颜色传递策略,提出了一种适于图像融合的颜色传递方法：YCBCR颜色传递方法。此方法不仅计算复杂度低,而且非常适合彩色图像融合,使得利用高对比度灰度融合图像替换彩色融合图像亮度分量,从而增强彩色融合图像亮度对比度的操作变得简单易行。本文从数学上证明了YUV等符合通用YCBCR空间模型的颜色空间用于颜色传递所产生的重染色结果,与用YCBCR空间得到的结果相同。实验结果表明,YCBCR颜色传递方法可以赋予彩色融合图像一种自然的日光色彩效果,其重染色彩色融合图像的能力好于Reinhard方法。     

基于2CCD相机的荧光分子成像系统和融合算法（英文）

本文通过建立荧光成像系统,可以同时获得红外和可见光图像。此荧光成像系统包括荧光激发部分、图像获取部分、机械部分、图像传输和处理部分。本系统主要研究了JAI公司的型号为AD-080CL的2CCD相机,在荧光成像系统中设计了可见光和近红外图像融合算法,采用小波变换融合方法。为了增强融合图像中荧光部分的效果,改变彩色图像中的绿色分量的亮度。软件构架采用微软基础类库(MFC),在VS2010下开发。     

基于2CCD相机的荧光分子成像系统和融合算法

本文通过建立荧光成像系统,可以同时获得红外和可见光图像.此荧光成像系统包括荧光激发部分、图像获取部分、机械部分、图像传输和处理部分.本系统主要研究了JAI公司的型号为AD-080CL的2CCD相机,在荧光成像系统中设计了可见光和近红外图像融合算法,采用小波变换融合方法.为了增强融合图像中荧光部分的效果,改变彩色图像中的绿色分量的亮度.软件构架采用微软基础类库(MFC),在VS2010下开发.     

Lab的多投影颜色校正及亮度融合技术

传统的多投影颜色校正和亮度融合在RGB颜色空间下进行,存在校正过程中亮度和色度相互干扰的问题。针对上述问题,提出一种基于Lab颜色空间的颜色校正和亮度融合方法。将亮度与色度单独提取出来,用B样条曲线模型建立起各投影仪原图像与投影显示画面的亮度、色度转换关系,以消除各投影仪投影显示画面之间的颜色差异,并采用融合B样条曲线的伽玛校正对画面重叠区域的亮度进行调节。实验结果表明,相对于RGB颜色空间,在Lab空间进行颜色校正使两个投影显示画面的颜色强度差异在Lab三通道分别减少了4.14,2.41,2.44;相对于RGB颜色空间的伽马校正,在Lab空间将伽马校正与B样条曲线融合进行亮度调节使投影显示画面重叠区域与非重叠区域的颜色强度差异在Lab三通道分别减少了6.12,4.64,3.47。基于Lab的多投影颜色校正及亮度融合技术可对投影显示画面亮度与色度进行更准确的校正,并且给予不同颜色强度对应的伽马系数。     

基于数字微镜器件的并行彩色共聚焦测量系统

彩色共聚焦技术因其高分辨率、高测速的特点,在表面形貌测量领域备受关注,然而现有的彩色共聚焦技术多为单点测量,一定程度上限制了测量效率。本文在彩色共聚焦技术的基础上,以DMD作为光分束器件,结合自主研发的大口径色散管镜,利用面阵彩色相机作为光电接收器件,研究和建立了基于数字微镜器件的并行彩色共聚焦实验平台,实现了对被测物面上多个探测点的并行图像处理。最终,利用所搭建的并行彩色共聚焦测量系统,对50μm高的台阶和自制台阶进行了测量,并对硬币的表面形貌进行了三维恢复。实验结果表明,该测量系统的轴向测量范围为300μm,测量精度达到微米级;同时,能够较好地恢复硬币的表面形貌特征,具有较好的测量效率与可靠性。     

三基色大功率白光LED色度稳定性的研究

三基色合成白光技术由于可以获得良好的显色指数、较宽的色温范围、以及多种多样的色彩变换能力而得到了广泛应用。对于三基色大功率白光LED,由于其发热量较大,故实现色度稳定的难度相对较大,特别是要实现亮度可调的同时,色度保持稳定就更加困难。现采用三基色合成白光技术实现大功率白光LED,通过设计制作驱动补偿电路进行色度稳定性的反馈控制。结果表明,采用三基色合成白光技术制作的大功率白光LED,设计合适的反馈控制驱动电路,其色度可以达到很好的稳定性,色差可以稳定在0.002以内。即使是在连续调整亮度的条件下,加入反馈控制后,合成白光的色差也可以稳定在0.01以内。     

Optical modifications enabling simultaneous confocal imaging with dyes excited by ultraviolet- and visible-wavelength light

Optical modifications to a confocal scanning laser microscope are described which allow simultaneous fluorescence imaging of living specimens excited by ultraviolet (UV)- and visible-wavelength light. Modifications to a Bio-Rad MRC 600 Lasersharp confocal microscope include the introduction of UV-path-specific lenses and a specially designed UV transmitting eyepiece and tube lens. Upon UV excitation these modifications provide similar resolution and field flatness when compared with visible confocal microscopy. The UV-path-specific optics could be adjusted to correct for varying amounts of longitudinal chromatic aberration in commercially available objectives. Eyepiece and tube lenses were chromatically corrected for UV through visible wavelengths to minimize lateral chromatic error. With these modifications, UV-wavelength light may be used to excite ratioing dyes to quantify intracellular ion concentrations, or as an energy source to release caged compounds in a spatially restricted volume, while simultaneously imaging with dyes excited by visible-wavelength light.     

表面散射浊度测量研究

本文在理论上计算了球形粒子对光的单次散射及多重散射解 ,证明了通过检测 90°方向散射光强度来获得样品浊度方案的优越性。随着样品浊度的增加 ,当考虑样品的多重光散射后 ,90°方向散射光强与浊度的线性度下降。设计了表面散射浊度在线测量系统 ,当 Formazin标准液在 0～ 1 0 0 0 NTU范围内时 ,获得了散射光强与浊度的线性度优于± 3% ,测量结果表明用表面散射法来测量浊度具有测量范围宽、线性好的优点。     

基于RGB颜色信息聚类的光谱反射率重建

针对光谱反射率研究中因训练样本数据量大造成的冗杂等问题，提出了一种基于RGB信息进行聚类的样本分类方法。首先对颜色进行聚类并确定聚类个数，后对每一类光谱反射率使用BP神经网络分别进行重建。对于实验结果，使用ΔE₀₀、均方根误差（RMSE）以及适应度系数等标准进行评价，同时与主成分分析算法进行对比。从实验分析可得出，在聚类数目为7时光谱反射率重建效果最好，这时的平均CIE2000的色差为0.836，平均RMSE为0.0149，平均适应度系数为99.82%，并且，在最后对重建色差较大的色块进行了优化处理。实验证明，颜色聚类方法可以很好的应用于光谱反射率重建。     

基于眼模型的数字眼底相机设计

本文基于Gullstrand-Le Grand眼光学模型设计了一个视场角为30°免散瞳手持式的数字眼底相机,在综合考虑人眼本身和外部系统的像差后,实现了全视场200万像素的高清晰眼底成像;引入眼模型辅助设计,解决了人眼自身的色差问题,从而适用于白光照明。同时,为避免角膜中心曲率大的区域反射引入杂散光,专门设计了环形光阑和共轴照明相结合的照明系统。结果显示,该相机系统成像分辨率高于120lp/mm,场曲值小于0.86mm,畸变仅为7.2%,并且具有较大调焦能力,对-10D至7D屈光度人眼普遍适用。     

色眼：新的人眼色差简化眼模型

应用双色游标对准技术提出了一种新的测量人眼色差的方法。测量结果用于确定新简化眼在可兑光谱范围内折射年的变化量。为了减小球差，进一步将新简化眼的折射面改为非球面。新简化服被称为色眼，它提供了人眼色差的两种形式：纵向与横向色差改进的考虑。     

ZX-1型在线激光测浊仪

详细介绍了ZX-1型在线激光测浊仪的工作原理、技术指标、应用范围以及独特的电路设计、稳光电路系统、流路系统、单片机系统。讨论悬浮颗粒的光学散射特性，以及利用激光的高亮度、高准直性和很好的单色性对浊度进行测量的优势。仪器选用的工作波长符合国际标准(830nm)，技术指标国内领先。     

一种反射／折射／谐衍射三波段混合成像系统设计

综合使用反射/折射/谐衍射光学元件构建混合光学系统,实现可见、中波红外与长波红外三个波段的融合成像。利用卡塞格林系统主镜作为三波段共同通光孔径,次镜实现可见与红外波段分离;采用谐衍射光学元件与舒普曼结构实现一种材料消除红外系统色差;通过二次成像实现红外波段100%冷光阑效率,简化结构,成像质量接近衍射极限。     

DLP投影机拼接显示的基色坐标校正

从色度学原理出发分析了多台DLP投影机拼接显示的颜色再现原理,其均匀性是由基色坐标和亮度共同决定的。传统颜色均匀性调节中只通过调节基色亮度的方法不能从根本上消除色差。提出了一种新的校正颜色均匀性的方法,即采取缩小色空间的方法得到公共的色三角形,作为校正的目标色空间,并建立了每台投影机到新的颜色空间的转换矩阵,从而实现基色调整的目的。再结合基色亮度的调节,可以从理论上完全消除色差。