大幅宽长波红外变帧频变焦成像

为了验证变焦扫描大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变的矫正效果,并降低扫描镜控制难度。首先分析了变焦成像时扫描镜扫描速度与扫描视场角间非线性变化关系;针对扫描镜变速扫描稳定性低且控制难度大的问题,在结合探测器变帧频分析与实现的基础上,提出采用扫描镜匀角速度扫描结合探测器变帧频变焦成像方法。推导了扫描镜匀角速度扫描时,光学系统焦距、相机实时帧频与扫描成像视场角的关系式。最后基于课题组已有的可连续变焦长波红外光学系统,搭建了一套基于扫描镜扫描成像的大幅宽长波红外变焦实验系统,并利用该系统进行了成像验证。成像结果表明,采用变帧频结合变焦成像方法,可有效抑制大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变问题。变帧频成像方法降低了变焦扫描时扫描镜扫描复杂度,证明了变焦扫描方法具备图像畸变矫正能力。     

基因芯片荧光靶点显微成像自动调焦控制

在基因芯片荧光靶点阵列图像CCD扫描采集系统中,显微成像自动调焦控制是进行芯片杂交信号荧光靶点图像采集的先决条件.在定义图像清晰度评价函数的基础上,通过对实时采集的显微图像进行清晰度评价函数计算,采用基于粗精结合原则的自动调焦控制策略,实现了荧光靶点显微成像自动调焦控制.调焦控制实验表明,该方法显著提高了基因芯片荧光靶点图像聚焦和采集的效率.     

大视场多光谱空间相机在轨自动相对辐射校正研究

大视场多光谱空间遥感相机获取的图像直接合成彩色图像后存在严重的色带,且不同片探测器获取的图像存在较大的颜色偏差.随着分辨率、视场角和光谱谱段数量的增加,在地面进行相对辐射校正时数据处理量大且耗时长.提出了一种大视场多光谱遥感相机的在轨自动相对辐射校正方法,通过最小二乘法拟合得到绝对辐射定标系数,计算得到能够消除片间颜色偏差的相对辐射校正系数.在成像控制FPGA中原始图像和从BLOCK RAM中读取的校正系数,依次经过13 b有符号加法器、17 b无符号乘法器和四舍五入模块,自动完成每个像元图像数据的实时相对辐射校正.实验室均匀辐射背景成像实验和仿真结果表明,自动相对辐射校正的结果和在地面进行相对辐射校正的结果一致,校正误差在0.5个DN(digital number)值以内,校正后的图像滞后原始图像6个系统时钟,可以满足实时性要求.在轨成像实验结果表明,经过自动相对辐射校正后直接合成的彩色图像去除了色带和片间色差,使得对感兴趣目标分辨和识别更加快速及时.     

数字微镜器件在高动态辐射场景成像探测系统中的应用

由于数字微镜器件（DMD）空间光调制器结合图像传感器能同时探测高动态场景中的亮暗目标,本文研究了DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的应用。首先,介绍了DMD实现成像探测的原理,分析了DMD在高动态场景成像探测系统中的驱动控制方法。然后,根据DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的工作特性,设计了能使光电成像设备提高66 dB的DMD的驱动控制。文中阐述了系统的主要设计模块和工作参数,并结合实验验证了系统设计的正确性。实验结果表明：该驱动控制方法能够实现对高动态场景中亮暗目标的同时探测,满足对光电成像设备动态范围提高66 dB的要求。若光电成像设备采用11位高灵敏高动态科学级图像传感器,则系统动态范围可达130 dB以上。     

数字微波辐射计阵列二维成像控制系统设计

综合孔径微波辐射计利用干涉测量把小口径天线阵列综合成大的观测口径,是一种可以有效提高空间分辨率的无源微波遥感传感器.分析了综合孔径微波辐射计成像过程,采用一维孔径综合与机械扫描相结合的方法实现微波辐射成像,设计数字微波辐射计阵列成像的控制系统;用LabVIEW开发控制软件.实验结果表明:控制系统能够精确控制微波辐射计阵列进行二维成像,数据采集系统各通道之间的采样偏差为20 ps以下,扫描角度可以精确到0.1°.     

X射线点状扫描装置的三维设计

X射线扫描装置是X射线散射成像的核心部件,只有通过该装置获得稳定、可靠、均匀X射线斑点,才能形成清晰的扫描图像。本文针对该要求设计出了符合成像要求和力学性能的点状扫描装置。     

基于精确探针模型的AFM图像重构研究

原子力显微镜技术已在纳米成像中得到了普遍应用.但实验表明,AFM图像在水平方向分辨率较低,其中探针针尖形貌是影响扫描图像分辨率的关键因素之一.为了提高AFM扫描图像的分辨率,改善成像质量,一种可行的方法是通过建立探针模型后,重构扫描图像.在已有的探针建模方法中,普遍采用盲建模算法.针对目前盲建模算法中降噪阈值难以优化问题,提出了一种降噪阈值最优估计新方法.该方法可以使盲建模算法更准确地建立扫描方向上的探针形貌轮廓,进而完成3D探针模型.通过应用AFM探针扫描多空铝和标准栅格实验,介绍了探针针尖形貌精确建模的方法.然后使用数学形态学的腐蚀运算对标准栅格的AFM成像进行了重构,验证了上述方法的有效性.实验结果证明,重构后的图像中降低了探针针尖形貌的失真影响,可以显著改善扫描探针显微镜成像的水平分辨率.     

高分辨力光学微扫描显微热成像系统设计与实现

为提高已研制的基于非制冷焦平面探测器的显微热成像系统的空间分辨力,研究提出了一种基于光学平板旋转微扫描器的高分辨力显微热成像系统.分析了光学平板旋转微扫描的工作原理,给出了微扫描器相关的参数设计、加工容差,并与现有的非制冷显微热成像系统实现了一体化设计与加工,确定了光学微扫描显微热成像系统的技术指标.利用该系统实际采集的显微热图像与过采样处理结果表明系统整体设计的有效性,系统空间分辨力得到提高,可应用于高分辨力显微热分析.＃     

基于电流偏差补偿模型的SICM自适应控制

扫描离子电导显微镜(SICM)能够在非接触条件下获取样品表面纳米级形貌特性信息,可以在生理液态环境下实现对活体细胞等柔软样品无损成像。但是通过前期大量实验结果,发现在使用连续扫描模式时SICM扫描图像存在"拖尾"现象,导致图像失真,并限制了扫描成像速度。针对这一问题,结合SICM成像原理进行分析,得出电流逼近曲线高度非线性是产生这一现象的主要原因,并提出一种基于电流偏差补偿模型的SICM自适应控制方法。主要思想是建立电流偏差补偿模型,利用上一行扫描高度数据作为先验知识预测当前扫描点位置,并输入补偿模型得到新的电流偏差作为系统被控量。最后分别用新旧控制算法对标准栅格扫描图像进行成像效果对比,实验结果验证了该算法在一定扫描速度范围内能够有效地解决"拖尾"现象,明显减小图像失真,为进一步提高SICM系统成像质量和成像速度提供了一种有效的技术方法。     

空间相机在轨成像模式的建立

提出空间相机在轨成像模式的概念,研究了建立空间相机成像模式的方法。首先,根据太阳高角和地物反射率,使用MODTRAN软件计算相机入瞳前的辐射亮度,分析相机的辐射定标数据,包括每种成像模式的响应度、辐射亮度范围,积分时间关系等。然后,分析相机测摆成像与平飞成像时的积分时间关系,获得相机在各侧摆角下,每种成像模式的辐射亮度范围。最后,依据成像模式的辐射亮度范围和各太阳高角下景物的辐射亮度范围,建立了太阳高角和相机侧摆角组合下的成像模式表。空间相机成像时,依据成像模式表查找对应的成像模式,即可按该模式成像。该方法已多次应用于遥感相机成像实验中,获得了较好的成像效果,图像质量的满意度由65%提高到99.9%。结果表明:依据该方法建立的空间相机成像模式,获得图像效果较好,图像既包含全部景物信息又具有丰富的图像层次。     

基于PLC的微型CT自动扫描系统

为了实现微型CT扫描成像的自动化,提高生物实验的效率,采用了X射线扫描技术作为成像方法,以射线源和探测器建立透视成像系统,机械控制系统则采用四轴数控机构,主要由载物台位置调整机构、纵向进给滑台和主运动装置组成,使用以可编程控制器为控制核心、以伺服电机为执行机构的数控系统,并以计算机为上位机,协调控制透视成像系统与机械系统的动作,实现了微型CT扫描成像的自动化。将本系统应用于生物实验的结果表明,该系统能大大提高生物实验的效率和质量。     

Mosaicing of microscope images with global geometric and radiometric corrections

Image mosaicing has found a number of applications such as panoramic imaging, digital terrain mapping, ophthalmology and virtual microscopy. In this study, we present an automated mosaicing technique for generating virtual slides from microscope images. We carried out robust image feature matching and global geometric and radiometric parameter estimation. The input images were transformed using the estimated geometric and radiometric parameters and mosaiced together, producing accurate registration of overlapping regions without visible seams.     

A new technique for imaging hard tissue by photothermal radiometric microscopy

Thermal wave imaging of hard tissue is demonstrated for the first time using a technique described as photothermal radiometric (PTR) microscopy. Images of human bone and whale dentine suggest that the thermal wave image reveals variations in tissue density and can provide similar information to microradiography or backscattered electron imaging, to which it is now an alternative requiring a minimum of sample preparation.     

Generalization of relation between shadow X-ray image and frequency of pulses at the output of a scanning detector

A relation of a fairly general character has been established between a shadow X-ray image and frequency of random electric pulses generated by a detector of a radiometric testing system. The relation applies to arbitrary scanning modes of the shadow image and takes account of possible inhomogeneities in the detector sensitivity, alongside its integrating effect.     

一种积分球扩展光源系统的设计与实现

提出一种基于LabWindows／CVI的空间相机辐射定标用积分球扩展光源系统。论述了系统的硬件设计及软件流程。该方案运行稳定可靠,操作方便,抗干扰能力强,实现了辐射定标试验光源的多方位无线控制。     

FY-3A中分辨率光谱成像仪热红外通道的多探元辐射定标

FY-3A中分辨率光谱成像仪(MERSI)红外通道采取40探元跨轨并行扫描方式,针对其辐射定标要比传统单元探测器的辐射定标复杂的问题,研究了MERSI红外通道的多探元辐射定标方法。首先,基于星上黑体观测进行逐探元的辐射定标处理,消除探元辐射响应差异条纹;然后,利用各探元与基准探元光谱响应对不同温度黑体光谱辐亮度建立比值关系,基于其随着辐亮度呈非线性变化的关系,对逐探元定标后图像进行探元光谱差异的辐亮度归一化补偿,从辐射机理上最大限度地消除图像条纹,实现了多探元观测目标辐射信号的光谱响应差异归一化。为了验证MERSI红外通道辐射定标精度,文中还利用同时过星下点观测(SNO)交叉定标方法,将MERSI定标结果与美国Terra中分辨率成像光谱仪(MODIS)定标结果进行比对,结果显示,相对于后者,MERSI的红外通道亮温高1K左右,认为这可能与两者的通道带宽不同有关。     

航空相机像旋补偿双向控制中的内环补偿器设计

为解决航空相机摆扫成像过程中存在的像旋问题,采用四通道双向控制系统对像旋进行补偿。在系统中,基于鲁棒内环补偿器结构进行了内环补偿器设计。首先利用H∞混合灵敏度优化方法求解鲁棒内环补偿器中的鲁棒控制器,再结合参考模型确定系统的滤波器,进而得到系统化设计的内环补偿器。保证系统鲁棒稳定性的同时尽可能提高干扰抑制性能,进而在两者间折衷提高双向控制像旋补偿精度。实验结果显示,本方法能够有效抑制等效干扰的影响,提高消旋补偿的精度。动态扫描下位置补偿误差的最大值和均方根分别为(1.81×10~(-3))°、(5.224 74×10~(-4))°,与传统设计相比,补偿误差分别减小了41.99%、41.73%,提高了四通道双向控制系统的像旋补偿精度。     

大面阵彩色CCD航测相机的辐射定标

以大面阵彩色CCD航测相机为研究对象,分析其成像过程,提出了影响相机辐射响应特性的各个因素,并以此为基础,建立了辐射响应特性模型.分别在暗场和使用积分球的条件下进行了辐射响应标定实验,通过组合更改输入辐亮度、曝光时间和CCD增益等因素对相机的辐射响应特性进行测量和分析.结果表明,相机R、G、B颜色通道随输入辐亮度变化的辐射响应特性并不相同,但在工作谱段范围内均呈线性变化趋势.采用最小二乘法对辐射标定数据进行拟合,一次多项式拟合结果的决定系数R2值均可达到0.999以上.当输入辐亮度不变时,相机输出图像灰度值随曝光时间或CCD增益的变化星线性变化趋势,从而为其它工作条件下辐射响应特性曲线的推演奠定了理论基础.将相机辐射响应标定结果应用于相机调光功能,成像结果表明,获得的图像亮度适中,图像平均灰度值满足调光要求.     

影响测绘相机匹配精度的辐射指标量化

考虑测绘相机的辐射指标对影像匹配精度的影响,对相机辐射指标的量化进行研究,建立了辐射指标与影像匹配精度之间的关系模型,为确定测绘相机辐射指标提供理论支持.推导出了最小二乘影像匹配精度的计算模型,提出影响匹配的主要因素,包括成像场景特性、传递函数(MTF)、信噪比(SNR)与辐射畸变(RD);对上述因素产生的像质退化进行建模与仿真,结合最小二乘匹配以及遗传算法的BP神经网络模型(GABPNN)建立辐射指标与匹配精度之间的数值模型;最后利用仿真与在轨获取的遥感影像数据验证模型.试验结果表明,该模型估算精度＜0.01 pixel.利用该模型在匹配误差＜0.1 pixel的测绘需求下,分析出相机的辐射指标应满足MTFN＞0.08、SNR＞45以及RD＜4％.