基于视觉显著性的红外与可见光图像融合

多波段图像融合可以有效综合各个波段图像中包含的特征信息。针对可见光和红外图像,提出了一种结合红外图像视觉显著性提取的双波段图像融合方法,一方面旨在凸显红外图像的目标信息,另一方面又尽可能的保留了可见光图像的丰富细节信息。首先,在局部窗口内实现红外图像的显著性图提取,并通过窗口尺寸的变化形成多尺度的显著性图,并对这些显著性图进行最大值的优选叠加,以获取能反映整幅红外图像各个尺寸目标的显著性图;其次,通过结合显著性图与红外图实现显著性图的加权增强;最后,利用增强的红外显著性图进行双波段图像的融合。通过两组对比实验,数据表明该方法给出的融合图像视觉效果好,运算速度快,客观评价值优于对比的7种融合方法。     

基于视觉显著性的可见红外图像融合

多波段图像融合可以有效综合各个波段图像中包含的特征信息。针对可见光-红外图像,本文提出了一种结合红外图像视觉显著性提取的双波段图像融合方法,一方面旨在凸显红外图像的目标信息,同时又能尽可能的保留可见光图像的丰富细节信息。首先,在局部窗口内实现红外图像的显著性图提取,并通过窗口尺寸的变化形成多尺度的显著性图,并对这些显著性图进行最大值的优选叠加,以获取能反映整幅红外图像各个尺寸目标的显著性图;其次,通过结合显著性图与红外图实现显著性图的加权增强;最后,利用增强的红外显著性图进行双波段图像的融合。通过两组对比实验,数据表明该方法给出的融合图像视觉效果好,运算速度快,客观评价值优于对比的7种融合方法。     

基于计算机视觉技术的液压油液污染度在线监测

介绍了利用显微成像及计算机视觉技术获取污染油液中颗粒图像的方法 ,通过图像处理获取颗粒的尺寸及其分布情况 ,从而实现油液污染度的监测。由于这种方法是直接针对颗粒图像获取油液污染信息 ,因此测量结果更加直观和可靠     

小孔径成像系统衍射退化图像恢复

针对小孔径成像系统图像的衍射退化,本文介绍了一种基于凸集投影法(POCS)的超分辨率图像复原技术,这是一种将各种先验约束引入到计算中以降低噪声和奇异性解的迭代算法,该算法可以很好的保持高分辨率图像的边缘和细节信息.使用衍射退化图像恢复技术的小孔径成像系统在航空航天相机、天文望远镜、受光源、镜头或能量大小限制的特殊光学成像系统等场合有广泛的应用前景.     

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.＃     

多光谱3D成像方法

已有3D成像方法难以实现单目、单帧图像条件下同时获取场景图像及深度信息,也不能兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。为此,创新地提出多光谱3D成像方法,通过具有纵向色散的光学成像镜头与快照式多光谱图像传感器两部分构成图像采集系统,使用离焦深度还原算法获取深度信息。其基本原理为:首先,增强纵向色差光学镜头使得同一物点在不同光谱波段图像上的成像离焦程度不同;其次,快照式窄带多光谱图像传感器单帧曝光同时获取多幅窄带光谱图像;再通过离焦深度还原算法根据多光谱图像边缘梯度获取3D信息。实验采用纵向色散增强型光学成像系统及快照式多光谱相机捕获450±10 nm、525±10 nm、620±10 nm 3通道光谱图像,对5 m内场景进行3D深度恢复,获得了深度误差不高于5 cm的测量结果。实验结果表明多光谱3D视觉方法可以实现单目、所提单帧图像的深度估计。该方法能同时获得视觉及深度信息且无需空间位置配准及预先深度刻度,单帧图像处理平均耗时0. 186 s,图像采集系统尺寸为120 mm×77 mm×65 mm,其工作功率约为10 W,兼具时间效率高、体积紧凑、能耗低等优点。因此,所提方法有望在无人驾驶及智能机器人等领域获得广泛应用。     

基于Lab VIEW的测量系统研究

本文结合实例介绍了开发基于Lab VIEW的图像测量系统的一般步骤。通过对标准模板成像得到成像系统的参数信息，并利用此参数信息对获取的图像进行校正，从而达到原始场景重建的目的。利用IMAQ工具箱实现对目标尺寸信息的测量。     

结合引导滤波和非线性二阶特征的色调映射方法

为提高图像的可视化效果,增强图像的局部细节信息,提出一种结合引导滤波和非线性二阶特征的色调映射方法,首先提取输入图像的亮度信息,利用引导滤波器对亮度图像进行多尺度分解,得到基本层和细节层图像,其次,通过引导滤波方法构造细节层的权重图,对基本层利用Hessian矩阵构造一种非线性二阶特征,再通过引导滤波方法构造基本层的权重图,最后,根据权重图对分解后的基本层和细节层图像实现亮度图像的重构,然后恢复亮度图像的色彩信息,获得最终的结果图像。实验结果表明,该方法较为完整的保留源图像的局部细节信息,具有良好的视觉效果。本文将Hessian矩阵用于提取基本层图像的高频信息,可以更好地突出图像的边缘信息,丰富图像的细节特征。与对比算法的客观指标相比,该方法的质量分数提高了11.28%,结构保真度提高了10.82%,自然相似性提高了186.46%。     

全视场在线图像可视铁谱磨粒显微成像特性分析

为了评估全视场在线图像可视铁谱磨粒显微成像特性,提出了一种反射光显微成像模型。首先,基于朗伯余弦与小角度散射理论建立了全视场(OLVF)的反射光辐照度模型,实现了磨粒显微成像清晰度定量评价。然后,仿真计算磨粒显微成像的反差透视比,确定了最优光学倍率和适用于全视场OLVF探测的油液衰减系数范围,明确了光学参数对磨粒显微成像质量的影响规律。结果显示：光学倍率为2.0×且油液衰减系数≤2.0条件下,磨粒沉积于物方视场的主光轴附近,全视场OLVF可获得最佳磨粒显微成像清晰度。最后,开展了磨粒显微成像实验测试,结果表明：全视场OLVF能够从油液衰减系数小于2.0的在用液压油和齿轮油中获取反射光谱片图像,并提取磨粒视觉信息进行磨损在线监测。     

基于目标特征尺寸的可视化被动测距系统

为克服传统光电被动测距系统稳定性差、远距离条件下测距精度收敛性差、系统难以小型化等不足,本文提出一种基于目标特征尺寸的可视化光电被动测距系统。建立了被动测距模型并分析测距原理,从理论上分析获得距离反演公式和测距误差精度;设计了被动测距算法并分析相关成像参数获取途径和方法;通过高清成像器、半导体激光器和信号处理器等软硬件设计,实现了系统的可视化被动测距功能和全天候图像信息获取;最后通过目标特征尺寸及其成像系统参数反演目标距离,实现了在成像过程中实时测距并进行被动测距实验验证。实验结果表明,被动测距精度优于10%,当前软硬件参数配置下,目标的测距距离大于1km,测距鲁棒性好,性能稳定,可广泛应用于全天候目标图像信息获取和光电被动测距的实际工程实践中。     

高性能数字显微图像系统的研制

数字显微图像技术是传统目视光学显微图像观察手段的现代化、信息化发展。这里介绍了一种高性能数字显微图像系统，对研制过程中所涉及的图像光电变换、图像时－空分辨率改善、分析专用软件设计等关键性技术问题作了阐述，并给出了若干典型应用实例。     

含三次位相元件照相物镜的设计

设计了一个光学/数字成像系统,该成像系统利用三次位相元件辅以数字图像处理技术,在保持系统光通量及分辨率不变的前提下,提高了光学系统焦深。进行了仿真实验,实验以传统的双高斯型照相物镜为光学系统模型,选取焦点及离焦-1.6λ(λ=550 nm)近似-6.4倍焦深两个成像位置。对比分析了传统光学系统及光学/数字系统的焦点位置调制传递函数(MTF)、离焦1.6λ处调制传递函数(MTF)及在瑞利判据±100倍焦深范围内的离焦传递函数。通过光学设计软件CODEV9.7新增图像模拟功能,得到了光学系统的模拟成像结果。利用自编图像处理程序,得到最终的成像结果。结果表明,该光学/数字成像系统确实能够有效扩大光学系统焦深6倍以上。     

Automatic seamless mosaicing of microscopic images: enhancing appearance with colour degradation compensation and wavelet-based blending

In order to observe the fine details of biomedical specimens, various kinds of high-magnification microscopes are used. However, they suffer from a limited field of view when visualizing highly magnified specimens. Image mosaicing techniques are necessary to integrate two or more partially overlapping images into one and make the whole specimen visible. In this study, we propose a new system that automatically creates panoramic images by mosaicing all the microscopic images acquired from a specimen. Not only does it effectively compensate for the congenital narrowness in microscopic views, but it also results in the mosaiced image containing as little distortion with respect to the originals as possible. The system consists of four main steps: (1) feature point extraction using multiscale wavelet analysis, (2) image matching based on feature points or by projection profile alignment, (3) colour difference adjustment and optical degradation compensation with a Gaussian-like model and (4) wavelet-based image blending. In addition to providing a precise alignment, the proposed system also takes into account the colour deviations and degradation in image mosaicing. The visible seam lines are eliminated after image blending. The experimental results show that the system performs well on differently stained image sequences and is effective on acquired images with large colour variations and degradation. It is expected to be a practical tool for microscopic image mosaicing.     

智能化血液粘度测试系统设计

介绍了一种基于数字图像处理的智能化血液粘度测试系统设计方法,详细分析了该测试系统的各个组成部分以及设计原理。系统采用了一体化系统设计思想,将在显微镜下的血液细胞样片通过光学系统处理后进行图像采集,经过数字图像处理后得出检测结果。并结合血液细胞采集样本特性提出了一种新的边缘检测算法,提高了系统数据分析效率。     

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。     

光学系统弥散斑参数的测试

采用CCD显微成像系统对光学系统弥散斑参数进行定量测量,并设计了弥散斑参数的评价算法。首先,给出了弥散斑参数的定义,分析了弥散斑所形成的能量等高线构成的闭合的连通区域,对占总能量80%的区域计算其弥散斑直径。然后,对该区域的边界点进行椭圆拟合,得到弥散斑圆度。提出的方法通过对光学系统在像平面所成的星点像的能量分布的分析,在弥散斑圆度测试中引入了椭圆拟合,减少了CCD噪声和测试环境中的杂光等随机因素对测试结果的影响,提高了测试结果的置信度。实验结果显示:弥散斑直径测试重复性为0.18μm,弥散斑圆度测试重复性为1.65%。提出的方法实现了弥散斑参数的定量测试,满足航天项目中光学系统成像质量控制要求。     

基于区域划分的红外超分辨率重建

提出了红外超分辨率重建系统以获取高分辨率红外数据。首先,根据红外图像获取过程建立了数学模型,讨论了降采样、模糊、运动以及高斯噪声对红外系统的影响;在非退化特征提取的基础上提出了基于特征的亚像素配准算法,其根据所得到的非退化特征应用归一化均方根误差来估计两帧之间的亚像素位移。然后,分析了传统全变分因子在高分辨重建时的不足并对其进行改进;利用区域划分将图像划分为平滑区域和细节区域,并根据区域的不同情况自适应全变分因子,从而使细节区域不至于过平滑。最后,利用MM(Majorization Minimixation)算法对合成的低分辨率红外图像和真实红外图像进行了超锐度重建。与同类相关算法的比较实验显示:所提算法亚像素配准最大误差为0.09pixel,重建后的红外图像质量优于其他同类算法。所提算法可以对低分辨红外图像序列进行有效重建,具有配准精度高、重建图像细节丰富等特点,可应用于各种红外成像系统。     

耦合扰动下船载成像系统的复合稳像

针对船载精密成像系统在船体晃动时产生的杆臂牵连平动和等效圆锥旋转,提出了一种将惯性量测信息引入电子稳像技术对耦合干扰进行补偿的方法。首先,基于俯仰-偏航式光学稳定平台分析其在视线稳定过程中所产生的等效圆锥旋转,推导了视线旋转角与平台转角之间的数学关系。然后,分析了杆臂牵连平动对像点虚化的影响,并结合圆锥旋转构建了耦合扰动模型;针对耦合扰动模型提出利用惯性测量信息复合电子稳像的方法来实现低特征背景下的高精度稳像。最后,通过半实物仿真验证了该方法在低特征环境中的成像稳定精度和实时性。结果显示:提出的方法能够有效补偿俯仰-偏航式稳定平台转动以及船体晃动时形成的耦合干扰,在低特征环境中具有较高的成像稳定精度和实时性,修正误差为亚像素级。图像稳定后的峰值信噪比平均提高了4dB,基本满足船载光学精密探测系统对实时性、精度、抗干扰能力和稳定性的要求。     

适用显微镜质量测试的高分辨率测量镜头设计

利用Zemax光学设计软件设计了一款适用于光学成像尺寸为38mm的互补金属氧化物半导体(CMOS)型工业相机的高分辨率测量镜头,该工业相机用于自动化定量分析检测显微镜像差。通过数码图像处理的方式去评判显微镜物镜性能的好坏。在满足性能要求基础上,对普通的测量镜头结构加以优化,使得测量镜头拥有非常高的分辨率。该镜头焦距为36mm,后工作距约为32mm,视场像面高度为36mm,在90lp/mm处,中心视场调制传递函数(MTF)值大于0.45,边缘视场MTF值大于0.25。     

基于半盲解卷积复原的高分辨率视网膜成像系统

为获得高分辨率视网膜图像,建立了基于自适应光学的视网膜成像系统,并以成像时获得的残余像差作为图像复原的估计参数,通过半盲解卷积进行图像复原以获得高质量图像.通过Hartmann-Shark波前传感器和微机械薄膜变形镜组成的自适应光学系统对活体人眼像差进行测量与校正,并在成像时记录系统残余像差,据此重建光学传递函数作为图像复原模型初始参数估计,对获得的视网膜图像进行条件约束迭代半盲解卷积复原,消除像差对成像质量的影响,从而得到高分辨率视网膜图像.实验表明,系统获得的图像经该方法处理后可获得较满意视网膜图像,图像质量提高近一倍,成像成功率由38％提高至78％,成像时间缩短为原来的1/7.该方法在满足使用要求的前提下有效缩短了校正时间,提高了成像的成功率,提升了系统的适用范围.