1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室 国家光学仪器工程技术研究中心, 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院, 浙江 台州 318000
提出一种通过相机和投影仪的空间几何约束来展开相位包裹的方法, 只需要对结构光投影测量系统进行标定, 不需要进行传统的时间或空间相位展开.通过投影单周期条纹得到物体的大致高度信息以确定虚拟深度平面, 在虚拟平面z0min处, 根据结构光系统的标定参数创建最小绝对相位图, 物体的包裹相位逐像素与进行比较, 即确定条纹级数, 实现相位解包裹.该方法具有良好的鲁棒性, 对硬件要求低, 采集图像少并且不需要额外的物体来获得z0min, 能够实现自适应动态测量.实验结果表明, 在同等条件下, 与传统时间相位展开方法相比, 该方法的相对误差降低了14.33%, 同时简化了测量方法, 能够有效实现物体的三维形貌测量.
相位解包裹 自适应测量 相移法 三维图像重构 结构光 标定 几何约束 Phase unwrapping Adaptive imaging Fringe analysis Three-dimensional image reconstruction Structured light Calibration Geometric constraint
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室 国家光学仪器工程技术研究中心, 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院, 浙江 台州 318000
采用遗传算法在相位域对抖动算法产生的二值条纹图案进行优化, 同时, 为了解决遗传算法的耗时问题, 用对二值块的优化来代替整个条纹图案的优化.实验结果表明: 本文方法对不同离焦量具有鲁棒性, 能极大改善抖动算法的测量质量; 在轻度离焦、中度离焦和重度离焦的情况下, 相位均方根误差分别由1.493, 1.209, 0.989 rad, 减小到0.972, 0.749, 0.603 rad.
三维 二值图像 测量 遗传算法 优化 Three dimensional Binary images Measurement Genetic algorithms Optimization
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室国家光学仪器工程技术研究中心, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院, 浙江 台州 318000
离焦抖动优化技术不仅能消除投影仪的非线性误差,而且不受投影仪刷新率的限制。然而抖动算法本质上只是一个简单的矩阵变换,导致离焦后的二值抖动条纹并不完全接近正弦条纹,产生了一定的测量误差。基于此,提出了一种基于离散粒子群算法的优化方法,对二值离焦抖动技术进行优化。为了加快优化过程,用二值块的优化来代替整个二值图案的优化,然后再利用正弦条纹图案的周期性和对称性,将二值块拼成一个完整的图案。仿真和实验结果表明:所提方法在不同的离焦程度下,都能获得高质量的测量结果。
测量 三维图像获取 二值图像 粒子群优化 抖动 中国激光
2019, 46(10): 1004003
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室 国家光学仪器工程技术研究中心, 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院, 浙江 台州 318000
分析了光学系统离焦状态对基于正弦光栅的结构光相位的影响.基于正弦结构光相位与相机对焦状态无关的性质, 提出了一种利用相移法正弦结构光编码显示面板对离焦相机进行标定的方法.使用Floyd-Steinberg Dithering算法消除了显示面板gamma变换带来的结构光相位计算误差.实现了相机在离焦状态下对标定物特征点的准确提取.标定结果重投影误差为0.17 pixels.相机焦距的标定误差在0.39%以内.与传统方法相比提高了标定精度, 为具有特殊成像范围的相机的标定提供了一种解决方案.
相机标定 离焦 相位匹配 相移法 摄影设备 Camera calibration Defocusing Phase matching Phase shift Photographic equipment
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室国家光学仪器工程技术研究中心，浙江 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院，浙江台州 318000
3 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室国家光学仪器工程技术 研究中心，浙江 杭州 310027
现阶段通用的相机标定方法需要使用者提供准确的标定板特征点像素坐标。但对某些成像位置特殊的相机而言，一般标定物(如长宽在厘米级别的标定板)的使用范围在其清晰成像范围之外。使用这些相机拍摄一般标定物，只能得到离焦的模糊图像，无法准确提取特征点像素坐标。本文分析了光学系统离焦状态对基于正弦光栅的结构光(简称正弦结构光)相位的影响。利用正弦结构光相位与相机对焦状态无关的性质，提出了一种利用相移法正弦结构光编码的方法，对标定物上特征点进行相位编码，实现了相机在离焦状态下的标定。经过实验验证，标定结果焦距长度与真实值之间最大偏差为0.47%，最大像素重投影误差为0.17 pixels。该方法为具有特殊成像范围的相机的标定提供了一种解决方案。
相机标定 对焦 相位匹配 相移法 摄影设备 calibration focusing phase matching phase shift photographic equipment
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 国家光学仪器工程技术研究中心, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学医学院口腔医学系, 浙江 杭州 310027
3 杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院, 浙江 杭州 310018
4 浙江大学医学院附属口腔医院, 浙江 杭州 310027
牙菌斑是造成龋病及牙周病的主要因素之一, 通过检测牙齿表面牙菌斑含量多少能在一定程度上了解牙齿健康程度, 对口腔健康的维护有重要意义。 利用牙菌斑与牙齿组织自体荧光光谱的差异性, 本文设计了一套便携式的基于自体荧光成像的检测系统。 (1)该系统以中心波长为405 nm的LED作为激发光源, 辅以中心波长520 nm的长波通滤光片提高系统信噪比, CCD作为感光器件； 系统采集荧光图像后, 根据成像结果分析牙面上牙菌斑含量。 (2)设计了验证实验采集受试者牙齿图像, 并以牙菌斑百分比作为量化牙菌斑多少的指标。 实验结果表明荧光图像菌斑百分比与Turesky改良的Quigley-Hein菌斑指数的Spearman等级相关系数为0944, 牙齿荧光图像牙菌斑百分比与染色图像牙菌斑百分比的Pearson相关系数为0875。 由此可见, 文中的检测系统具有较好的准确性, 而且因为采用光学检测方法, 具有非侵入性且可重复性, 所以它有广阔的临床应用前景, 有望成为家用口腔健康的检查手段。
牙菌斑量化 自体荧光 牙菌斑百分比 荧光成像 Metal ions Drinking water EEM-PARAFAC Quenching 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2311
Author Affiliations
Abstract
1 CNERC for Optical Instruments, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
3 Public Security Department of Zhejiang Province, Hangzhou 310007, China
This Letter proposes a brand-new filament diameter measurement method based on what is called “dual diffraction,” in that a grating is added behind the filament to make full use of its subdivision and amplification characteristics. Higher measurement accuracy is achieved by this method compared with the traditional diffraction method. To verify its accuracy, three standard filaments with nominal values of 100.2, 120.1, and 140.8 μm are measured by the dual diffraction method and traditional diffraction method under the same experimental conditions. The relative measurement errors of the new method are less than 0.75%, and its average relative error is reduced by 56% compared with the traditional diffraction method.
050.1940 Diffraction 050.2770 Gratings 120.4820 Optical systems Chinese Optics Letters
2015, 13(12): 120501
1 浙江大学 a.现代光学仪器国家重点实验室
2 b.国家光学仪器工程中心，杭州 310027
为了对大型目标的平行度进行测量，设计并搭建了一套由双衍射光栅组成的平行度检测系统。采用两块衍射光栅正交组成光路，产生多条平行线作为基准线。通过照相机对参考线和待测目标进行拍照，对获得的图像进行处理，利用参考线的平行度偏差对目标所在平面的倾斜进行矫正，得到待测物的平行度测量结果。测量结果表明这种方法简单准确，满足测量精度高。
衍射光栅 数字图像处理 坐标转换 平行度 diffraction gratings digital image processing coordinate transformation parallelism
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，国家光学仪器工程技术研究中心, 浙江 杭州 310027
提出一种将三角法测距与多频光栅相结合的方法，充分利用数字投影的RGB通道，将多频光栅与点阵同时投影在物体表面，综合控制受高度调制的相位信息的提取，最终获取物体的三维形貌。仿真结果显示，在高度跳变使高频光栅位移达102量级个周期时，可以准确还原原始形貌。通过实验验证，本方法能够同时复原169 mm的陡峭高度跳变以及3 mm的微小细节，提高了传统双频光栅的性能，具有处理较大截断面和保证细节部分的测量能力，较好地改善了傅里叶变换轮廓术(FTP)的应用性能。
测量 傅里叶变换轮廓术 点阵和多频光栅结合 大截断面测量
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室国家光学仪器工程技术研究中心，杭州 310027
通过建立完整的病变牙齿模型和龋齿病变程度判据，利用蒙特卡罗仿真算法编程，完整模拟了牙齿组织中荧光的激发和传输过程，探讨了牙齿组织病变程度引起的光学参量变化与QLF荧光分布的关系.同时，利用Tracepro软件的荧光仿真功能验证了该过程的合理性.结果表明：随着龋齿部分病变程度增大，散射系数增大，吸收系数和荧光量子效率减小，健康组织和病变组织荧光分布差异增大.
蒙特卡罗 散射系数 吸收系数 荧光量子效率 QLF QLF Monte Carlo Tracepro Tracepro Scattering coefficient Absorption coefficient Fluorescence quantum efficiency
