1 华南农业大学 电子工程学院(人工智能学院) 应用物理系, 广东 广州 510642
2 暨南大学 理工学院 光电工程系, 广东 广州 510632
针对目前条纹模板测量法在图像畸变校正中所存在的过校正问题, 文章采用载频条纹相位解调分析结合畸变模型实现对镜头桶形畸变的测量与校正。以载频条纹图像作为校正模板, 使用广角镜头相机进行拍摄, 获得畸变条纹图像; 采用具有高空间局域特性的四步相移分析方法进行相位解调, 获得畸变中心位置以及径向畸变量分布; 根据桶形径向畸变的偶数阶多项式模型展开数值拟合分析, 对畸变参量进行估算, 结合畸变中心位置点参量, 最终实现对畸变图像的校正。数值模拟以及实验结果表明, 方法简单、有效, 具有实际的应用价值。
信息光学 畸变校正 机器视觉 相位分析 条纹图像分析 information optics distortion correction computer vision phase analysis fringe-pattern analysis
华南农业大学电子工程学院, 广东 广州 510642
单像素探测技术可实现对物体反射率或透射率的二维成像,但成像结果受照明光入射角度、物体表面形状和探测器面元空间方位等因素的调制影响。研究表明,空间非均匀照度的设计可消除这些因素的调制效应,因此,提出了一种新的单像素成像方法。该方法依靠投射振幅空间调制的二维余弦灰度条纹重构成像物体的频谱,以增强成像对比度并改善成像质量。对物体表面反射率进行成像,实验结果与理论分析完全一致,验证了本方法的有效性和可行性。
成像系统 计算成像 空间调制振幅 单像素成像 成像增强 光学学报
2021, 41(15): 1511003
1 暨南大学 光电工程系，广东 广州 510632
2 华南农业大学 物理系，广东 广州 510642
文中提出了一种基于相移条纹图相位分析的广角镜头畸变校正方法。首先，用大尺寸液晶平板显示器显示四幅相移量为π/2的余弦条纹图作为校正模板。然后，用广角镜头相机拍摄该校正模板，获得四幅畸变条纹图，使用四步相移算法解调径向畸变条纹图的相位分布。由于经广角镜头成像的图像中心区域几乎无畸变，利用图像中心无畸变的相位值进行数值拟合得到径向无畸变条纹图的相位分布，作为求解径向畸变相位的基准，也就是径向畸变相位分布可以根据径向畸变条纹图的相位分布与径向无畸变条纹图相位分布相减得到，再将畸变相位转换成实际的畸变量。提出的方法不需要通过特征点或特征线确定畸变模型，可以直接计算畸变图像中每个像素点的畸变量。实验结果表明，提出的方法简单、有效，具有广泛应用价值。
畸变校正 广角镜头 条纹相位分析 distortion calibration wide-angle lens fringe-pattern phase analysis 红外与激光工程
2020, 49(6): 20200039
华南农业大学电子工程学院, 广东 广州 510642
基于拉格朗日不变量法则，与经典光学成像系统分辨率对照，分别对自干涉非相干数字全息(SIDH)成像系统的横向以及轴向分辨率展开讨论。通过系统放大率及点扩展函数半峰全宽的计算，从理论上给出系统横向和轴向分辨率，以及系统分辨本领判断准则的具体数学表达式。并与经典光学成像系统对比，指出当全息记录面位于来自物光点的两束球面光波光斑的完全重合处时，自干涉非相干全息成像系统的横向超分辨率提高了一倍。引入压缩感知数值重构算法改善系统轴向分辨率，并给出相应的数值模拟及实验结果。研究结果对自干涉非相干数字全息术在成像、测量以及光路设计方面具有重要的指导意义。
全息 分辨率 压缩感知 图像重构技术
华南农业大学电子工程学院, 广东 广州 510642
自干涉非相干数字全息可记录和再现非相干光源照明下物光场信息。但基于目前理论的重建算法对待测光场的不同纵向深度层面进行聚焦重构时，聚焦面信息会受到离焦层面光场信息的干扰。基于压缩感知理论，根据自干涉非相干数字全息的光学记录与再现过程，建立与该物理过程相适应的传感矩阵，从理论上构建实现光场分层重构的数值重建算法框架。基于自干涉非相干数字全息光路，以多个不同纵向深度的LED 点光源构建物光场，分别进行计算机数值模拟及实验研究，并且深入讨论光场层面再现距离与各实验参数之间的关系，指出增大各光场层面再现距离间差距的方法。理论及实验研究结果表明该方法可重构不同纵向深度层面的三维物光场，并有效抑制离焦层面光场信息的干扰。
全息 数字全息 离散光学信号处理 逆反问题 压缩感知
1 华南农业大学应用物理系, 广东 广州 510642
2 南阳师范学院物理与电子工程学院, 河南 南阳 473061
基于弱相干光源的数字全息，由于参考光和物光夹角在非常小的范围内才能观察到干涉条纹，因此该技术一般限制在同轴全息的范围之内，即采用相移法对多幅同轴全息图采集，不利于动态物体的观测与记录。引入压缩感知理论，结合数字全息重构算法，实现对单幅弱相干光数字全息图的数值重建，能有效抑制孪生像及相干噪声的干扰。给出详细的基于压缩感知的数值重建算法框架，并以发光二极管作为弱相干光源，基于数字全息实验光路，以分辨率测试标板为样品展开实验研究，说明该方法的有效性和可行性。
全息 离散光学信号处理 逆反问题 数字图像处理 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 100901
为了把压缩传感技术应用到变换域非稀疏信号中，提出了一种能够改善信号非稀疏表达稀疏性的新方法。该方法采用可移动窗口函数把信号在变换域中的非稀疏表达截取成多个窗截表达，只要控制每个窗口函数宽度远小于信号的长度，则每个窗截表达具有较好的稀疏性。通过稀疏的窗截表达实现对非稀疏表达的压缩传感。结合高斯和矩形窗口函数给出了详细的理论分析，无噪和加噪信号的实验结果证明了该方法的有效性。
图像处理 压缩传感 非稀疏表达 窗截表达 稀疏性 信号重建 激光与光电子学进展
2015, 52(3): 031002
1 华南农业大学物理系，广州 510642
2 暨南大学光电工程系，广州 510632
针对基于传统数字全息重建算法对待测物体的不同纵向深度截面进行聚焦重构时，聚焦面物体会受到共轭像及背景离焦物体的干扰，本文提出基于压缩感知理论，构建单幅离轴菲涅耳数字全息图层析成像的算法框架。该方法通过自适应空间滤波技术对全息图进行处理，基于压缩感知理论重构不同纵向深度截面图像，并有效抑制背景离焦物体的干扰，最终达到层析成像的目标。计算机数值模拟以及三维待测物体实验结果表明该方法的有效性和可行性。
数字全息 压缩感知 层析 digital holography compressive sensing tomography
为了测量光学成像系统的径向畸变, 采用载频条纹模板, 应用瞬时频率积分法提取因径向畸变而产生的径向调制相位; 推导了条纹径向调制相位与瞬时频率的关系式, 并导出径向调制相位和径向畸变位移关系; 采用小波频率估计提取畸变条纹径向瞬时频率, 并对其进行积分获得畸变条纹的径向调制相位; 应用径向调制相位和立方卷积插值算法对畸变图像进行了校正,得出了详细的理论分析和实验结果。结果表明, 上述方法是可行的。
测量与计量 畸变测量 载频条纹 相位解调 径向畸变 measurement and metrology distortion measurement carrier frequency fringe pattern phase demodulation radial distortion
提出了一种基于统一准则的自适应滤波器的设计算法, 并结合空间滤波处理技术及数字图像处理分析技术, 根据每一幅光学条纹图像的频谱分布状况, 自动提取 +1级频谱信息, 实现对载频条纹图像的自适应滤波, 最终达到自动化数值分析的目标。文中以三维形貌测量为例, 首先通过计算机数值模拟, 指出分析位相质量与滤波窗口的选择是紧密相关的。而光学条纹图像的频谱分布则因待测物体而异, 因此在空间滤波过程中, 要针对不同的待测物体对滤波窗口的形状以及大小进行精确选取。文章给出了自适应滤波器精确选取的法则与步骤。最后以三维石膏像为测量物体, 给出实验验证, 证明该方法的可行性与有效性。
条纹分析 空间滤波 位相解调 fringe analysis spatial filtering phase demodulation
