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
离焦抖动技术有效避免了商用投影仪引入的非线性效应，能够实现高速动态测量，但是离焦后的二值抖动条纹和标准正弦条纹并不完全贴近，测量过程中会有一定的偏差。针对这个测量误差问题，本文提出一种基于改进二进制蚁群算法的优化方法，从相位域对二值离焦抖动技术进行优化改进，较好地提高测量精度。通过对小尺寸二值块的优化替代整个优化过程，提高优化效率。仿真和实验结果证明：本方法在不同离焦情况下都能实现有效的三维测量。
二值图像 改进二进制蚁群算法 抖动 三维形貌获取 binary image Improved binary ant colony algorithm dithering three-dimensional topography acquisition
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, 杭州 310027
2 浙江大学台州研究院, 浙江 台州 318000
针对离焦二元编码技术中条纹图案的高次谐波分量会引入测量误差的问题, 提出了一种通过阈值优化抖动算法生成二元图像的方法.引入参数γ动态调整阈值, 考虑图像不同像素灰度值对抖动算法的影响, 改善离焦后抖动图像条纹的正弦性.仿真和实验结果表明: 在引入参数γ=50时, 离焦后的阈值优化抖动算法条纹具有更好的正弦性; 相比传统Floyd-Steinberg抖动算法, 在条纹周期为40 pixel时, 该方法所得相位均方根误差减小0.013 7 rad, 且对模型凹陷突变区域成像更清晰, 显著提高了物体表面还原的图像质量.
结构光 离焦 相移法 阈值优化 Floyd-Steinberg抖动算法 Structured light Defocus Phase shift Threshold-optimized Floyd-Steinberg dithering
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
分析联合变换相关器(JTC)光学加密系统解密图像噪音大、质量差的原因，提出一种非线性JTC 光学加密系统。将JTC 加密图像除以密钥功率谱作为新加密图像。一方面，新加密图像能够消除密钥傅里叶谱振幅分布不均匀引起的噪音，提高解密图像质量。仿真结果表明，Lena 图像的消噪音解密图像和原始图像的相关系数可由0.4104增加到0.7190，均方根(RMS)从0.8154减小到0.7089。二值文本图像的消噪音解密图像和原始图像的相关系数由0.8458 增加到0.9785，RMS 从0.6887 减小到0.4583；另一方面，新加密图像能抵御唯密文攻击(COA)算法的攻击，仿真结果表明，利用COA 算法能从JTC 加密图像恢复出高质量的原始图像信息，但不能从新加密图像恢复出任何原始图像信息，有效提高JTC加密系统的安全性。
图像处理 光学图像加密 联合变换相关 密钥功率谱 消噪音 唯密文攻击
中国人民解放军军械工程学院 电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
基于傅里叶变换和Gyrator变换对图像进行加密。将原始图像和第一个随机相位函数叠加后做傅里叶变换, 然后将频域信息减去第二个随机相位函数后得到一个复函数。复函数经过Gyrator变换得到加密图像, 将第二个随机相位函数作为相位密钥, 同时将Gyrator变换角度作为密钥, 由此增大了密钥空间和增强了系统安全性。通过数字方法对图像进行加密, 解密过程用光学装置实现。计算机模拟结果表明, 该加密方法解密图像质量好, 系统安全性良好。
加密 傅里叶变换 Gyrator变换 相位密钥 encryption Fourier transform Gyrator transform phase key
