为了解决食品生产加工场所的卫生检查地点不固定、检测效果受环境因素影响大等问题，根据不同种类食品残留物在紫外光照射下产生不同波长荧光的特性，采用荧光成像技术和分块大津算法，开发了一种能够协助现场检测员进行视觉卫生检查的手持式荧光成像设备。利用3种常见材料表面(木制案板、不锈钢板、聚乙烯塑料板)对奶粉(体积分数为50%、33%、20%、10%、2%)和菠菜残渣(体积分数为50%、33%、25%、20%、10%)进行了实验验证。结果表明，该系统可以协助检测员进行卫生安全检查，不同体积分数菠菜残渣在3种材料表面检出率为100%，不同体积分数奶粉残留物在木制案板和不锈钢板表面检出率为100%，在聚乙烯塑料板表面，除体积分数为2%的奶粉残留物部分检出外，其余体积分数奶粉残留物均能有效检出。该研究为食品加工场所手持式卫生检测设备开发提供了参考。

焦面检测准确与否对航空相机光学系统的成像质量起着至关重要的作用。为解决航空相机检焦问题,提出了一种基于多重差分滤波效应的检焦算法。首先,对检焦原理进行了介绍,在基本矩形滤波器的基础上进行设计,提出了一种适用于航空相机检焦的新型滤波器,消除了图像和滤波器之间相对位移产生的影响,并从数学角度证明了其可行性。然后,通过对图像的隔行采样对滤波器进行模拟,以完成图像检焦算法的设计。最后,利用实验采集的图像对所提算法的检焦效果进行了评估。实验结果表明,所提算法可以消除矩形滤波器和图像之间相对位移产生的正弦变化;算法灵敏度较高,最大误差为41.16 μm,小于光学系统的半焦深(76.8 μm),能够满足工程需求。

基于单光子雪崩二极管(SPAD)阵列探测器的三维成像技术在工业和科学领域具有重要的应用前景。然而现有的SPAD阵列器件仍存在小阵列规模和低像素填充率所导致的低空间分辨率问题,为此基于SPAD阵列(32 pixel×32 pixel)和衍射光学元件(DOE)搭建收发共光路扫描三维成像实验系统。利用DOE将出射激光整形为激光点阵并与接收视场匹配可以提升激光能量利用效率,通过共光路扫描可以实现高分辨三维成像。利用基于滑动时间窗的噪声光子滤除算法和基于全变分正则化的图像重构算法对回波光子数据进行处理。实验结果表明,图像重构算法可以获取10 m外目标64 pixel×64 pixel的三维图像,且在平均每像素0.86个信号光子的条件下实现清晰成像,成像结果的平均绝对误差为0.016 m。

朱墨时序一直以来都是法庭科学文件检验领域中的难题之一。鉴于此,首先利用一种新型的光学断层成像技术,即光学相干层析(OCT)技术对朱墨时序进行检验,该技术具有原位、无损、快速和高分辨率等优点。利用一套中心波长为900nm的频域OCT系统对三种不同类型的朱墨时序样本进行OCT成像检验,比较不同类型样品朱墨交叉区域的二维断层OCT图像的特征差异,并分析特征差异产生的原因。初步实验研究结果表明,利用OCT技术可以为朱墨时序的判断提供一种有效的处理手段,为补充和丰富现有的方法体系奠定基础。

无透镜同轴全息图中包含零级像和孪生像噪声,采用基于菲涅耳衍射模型的方法进行抑制时需要多幅无透镜图像。针对此问题,提出一种基于生成对抗网络(GAN)的无透镜成像方法。首先计算部分相干光照明下无透镜图像的离焦距离,根据该离焦距离反向衍射传播,得到含零级像和孪生像的物平面图像。然后对该物平面图像与作为标准参考的商用显微镜图像进行配准,将配准后的图像作为GAN的训练样本,训练后得到GAN的核函数。最后用训练好的核函数对无透镜图像进行处理,得到清晰的目标图像。实验结果表明,所提方法可对零级像和孪生像有效抑制,图像的对比度和清晰度明显提高,效果可达4×商用显微物镜。所提方法在图像重建阶段只需单张无透镜图像且无需傅里叶变换等复杂操作,成像时间大大缩短。相比于基于卷积神经网络(CNN)的方法,所提方法需要的训练数据量更少,损失函数更易收敛,具有更高的处理效率。

针对三维点云数据分割算法准确度低的问题,提出了一种结合点云骨架点和外部特征点的分割算法,所提算法可将传统方法分割不出来的局部小范围凸面体进行有效分割,从而使得三维点云数据分割得更为完善,为三维点云分割提供了新思路。利用C++及其开源的点云库进行编程,利用L1-中值算法对三维点云进行骨架点的提取,利用尺度不变特征变换算法进行特征点的提取,结合骨架点和特征点构建分割平面进行分割,再对剩余的特征点进行检测,再次构建分割平面进行分割,得到最终的结果。实验结果表明,该算法能对三维点云表面的小范围凸面体进行有效分割, 提高了分割的准确性。

针对大口径反射镜表面污染物的成像特点,研究了污染物的暗场检测算法,包括图像采集过程中的自动聚焦算法,图像处理过程中的畸变校正与污染物提取算法等。就自动聚焦算法提出了粗-精结合的峰值搜索策略,并采用Tenengrad函数作为清晰度评价函数,获得了较高的聚焦精度。畸变校正算法在所建畸变模型的基础上,基于标定板角点的射影变换性质,求解畸变模型系数,实现了图像畸变校正,校正结果的方均根误差为3.3092 pixel。污染物提取算法采用顶帽变换去除图像背景,对去除背景的图像采用拉普拉斯算子加权自适应二值化算法提取污染物,该算法针对光照不均的小尺寸污染物图像的处理效果较好,检测结果数量误差为7%,检测精度优于全局阈值算法以及均值算子加权自适应二值化算法。该检测算法可以为反射镜表面洁净状态评估提供技术支撑。

针对传统集成成像显示技术存在深度反转,需要进行二次成像的问题,提出一种无深度反转的集成成像一次拍摄方法。该方法采用离轴平行式集成成像拍摄结构对三维(3D)场景进行拍摄,通过设计合理的拍摄参数,重排图像元,生成无梯形畸变的图像阵列(EIA),直接用于集成成像显示,解决了传统集成成像的深度反转问题,避免了复杂且繁琐的图像校正和二次成像过程,可快速生成具有正确深度信息的EIA。该方法所获取的EIA在集成成像3D显示实验中重建的3D图像具有正确的深度和逼真清晰的立体显示效果,验证了本文方法的正确性。

利用单相机中已获得的可靠相位数据,提出一种双目视觉相位匹配中的视差孔洞数据插补方法。该方法在测量系统的标定阶段只需增加一个平面相位和高度数据作为参考,利用数据缺失区域周围有效像素点的三维点云,及相对于参考平面的相位和高度差建立隐式相位-高度映射关系,然后由单相机可靠相位数据实现孔洞区域的点云重建插补。对标准件进行缺失点云插补实验,重建精度为0.07 mm。对人脸面具和葫芦模型进行双目测量和孔洞插补实验,结果证明该方法可以很好地补全遮挡区域缺失的点云。

针对传统水下偏振差分成像模型在图像处理过程中出现失真的问题,提出改进的水下偏振差分成像模型。该方法通过增加目标透射光辐射强度的反演过程,同时引入修正参数,对目标透射光辐射强度进行校正,有效避免了传统水下偏振差分成像模型中由全局参量直接反演场景图像造成的图像失真和局部灰度值为负数的情况。利用FD-1665偏振成像仪,开展基于线偏振光主动照明的水下目标成像探测实验,获取偏振图像数据,并利用客观图像质量评估参数对处理结果进行对比分析。结果表明,改进后的模型相较于传统偏振差分模型,图像对比度提高了40%以上,故改进后的偏振差分成像模型能更有效地识别水下目标。