光学渐晕效应存在于大部分光学成像系统,严重影响成像质量。如何有效改善光学渐晕效应是航天光学遥感器设计的要点。采用辐射定标方法量化成像系统中光学渐晕效应的影响,并获得校正系数。采用多项式拟合方法对校正系数进行优化,拟合后校正系统减少约3个数量级,大大降低了对嵌入式系统存储资源的需求。通过多项式拟合方法有效减少了校正系数,对光学渐晕效应改善效果良好,校正前相机的非均匀性误差为13.2%,校正后非均匀性误差降至3.8%,满足一般成像系统对响应非均匀性的要求。该方法校正系数少,适合在基于FPGA处理器中实现,实时性强,资源占用少,具有工程实用价值。
信息处理 折反式光学系统 光学渐晕效应 二次多项式拟合 information processing refractive and reflective optical systems optical vignetting effect quadratic polynomial fitting FPGA FPGA
红外与激光工程
2023, 52(5): 20220763
1 天津工业大学 电子与信息工程学院,天津300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室,天津300387
3 天津医科大学眼科医院 眼视光学院,天津0084
4 国家眼耳鼻喉疾病临床医学研究中心天津市分中心,天津30038
5 天津市视网膜功能与疾病重点实验室,天津300384
6 北京大学人民医院眼科,北京100044
7 瑞达昇医疗科技有限公司,北京101100
通过拼接角膜神经图像可以减小显微图像视场小的影响。由于显微图像存在渐晕效果,拼接图像会在拼接处产生伪影,影响医生诊断。为解决拼接图像的渐晕伪影问题,提出了一种通过非线性多项式函数建模进行图像渐晕校正的方法。首先,对单张角膜神经图像建立渐晕模型,设置符合渐晕物理性质的约束条件,利用L-M优化算法对渐晕模型参数进行迭代优化。在每次迭代优化过程中,计算对数信息熵,对当前渐晕模型的校正效果进行判断,防止图像过度校正。迭代优化结束后,将渐晕模型反向补偿原图像,完成渐晕校正处理。通过对比校正前后的拼接图像,校正后图像在拼接处无明显的渐晕伪影。实验测试5组不同患者的图像,校正后图像MSE、PSNR、SSIM评估指标平均值分别达到0.004 2、72.225 1 dB、0.960 0,具有最佳的校正效果。本文算法的校正效果明显优于其他同类算法的校正效果。该方法能够有效地对角膜图像渐晕效果进行校正,无须提前设置固定的相机和环境亮度参数。校正后图像拼接效果良好,可获得更加准确、清晰、视野范围大的角膜神经拼接图像。
计算机视觉 角膜神经显微图像 渐晕校正 共聚焦显微镜 对数信息熵 computer vision corneal nerve microscopy images vignetting correction confocal microscope logarithmic information entropy 光学 精密工程
2022, 30(20): 2479
红外与激光工程
2020, 49(7): 20190548
1 四川大学电气信息学院, 成都 610065
2 苏州热工研究院有限公司, 江苏 苏州 215004
研究了基于暗通道先验和自适应颜色校正的密闭空间下的水下图像处理。针对传统水下图像去雾方法对光照强度不均的密闭空间内的图像处理效果不佳以及色彩失真问题, 利用暗通道原理对水下图像进行去雾后, 引入自适应红通道补偿参数, 改善红光缺失现象;结合渐晕模型对水下图像亮度通道进行校正, 降低光强对图像成像质量的影响。所提方法在真实的密闭水下环境中进行测试, 实验结果表明, 相比于传统去雾算法, 所提方法可以在有效改善图像亮度的同时还原图像色彩。
水下图像处理 暗通道 自适应参数 渐晕模型 亮度补偿 去雾 密闭空间 underwater image processing dark channel adaptive parameter vignetting model illumination compensation dehazing closed space
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长春希达电子技术有限公司, 吉林 长春 130103
LED显示屏在采集校正过程中由于相机自身的渐晕特性, 无法准确得到每个发光像素亮度信息, 导致显示屏经过校正后显示效果不好。为了解决这个问题, 本文针对LED发光像素自身的亮度离散特性, 提出了一种基于统计学原理的相机渐晕补偿算法。该方法首先通过高斯滤波消除高频混叠噪声, 然后通过数据迭代的方式消除LED发光像素的亮度离散性, 从而得到了光滑的相机渐晕曲面, 最后通过对渐晕曲面取倒数的方法求出相机的渐晕补偿曲面并进行了实验验证。实验结果表明, 该方法对相机渐晕进行补偿能够极大程度提高相机采集LED发光像素亮度信息的准确度, 使校正后显示屏的任意发光像素的亮度差异由9%降低至0.86%。大大提高了LED显示屏校正后的显示均匀性。
LED显示屏 渐晕补偿 离散化修正 高斯滤波 LED display screen vignetting compensation discretization correction Gauss filter
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了提高光学拼接焦平面空间相机的成像性能和图像质量,开展了空间相机研制全过程的辐射定标技术研究,包括辐射响应性能分析、图像传感器的辐射定标及筛选、焦平面辐射定标、系统级辐射定标以及辐射定标数据应用等,并对具有反射镜光学拼接焦平面的空间相机进行了辐射定标实验。结果表明,利用相对辐射校正系数对图像校正,可以有效消除渐晕,图像的非均匀性由14.1%降至0.4%,图像质量明显提升;图像传感器的筛选以及焦平面组件的辐射定标,减少了图像传感器之间的辐射响应差异,相对定标不确定度小于1.0%。
遥感 渐晕 辐射定标 相对辐射定标 空间相机 光谱定标
中国科学院 西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
为消除复合面阵CCD摄影相机全像面辐射定标时存在的严重渐晕现象和解决多片CCD之间相对定标目标值选取困难的问题, 提出了一种适用于多片CCD的实验室辐射定标方法。该方法对每个像素进行暗信号标定后, 修正渐晕区的像素灰度值, 通过选取合适的全像面相对定标目标灰度值, 最终实现对复合面阵CCD摄影相机的辐射定标。通过分析渐晕区的灰度分布特征, 提出了适用于所有曝光时间和辐亮度下的灰度修正方法。分别计算每片CCD灰度值与输入辐亮度之间的多项式拟合系数, 选取全局拟合误差最小的一组系数计算对应辐亮度下相对定标目标的灰度值。通过本方法辐射定标后, 复合面阵CCD摄影相机的全像面非均匀性由大于20%降至优于2%, 绝对定标精度为423%。该结果表明本文提出的辐射定标方法适用于多片面阵CCD的辐射定标, 定标精度满足航空相机的辐射定标需求。
辐射定标 非均匀性 渐晕 复合面阵CCD radiometric calibration non-uniformity vignetting composite plane array CCD
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 长春希达电子技术有限公司, 吉林 长春 130103
为了克服采集相机渐晕在LED显示屏逐点一致化校正过程中产生的亮度不均匀缺陷, 提出了一种基于LED显示屏本身和若干屏幕离散位置亮度测量的采集相机渐晕校正方法。首先分析了相机对LED显示屏进行数据成像采集过程及成像特征, 在此基础上, 提出了采集相机渐晕的标定方法, 得到了代表相机渐晕的拟合曲面, 从而计算出采集相机上每一像素点的渐晕修正系数。利用上述方法对LED显示屏进行了单箱亮度校正实验。实验结果表明: 单箱校正的显示均匀性从渐晕修正前的6.69%缩小到修正后的1.49%。经过对相机影像渐晕修正以后, 可以完全消除修正前的亮度曲面分布, 从而克服了修正前LED显示屏中心暗、四周亮的缺陷, 达到了理想的多屏拼接校正效果。
LED显示屏 渐晕修正 图像均匀度 曲面拟合 LED display screen vignetting calibration image uniformity surface fitting