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太赫兹光场数据采集与数字重聚焦实验研究

光电工程 2020年第5期47卷 117-122页

作者：杨墨轩赵源萌左剑吕南方张存林首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室太赫兹波谱与成像北京市重点实验室北京成像理论与技术高精尖创新中心北京100048

本文对太赫兹光场数据采集与数字重聚焦成像进行实验研究。太赫兹成像因其穿透性、无损性等优点,近年来备受国内外研究者关注。太赫兹波段的光场成像技术有望增强图像质量、改善应用效果。本文在分析光场成像基本原理、系统结构、重建... 详细信息

本文对太赫兹光场数据采集与数字重聚焦成像进行实验研究。太赫兹成像因其穿透性、无损性等优点,近年来备受国内外研究者关注。太赫兹波段的光场成像技术有望增强图像质量、改善应用效果。本文在分析光场成像基本原理、系统结构、重建方法的基础上,应用太赫兹焦平面阵列相机进行太赫兹光场数据采集和数字重聚焦实验。首先采集太赫兹光场原始数据,然后通过数字重聚焦进行计算成像,最后对重构图像做增强处理,得到了深度、角度及目标物轮廓分辨力强的太赫兹图像。实验证明了太赫兹光场成像技术的可行性及其改善图像质量、丰富复现效果的能力。

关键词：太赫兹光场采集数字重聚焦图像重构

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基于光场成像的数字重聚焦研究

基于光场成像的数字重聚焦研究

作者：高寒西安工业大学

学位级别：硕士

传统相机在拍摄过程中相机参数需要预先设置,并且只能得到一个像平面的强度信息,这极大的限制了人们获取图像信息的丰富程度。光场相机能够实现先拍摄,后期通过数字重聚焦成像,景深控制灵活,以及易实现景深扩展等优点,使得光场相机在针... 详细信息

传统相机在拍摄过程中相机参数需要预先设置,并且只能得到一个像平面的强度信息,这极大的限制了人们获取图像信息的丰富程度。光场相机能够实现先拍摄,后期通过数字重聚焦成像,景深控制灵活,以及易实现景深扩展等优点,使得光场相机在针对目标的多维特性进行探测过程中具有较强的适用性,因而具有广阔的应用前景和研究价值。本文首先分析了光场的描述、光场成像原理及技术,对比探讨了针孔阵列与微透镜阵列采样的优缺点;阐明基于微透镜阵列的光场采样,实现的是面采样方式,采集到的光场信息丰富,没有光通量损失,因此该采样方式更具有优势。从离焦现象出发,推导分析了数字对焦与数字变焦的原理和实现方式,给出了数字重聚焦的思想和原理;通过分析双目立体相机聚焦过程中图像的平移和叠加,讨论了微透镜阵列型光场相机的数字重聚焦方法,即子孔径图像的叠加原理,并从空域解析了实现光场图像数字重聚焦的算法;根据傅里叶切片定理,从频域解析了实现光场图像数字重聚焦的算法。在理论研究的基础上,利用Illum光场相机拍摄了原始光场图像,使用MATLAB提取了原始光场图像,编写算法程序完成了数字重聚焦的实验研究。结果表明,对于选定的重聚焦平面,重聚焦后该面上景物图像清晰度明显提高,而距离该平面越远,图像清晰度越模糊。原因在于该重聚焦面是由所有子孔径图像平移叠加得到,子孔径图像反映的是不同视角观察的结果,因而离重聚焦面越远,不同观察视角造成的图像位移越大,叠加后越模糊。根据数字重聚焦的原理和方法,设计了两种测量光场深度信息的方法,即参考面法和标定法。参考面法是已知某一景物平面的深度,通过数字重聚焦确定出其和待测平面的对焦深度系数?来测量深度信息;标定法是固定相机参数的情况下,先依次移动景物面拍摄光场图像,利用数字重聚焦完成对焦深度系数?的标定,再对该参数相机拍摄的待测光场图像进行数字重聚焦获得待测面的对焦深度系数,最后通过与标定结果进行对比来测量深度信息。进而设计了实验场景,研究了两种测量方法的应用及测量误差。结果表明,对参考面法测量景物面深度,当选择距离镜头较远处的位置作为参考面时,实验测量的最大相对误差小于8%,且参考面距离相机镜头越远测量相对误差越小;当参考面选定后,待测面到相机镜头距离越远测量相对误差越小,深度测量的结果越准确。对标定法测量景物深度,在标定范围内其测量相对误差均小于5%;若待测面是单平面景物,测量相对误差随机分布;若待测的是多景物面组成的光场,测量相对误差随着景物面到相机镜头距离的增大而增大。比较两种测量方法,标定法明显优于参考面法,一是测量相对误差较小,二是标定法测量时,只需要采用已知光场景物完成一次标定可以多次使用,且不需要待测光场的任何信息。论文在研究光场深度信息测量过程中,针对数字重聚焦图像的效果,引入了图像清晰度评价,讨论比较了三种图像清晰度评价函数的特性,给出应优先选择Brenner函数作为重聚焦图像的清晰度评价函数。

关键词：光场成像数字重聚焦深度测量图像清晰度评价

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基于红外光场数字重聚焦的三维场景重建

基于红外光场数字重聚焦的三维场景重建

第十九届全国光散射学术会议

作者：夏朝阳牧凯军梁二军郑州大学物理工程学院

目前国内外对于光场数字重聚焦的研究主要针对可见光波段,本文对红外波段的数字重聚焦进行了研究,在基于相机阵列的光场成像[1]和基于Lytro光场数字重聚焦的三维重建方法[2]基础上提出了基于红

关键词：红外相机阵列重采样红外光场数字重聚焦三维场景重建

来源： cnki会议评论

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基于数字全息的血红细胞显微成像技术

物理学报 2020年第16期69卷 77-92页

作者：张益溢吴佳琛郝然金尚忠曹良才中国计量大学光学与电子科技学院杭州310018 浙江省现代计量测试技术及仪器重点实验室杭州310018 精密测试技术及仪器国家重点实验室清华大学精密仪器系北京100084

数字全息显微成像有别于传统光学显微成像,可根据重建全息图获取细胞的生物学参数与形貌信息,是一种有效的非接触无损三维成像技术.随着像感器的发展与硬件计算能力的提升,数字全息显微成像技术在活体生物细胞检测尤其在血红细胞检测领... 详细信息

数字全息显微成像有别于传统光学显微成像,可根据重建全息图获取细胞的生物学参数与形貌信息,是一种有效的非接触无损三维成像技术.随着像感器的发展与硬件计算能力的提升,数字全息显微成像技术在活体生物细胞检测尤其在血红细胞检测领域取得了显著进展和突破.本文介绍了同轴、离轴以及光镊辅助离轴的数字全息显微技术,这些技术利用瑞利索末菲反向传播算法、清晰度量化算法、分水岭分割算法、数字重聚焦方法与热涨落方法等来实现血红细胞的形变、空间分布、三维体积信息的高精度提取,有助于糖尿病、心血管疾病、帕金森氏疾病等病理研究.数字全息显微成像技术实现了传统三维显微成像技术难以达到的实时性和定量化检测,由于独有的非接触、无损性特点,在细胞成像领域应用前景广阔.

关键词：数字全息显微成像细胞成像数字重聚焦

基于MDLatLRR和KPCA的光场图像全聚焦融合

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光子学报 2023年第4期52卷 247-261页

作者：黄泽丰杨莘邓慧萍李青松武汉科技大学信息科学与工程学院武汉430081

为了提升光场成像的空间分辨率,结合光场图像数字重聚焦与多聚焦图像融合,提出了一种基于多尺度潜在低秩分解和核主成分分析的光场图像全聚焦融合算法。首先,对光场图像进行数字重聚焦得到重聚焦图像,然后对各重聚焦图像进行多尺度分解... 详细信息

为了提升光场成像的空间分辨率,结合光场图像数字重聚焦与多聚焦图像融合,提出了一种基于多尺度潜在低秩分解和核主成分分析的光场图像全聚焦融合算法。首先,对光场图像进行数字重聚焦得到重聚焦图像,然后对各重聚焦图像进行多尺度分解提取出基础层和显著层,对基础层、显著层分别采用局部梯度差值加权算法和多尺度梯度域显著性提取算法计算相应的特征系数;其次,联立基础层和各显著层的特征系数矩阵,然后用核主成分分析进行降维融合得到融合特征系数矩阵,使得经融合特征系数生成的聚焦决策图能充分考虑基础层和显著层的特征信息;最后,用聚焦决策图引导重聚焦图像进行全聚焦融合。实验结果表明,该算法与传统方法相比在视觉效果和边缘信息丰富度上具有更优表现,所生成的光场全聚焦图像具有更高的分辨率和更好的视觉效果。

关键词：光场全聚焦图像融合数字重聚焦多尺度潜在低秩分解核主成分分析

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光场分层成像系统的重聚焦标定方法

光子学报 2019年第9期48卷 102-109页

作者：赵大成单良孔明洪波刘维中国计量大学信息工程学院浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室杭州310018 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

为根据参数精确获取分层位置的重聚焦像,提出了基于阶梯尺的标定方法.用光场相机拍摄阶梯标尺,利用重聚焦技术获得图像序列,使用点锐度评价函数计算图像序列各刻度面最清晰图像,完成重聚焦参数的标定.对标定结果进行评价,采用刃边法计... 详细信息

为根据参数精确获取分层位置的重聚焦像,提出了基于阶梯尺的标定方法.用光场相机拍摄阶梯标尺,利用重聚焦技术获得图像序列,使用点锐度评价函数计算图像序列各刻度面最清晰图像,完成重聚焦参数的标定.对标定结果进行评价,采用刃边法计算重聚焦图像的高斯离焦参数,阶梯标尺比刻度标尺标定方法减小25%以上,可以有效提高光场相机重聚焦的准确度.进行分层成像实验,对比两种标定方法下的分层重聚焦图像,验证了阶梯标尺标定的重聚焦结果更清晰,适用于光场分层成像系统.

关键词：光场相机光学分层成像数字重聚焦重聚焦参数清晰度评价高斯离焦参数

基于双螺旋点扩展函数工程的三维多焦点双光子激光扫描显微技术

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光学学报 2022年第14期42卷 78-84页

作者：任苏霞张晨爽曹慧群林丹樱于斌屈军乐深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室广东深圳518060 深圳大学化学与环境工程学院广东深圳518060

为了进一步提高成像速度和分辨率,提出了基于双螺旋点扩展函数(DH-PSF)工程的多焦点双光子激光扫描显微成像方法和系统(DH-MTPLSM)。在激发光路中,通过高速相位型空间光调制器(SLM)同时实现了三维多焦点阵列的产生和在样品面上的高精度... 详细信息

为了进一步提高成像速度和分辨率,提出了基于双螺旋点扩展函数(DH-PSF)工程的多焦点双光子激光扫描显微成像方法和系统(DH-MTPLSM)。在激发光路中,通过高速相位型空间光调制器(SLM)同时实现了三维多焦点阵列的产生和在样品面上的高精度并行数字寻址扫描;在探测光路中,通过双螺旋相位片将系统探测PSF调制为DH-PSF,从而提供样品的轴向信息,减少轴向扫描层数,进而提高三维成像速度;结合基于DH-PSF的数字重聚焦算法,恢复出不同深度样本的宽场图像,通过单次二维扫描获得样品的三维光切片信息。在此基础上,利用搭建的DH-MTPLSM系统开展了小鼠肾组织切片的双光子成像实验,验证了该方法的快速三维高分辨成像能力,这对于MTPLSM的发展具有重要的意义。

关键词：成像系统荧光显微多焦点双光子激光扫描显微双螺旋点扩展函数数字重聚焦空间光调制器

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X射线成像闪烁体的光场渲染

光子学报 2013年第12期42卷 1528-1533页

作者：王小龙罗守华李光杨晶东南大学生物科学与医学工程学院南京210096

提出了一种将数字光场成像技术应用到X射线闪烁体成像系统的方法.分析了闪烁体的发光原理和光强分布,设计了基于相机阵列的X射线光场成像系统,并用计算机模拟了闪烁体发光模型并进行了仿真.在3ds Max中采用相机阵列捕捉闪烁体发出的光线... 详细信息

提出了一种将数字光场成像技术应用到X射线闪烁体成像系统的方法.分析了闪烁体的发光原理和光强分布,设计了基于相机阵列的X射线光场成像系统,并用计算机模拟了闪烁体发光模型并进行了仿真.在3ds Max中采用相机阵列捕捉闪烁体发出的光线,获取不同视角的图像,合成了模拟微透镜阵列成像的光场数据,通过数字重聚焦方法得到闪烁体不同发光平面的图像序列.实验结果表明:未采用光场成像技术的X射线光学成像系统,景深较小,只能使闪烁体的一部分聚焦,其余部分会降低图像分辨率;而利用光场成像技术,在不改变光学系统基本结构的基础上,扩大了光学系统的景深,使整个闪烁体都在聚焦范围内,可以减小对闪烁体厚度的要求,获得比较好的图像质量,为实际模型的建立提供理论依据.

关键词：相机阵列 X射线闪烁体 3ds Max 数字重聚焦光场成像

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基于相机阵列的红外光场成像

光学学报 2017年第9期37卷 102-106页

作者：夏朝阳田勇志梁二军牧凯军郑州大学物理工程学院河南郑州450001

光场成像作为一种应用广泛的计算成像方法,其研究仍局限于电磁波谱中的可见光波段。因此,提出基于相机阵列的红外光场成像方法。首先利用单台被动红外相机移动到同一平面的不同位置分别对同一静态目标场景成像,获取原始红外图像序列,经... 详细信息

光场成像作为一种应用广泛的计算成像方法,其研究仍局限于电磁波谱中的可见光波段。因此,提出基于相机阵列的红外光场成像方法。首先利用单台被动红外相机移动到同一平面的不同位置分别对同一静态目标场景成像,获取原始红外图像序列,经平移视差校正后生成红外光场数据库;然后基于光场渲染理论,获得重采样图像。与只记录二维位置信息的传统红外成像比较,红外光场成像能够记录包含位置和方向的四维信息。实验结果表明,该法能够融合多幅低信噪比的图像获得一幅信噪比提高的重采样图像,通过孔径叠加平均可实现穿透遮挡物成像,通过选取不同深度值进行重采样可实现红外场景不同深度的数字重聚焦,使红外成像在军事和民用领域更有应用价值。

关键词：成像系统红外图像红外光场成像光场渲染相机阵列数字重聚焦