一种改进的太赫兹主动成像系统

利用卡塞格伦反射镜组自行搭建了一套反射式太赫兹主动成像系统,以商用肖特基二极管探测太赫兹信号,进行室温下的太赫兹快速成像.系统采用二维旋转式扫描,相较于光栅扫描,其扫描速度得到了大幅提高.通过大量实验发现该太赫兹成像系统,仅对铜柱成像效果较好,对其他物体成像效果不佳,甚至无法成像.通过对其可能存在的问题进行分析,利用数学建模的方法重新构建系统扫描轨迹,解决了成像物体形变的问题.此外,采用狄洛尼三角剖分算法对采集的数据点进行插值运算,进一步改善了系统的成像质量.实验结果表明,改进后的太赫兹主动成像系统不仅成像结果形变小,而且对一些复杂结构的物体,仍能获得较好的成像效果,对于促进该系统应用于安检等领域有着重要的意义.     

静电成像系统的设计

针对普通静电探测极板无法利用目标周围电场获取目标图像的问题,采用静电探测极板屏蔽技术研究了静电成像系统.该系统由具有屏蔽外筒的探测单元组成静电探测阵列、高灵敏度的静电检测模块,控制系统和图像处理模块构成.实验结果表明,该系统能够采集获得目标的静电图像,为今后静电成像技术的应用奠定了基础.     

近程毫米波合成孔径辐射计被动测距原理

毫米波合成孔径技术利用了物体自身辐射电磁波的相位信息,采用很少阵元就能实现实时成像,但目前合成孔径技术只是限于亮温成像,缺少了目标的距离信息,这对于目标探测与识别很不利。提出在近程条件下合成孔径被动测距原理和相应的双正交傅立叶变换算法,并给出了近程距离分辨率公式,近程成像的特点是成像公式中存在二次相位因子,而且距离分辨率和距离的平方成反比。毫米波合成孔径被动成像可以同时得到物体辐射的亮温分布和距离分布,能够有效克服离焦引起的图像模糊,对图像的反降晰和目标识别具有重要意义。     

波包分解技术在合成孔径聚焦成像中的应用

在各种无损检测方法中,超声回波法是探测钢筋混凝土结构最有潜力的方法之一.为了增加探测范围,一般使用比较低的超声频率进行探测,但是在对混凝土内部成像时,各种干扰信号的出现造成了低信噪比.合成孔径聚焦技术（SAFT）能够对反射信号进行有效聚焦,提高图像分辨力.由于激励波形频率低,时宽大,反射波包在聚焦过程中会产生很大的变形,影响了探测分辨力.因此引入了波包分解技术,能够将反射波包整体进行聚焦运算,克服了波包变形问题,能够更有效聚焦,提高混凝土探测成像的分辨力.此外,由于参与SAFT运算的点大量减少,可以提高成像运算速度.利用仿真实验对这种方法进行了验证,结果表明,这一方法的成像目标定位能力大大增强,能够获得更好的成像效果.     

基于物体对称性实现旋转多普勒效应的优化测量

为了快速高效地测量对称物体的转速,基于数字螺旋成像理论,提出了一种测量旋转多普勒频移的优选方案.通过在空间光调制器上加载多重对称性物体的旋转光栅来模拟旋转物体.实验中通过测量三重对称物体和十重对称物体的反射谱,分析其频谱特性,验证了该方案可以快速高效地得到高信噪比的信号,进而测得转速,且测量误差在0.7%左右.该方法对测量具有多重对称性的物体的转速高效准确,有望应用在遥感技术领域,甚至在天文领域探测天体转速.     

线阵扫描式激光成像探测系统建模与仿真

以激光成像引信为应用背景,在分析线阵扫描成像探测机理的基础上,建立了激光分束发射脉冲、线阵探测元接收回波信号及其检测算法、目标反射特性和大气传输效应模型,给出了固定成像视窗线阵扫描成像仿真方法.通过设置弹目交会以及各模型参数,以坦克目标为例进行了系统成像仿真.结果表明,仿真系统能够对线阵扫描成像方式进行有效模拟,生成目标的距离和强度激光仿真图像,并对影响成像效果的因素进行分析.     

循环步进延时距离选通水下微光三维成像

为消除水下主动成像背向散射效应的影响,提高水下成像的作用距离,同时扩大成像探测的范围,提高水下目标的探测与识别概率,在研究距离选通水下主动成像探测的基础上,提出了循环步进延时控制距离选通同步脉冲产生机理,使同步选通脉冲循环延迟时间序列与拟探测区域的距离序列相匹配,实现不同距离情况下水体的扫描成像,再通过三维图像生成实现水体的三维成像显示;研究了循环步进延时控制的机理,设计了基于循环步进延时同步控制的距离选通水下微光三维成像装置.实验表明:与常规距离选通成像方式相比,该方法扩大了成像探测的范围,提高了目标的探测与识别概率.     

MDEIT中电流密度成像替代电导率成像的可行性分析

针对新型磁探测电阻抗成像技术的正问题,利用有限元方法求解得到目标体内部的电压和电流密度分布,然后根据Biot-Savart定律获得目标体外部的磁感应强度数据,并且分析了有限元方法计算正问题的精度.结果表明,其足以用于磁探测电阻抗成像的电导率图像重建.在此基础上,通过仿真实验发现环形电极模式避免了电流的扩散效应,远离电极部分的z方向电流密度图像与电导率图像一致,以电流密度成像替代电导率成像,使得磁探测电阻抗成像简化为磁探测电流密度成像,缩短了数据测量时间和图像重建时间,为快速成像奠定了基础.     

多光谱成像技术在颜色复制方面的应用及发展

由于多光谱成像技术不仅能够获得物体的空间维信息,而且还可以获取物体表面的每一个像素的光谱维信息,因此,应用多光谱成像技术来复制出目标物体的颜色,成为颜色科学这一领域的研究热点.对多光谱成像技术在颜色科学的应用及发展进行了简单的回顾,并指出基于Kubelka-Munk理论的多光谱成像技术复制颜色的算法,会提高反射比低的目标颜色复制的精度,因此这种算法将会有更加广阔的应用前景.     

基于双向预测插值的多维矢量鬼成像视频

为了进一步提升运动物体鬼成像视频的质量,根据视频中每帧都具有相关性的特点,提出了一种基于双向预测插值的多维矢量鬼成像视频的实时成像算法.即运用具有能量集中特点的多维矢量Walsh变换,将总数一定的Walsh基图样分成更少的组,使每组的有效基图样翻倍,再分别作用于目标物体,重构后得到数量少但成像质量更好的隔帧图像,再通过双向预测插值得到中间帧.使用该算法作用于像素为64×64的目标物体,可在实时状态下实现运动物体鬼成像的视频.在采样数量和采样时间不变的情况下,可实现高质量重构,得到了品质更好的鬼成像视频.     

超声成像中基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法

针对传统动态接收聚焦DRF波束合成方法在超声成像中分辨率和探测深度方面存在的不足,提出一种基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法.首先利用单一固定焦点进行第一次聚焦;然后利用虚拟阵元的概念计算第二次聚焦的延时参数;最后再根据延时叠加波束合成的原理及动态聚焦技术进行第二次聚焦,得到最终成像的扫描线数据.为验证该方法的有效性,进行了点散射目标成像实验.实验结果表明:双聚焦波束合成的超声成像方法在一定程度上有效地调和了分辨率与探测深度之间的矛盾,提高了超声成像的质量.     

中国科大实现高精度非视域成像

正中国科学技术大学教授潘建伟、张强、徐飞虎等与济南量子技术研究院合作,利用频率上转换单光子探测技术,实验实现了毫米级非视域三维成像,是目前非视域成像的最高精度,为该技术的实用化发展开辟了新道路。研究成果于2021年7月28日发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上,并被美国物理协会下属网站Physics SYNOPSIS栏目专题报道。传统光学成像手段只能对相机视场范围内的目标物体进行成像。     

基于微透镜阵列的光场成像系统

传统成像系统在拍摄过程中需要对目标物体准确对焦,这在拍摄快速变化的物体时显得非常无力.为了克服这一缺陷,本文以Levoy的光场渲染理论为基础,利用光学设计软件ZEMAX在普通成像系统中加入一个微透镜阵列,设计出一个由成像主镜、微透镜阵列和像面CCD探测器三部分组成的光场成像系统,并仿真模拟了光场图像的采集.这样的设计能够同时记录光线的强度和方向信息,对光场图像的后处理以傅里叶切片理论为基础,通过Matlab编程,实现了光场图像的重新聚焦.本文使用普通相机镜头、微透镜阵列和CCD探测器搭建了光场成像实验系统,实验采集光场图像并进行重聚焦处理,实现了三维物体的光场成像,验证了理论及算法的正确性.     

SAR距离-多普勒成像算法中的距离徙动及校正

在SAR距离-多普勒成像算法中，距离徙动会使距离向和方位向发生耦合，成像质量下降.典型的距离徙动校正插值算法有：最近邻插值、牛顿插值、辛格插值等.但以上算法的光滑性和收敛性不好，而三次样条函数具有连续的二阶导数，且可采用分段函数的形式，具有很好的光滑性和收敛性.作者用三次样条函数插值进行距离徙动校正，进行了点目标SAR仿真成像，得到了满意的仿真结果.     

显微鬼成像系统的分辨率研究

传统光学显微镜的分辨率受到波长和物镜数值孔径的限制,难以再有很大的提高.近年来,逐渐发展成熟的鬼成像技术为进一步提高显微成像系统的分辨率带来了新的方法,它通过对探测光路和参考光路信号的关联运算来重建目标物体.本文分析了双臂式显微鬼成像系统各面上的二维光场分布,给出了系统的二阶关联函数并推导出了具体的分辨率公式.通过理论分析和仿真实验,发现系统相比普通光学显微镜能够显著地提高成像的分辨率,并且分辨率随参考臂透镜数值孔径的增大而增大.系统可用于提高光学显微镜或数值孔径受限的光学系统的分辨率.     

一种SAR的点目标回波生成方法

根据星载SAR的运动规律及成像机理，建立了地球椭球、卫星椭圆轨道、卫星三轴姿态抖动模型，给出点目标的模拟方法，得到点目标的模拟数据；采用改进的R-D算法对该数据进行了成像处理，得到了点目标的成像结果。     

基于HSV颜色空间的水下物体识别技术研究

为了辨识水下物体,需要把物体和水下环境进行分离,在此基础上才有可能对物体进一步分析.因此为克服水下电视监视系统中仅适用物体反射光光强信息的不足,本文提出了一种水下物体的光学识别技术,该方法将斯托克斯成像技术和HSV颜色空间相结合,将同种颜色但材料不同的物体的偏振信息在HSV空间中展现出来.由于HSV色彩空间的色度、饱和度和亮度三者相互独立,我们用饱和度代表反射光的偏振方位角信息,色度代表其偏振度信息,两者随物体种类不同而有一定差异,反射光的偏振信息为不同物体的识别奠定了基础.实验测量了在线偏振光照射下不同材料的水下斯托克斯图像,实验时光同时照在介质和金属反射面上.用软件实现了偏振信息在HSV空间的转换,实验表明,可以根据HSV空间中呈现的不同的偏振信息有效地区分物体的材质和种类.基于斯托克斯成像和HSV颜色空间结合形成的水下不同物体的识别技术,由于大大提高了水下物体成像的识别度和对比度,有望在套管井检测、海洋探测等领域中发挥重要作用.     

逆问题的分解方法

A．Kirsch等 著 逆问题广泛出现于物理、生物、医学等领域,在地震探测、光学、图像处理、医学成像、语音处理等问题中有着广泛的应用。逆问题中有很大一类是形状确定问题,也就是如何利用探测到的数据去计算一个未知区域的边界,例如利用声波、电磁波或者弹性波的远场或近场数据去探测未知物体形状的反散射问题,通过物体表层电势的变化来反演内部电导率异常区域的电阻尼成像（Elecctric Impedance Tomography）技术都属于这一类问题。这类问题一般是非线性和不适定的。     

基于非相干数字全息的多光谱成像技术

结合菲涅耳非相干数字全息和光谱成像技术的优点,提出能同时获得物体三维空间信息和光谱信息的四维成像系统,即在非相干数字全息系统中引入可调滤波器.在非相干光源照明下,记录三维物体在不同记录波长下的全息图,经数值处理获得物体不同波长的再现像.从波动光学的角度分析了该系统的点扩散函数,给出了再现距离与记录波长之间的关系.采用该系统对分辨率板单通道成像实验和多光谱成像实验进行了验证.     

汽车涂胶机双目视系统定位原理

通过对计算机视觉中运用双目立体成像来实现空间目标准确定位的可行性进行了研究,对摄像机进行了标定,通过设计的点作为特征,从而方便地获取了特征点的质心特征量;通过对物体进行秩序约束方便地实现了对特征点的对应,最终成功地提取了目标的空间坐标。