三维超声成像的新技术及发展趋势

三维超声成像是利用超声检测原理无损地显示人体内部形态结构的三维体积成像技术，具有操作安全、使用灵活、形象直观、信息量大以及应用前景广阔等优点，近年来得到较快发展。本文从三维数据的采集技术、三维成像的图象处理技术、三维图象显示技术、专用三维成像处理系统以及其它创新方面分析了三维超声成像的新技术及发展趋势。     

微光成像系统三维噪声测量及其分析

为了分别从时域和空域对微光成像系统的噪声特性进行测量和分析,分别建立了微光成像系统三维噪声模型及其测量系统,并对微光ICCD成像系统和CCD成像系统的三维噪声进行了测量与分析.测量结果表明:随着ICCD像增强器光阴极面照度的提高,空间噪声、时间噪声、信号总平均值和信噪比均升高,符合微光ICCD成像系统的实际性能.通过三维噪声分析,实现了区分微光ICCD(或CCD)成像系统中由成像面缺陷和死像素点形成的两种固定图案噪声,且对光锥耦合技术进行定性的评价.     

体全息成像系统的研究

体全息成像系统是结合一个作为光学场处理的体全息组件的成像系统.本文提出了一种利用体全息元件在三维成像中的应用的新的方法.体全息透镜由于其用于全息记录的感光胶膜的厚度和所具有的布拉格选择性,使得体全息成像系统可以利用光分层进行体全息三维成像且可选择识别物体的特殊属性(如空间位置、光谱信号等).     

磁感应成像测量系统的三维仿真模型

为了获得磁感应成像(MIT)三维正问题的解,基于ANSYS软件建立三维磁感应成像测量系统模型,并采用有限元分析方法进行求解.为了验证有限元方法可靠性,建立了Griffiths系统模型,在这一模型基础上进行了相应仿真试验分析.结果与理论计算值及Griffiths的试验结果一致,证明所提方法适用于求解磁感应成像测量系统三维正问题,为进一步研究MIT反问题及更复杂测量系统的设计提供基础.     

光栅投影三维成像系统中的摄像机修正与匹配

根据透镜成像理论,建立了光栅投影三维成像系统中摄像的成像模型,推导出了物体与成像之间的关系．提出了一种不用分离参数就可求出摄像机机内外参数的新方法．它降低了求解非线性方程的难度,使系统的运行速度显著提高,降低了左右摄像机的差异,提高了三维成像的质量．实验证明,此方法简便易行、稳定性好、精度较高、可操作性强．     

基于编码超表面的三维孔径编码成像研究

针对雷达系统在微波频段对静止目标成像分辨率低的问题,基于超材料和孔径编码成像体制设计了一套三维成像系统,同时提出了一种三维成像的优化算法. 系统将立体目标所在场景划分为4个成像平面上的成像网格,利用编码超表面在不同编码时辐射特性的不相关性构造测量矩阵,实现了在Ka波段对静止目标的高分辨成像. 仿真结果表明,此成像系统能够对2 m距离内的静止目标实现准确重构,方位向分辨率为20 cm,距离向分辨率为10 cm.      

光学显微三维成像特性的实验研究

讨论了激光共焦扫描显微镜的三维超分辨率成像特性,通过实验论证了在理论分析上所具有的三维超分辨率成像特性.理论分析和实验结果表明这种新的显微系统可以成高分辨率的二维层析图像并重构成三维图像.     

多波束水下三维成像系统在工程检测中的应用

多波束水下三维成像系统利用多波束原理进行水底测图和测量水底地貌,具有高效、实时和高分辨率等特点。本文以武汉阳逻港二期码头前沿区域为例,验证了多波束三维成像系统检测水下工程及水下地形图测量的可行性和实用性。多波束水下成像系统的发展对于水下构筑物的检测及水下地形图的测量有重大的意义。     

激光扫描成像系统的全息扫描装置设计

激光全息扫描成像系统具有体积小、重量轻、结构简单等特点 .它可用于小型物体的三维成像、大型物体某一侧面的浮雕式图像及地貌图的制作等 ,同时它又能克服传统电子扫描摄像系统无法采集三维空间信息的缺陷 ,这为计算机进行三维图像处理提供了必要的条件 .根据给定的分辨率和扫描区域纵横比设计了用于扫描成像系统的全息扫描装置 ,并对此进行了讨论 .     

无扫描三维成像激光雷达原理分析与成像仿真

介绍了无扫描三维成像激光雷达的系统结构及成像原理.无扫描三维激光雷达是一种不需要扫描机构的三维成像系统,由信号调制、信号发射、微通道板调制、信号积分接收等模块组成.发射的激光信号经过正弦调制,利用回波信号与本地振荡器的相位差计算得出目标上各点距离,这种测距方法称为面阵相位法.与传统的扫描式激光雷达相比,无扫描三维成像激光雷达具有结构简单、成像速度快、可靠性高等优点,同时对激光脉冲频率的要求很低,因此在武器的末制导、车辆的主动防撞、机器人视觉等方面有着广阔的应用前景.本文介绍了无扫描三维成像激光雷达的系统结构以及面阵相位测距法的基本原理,并在Matlab环境下针对点目标、面阵目标对成像算法进行了仿真.验证了面阵相位法的测距原理及无扫描三维成像激光雷达的成像原理,并分析了可能存在的信号功率误差和CCD读数时的末位不稳定对成像精度的影响,为无扫描三维成像激光雷达的设备研制提供了有益的参考.     

基于分布式压缩感知的自适应距离选通三维成像

基于距离选通成像时间切片间的相关性，提出分布式压缩感知三维成像方法，有效解决了三维成像庞大数据量与硬件存储性能的冲突.根据相关性构建基于联合稀疏模型的分布式压缩模型，辅助重构部分时间切片.设计一种自适应距离选通方法，根据设定阈值自适应调整选通时间，无需距离先验信息，增加了系统灵活性.结果表明:平均采样率为0.15时，该方法的成像质量比传统方法提高11.124dB，成像距离的平均误差降低6.240.分布式成像方法能够有效减少时间切片冗余信息的采集，为距离选通三维成像提供了一种新的思路.     

基于集成成像的增强现实三维显示技术

 分析了现有增强现实器件的不足，介绍了集成成像三维显示技术的原理和特点，盘点了以集成成像三维显示为核心的光学透视式增强现实器件和系统，介绍了这些器件和系统的原理，并分析了离轴光学技术、自由曲面技术、全息光学元件技术、双4f系统各技术的特点。     

激光三维强度关联成像系统研究

该报告对本年度所开展的激光三维强度关联成像系统研究进行了技术总结,报告主要内容有:(1)机载激光三维强度关联成像试验样机总体方案及系统设计;(2)基于信息论的赝热光源散斑场优化设计及实验研究;(3)预置赝热光源方案设计及实验研究;(4)机载分辨率矫正方案研究;(5)可见光单光子计数探测灵敏度下激光三维强度关联成像研究;(6)啁啾调幅脉冲压缩激光强度关联成像研究;(7)改善关联成像的稀疏图像重建算法研究;关联成像中目标检测和识别研究。通过上述研究和技术开发,基本解决激光三维强度关联成像在遥感试验时存在的问题,关键技术得到了大幅度提升,并进一步拓展了其潜在的应用方式。     

一种标定立体成像系统的新方法

在立体成像系统中，两相机的位置、取向、倾角由于机械上的困难，很难保证固定不变。因此，在匹配问题解决后，必须对成像系统进行标定，才能最终提取关于景物的三维信息。基于此，提出了一种成像系统的模型及其误差量定义，同时给出了用最小二乘法拟合立体成像系统参数的算法。     

一种标定立体成像系统的新方法

在立体成像系统中，两相机的位置、取向、倾角由于机械上的困难，很难保证固定不变。因此，在匹配问题解决后，必须对成像系统进行标定，才能最终提取关于景物的三维信息，基于此，提出了一种成像系统的模型及其误差量定义，同时给出了用最小二乘法拟合立体成像系统参数的算法。     

基于单片机的LED立体成像系统设计

立体成像可真实地再现立体空间中的事物形态,具有显示信息量更大,互动性强的视觉体验.本文设计了一种以单片机作为控制核心的LED立体成像系统,针对3D动态图案成像的功能需求,采用双层控制策略,即通过串口PC机向单片机发送命令,再由单片机对LED立体成像系统进行驱动和控制.试验结果表明本系统的设计方法可为大型三维立体成像系统的研发提供一定的技术支持.     

嫦娥三号激光三维成像系统全链路误差分析与仿真

针对嫦娥三号激光三维成像系统的单脉冲激光发射、多元探测器并行接收的二维振镜摆扫复杂结构的误差分析与控制问题,提出一种多元激光成像系统的全链路误差分析与仿真方法,建立了测距链路系统性误差因素、测距链路偶然性误差因素和振镜测角链路等成像全链路的误差模型.同时针对嫦娥工程激光精避障探测20 cm的测距精度要求,实现了其成像链路中系统误差参数项和随机误差参数项对成像质量影响的仿真与误差分解.结果表明,测距固定延时误差、振镜编码器误差、视准轴误差和水平轴误差等因素是影响激光三维成像精度的主要系统因素,并对不同误差因素提出了有效的控制方法.     

摄像机模型及其参数计算

在射影几何的基础上描述了一个摄像机及成像系统的模型,给出了模型参数的两种计算方法。该方法已用于一个三眼立体视觉系统摄像机及成像系统模型参数的计算,所得参数用于三维坐标的计算,最大相对误差小于3.4%。该模型适用于类似成像系统的校正、反透视投影、2.5维及3维信息的计算。     

基于VC和OpenGL的三维图形的开发

介绍了利用VC 6．0和OpenGL进行三维图形开发的基本步骤、方法。并以红外成像系统所产生的光斑图像为原始数据．详细介绍了如何利用OpenGL强大的图形、图像及动画处理功能，开发出成像系统焦平面上的光斑图像的三维能量分布图．并绘制出任意方向的截面图。开发过程中利用图像采集卡采集的每个点的行、列和光强(灰度)作为三维图形的x,y，z坐标，采用绘制网格图的形式绘制三维图形。实验结果表明：利用VC 6．0和OpenGL作为开发工具来进行三维图形的开发非常方便．有效。     

视频图像中监控目标的空间定位方法

为解决视频监控系统中目标空间定位存在困难大、耗时等问题,根据OpenGL透视成像与摄影测量一致性原理,提出基于三维场景仿真成像,并依靠视频图像与仿真图像间的对应关系进行地理场景中目标的空间定位方法.在视频成像时摄像机内外方位元素已知的情况下,在三维虚拟场景中形成虚拟相机来模拟实际摄像机成像过程,并将监控目标所在视频图像中的像素坐标等比代入仿真图像,通过虚拟成像的逆过程反推出目标的空间坐标.为有效分析系统的定位精度,采用地面激光扫描仪+同步拍照相机组成的三维场景采集系统来模拟实际的高精度摄像机+数字云台组成的视频监控系统.实验结果表明,目标点与相机的水平距离介于10~90 m内,各目标点的空间定位在X、Y、Z三个方向的误差大多在±0.3 m之间,说明本方法是可行的.这对于通过视频监控图像实现户外目标的定位,具有重要的参考价值.