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    2017年 第35卷 第2期    刊出日期:2017-03-15
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    2017, 35(2):  0-0. 
    摘要 ( 239 )   HTML ()   PDF (249KB) ( 549 )  
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    前言
    影像获取与信息系统专刊-前言
    2017, 35(2):  97-98. 
    摘要 ( 299 )   HTML ()   PDF (754KB) ( 655 )  
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    论文
    无透镜数字全息显微成像技术与应用
    盛海见, 吴育民, 文永富, 李根, 程灏波
    2017, 35(2):  99-105.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.099
    摘要 ( 910 )   HTML ()   PDF (2536KB) ( 2573 )  
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    针对微结构和微光学元件等微小物体的表面定量检测,本文介绍了一种利用无透镜数字全息的快速、无损的显微成像方法。首先介绍了基于球面波的无透镜数字全息显微成像技术的基本原理,采用CCD作为光电转换器件,基于迈克尔逊干涉光路,设计了无透镜数字全息显微成像系统,利用反射镜构成折反式光路,系统结构简单、紧凑,提升了系统便携性。然后利用USAF1951分辨率板对构建的成像系统进行了标定实验,得出其横向分辨率为6.69 μm,放大倍率为3.375,系统工作距离为12.0 mm。此外,还对晶圆表面结构进行实际测量。实验验证了该系统的可行性和有效性,有望进一步应用于MEMS、微光学元件、光学元件等表面形貌的定量测量中。

    利用激光诱导炽光研究高压环境下液体燃料层流扩散火焰碳烟分布的二维图像
    周磊, 张红兴, 王震
    2017, 35(2):  106-113.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.106
    摘要 ( 563 )   HTML ()   PDF (1122KB) ( 839 )  
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    研究了在高压环境下压力对液体燃料的碳烟的层流扩散火焰碳烟生成的影响。利用激光诱导炽光和消光法相结合的方法,获得了层流扩散火焰的碳烟分布二维图像,测量和分析了正庚烷的层流扩散火焰的碳烟体积分数生成随压力变化的规律。然后,引入特别设计的“滴入式火焰”装置,该设计为两种以上液体混合燃料的层流扩散火焰碳烟生成的测量提供了保障。最后,定量地分析和对比了饱和环状分子结构(环己烷和环己醇)和直链分子结构(正己烷和1-己醇)的液体燃油的层流扩散火焰的碳烟生成趋势,结果表明,环状分子结构燃油的碳烟生成倾向要强于它们对应的线性分子结构的燃油。

    用计算全息法检测卡塞格林系统主镜
    王兆明, 张继友, 栗孟娟, 阴刚华, 李凌
    2017, 35(2):  114-119.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.114
    摘要 ( 501 )   HTML ()   PDF (2304KB) ( 1183 )  
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    为实现对卡塞格林光学系统中的非球面主镜表面面形的高精度检测,设计了一种二元位相型计算全息图(CGH)。介绍了工作原理,对CGH的相位模型参数的优化设计、衍射次级分离以及台阶位置与深度计算等关键问题进行了讨论。通过引入虚拟玻璃的概念快速建立非球面检测模型,针对卡塞格林系统主镜中心开孔的特点,通过加入同轴载波实现了衍射次级的完全分离,相比目前常用的倾斜载波方法简化了相位量化复杂度,数值仿真计算出了最优的台阶深度,降低了加工难度。给出了相应的设计方法及实例,研制投产了CGH。测试得到主镜面形的均方根误差为0.018λ,并与传统补偿器结果(RMS=0.019λ)进行对比,两者测试结果吻合,验证了该设计与检测方法的正确性,该设计方法简单快捷,适用于卡塞格林光学系统主镜面形检测。

    反向摄影大尺度空间结构光三维测量
    肖永亮, 文永富, 李思坤, 张启灿
    2017, 35(2):  120-130.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.120
    摘要 ( 522 )   HTML ()   PDF (2139KB) ( 2186 )  
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    结合结构光三维测量与近景摄影测量各自的优势,实现高精度高分辨率三维测量,成为大尺寸空间光学三维测量的有效手段。其测量过程需在待测物体上粘贴一定数目的标记点,而粘贴标记点会带来一系列的缺点和限制。本文提出舍弃粘贴标记点的步骤,从理论上分析了反向摄影大尺度空间结构光三维测量的可行性。在结构光三维测量系统上安装辅助的反向摄像机,在结构光系统进行大尺寸物体局部三维数据单次测量时,用辅助摄像机反向观测作为定向靶标的大型液晶显示器,根据反向摄像机对液晶定向靶标的多次成像约束,反向追踪结构光三维测量系统相对于定向靶标的位姿,在反向摄像机位姿传递的辅助下,将所有结构光系统单次测量的三维数据统一在定向靶标坐标系下,实现大尺寸空间高精度高分辨率三维测量目的。反向摄影结构光三维测量技术体现了信息反向传递的优势,可实现无接触大尺寸空间结构光的三维测量。

    三维人脸识别算法研究
    胡敏, 文永富
    2017, 35(2):  131-139.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.131
    摘要 ( 635 )   HTML ()   PDF (2040KB) ( 2128 )  
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    近年来,基于三维图像的人脸识别技术已经取得了很大进展,在约束环境下也能获得很好的识别性能,但仍受限于姿态、表情等因素,需要从算法上改进才能解决其影响。本文分别从基于空域直接匹配、基于局部特征匹配和基于整体特征匹配3个角度出发,对人脸匹配算法以及融合算法进行了研究,列出了部分改进算法的实验结果,并分析了算法有效性的原因,总结了目前面临的三维人脸识别算法难以突破的一些困难及未来的研究趋势。

    用于天文成像探测的IRFPA性能参数测试
    冯志伟, 杨潇, 白先勇, 段帷, 宋谦, 吴宏, 张志勇
    2017, 35(2):  140-146.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.140
    摘要 ( 523 )   HTML ()   PDF (2217KB) ( 1278 )  
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    天体的红外成像探测在天文学领域中有其特殊和重要的作用,高性能红外探测器是红外天文观测的关键器件,因此红外焦平面阵列探测器性能参数的测试评价对于红外天文观测具有非常重要的意义。针对天文应用的特殊性,通过分析红外焦平面阵列(Infrared focal plane array,IRFPA)探测器的特点,给出了增益、读出噪声、线性和暗流等性能参数的测试原理和方法,建立了测试平台,该测试平台可实现1~14 μm波长范围的IRFPA探测器性能参数测试;完成了一台采用国产3~5 μm HgCdTe芯片研制的IRFPA探测器性能参数的测试。测试结果表明,该IRFPA探测器的线性度非常好,可以达到99.9%以上,但读出噪声和暗电流较大,与国外为天文观测研制的高性能探测器相比尚有很大的差距。

    激光共聚焦显微拉曼快速测定食用调和油脂肪酸
    董晶晶, 吴静珠, 陈岩, 刘翠玲
    2017, 35(2):  147-152.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.147
    摘要 ( 522 )   HTML ()   PDF (1038KB) ( 988 )  
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    目的:采用激光共聚焦显微拉曼光谱技术快速测定食用调和油饱和脂肪酸(Saturated fatty acids,SFA)、单不饱和脂肪酸(Monounsaturated fatty acids,MUFA)和多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acids,PUFA)含量及比例。方法:通过导数预处理净化拉曼光谱信息,采用偏最小二乘法建立优化后的SFA、MUFA、PUFA的拉曼定量预测模型,为计算脂肪酸比例提供准确的数据基础。结果:SFA、MUFA和PUFA定量分析模型的决定系数R2均大于0.99,相对分析误差RPD均大于3,表明模型具有较高的稳定性和良好的预测能力。结论:激光拉曼光谱法结合化学计量学方法可以快速、准确地测定食用调和油SFA、MUFA、PUFA含量及比例,为快速检测食用调和油品质提供切实可行的检测手段。

    一种基于LASSO回归模型的彩色相机颜色校正方法
    郭越, 高昆, 朱钧, 豆泽阳, 黄亚东, 冯云鹏
    2017, 35(2):  153-161.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.153
    摘要 ( 554 )   HTML ()   PDF (3637KB) ( 2107 )  
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    彩色相机的颜色校正是实现成像色彩一致性的必要保障手段。传统的相机颜色校正中,对测量数据多采用多项式回归分析来确定颜色定标系数,存在着精度不高的缺点,因此,本文对测量数据提出了基于LASSO的高阶多项式回归拟合方法,利用LASSO压缩系数的特点,在保证计算复杂度的前提下,有效提高了回归模型的校正精度。在D65标准光源下对ColorChecker 24色卡进行了实际成像实验,并用CIELAB色差公式表征了校正效果,实验结果表明,新方法的校正效果明显优于传统的线性回归、二次多项式回归方法,平均色差指标可以达到5个CIELAB色差单位。

    一种基于概率Hough变换的遥感图像中线目标检测新方法
    巩学美, 高昆, 王研, 林娟, 朱建峰
    2017, 35(2):  162-167.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.162
    摘要 ( 478 )   HTML ()   PDF (1440KB) ( 958 )  
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    线状目标检测是遥感图像中人造目标识别的重要环节,其技术关键是如何有效地从背景中提取目标的长直边缘。Hough变换是从图像中检测直线的经典方法,但遥感影像的画幅大、背景复杂,标准的Hough变换会检测出大量短直线而影响对有用目标的检测效果。本文提出了一种改进的概率Hough变换方法,首先对原始遥感影像分块,利用Canny算子检测出每个子图像的边缘,再通过Hough变换检测出每个子图中的直线,并对其中的短直线聚类分组以排除干扰,最后再从剩下线段中提取并筛选出平行线以完成长直线目标检测。实验表明,这种方法对复杂背景下的遥感影像中的线状目标有良好的检测效果。

    成像级CdSe中红外波片的表面处理工艺研究
    杨辉, 张志勇, 冯志伟, 熊祝韵, 曾体贤
    2017, 35(2):  168-173.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.168
    摘要 ( 455 )   HTML ()   PDF (3107KB) ( 977 )  
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    本文利用改进的垂直无籽晶气相升华法生长出尺寸达Φ30×40 mm的优质硒化镉(CdSe)单晶体。解理晶体,通过X射线衍射仪测试精确的获得(001)晶面。然后定向切割、研磨、抛光,获得了尺寸为20×20×3 mm3的CdSe中红外波片初胚。以弱碱性溶液与刚玉粉的混合液作为抛光液,利用化学机械抛光法对CdSe中红外波片进行表面抛光处理。结果显示,抛光处理有效的减少了波片表面的损伤层、划痕及结构缺陷,晶片表面的粗糙度降低,在2~20 μm波段透过率较高(达到70%),满足中红外波片的应用需求。

    通过微观形貌对Ba(Ti,Sn)O3压电陶瓷的结构及压电性能分析
    刘洁晶
    2017, 35(2):  174-178.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.174
    摘要 ( 414 )   HTML ()   PDF (1154KB) ( 1148 )  
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    本文采用传统固相合成法制备了(Ba1-xCax)(Ti0.98Sn0.02)O3(BCTS,x=0.00、0.01、0.02、0.03)无铅压电陶瓷,研究了不同烧结温度下Ba(Ti,Sn)O3压电陶瓷材料的微观形貌对相结构及压电性能的影响。X-射线衍射(XRD)分析表明,所有陶瓷样品均为单一、纯钙钛矿结构,无第二相生成。通过扫描电子显微镜(SEM)图片可知,陶瓷样品在烧结温度为1450℃时,晶粒更加均匀、陶瓷结构更加致密,气孔较少并且晶粒成螺旋状结构生长。当陶瓷烧结温度为1450℃,并且x=0.01时,陶瓷的综合性能达到最佳,其压电常数(d33)达到346 pC/N。

    基于光强传输方程的多模式成像
    张赵, 李加基, 孙佳嵩, 张佳琳, 左超
    2017, 35(2):  179-184.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.179
    摘要 ( 781 )   HTML ()   PDF (1649KB) ( 1439 )  
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    在显微成像中,对于相位的恢复和定量相位的成像,基于光强传输方程的定量相位成像是一种有效的方法。在沿光轴分布的光强中采集一系列强度图像,利用数值差分估计光强在聚焦面处的一阶轴向微分并通过求解光强传输方程直接得到相位信息。该方法不需要复杂的干涉装置和参考光束,且能够在传统的明场显微镜下实现定量相位成像。近年来,光强传输方程在国内外得到广泛研究和关注,在自适应光学、X射线衍射光学、电子显微学、光学显微成像等领域中显现出巨大的应用前景。本文提出了一种基于光强传输方程的多模式成像系统,将传统的显微镜和计算成像结合起来,赋予了传统显微镜获得定量相位的能力。采用该系统对未染色的花粉粒以及海拉细胞的有丝分裂过程进行了显微观察,验证了系统的多样性与可靠性。

    基于虚拟相位平面的相位展开方法
    李凤娇, 张启灿, 刘守起, 吴应山
    2017, 35(2):  185-192.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.185
    摘要 ( 535 )   HTML ()   PDF (5131KB) ( 1569 )  
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    在基于相位分析的三维测量系统中,为了准确地得到物体的高度,相位展开扮演着很重要的角色。传统的相位展开方法常常需要额外的投影图,而傅里叶变换轮廓术只需要采集一幅或两幅变形条纹图就可以实现对物体轮廓的测量,其方法速度快,易于实现。针对傅里叶变换轮廓术方法计算得到的截断相位分布,本文提出了一种利用截断相位与参考平面相位差值2π的整数倍数获得截断相位的正确级次,辅助相位展开的方法。当被测物体较复杂,或者相位截断次数较多时,该方法在已有参考平面相位的基础上虚拟新的相位平面,依次比较截断相位和虚拟相位,进行多次分级相位展开,结合多个展开相位结果,最终得到正确的展开相位。该方法展开速度快,展开错误不会蔓延传递。仿真和实物实验结果证明了该方法的可行性,说明该方法可用于傅里叶变换轮廓术中进行截断相位的快速展开。

    应用与发展
    数字图像相关技术在应力应变测量中的发展与最新应用
    张顺庆, 高晨家, 张龙
    2017, 35(2):  193-198.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.193
    摘要 ( 668 )   HTML ()   PDF (1055KB) ( 1701 )  
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    在现代材料的应力应变测量中,数字图像相关测量法具有非接触、全场性、对实验条件要求低、精度高等优点,是一种有效、实用的应力应变测量方法,被广泛的应用于实验力学及其他学科领域。本文综述了数字图像相关技术在材料应力应变方面的发展;将数字图像相关技术与其它测量技术进行了比较;介绍了数字图像相关技术的系统结构与相关算法、搜索方法;最后列举了数字图像相关技术在材料应力应变中的最新应用和新产品。

    菲涅耳非相干相关数字全息研究进展
    门高夫, Pascal Picart, 王华英, 江夏男, 楼宇丽
    2017, 35(2):  199-207.  DOI: 10.7517/j.issn.1674-0475.2017.02.199
    摘要 ( 520 )   HTML ()   PDF (1528KB) ( 2903 )  
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    非相干数字全息术是当前国际前沿重要研究领域之一。传统全息术由于采用相干光源照明会在全息图记录过程中引入大量散斑噪声和寄生干涉,且对设备和记录条件要求很高,极大地限制了其应用范围。采用非相干光源照明的非相干全息术则可完全避免这些问题。菲涅耳非相干相关全息术是非相干全息术中最重要的类型之一。本文简要说明了菲涅耳非相干全息术的原理与特点,重点分析了该技术在抑制直流项和共轭像干扰、提高成像分辨率、改善再现像质量及相关应用等方面的研究进展。