1 长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054
2 西安测绘研究所，陕西 西安 710054
以ICESat-2为代表的光子计数激光雷达对地观测手段具有地面足印小、采样频率高、波束数量多等特点，获取点云的平面精度和飞行方向数据密集程度得到很大提升，可作为一种新型三维控制条件以提高卫星影像定位精度。为解决光子点云没有同步影像记录平面位置的应用难题，提出一种星载光子计数激光点云支持下的卫星影像定位精度提升方法。首先采用三维地形剖面匹配方法实现对光子点云数据与卫星立体影像自动生成的数字表面模型（DSM）的精确配准；然后依据坡度变化从光子剖面点云中提取地形特征点，联合DSM多种地形特征生成共同地形特征控制点；最后将该地形特征控制点作为平高控制条件引入带附件参数的卫星影像区域网空中三角测量过程，以进一步提升定位精度。利用陕西省两个地区的ZY-3影像和ATLAS ATL03级数据进行实验，结果表明与完全无控定位方法和SRTM数据辅助定位方法相比，所提方法能够显著提高ZY-3影像平面和高程定位精度，提升幅度相对于SRTM数据分别可以达60%和34%左右，验证了所提方法的有效性和可行性。
星载光子剖面点云 地形匹配 地形特征点 平高控制点 联合区域网平差 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1028013
1 西安测绘研究所，陕西 西安 710054
2 地理信息工程国家重点实验室，陕西 西安 710054
激光点云数据具有测量精度高、处理效率快、三维视觉强、应用领域广等特点，将是新一代国家全球测绘数据库核心数据集之一。星载激光对地观测技术快速发展，为获取全球三维点云数据提供了可能，为构建高精度三维数字地球空间信息框架提供了一条快速有效的技术途径。首先分析了当前全球高精度三维测绘现状及面临的问题，然后给出了基于全球激光点云的三维数字地球空间信息框架快速构建的技术体系，主要包括星载光子计数体制激光点云数据探测、处理、应用等技术流程。最后分析了基于点云快速构建的三维数字地球框架的特点和优势，指出了下一步发展需要关注的主要问题和发展方向。
全球激光点云 全球控制点库 全球三维高程数据 三维数字地球空间框架 全球测绘数据库 激光与光电子学进展
2022, 59(12): 1200002
1 特种显示技术国家工程实验室，合肥工业大学 光电技术研究院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院，安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
4 合肥溪流光电科技有限公司，安徽 合肥 230009
在傅里叶叠层成像（FPM）过程中采集的低分辨率图像会对重建图像质量产生直接影响，已有的研究提出用图像超分辨率重建技术和对低分辨率图像进行传统去噪处理的方法来解决该问题，但超分辨率重建的方法需要采集大量的原始图像，会加大采集端的时间损耗，而传统去噪算法会造成原始信息丢失，严重影响重构图像质量。因此论文引入凸优化算法，噪声图像的恢复可以通过求解一个凸优化模型来实现，并用迭代收缩阈值算法来求解该模型，算法中采用Barzilai-Borwein（BB）规则在每次迭代时初始化线搜索步长，加快收敛速度，选用软阈值函数，使图像去噪时原始信息丢失减少，最终重构图像的PSNR为27.634 6 dB，SSIM为0.926 1，所需处理时间为5.850 s，因此基于凸优化的傅里叶叠层成像技术具有时间损耗不大的情况下提高重构图像质量的优点。
傅里叶叠层成像 图像去噪 凸优化 迭代阈值 Fourier ptychographic microscopy image denoising convex optimization iterative threshold 
花生是一种重要的油料作物, 易受曲霉菌感染从而产生黄曲霉毒素, 其中黄曲霉毒素B1(AFB1)对人畜具有较高威胁。 传统AFB1检测方法操作繁琐、 破坏物料以及耗时长等问题较为突出, 因此发展一种快速、 无损且适合在线的检测方法对花生生产及加工具有重要意义。 将从市场购买的市购花生, 于28 ℃和85%相对湿度环境中储藏至霉变。 在0, 4, 6, 7和8 d时间段, 再分别以0.15 m·s-1的速度动态采集其光谱和图像信息, 采集信息后利用酶联免疫吸附法(ELISA)测定花生中AFB1含量。 对光谱采用多元散射校正、 基线校正、 标准正态变量校正以及Savitzky-Golay平滑等方法预处理, 并对600~1 600 nm范围内的光谱数据进行主成分分析, 根据主成分权重系数确定8个特征波长(630, 1 067, 1 150, 1 227, 1 390和1 415 nm); 对图像采取灰度化和阈值分割等方法处理, 并提取12种图像颜色特征参数。 最后利用线性判别分析(LDA)以及支持向量机(SVM)建立花生样品的定性判别分析模型(以国家标准20 μg·kg-1为界限)。 ELISA结果表明, 花生AFB1超标率为58%; 可见-近红外图谱分析表明, 在1 180 nm等波峰处随着毒素侵染程度的加深, 吸光度逐渐降低; 机器视觉分析表明, 随着储藏时间的增加, 花生表面逐渐暗淡并有菌丝覆盖, 毒素侵染水平逐渐提高, 花生图像的RGB值总体下降。 通过主成分分析发现, 光谱呈现较明显的聚类趋势, 而图像及数据融合聚类趋势不明显。 根据全谱段、 特征波长构建的LDA和SVM模型均能够对超标和未超标样品进行快速识别, 其中基于全谱段的模型最佳识别率达92%, 基于特征波长的模型最佳识别率达88%; 相对于基于光谱信息建模, 非线性SVM模型在根据图像颜色特征参数建模分析上表现较优, 最佳识别率为90%; 结合花生样品内外部信息, 基于光谱和图像信息融合的SVM模型最佳识别率达到92%。 利用可见-近红外光谱以及机器视觉技术结合化学计量法, 实现花生AFB1含量超标与否的动态判别具有一定可行性, 为花生在线质量安全检测提供了理论基础。
花生 可见-近红外光谱 图像 信息融合 黄曲霉毒素B1 动态筛选 Peanuts Visible/near-infrared spectroscopy Image Information fusion Aflatoxin B1 Dynamic screening 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3865
红外与激光工程
2020, 49(11): 20201044
1 安徽华东光电技术研究所 特种显示技术国家工程实验室 现代显示技术省部共建国家重点实验室, 安徽 芜湖 241000
2 合肥工业大学 特种显示技术教育部重点实验室 特种显示技术国家工程实验室 现代显示技术省部共建国家重点实验室, 安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学 光电技术研究院, 安徽 合肥 230009
4 合肥工业大学 计算机与信息学院, 安徽 合肥 230009
为了优化固态体积式真三维显示中的闪烁现象, 研究了环境光对于显示闪烁的影响。通过傅里叶变换在频域获得环境光与成像光信号叠加后的频域能量分布, 分析了环境光影响显示闪烁的原因。同时, 设计完成了两组视觉感知实验并进行统计分析。结果显示, 环境光的频率、最大光强及占空比对于真三维显示的闪烁程度有显著性影响, 显著性差异小于0.001。其中, 环境光的频率是影响显示闪烁的首要因素, 环境光频率与显示刷新率相匹配是消除环境光对闪烁影响的主要途径; 降低最大光强或提高占空比有助于消除闪烁。闪烁程度评价模型的评估结果与实验结果的相关系数大于0.99, 研究结果对于基于层叠屏的三维显示闪烁程度优化具有积极的启发和指导作用。
固态体积式真三维 环境光 闪烁 视觉感知 solid-state volumetric 3D display ambient light flicker visual perception
1 合肥工业大学光电技术研究院特种显示技术教育部重点实验室, 特种显示技术国家工程实验室, 现代显示技术省部共建国家重点实验室, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学计算机与信息学院, 安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学科学技术研究院, 安徽 合肥 230009
为准确客观评价和优化固态体积式真三维显示中的闪烁现象, 提出一种隔层扫描的光阀矩阵刷新方法。采用傅里叶变换分析成像光信号在不同扫描模式下的频域能量分布, 在时间对比敏感度函数加权幅值谱强度(CSWA)评价模型的基础上, 提出时间对比敏感度函数加权幅值谱对比度(CSWC)方法。两组视觉感知实验的结果与CSWC评价模型的估算结果的Pearson相关系数达到-0.99。结果表明, 所提出的隔层扫描方法可以减轻真三维显示的闪烁, 所提出的CSWC评价模型实现了对真三维显示闪烁程度的客观量化评价。该结果对基于深度融合原理的三维显示闪烁程度优化和观看舒适度提升起到积极的指导和推动作用。
视觉光学 固态体积式真三维显示 闪烁 隔层扫描 时间对比敏感度函数加权幅值谱对比度 视觉感知
1 合肥工业大学光电技术研究院现代显示技术省部共建国家重点实验室， 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学计算机与信息学院， 安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学科学技术研究院， 安徽 合肥 230009
基于聚合物稳定胆甾相液晶（PSCT）光阀的固态体积式真三维(3D)显示体，在状态转换瞬间其雾度和透射率的非线性变化会引起成像亮度变化，并引起深度图像间的串扰。通过分析PSCT光阀的光电响应特性和显示体驱动方式，推导出显示体成像亮度的变化函数，并据此计算出子帧亮度和灰度级偏差。通过调整光阀的驱动时序和重新分配数字微镜器件子帧，结合伽马校正，实现了灰度级的修正。给出了在真3D样机上显示的灰度级修正前后的3D成像，实验结果表明，该方法在亮度损失较小（约6%）的前提下，有效地修正了真三维成像的灰度级偏差，并基本消除了深度图像间的串扰，在一定程度上提高了3D显示的成像质量。
视觉光学 固态体积式真三维显示 灰度级修正 聚合物稳定胆甾相液晶光阀 子帧 伽马校正 光学学报
2016, 36(11): 1133001
1 合肥工业大学 特种显示技术教育部重点实验室 特种显示技术国家工程实验室 现代显示技术省部共建国家重点实验室，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学 科学技术研究院，安徽 合肥 230009
3 合肥工业大学 光电技术研究院，安徽 合肥 230009
为了优化固态体积式真三维的立体成像效果，显示出更加逼真的立体图像，对编码图像的灰度级和成像显示体的对比度进行了研究。论文从固态体积式真三维立体显示器成像原理出发，介绍了固态体积式真三维的电路系统、光学投影系统和成像显示体，在分析和研究影响立体显示效果的主要因素后提出了两种改进的方法。一种方法是通过降低图像刷新频率，提高编码图像数据位数，从而提高像素灰度等级，另一种方法是改变液晶光阀的盒厚，以此增强显示体的对比度。在真三维样机上，成功实现了32级灰度，将颜色种类从4 096种提升至32 768种，对比度相比原样机提高了1.2倍，主观感受到更加丰富的图像细节和色彩。优化效果明显，可以显示出细节更加清晰、颜色更加丰富和效果更加真实的三维立体图像。
固态体积式真三维 灰度级 液晶光阀 对比度 solid-state volumetric true 3D display grayscale liquid crystal light valve contrast
1 合肥工业大学 特种显示技术教育部重点实验室 特种显示技术国家工程实验室现代显示技术省部共建国家重点实验室, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学 光电技术研究院, 安徽 合肥 230009)
3 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
基于动态影像切换速度快的特点, 提出一种可内嵌于显示器中, 通过硬件实现的色彩管理方法来提高显示器图像颜色信息的一致性。研究了ICC规范的色彩管理理论, 基于三维查找表与插值法, 建立了显示器驱动信号值间的非均匀查找表; 利用查找表数据, 通过三维插值算法实现了显示器的色彩管理, 并通过对图像特征的判断完成了自适应渲染功能。在现场可编程门阵列上建立了基于该方法的显示器实时色彩管理系统, 利用该系统对两台显示器进行了色彩管理实验。结果表明, 在实行色彩管理前后, 两台显示器的最大色差/平均色差分别为14.56/5.08与5.4/1.83ΔEuv色差单位; 使用自适应渲染功能则较好地保留了原图像的细节信息。该系统可对显示器进行较高精度的色彩管理, 且满足高清分辨率动态影像实时性的需求。
显示器 色彩管理 色域映射 现场可编程门阵列 display color management gamut mapping Field Programming Gate Array(FPGA)
