1 上海大学微电子研究与开发中心，上海 200072
2 上海大学机电工程与自动化学院，上海 200072
为解决高分辨率、高刷新率微显示器存在的传输数据量过大的问题，针对人眼视觉特性以及数字驱动硅基有机发光二极管（OLED）微显示器的扫描方式，提出基于非对称椭圆中心凹最小可觉差（JND）模型的位平面图像压缩算法，并针对该算法设计了相应的硅基微显示控制器，在现场可编程门阵列（FPGA）平台上验证算法的可行性。实验结果表明，与当前其他JND模型相比，该模型更加符合人眼视觉特性，基于该模型的位平面图像压缩算法能够在不影响人眼主观感受的前提下，对图像进行较大程度的压缩，图像平均压缩率可以达到39.573%，能够有效降低微显示器中的传输数据带宽。
光学器件 视觉光学 微显示器 人眼视觉特性 非对称中心凹最小可觉差 数据传输 中国激光
2023, 50(19): 1909002
浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
现有的颜色恒常性算法在常规场景中通常能获得准确、稳定的光源颜色估计结果，但在内容单一、具有大面积单一颜色表面的低颜色复杂度场景中仍有较大概率出现超容限的估测误差。利用设置于摄影镜头旁的环境光传感器，提出一种应用环境光传感器的颜色恒常性算法。首先建立传感器置信度评估模型，然后针对不同置信度设计基于颜色空间转换与基于传感器辅助中性色像素提取的两种光源颜色估计方法。此外，还建立包含传感器测量结果的数据集。测试结果表明，相比现有具有最高精度的同类算法，所提算法的角度误差均值、中位数、最差25%均值分别下降32%、21%、41%。所提算法应用于常规场景和低颜色复杂度场景时均具有优势。
视觉光学 颜色恒常性 光源颜色估计 环境光传感器 中性色像素提取 低颜色复杂度场景 光学学报
2023, 43(14): 1433001
1 上海大学微电子研究与开发中心, 上海 200072
2 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200072
传统的二维JND(Just Noticeable Difference)模型只能估计平面图像的最小可觉差,并不完全适用于虚拟立体视觉下的大视场角图像。首先根据人眼视觉特性,对亮度、对比度、中心凹和立体深度4种掩蔽特性设计相应的双目观测实验,通过实验数据建立JND数学模型并将其与当前其他JND模型进行对比,结果表明该模型在同等感知质量下可以去除更多的视觉冗余。然后将该视觉感知冗余模型应用于图像压缩,为此提出一种多重色阶压缩算法,该算法根据人眼色差阈值对图像的不同区域进行不同等级的色阶量化,量化过程结合Floyd-Steinberg误差分散算法可以去除视觉冗余数据。最后在FPGA(Field-Programmable Gate Array)硬件平台上完成算法的验证,结果表明该算法的平均比特压缩率可以达到61.65%,能够有效降低VR(Virtual Reality)图像所需的传输数据量。
图像处理 视觉光学 中心凹JND 人眼视觉特性 数据传输 微显示器 光学学报
2021, 41(12): 1210001
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 江苏省中医院, 江苏 南京 210029
3 金陵科技学院视光工程系, 江苏 南京 211169
针对人眼个性化差异,建立符合我国人眼数据的晶体光学模型,并实现相应的数字化加工工艺,具有十分重要的价值与意义。三维打印技术可根据晶状体的三维数字模型进行加工制造,步骤简单,成本低廉。依据实测角膜参数、眼内间距、各介质折射率以及人眼像差,重构晶体光学模型,建立以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乳酸(PLA)为材料,1 mm厚的渐变折射率晶体模型,和以光敏树脂为材料,1 mm厚的单一折射率晶体模型。利用光固化成型(SLA)工艺打印单一折射率晶体模型,熔融沉积成型(FDM)工艺打印渐变折射率晶体模型。结果表明:FDM工艺打印的渐变折射率晶体模型台阶效应严重;SLA工艺打印的单一折射率晶体模型,应力大小为87.9 nm/mm,焦距与理论值偏差4.98%,表面粗糙度达120 nm量级。
视觉光学 人工晶体 三维打印技术 人眼模型 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 213301
1 哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
3 上海航天技术研究院新力动力研究所, 上海 201109
针对大视场范围下运动目标位姿参数测量易受模型累积误差、成像畸变和特征信息不足等因素的影响,提出一种新型视觉测量方法。首先建立适用于视觉测量过程中的高效多源特征数据融合模型,可以解决特征点单一的问题。然后构建基于特征点云信息的双向闭合测量模式,改变传统方法中从图像数据到空间特征信息的单向传递过程,将已确认的空间数据作为控制信息返回至测量处理过程中,可以有效规避测量空间越大导致测量模型累积误差越大的矛盾。最后实验结果表明,所提方法在10 m×8 m×3 m大视场空间内实现目标的姿态测量精度优于±1.5°,位置精度优于2 mm。所得的测量结果验证了双向闭合云控制测量模式获取的目标位姿参数精度高,稳定性强,能够满足实际的工程应用需求。
机器视觉 机器视觉光学 多源数据 双向闭合模式 大视场视觉测量 光学学报
2020, 40(19): 1915002
1 上海大学微电子研究与开发中心, 上海 200444
2 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200444
针对近眼显示系统存在数据传输带宽过高的问题,构建多尺度金字塔模型实现人眼视觉区域的多分辨率显示,将人眼视觉区域空间变化率的特性应用到数据传输的过程中;根据多尺度金字塔模型设计面向近眼显示系统的微显示控制器,实现了对视频图像的编解码处理,并在分辨率为1600×1600×3的全彩高清硅基有机发光二极管(OLED)微显示器上验证控制器的可行性。实验结果表明,基于多尺度金字塔的多分辨率图像传输算法符合人眼的直观感受,较好地去除了下采样过程中出现的边界线效应,有效降低了数据的传输带宽,能够满足近眼显示领域对微显示器实时渲染性能的要求。
光学器件 视觉光学 多尺度金字塔 人眼视觉特性 微显示器 数据传输 光学学报
2019, 39(12): 1223001
北京印刷学院印刷与包装工程学院, 北京 102600
为了研究显示设备的原色光谱对色觉正常观察者的颜色分辨差异影响,选择了5台红绿蓝三原色光谱能量分布不同的显示设备,基于国际照明委员会推荐的5个颜色中心,组织了30名年龄分布在20~27岁的色觉正常观察者基于5台显示设备开展颜色匹配实验。同时用108个颜色匹配函数对颜色匹配过程进行了模拟计算,将计算结果与颜色匹配实验结果进行比较,并用同色异谱指标量化不同显示设备对观察者差异性的影响,发现模拟计算结果与颜色匹配实验结果具有较好的一致性。基于实验选取的4台待匹配设备与目标设备进行颜色匹配实验,采集到285个CIELAB色差数据,同色异谱指标的最大值为9.59,最小值为3.89。显示设备的原色光谱对观察者同色异谱的影响较大,红色受设备的影响低于黄色和蓝色。
视觉光学 视觉色彩 原色光谱 颜色匹配实验 观察者同色异谱 同色异谱指标
1 北京印刷学院印刷工程与包装学院, 北京 102600
2 浙江越秀外国语学院网络传播学院, 浙江 绍兴 312000
为了检验各颜色匹配函数(CMFs)计算不同年龄观察者锥细胞响应的表现, 利用比较法实验得到56名观察者对5个色中心的20对近同色异谱色样对目视评价色差数据, 与不同颜色匹配函数比较, 分别计算标准化残差平方和因子与相关系数。结果表明, 各颜色匹配函数测试不同年龄段观察者的结果差异较大。对年轻观察者, S2, S6表现较好, CIE1931的计算结果较差；而对老年观察者, CIE1931表现较好, CIE1964的计算结果较差。选用CIE1964颜色匹配函数优化D65光源照明下不同年龄段观察者锥细胞响应, 优化后的CIE1964计算性能有所提高；同样, 检验LED光源照明下的实验结果, 测试性能也有所提高。
视觉光学 颜色匹配函数 年龄 标准化残差平方和 相关系数
1 天津大学, 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 天津大学, 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
3 天津中医药大学中医药工程学院, 天津 300193
基于摄像头（可见光)的心率测量方法, 能够以非接触的方式检测受试者心率, 无论在临床应用还是在家庭健康监护中都有着极大的应用前景。 但是, CMOS摄像头的行扫描方式采集图像以及计算机系统的图像采集时钟抖动都会影响此类心率测量的精度, 从而引入相位误差和系统随机误差。 本文针对这两大主要误差进行研究分析, 提出了消除相位误差的基于傅里叶变换的幅频叠加算法、 消除图像采集系统时钟抖动误差的基于时间标定的三次样条插值重构方法。 幅频叠加算法只在幅频域对信号进行处理, 能够忽略信号的相位影响, 从而消除相位误差。 时间标定的三次样条重构算法能够重构图像的均匀采集, 从而消除系统时钟抖动引起的随机误差。 同时, 通过理论推导论证了两种算法的可行性, 进而利用LED模拟实验和实际心率测量实验验证该算法在提高信号检测精密度中的特性。 在模拟实验中, 对每帧图像的200行作幅频叠加运算, 能够使信号幅值相对提升458%; 基于时间标定的三次样条重构算法能使检测的信号频率的均方根误差缩小30%以上; 在实际心率检测中, 幅频叠加算法可使心率幅值相对提升达335%, 基于时间标定的三次样条重构算法可使心率准确度提升40%左右。 因此, 模拟实验和实际心率测量实验均验证了提出的算法在提高系统检测精度上的有效性, 提高了基于机器视觉心率测量的抗干扰能力。 这两种算法不仅能够提高基于机器视觉的心率检测精度, 而且能够适用于基于机器视觉对一定频率信号的检测, 在机器视觉检测中具有广泛的意义。
光学心率检测 机器视觉光学 摄像头相位误差 采样时钟误差 机器视觉检测 Optic-based heart rate measurement Machine vision optics Camera phase error System latency error Machine vision inspection
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Precision Opto-mechatronics Technology, Ministry of Education, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Department of Electronic Information Engineering, Foshan University, Foshan 528000, China
In order to solve the problem of low measurement accuracy caused by uneven imaging resolutions, we develop a three-dimensional catadioptric vision sensor using 20 to 100 lasers arranged in a circular array called omnidirectional dot maxtric projection (ODMP). Based on the imaging characteristic of the sensor, the ODMP can image the area with a high image resolution. The proposed sensor with ODMP can minimize the loss of the detail information by adjusting the projection density. In evaluating the performance of the sensor, real experiments show the designed sensor has high efficiency and high precision for the measurement of the inner surfaces of pipelines.
140.3290 Laser arrays 140.3560 Lasers, ring 150.0155 Machine vision optics 280.3420 Laser sensors Chinese Optics Letters
2016, 14(11): 111403
