为了扩展准直测量的应用领域，提高测量范围是最为有效的手段之一，因此用于准直测量的鱼眼相机应运而生。针对准直测量用鱼眼相机标定精度不高的问题，提出了一种基于插值形式的径向粗标定及基于栅格形式的补偿精标定的两步式准直测量用鱼眼相机标定方法。该方法使用插值而并非构建成像模型，能够有效避免模型不准确及参数设置不合理而引入的系统误差，并且可以在一定程度上抑制镜片加工的非对称性及光学系统装调所带来的偏差。区别于图像评价的峰值信噪比(PSNR)以及结构相似性(SSIM)等性能指标，该方法选择的平均重投影误差(MRE)这一指标能够更有效地衡量准直测量使用条件下相机标定结果的优劣。仿真对比实验结果表明该方法在4种虚拟鱼眼相机模型上的标定效果皆优于传统标定方法，与传统的方法相比，标定的不确定度最大能够改善82.63%。样机标定实验结果表明，该方法能够有效标定真实的准直测量用鱼眼相机，在搭建的真实样机上应用该标定方法后，样机的入射矢量解算的不确定度能够提升至角秒级。
准直测量 鱼眼相机 标定 畸变矫正 collimation measurement fisheye camera calibration distortion correction 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230549
中国工程物理研究院 总体工程研究所, 四川 绵阳 621000
光纤内窥镜被广泛应用于复杂结构狭小空间里的破坏损伤探测, 但因其固有特性及外界噪声影响致使采集到的图像呈现蜂窝网格状, 且存在30%左右的桶形畸变。针对此问题, 提出了一种基于光纤内窥镜图像标定方法, 首先设计了可自由移动的标定系统, 然后采用高斯滤波、二值化处理、mark点识别、畸变矫正等方法对标定板图像中的光纤束进行处理, 最后使用该标定方法对光纤内窥镜拍摄的不同类型的标定板图像进行标定矫正。试验结果表明, 所提标定方法适合多种场景和不同质量图像的矫正识别, 测量误差仅为10 μm。
光纤内窥镜 标定系统 畸变矫正 微位移 optical fiber endoscope, calibration system, disto
郑州大学机械与动力工程学院，河南 郑州 450001
目前常用的屈光不正的矫正方式都是针对人眼像差的某一静态值进行矫正，无法对人眼像差的动态变化进行有效矫正。为了解决这一问题，开发了一种基于图像处理的人眼离焦量的动态补偿系统，其以红外相机和图像处理程序组成的瞳孔大小动态测量系统、透射式变形镜和控制程序组成的屈光力动态矫正系统为核心。在光学实验平台上搭建出系统原型，并展开实验。实验结果表明，所提系统能够在不同光强条件下实现对人眼瞳孔大小的准确测量及对应离焦像差的准确、快速、平滑的矫正，初步证实了所提系统的有效性。
人眼像差 动态矫正 图像处理 透射式变形镜 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2423001
河海大学计算机与信息学院，江苏 南京 210098
针对现有深度学习算法在进行医学图像配准时出现的模型对噪声敏感、精度较低等问题，提出一种基于结构光和CT图像的点云配准算法，旨在提高配准精度、算法鲁棒性的同时，避免图像采集过程中X射线带来的辐射。首先，向术中患者体表投射编码后的结构光，并使用主成分分析方法获取主轴矫正后术中患者的体表点云；然后，对术前患者进行CT扫描并进行三维重建及采样获取术前患者的体表点云。最后，构建一种基于特征重用和注意力机制的动态图卷积网络模型结合图像迭代配准算法进行人体背部点云配准。整个过程较好地融合了两种模态的信息，且具有无辐射、精度较高、用时较短等优点。
多模态点云配准 注意力机制 多尺度特征融合 主轴矫正 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2210007
湖南大学机械与运载工程学院，湖南 长沙 410082
针对当前线扫相机标定过程复杂且需外部辅助装置的问题，提出建立在2D空间中的线扫相机静态标定方法。首先，从应用角度出发，将3D空间的线扫模型推导至2D空间，建立2D空间线扫相机成像模型，设计一种新型的线扫相机标定板。接着，利用交比不变性原理对2D空间的线扫相机模型进行求解。最后，提出一种利用畸变变化量的畸变拟合策略，解决小畸变情况下畸变矫正误差过大的问题，取得了良好的畸变矫正效果。实验结果表明，所提2D空间中的线扫相机静态标定方法标定过程简便，不受现场环境限制，标定精度较高，取得0.06 mm的平均绝对误差（约1.5像素），误差标准方差稳定在0.068以下。所提方法基本满足在中低标定精度下的应用要求，具有较高的实际应用价值。
线扫相机标定 2D空间线扫相机模型 线扫标定板 畸变矫正 交比不变性 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2211001
河南理工大学电气工程与自动化学院，河南 焦作 454000
随着工业机器视觉的深入发展，大视野高精度视觉系统的需求越来越多。针对大视野导致的精度过低问题，提出一种基于多个低像素相机联合标定的方法。在多相机中选择一个相机作为主相机，求取其他相机的像素坐标系与主相机像素坐标系的映射矩阵，使得主相机的视野无限扩展。同时，为了更精确地得到标定板图像中的圆心像素坐标位置，采用两步标定法提升标定精度。提取标定板圆心像素坐标进行第1次粗标定，获取相机内参以及标定板位姿，从而获取图像平面与世界坐标系的平面Z=0之间的映射关系。对其进行透视偏差矫正，提取矫正后标定板的圆心，再利用逆映射变换把相应的圆心转换回原始位置，用转换后圆心像素坐标位置对主相机进行第2次精标定。最后通过Levenberg-Marquardt算法进行非线性优化获取全局最优解。实验结果表明，所提标定方法的重投影误差在0.005 pixel~0.01 pixel之间。
机器视觉 低像素相机联合 透视偏差矫正 非线性优化 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2015003
1 中国科学院深圳先进技术研究院，广东 深圳 518055
2 国微集团（深圳）有限公司，广东 深圳 518057
掩模吸收层厚度引起的散射效应会导致深紫外和极紫外光刻成像产生偏差。传统光刻模型建立在满足薄掩模近似的Hopkins成像理论上，但随着掩模上吸收层的高宽比增大，掩模厚度成为衍射计算中不可忽略的因素。为实现对空间像的精准预测，提出一种三维掩模成像模型，利用严格电磁学仿真生成的掩模衍射近场来修正Hopkins模型结果。严格电磁学仿真需要的计算开销可以通过一种基于旋转变换和仿真维度减少的快速掩模边沿近场生成方法来减少。因此，将三维掩模成像模型和快速衍射近场生成方法结合后可以快速构建精准的三维掩模光刻成像模型。
计算光刻 光学邻近矫正 三维掩模模型 时域有限差分法 光学学报
2023, 43(13): 1320004
1 兰州理工大学电气工程与信息工程学院，甘肃 兰州 730050
2 甘肃省工业过程先进控制重点实验室，甘肃 兰州 730050
3 南京航空航天大学自动化学院，江苏 南京 210016
4 苏州注视科技有限公司，江苏 苏州 215000
5 珠海复旦创新研究院，广东 珠海 519031
利用三维空间直线投影到图像平面依旧为直线的特性，提出了一种基于双直线的镜头畸变参数估计方法。首先使用两条直线所对应的畸变边缘推导出了畸变参数所满足的等式，并使用实际图像的大小确定了畸变参数的分布范围。随后构建了包含畸变参数的优化目标函数，采用枚举搜索的方法得到了最佳的畸变参数。仿真和实际实验表明，提出的方法虽然仅采用了两条直线，但可以准确且有效地估计镜头畸变，相比于主流方法具有明显的优势。
机器视觉 图像处理 直线特征 畸变矫正 径向畸变 光学学报
2023, 43(13): 1315001
近视是一种常见眼病, 在我国儿童青少年群体中发病率高, 并逐渐呈低龄化趋势。中高度近视会造成多种严重眼科并发症, 高度近视或将成为全球首要致盲病因。基于周边离焦学说论述渐进多焦眼镜、周边离焦框架眼镜、多点正向离焦近视眼镜、软性角膜接触镜和角膜塑形镜等光学矫正手段对儿童青少年近视防控研究的进展, 探讨减缓眼轴生长的技术手段, 为儿童青少年近视预防和控制工作提供更多临床指导。
近视 视网膜周边离焦 光学矫正 myopia peripheral defocus of the retina optical correction
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室, 成都 610209
为了提高星敏感器在遭受单粒子效应打击情况下的质心提取精度, 提出了一种基于点扩散函数参考模型的在轨校正方法。通过构建星点参考模型及残差校正, 该方法能有效去除单粒子噪声, 校正噪声星点形态, 降低星点质心定位误差。与传统去噪算法相比, 该方法能在有效去噪的同时保护星点能量不被破坏。通过仿真实验验证了该算法抗单粒子效应的有效性, 通过对比实验验证了该算法相比传统算法的优越性。
星敏感器 单粒子效应 质心提取 星点矫正 点扩散函数 star sensor single event effect centroid extraction navigation star correction point spread function
