设计了一种基于点结构光的腹部运动测量系统, 用于监测由呼吸运动引起的患者腹部实时状态, 为主动补偿放疗中因呼吸因素造成的靶区位移、实现靶区的相对静止提供精确位置信息。测量系统基于激光三角测量原理的点结构原理, 将腹部运动转换为激光点移动, 从相机记录下的图像中提取激光点位置, 根据已知系统参数即可从激光点的移动量计算得到每个时刻呼吸所引起的腹部运动量。实验表明, 所提方法能准确、实时地获取位置信息, 具有结构简单、精度高等优点, 能为胸腹动态放疗中患者呼吸因素的补偿提供一种新的解决方法。

针对投线仪传统检测方法存在占地面积大、检测效率低下、检测精度低等缺点,设计了一套基于平行光管测角及机器视觉测量的激光投线仪自动检测系统。系统由9根平行光管及面阵CMOS相机组成,能同时检测3根垂线及1根水平线。实验结果表明,相比于传统人工检测,本系统检测精度优于5″;操作简单,检测效率高,单台仪器检测时间小于20 s;同时采用了平行光管-CMOS相机图像测量系统,使得系统占地面积小于4m2。为了便于定位激光线中心,对采集到的图像进行了预处理,提取激光线中心采用灰度重心法的亚像素定位技术。

论述了以2K×2K面阵CMOS图像传感器LUPA4000为基础的2×2光学拼接系统视频电路的方案设计及具体软硬件设计。每块传感器具有独立焦平面电路和信号处理电路, 系统采用编码与控制电路实现4块传感器同时曝光成像和积分时间同步设置, 编码与控制电路将4块传感器的图像数据编码后通过一路Camera Link接口输出。实验成像结果表明, 电路运行可靠, 操作灵活, 可扩展性强, 能够得到很好的拼接图像。

mueller矩阵偏振成像可用于获取生物组织的浅表层生理学信息, 在疾病早期诊断与预防中具有重要意义。而在偏振成像系统中直接使用商用面阵CMOS相机不能得到用于解算mueller矩阵的正确图像信息, 限制了其在小型化内窥领域上的应用。对商用面阵CMOS的研究表明其光信号输入输出呈非线性映射关系。综合考虑到传感器固有的成像噪声, 提出一种基于校正的方法对CMOS的输出数据进行映射以获取正确的组织偏振信息值。实验结果表明校正后的偏振信息可以解算得到正确的mueller矩阵值, 误差可以控制在3%以内, 对蚕丝样品的测试也证明了该方法的有效性。上述结果使得内窥探头上应用小型化的商用面阵CMOS图像传感器进行体内生物组织mueller矩阵测量成为可能。

目前深空遥感探测多采用CCD作为高分辨率相机的传感器, 相较于CCD, 面阵CMOS驱动更简单、功耗更低、抗辐射能力更强, 是深空遥感探测目前的发展趋势。为此, 本文基于CMOSIS公司生产的型号为CMV20000, 图像分辨率为5 120×3 840的CMOS探测器, 设计完成了一个大面阵CMOS高分辨率相机, 图像分辨率为5 120×3 840。详细阐述了以FPGA为核心的电子学系统的整体结构, 结合CMV20000的工作模式和时序电路, 实现了高分辨图像的高速传输以及数据校正。试验结果表明, 设计的相机系统方案合理, 解决了CMV20000数据无法对齐的数据校正问题, 系统运行稳定可靠, 安装光学系统后能够获取高质量图像。

信号弹的发射高度是信号弹的重要技术参数。为了测试信号弹发射高度，通过建立数学模型，提出采用单个面阵CMOS相机对信号弹高度进行测试的技术。通过前期相机工作视场角标定，对CMOS相机采集的视频图像采用MATLAB进行处理，实现对信号弹发射高度的实时测试。同时分析了误差来源，估算了系统误差精度。最终测得某信号弹的发射高度在159.348～167.567 m之间。结果表明，该测试系统具有成本低、操作简单、布站方便、测量精度高、自动化程度高、不受测量场地的限制、排除了人工读取误差等优点。