传像光纤束成像算法在DM642上的实现与优化

1 光纤束传像技术 （上海大学机电工程与自动化学院，上海200072） 摘要：本文首先分析了光纤传像方法异于其他传像方法的特点，并结合这些特点，列举了光纤传像在 医学、工业、军事领域成功应用的例子，又介绍了光纤传像束的传像原理，并详细列举了光纤传像束的光 学性能参数，分析影响传像质量的原因。之后结合主题重点介绍了光纤传像的一个应用——医用纤维内窥 镜的功能和结构。最后，介绍了目前传像光纤的两种制作方法——层叠法和酸溶法。 关键词：光纤；传像；纤维内窥镜 technologyofopticalfiberimagetransmission (schoolofmechatronicsengineeringandautomation,shanghaiuniversity,shanghai200072,china) abstract：inthisarti

在光学耦接器设计中引入衍射面,根据衍射光学元件的三级像差理论,通过理论计算和zemax光学软件优化,给出工作波长0.4~0.7μm,焦距27mm,光学长度为62.9mm,采用一个衍射面的耦接器设计实例。该耦接器采用物方远心光路结构,适用于单丝直径16μm,截面直径为6mm的光纤传像束。对设计结果的分析表明,折-衍混合耦接器不仅在光学性能方面优于传统的光学耦接器,而且在尺寸和质量上有显著的减少。实际的室内外成像实验证明,光学设计软件的仿真结果是正确的。

在光学耦接镜设计中引入衍射面,根据二元光学元件的三级像差理论,分析了衍射面初始结构参数的求解规律,通过理论计算和zemax光学设计软件的优化,给出工作波长0.8～1.1μm,焦距33mm,光学长度为64mm,采用一个衍射面的耦接镜设计实例.

在大截面传像束前置光学系统设计中,采用“负-正”型式的像方远心光路结构,在像差校正过程中引入标准二次曲面和偶次非球面,能很好地解决镜头轴外像差校正与像面照度均匀性问题,同时使镜头结构紧凑、小型化。通过理论计算和zemax光学软件的优化,给出工作波长0.8~1.1μm,焦距5mm,相对孔径为13∶.8,光学长度为47.5mm,视场角为60°的镜头设计实例。对设计结果的分析表明,该镜头在31lp/mm空间频率处的mtf值超过0.78,像质优良。

针对传像光纤束成像的算法结构,提出一种基于fpga的传像光纤束图像预处理器设计方案。该图像预处理器相对于传统的图像预处理器具有充分利用fpga有限的片上资源,合理安排数据操作之间的并行性和流水性等优点。具体实验结果表明,该预处理器能满足传像光纤束成像系统的实时性要求,达到预期效果。

介绍一种采用波长编码,通过线阵相关光纤束实现长光路纯光型图像传输的方法。运用积分抽样理论分析了该方法传输图像的机理和特性。结果表明:线阵光纤束波长编码传像的效果和特性随波长编码方向与线阵光纤束排列方向夹角的不同而不同。当两方向垂直时,线阵光纤束可并行传输二维灰度图像;当两方向平行时,可传输像质改善的一维图像。实验结果与理论分析一致。

本文结合c64系列dsp芯片的特点,讨论基于tms320dm642dsp的mpeg-4视频实时编码算法实现和优化方法。优化通过修改适于dsp的数据结构,有效地分配片上核心内存,合理应用edma、缓存cache、线性汇编、软件流水、ccs优化工具等多种方法综合来完成。实验结果证明,这些方法提高了程序的并行性和存储器的访问效率,优化过的编码器可以实现实时编码。

针对多媒体传输过程中需要对视频数据进行压缩、编码和解码的问题,本文提出了一种硬件上基于dm642进行设计、软件上基于mpeg-4进行编解码的视频编解码器实现方案,mpeg-4视频和音频压缩编码标准的应用,有效地解决了视频数据量大与数字存贮媒体和通信带宽小的矛盾,大大提高了视频通信的交互能力和编码效率,解码后处理过程中采用的去振铃滤波器提高了接收数据质量.

文章提出了一种基于tms320dm642的视频会议终端硬件设计方案。视频会议终端主要包括dm642最小系统的设计,电源模块的设计,视频输入模块的设计,usb传输接口模块的设计等,同时介绍了终端硬件的调试过程。终端通过硬件对采集的视频进行压缩编码,减轻了电脑cpu的工作负担,能够传输高清晰度的视频信号,实现了便携、稳定、灵活的移动视频会议终端平台。

为了解决虚拟试验系统中具有不同总线类型的各实物子系统互联的实时性问题,设计了一种多协议转换器。按协议高低优先级分配软硬件资源,硬件设计采用dm642+fpga的结构,使用fpga实时匹配高优先级协议,并对dm642分类返回不同中断信息;软件设计时,按地址分块存储协议以提高的协议的查找效率,并根据dsp/bios中各类线程的特点,合理分配任务并分类触发不同任务,以加快数据处理速度并保证高优先级协议实时性。

传像光纤束透过率测量方法研究

光纤传像束原理及其应用

在大截面传像束前置光学物镜设计中,采用“负-正”型式的像方远心光路结构,很好地解决了镜头轴外像差校正和像面照度均匀性问题,同时使镜头结构紧凑、小型化。给出了前置物镜设计实例:工作波长0.8~1.1μm,焦距5mm,相对孔径为1:3.84,光学长度为47mm,视场角为60°。在光学耦接镜设计中采用物方远心光路结构,引入二元光学透镜,通过理论计算和zemax光学软件优化,给出工作波长0.8~1.1μm,焦距33.6mm,光学长度为63.5mm,采用一个衍射面的耦接镜设计实例。该设计结果适用于单丝直径16μm,截面直径6mm的光纤传像束。

在光学耦接镜设计中引入衍射面,根据二元光学元件的三级像差理论,分析了衍射面初始结构参数的求解规律,通过理论计算和zemax光学设计软件的优化,给出工作波长0.8-1.1μm,焦距33.6mm,光学长度为63mm,采用一个衍射面的耦接镜设计实例。该耦接镜成像质量优良,适用于单丝直径16μm,截面直径为6mm的光纤传像束。

为使光纤传像束具有良好的传光、传像性能,需要对原始材料的匹配性进行优化设计.本文引入pbo等阳离子半径大的材料作纤芯,用低折射率sio2和b2o3材料作包层,选择bao等酸溶速率高的材料作为酸溶层,研究了纤芯、包层和酸溶层玻璃材料之间物化性能和光学性能的匹配性.通过差热分析和光谱透过率等多种实验手段,对这三种玻璃材料的光学和热学性能进行了测试和分析,优化设计出了酸溶法光纤传像束所需要的原料配方.结果表明:在纤芯、包层和酸溶玻璃材料中分别引入质量分数为45%pbo、60%sio2和40%(b2o3+bao)以上时,酸溶法光纤传像束材料的匹配性最佳,该研究和设计对高质量光纤传像束的制备和应用具有重要意义.

光纤光谱成像技术原理及其应用 赵友全王锦范世福 (天津大学精密仪器与光电子工程学院300072 本文介绍了一项国外最新研制的纤维束成像压缩技术（fic），应用该项技术 可以实现光学吸收光谱和荧光光谱成像。吸收光谱成像像实验测定了染色的百合茎 部切片的光学吸收分布情况，荧光光谱成像实验测定了红宝石荧光边界的移动，分 析了夹挤在两金刚石界面间的微晶红宝石粉的压力分布状况。 关键词：荧光光谱；吸收光谱；光谱成像；光学纤维；显微镜。 1.引言 带电耦合器件（ccd）和红外聚焦平面阵列（fpa）探测器的发明推动了光谱 和化学成像技术的快速发展。一般而言，这个过程包括了三维数据空间的光谱成像 数据的采集，包括定义对象图像的两个空间轴和一个用化学方法测定图像每点处材 料的一维光谱尺度。过去获取这些光谱成像立方体的方法是运用液态晶体可调谐的 滤波器（lctfs）或声-光学可调滤波器（

光纤传像束用于内窥镜时,对内窥镜物镜的结构型式和成像质量提出了新的要求。在分析了其基本设计原则后,根据实际需求,选用反远距型物镜作为初始结构,利用zemax软件优化设计了一个工作波段0.38~0.78μm,焦距0.921mm,全视场100°、相对孔径1/4的内窥镜物镜。镜头总长10.32mm,满足像方远心要求,在38lp/mm频率处mtf值在0.85以上,像质优良;同时,在tracepro软件中建立了所设计物镜与光纤传像束结合后系统的模型,模拟的系统耦合效率约为96%且出射端照度均匀。结果表明:该物镜具有视场大、短焦距、结构合理、耦合效率高、像面照度均匀等特点,满足内窥镜要求。

光纤传像束用于内窥镜时,对内窥镜物镜的结构型式和成像质量提出了新的要求。在分析了其基本设计原则后,根据实际需求,选用反远距型物镜作为初始结构,利用zemax软件优化设计了一个工作波段0.38~0.78μm,焦距0.921mm,全视场100°、相对孔径1/4的内窥镜物镜。镜头总长10.32mm,满足像方远心要求,在38lp/mm频率处mtf值在0.85以上,像质优良;同时,在tracepro软件中建立了所设计物镜与光纤传像束结合后系统的模型,模拟的系统耦合效率约为96%且出射端照度均匀。结果表明：该物镜具有视场大、短焦距、结构合理、耦合效率高、像面照度均匀等特点,满足内窥镜要求。

为获取超高分辨率图像,设计了一种入端为线阵排列、出端为面阵排列的传像光纤束.利用该光纤束的成像系统在合成目标图像时,需要建立光纤束出端、入端位置坐标表.介绍了一种基于卡尔曼滤波器的算法,对出端光纤位置逐一搜索;搜索光纤位置时区分层内、层间设置不同初始步长,按均方误差最小原则对搜索步长进行修正.算法采用了比对终止边界、标定已搜索光纤两种稳健性措施,‘z’字型搜索路径提高了算法效率.实验结果表明,搜索算法得到的位置坐标表准确标定光纤位置,提取光纤束耦合的信息还原了目标图像.

利用传像光纤束传输图像,受目前加工工艺限制,不可避免地出现断丝,断丝引起的盲元必然造成信息丢失。传统的中值滤波、均值滤波无法有效消除盲元。提出一种基于极值的双模板滤波器,有效地解决了盲元问题,并在定位光纤中心位置时得到运用。

在过去的几年中,光纤技术用于油井和油藏监测取得了巨大的进展,但是油田光纤的研发大都集中在基于温度、压力和流速测量等方面,迄今,几乎没有发表过有关光纤技术在监测油井管柱和套管变形领域的文章。本文将报告实时的基于纤维光学的套管成像仪的最新进展情况,该装置设计用于对套管或油井管柱形状连续的、高分辨率的监测,使作用于油井上应力的确定成为可能。小比例的和全套管尺寸的实验室实验表明,该系统的最新一代产品具有足够的敏感性,它可探测到每100ft小于10°的套管变形,压缩应力和轴向拉伸应力探测范围从不足0.1%到10%,本文将对技术背景、测量敏感性、应力响应特性等加以讨论。回顾了现场试验结果,阐明了实时套管变形监测如何成为油藏监测策略的一个重要组成部分。

受器件制作工艺限制,难以获取元数超过6000的超长线列探测器,提高图像空间分辨率受到限制。设计一种入端为线阵、出端为面阵的异型结构传像光纤束,利用现有面阵器件接受光纤束输出信息,可以获取超高分辨率图像。光纤的异型结构决定了图像恢复过程十分复杂。本文提出一种双模板极值滤波器算法,针对单根光纤对应多个像素以及光芯和包层传光性能不同的特点,从图像灰度值入手,借助图像腐蚀和重心算法,有效克服光纤断丝引起的盲元,准确定位每根光纤中心位置,找出出端光纤和入端光纤的对应关系,完整恢复入端图像,实现图像的空间变换。