計算攝像學專題第10講

1、-1-1-戴瓊海 曹迅 岳濤 馬晨光清華大學 自動化系-2-電磁波理論和電磁波譜 一非可見光波段二可見光波段三-3-電磁波理論和電磁波譜 一非可見光波段二可見光波段三-4-p電磁輻射是物質(zhì)的普遍屬性：n只要是本身溫度大于絕對零度的物體都會發(fā)射電磁輻射n研究電磁波對于我們了解物質(zhì)的自然屬性具有重要的意義n通過電磁波我們獲得改造自然的能力-5-p麥克斯韋電磁理論p波動方程p粒子模型cEh-6-n電磁輻射分類電磁輻射分類：伽馬射線伽馬射線 X X 射線射線: : HX = 硬X射線 SX = 軟X射線 紫外線紫外線: : EUV = 極端紫外線 NUV = 近紫外線 紅外線紅外線: : NIR =

2、近紅外線 MIR = 中紅外線 FIR = 遠紅外線 微波微波: : EHF = 極高頻 SHF = 超高頻 UHF = 特高頻 無線電波無線電波: : VHF = 甚高頻 HF = 高頻 MF = 中頻 LF = 低頻 VLF = 甚低頻 ULF = 特低頻 ELF = 極低頻-7-8-p是美國宇航局研制的4顆大型空間望遠鏡n哈勃空間望遠鏡 （可見光，近紫外，近紅外）n康普頓伽瑪射線天文臺 （伽瑪，硬X）n錢德拉X射線天文臺 （軟X射線）n斯皮策空間望遠鏡 （紅外）-9-電磁波理論和電磁波譜 一非可見光波段二可見光波段三-10-電磁波理論和電磁波譜 一非可見光波段二可見光波段三伽瑪射線1X射

3、線2紫外、紅外3-11-6060*272860*6028281.73MeV1.33MeVeCoNievNiNip伽瑪射線是放射性同位素在發(fā)生核反應（衰變、裂變、聚變）時發(fā)出的一種高能射線-12-p伽瑪射線的穿透能力隨物體厚度成指數(shù)衰減0( )dI dI e-13-p伽瑪射線在天文學中的應用-14-p伽瑪射線可用于安全檢測-15-倫琴在倫琴在1895年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)波長范圍：波長范圍：0.006nm10nm小于小于0.01nm的稱超硬的稱超硬X射線射線大于大于0.01nm小于小于0.1nm的稱硬的稱硬X射線射線大于大于0.1nm內(nèi)的稱軟內(nèi)的稱軟X射線射線硬硬X射線與波長長的（低能量）伽馬射線范圍重疊

4、，二者的區(qū)別在于輻射線與波長長的（低能量）伽馬射線范圍重疊，二者的區(qū)別在于輻射源，而不是波長：射源，而不是波長：X射線光子產(chǎn)生于高能電子加速，伽馬射線則來源于射線光子產(chǎn)生于高能電子加速，伽馬射線則來源于原子核衰變。原子核衰變。-16-1901倫琴倫琴(Roentgen)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X射線射線(1895)1914勞厄（勞厄（Laue）晶體的晶體的X射線衍射射線衍射1915布拉格父子布拉格父子(Bragg)分析晶體結構分析晶體結構1917巴克拉巴克拉(Barkla)發(fā)現(xiàn)元素的標識發(fā)現(xiàn)元素的標識X射線射線1924塞格巴恩塞格巴恩(Siegbahn)X射線光譜學射線光譜學1927康普頓康普頓(Compto

5、n等六人等六人)康普頓效應康普頓效應1936德拜德拜(Debye)化學化學1946馬勒馬勒(Muller)醫(yī)學醫(yī)學1964霍奇金霍奇金(Hodgkin)化學化學1979柯馬克和豪森菲爾德（柯馬克和豪森菲爾德（Cormack/Hounsfield）醫(yī)學醫(yī)學1981塞格巴恩塞格巴恩(Siegbahn)物理物理-17-18-p反射式：X射線反射鏡p材料： Si，Ge， Crystal-19-p光纖式：毛細管X射線透鏡-20-p衍射式： X射線波帶板-21-p現(xiàn)代醫(yī)學最常用作輔助檢查方法之一n透視n攝片n層析攝影-22-p計算成像技術的先驅n1979年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎nX射線以后，放射診斷學上最重

6、要的成就-23-p短波紫外線短波紫外線(UVC)： 200280nmp中波紫外線中波紫外線(UVB)： 280320nmp長波紫外線長波紫外線(UVA)：320400nm醫(yī)學：殺菌醫(yī)學：殺菌檢測：熒光效應檢測：熒光效應-24-p體感交互設備：KinectnLight codingnSpectrum multiplex-25-p大氣窗口n大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線。n對3000-5000nm和8000-14000nm的熱紅外線卻是透明的-26-電磁波理論和電磁波譜 一非可見光波段二可見光波段三-27-電磁波理論和電磁波譜 一非可見光波段二可見光波段三分光1抗混疊2畸變與校正3超分辨率重構4

7、應用5-28-PabE0 xsinddsin1, 2,.dkk -29-p根據(jù)光柵方程，不同波長的光在不同的 處相干增強，實現(xiàn)分光。pEchelle光柵使用兩個正交布置的光柵實現(xiàn)高光譜分辨率的分光。-30-31-32-p色散棱鏡的種類n三角棱鏡n阿貝棱鏡n貝林-布洛卡棱鏡n阿米西棱鏡n分色棱鏡-33-p光學玻璃（BK7，F(xiàn)lint）p柯西色散公式24( )bcna-34-p阿米西棱鏡n冕牌玻璃n火石玻璃p雙阿米西棱鏡n兩個阿米西棱鏡對接-35-p分色棱鏡nRGB相機nAD-080GE-36-37-CCDPrism-38-p虛像分析-39-pKeystone distortionn拍攝平面式相機

8、光軸沒有垂直于平面n不規(guī)則4邊形畸變-40-p產(chǎn)生機理n棱鏡的變換作用n具有非線性的特點-41-p對小范圍入射角度的光線是線性的p可以用Homography映射來描述p將直線應到直線，并保持交比p保持直線間的平行性p但直線間的夾角改變-42-p對變化較大的入射光線是非線性的n同一點發(fā)出的光無法匯聚到同一點-43-p對單個點近似線性p但波長與散射角度之間非線性-44-p臺階作用-45-46-p影響因素多，非常復雜，非線性p如何解決：n景深n光圈n后期校正-47-p偏移計算-48-49-50-空間維時間維光譜維-51-52-雙路采集棱鏡分光蒙板采樣-53-雙邊濾波空域傳播場景配準-54-()()()()rsr