南京邮电大学通信与信息工程学院信号处理与传输研究院，江苏 南京 210003
针对未知物体的分类问题，提出了一种基于支持向量机和关联成像的分类方法。该方法利用线性判别分析法提取出物体的特征向量，并根据该特征向量设计出应用于关联成像系统的特征散斑，将特征散斑照射物体获得桶探测器值，支持向量机可以依据桶探测器值进行判别从而获得物体的类别。该方法的可行性在MNIST数据集上得到了验证，结果表明，该方法在10个分类任务中均可取得较高的分类准确率，平均分类准确率达90.5%。与其他分类方法的对比结果表明，所提方法在准确率上更具优势。
关联成像 线性判别分析 机器学习 支持向量机 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1011008
1 长春电子科技学院 光电工程学院，吉林 长春 130114
2 清华苏州环境创新研究院，江苏 苏州 215163
3 吉林工程技术师范学院 量子信息技术交叉学科研究院，吉林 长春 130052
4 吉林省量子信息技术工程实验室，吉林 长春 130052
显微成像技术作为研究细胞和生物组织的主要工具，对生物医学的发展起到了极大的推动作用。生物样本的复杂化和生物医学领域对时间和空间分辨率的多样化需求决定了单一功能生物成像系统应用的局限性。为满足生物医学领域的多样化需求，解决成像质量与成像时间之间的矛盾，设计了一种基于深度学习的多分辨显微关联成像系统。该系统通过对显微镜进行硬件设计改造和软件处理，将深度学习与关联成像技术有效结合，当采样率仅为60%时，成像系统能够较好地恢复图像细节，大幅降低欠采样带来的噪声，同时显著提升系统成像的时间分辨率。另外，为了满足所设计的小型多分辨显微关联成像系统的实际需求，采用基于重参数化思想的超高效轻量超分网络，在资源受限的设备下实现实时高质量成像。所提出的成像系统可以在保证成像质量的同时显著缩短成像时间和减少内存占用。不同类型生物样本和分辨率板的测试结果进一步表明了系统的鲁棒性和抗噪性能，研究结果对生物医学领域具有重要意义。
显微成像 关联成像 深度学习 多分辨成像 microscopic imaging correlation imaging deep learning multi-resolution imaging 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220461
中北大学信息与通信工程学院，山西 太原 030051
针对气缸盖内壁热场数据重复率高、冗余大导致的小采样率下影像难以重构的问题，利用多个单尺度重构影像的融合，提出一种适用于小样本的气缸盖内壁热疲劳损伤检测方法。该方法首先通过对不同尺度下内壁热场散斑图案与其外壁总辐射能的关联运算，来获得缸盖内壁的多个重构影像，然后利用图像融合技术对不同尺度下的内壁重构影像进行融合，获得缸盖内壁的融合影像。通过对不同采样率下内壁影像重构结果的对比分析，说明了所提方法在小采样率影像重构中的优势。同时，还讨论了不同融合权重系数对融合影像的影响。实验结果表明：所提方法可在较低采样率下实现对内壁热疲劳损伤区域的检测；当采样次数为500时，较传统关联方法，所提方法的峰值信噪比和对比度分别提升了9.62%和26.13%；此外，所提方法在延缓重构影像质量下降方面也有独特优势，有效打破实际工程中数据获取有限所导致的热疲劳损伤检测无法实现的困局。
热疲劳检测 关联成像 影像融合 多尺度 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0612002
1 杭州电子科技大学碳中和新能源研究院，浙江 杭州 310018
2 杭州电子科技大学电子信息学院，浙江 杭州 310018
关联成像又称鬼成像，是一种新型的成像方式。它对探测得到的携带有物体光强信息的信号光与参考光路的测量矩阵进行符合运算，利用两个光路之间的二阶强度关联特性来获得物体的图像信息。不同于传统的成像方式，关联成像具有抗噪声能力强、成像方式多样等优势，可以减小散射介质对光信号的扰动和衰减所带来的影响。自1995年第一个鬼成像实验实现以来，鬼成像一直是经典物理和量子物理领域最热门的研究课题之一。主要概述鬼成像的发展历程和理论原理，讨论最近国内外科研人员在鬼成像应用方面的探索与实践。
鬼成像 相关成像 计算成像 图像加密 激光雷达 散射 三维成像 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0200003
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 北京理工大学自动化学院，北京 100081
单像素成像是一种采用没有空间分辨能力的单像素探测器和空间光调制器通过重构获得图像的新型成像方式。相较于传统阵列探测器成像方式，单像素成像具有高灵敏、抗干扰等优势，在诸多领域有着非常广阔的应用前景。单像素成像的光场调制策略和图像重构方法对成像结果的影响极大。回顾了单像素成像的发展历史，对主要的调制器件、调制策略和重构方法进行了分析、比较和讨论。为单像素成像在不同领域的应用提供技术支撑。
成像系统 单像素成像 调制策略 关联成像 压缩感知 深度学习 中国激光
2022, 49(19): 1917001
1 福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350108
2 福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108
光在透过散射介质后发生散射现象,在成像系统焦平面形成无序的随机散斑图像,因此人们无法直接观测到隐藏在散射介质后的目标的图像信息与光谱信息。利用基于光学记忆效应的散斑相关成像技术,可以实现透过散射介质的目标重建,但当前研究主要针对单波段照明条件下的图像信息恢复,而目标的光谱信息在成像过程中易丢失。提出采用快照式微滤光片阵列多光谱探测器进行多光谱散射成像的方案,通过实验得到宽谱氙灯光源照明条件下的穿透散射介质成像结果。提出了基于光学记忆效应的穿透散射介质目标多光谱信息重构方法,实现了对隐藏在散射介质之后的目标多光谱信息的探测成像。针对多光谱探测器所造成的成像质量差的问题,提出了利用自相关预处理方法提升穿透散射介质多光谱成像质量的方法。
成像系统 散斑相关成像 快照式多光谱探测器 光学记忆效应 散射介质
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191
鬼成像和单像素成像技术起源于不同的物理概念，在系统构成、图像重建等环节有诸多相似之处而紧密结合并共同发展，如今作为一种典型的计算成像技术，受到光学、图像、信息获取等领域的广泛关注。不同于传统的面阵成像，鬼成像和单像素成像技术需要对测量值进行重建以获取场景图像，因此重建算法是鬼成像和单像素成像技术中最重要的环节之一。简要回顾了鬼成像和单像素成像技术的发展历史，重点介绍了常见和典型的图像重建算法，从光场二阶关联、信号采样、压缩感知、机器学习几个方面进行了原理解释和技术应用前景的讨论。
激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0200001
光子学报
2021, 50(12): 1229001
1 吉林工程技术师范学院量子信息技术交叉学科研究院, 吉林 长春 130052
2 吉林省量子信息技术工程实验室, 吉林 长春 130052
3 长春理工大学电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
为满足显微成像领域的多样化需求,解决实际应用中成像质量与成像时间之间的矛盾,提出一种基于数字微镜器件的多分辨显微关联成像方法。该方法利用LED光源作为背景照射光源,对科研级荧光正置显微镜原光路改装设计为关联成像光路,采用多分辨Hadamard优化矩阵作为数字微镜器件的预置图样,实现了生物组织样品的连续多分辨成像。实验结果表明,多分辨显微关联成像系统的分辨率可达218 nm,单组测量后可同时输出8组不同分辨率图像,能够根据实际应用中不同图像质量需求选择不同的分辨率,减少成像时间和存储空间,极大地提高了显微成像的灵活性。这种新型多分辨显微关联成像方法可以扩展至细胞筛选、细胞实时成像等领域,对推动关联成像在细胞和生物组织显微成像领域的应用具有重要意义。
成像系统 显微成像 关联成像 数字微镜器件 Hadamard优化矩阵 多分辨成像 光学学报
2021, 41(21): 2111001
