南京理工大学电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
针对在波前测试时，参考镜面自身面形误差、光能利用率不足、环境振动和空气扰动等对干涉测量结果的影响，提出一种基于偏振光栅（PG）分光的同步移相剪切干涉测量方法，通过将横向剪切干涉与同步相移技术相结合实现待测波面的准共光路相移测量。该方法采用1/4波片、PG和平面反射镜的组合作为横向剪切结构，可获得两束剪切的正交线偏振光，线偏振光经二维相位光栅、透镜、小孔光阑和相位延迟阵列构成的同步移相结构后，在CCD上可同时采集到4幅移相剪切干涉图。对x和y方向的剪切干涉图采用基于相位相关的图像配准算法、四步移相算法以及基于离散余弦变换法（DCT）的相位解包裹算法进行处理，得到差分相位分布，再用基于差分Zernike多项式的最小二乘波前重构算法对其进行重构，得到待测波面。通过搭建实验装置对一块透镜和凹面反射镜进行测量，结果表明，该方法的测量结果具有准确性和稳定性，该方法能够很好地应用于波前动态测量，对透射波前和光学元件的面形检测具有重要意义。
测量 波面检测 剪切干涉 同步移相 相位复原与重构算法
红外与激光工程
2022, 51(11): 20220093
国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
在众多化学物质检测技术手段中, 红外检测技术由于具有非破坏性、 灵敏度高、 检测速度快、 准确性好等特点, 广泛应用于化工、 生物医学、 食品安全等领域。 量子点光谱仪是使用量子点代替光栅作为分光器件, 结合阵列探测器及光谱重构算法实现光谱检测的新型微型光谱仪, 具有体积小、 成本低等优点。 为了进一步提升现有量子点光谱仪和量子点器件检测化学物质的普适性, 为微小型近红外分光器件研制提供有效技术途径, 以危险化学品乙醇、 化学战剂模拟剂甲基膦酸二甲酯、 二氯甲烷为目标物, 通过将多种量子点材料与紫外固化胶混合后沉积在RGB点阵模块并固化, 制备了发射光谱波段为900~1 600 nm的近红外胶体量子点阵列。 采用经验模态分解方法提取输入光谱的高频信号以减小随机噪声干扰, 并基于最小二乘法建立了相应光谱重构算法。 实验结果表明, 近红外胶体量子点阵列制备方法简单, 成本低、 稳定性较好。 具有144条光谱通道的近红外胶体量子点阵列实现的重构光谱分辨率可以达到4.861 nm, 与标准吸收光谱相比, 其特征峰最小偏差仅为0.043%。 因此, 使用近红外胶体量子点阵列结合光谱重构算法可以实现气态、 液态目标物的光谱重构和检测识别。 未来, 通过增加阵列数量可有效提升重构光谱的光谱分辨率; 通过增加所选量子点材料, 还可以实现从紫外到红外波段范围内的光谱检测; 通过优化检测光路和重构算法参数提高目标物检测信噪比。
近红外光谱 量子点 危险化学品 化学战剂 重构算法 Near infrared spectroscopy Quantum dots Hazardous chemicals Chemical warfare agents Reconstruction algorithms 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3370
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学计算机与信息学院, 安徽 合肥 230009
计算成像是一种不仅依赖于光学物理器件,还依赖于光学调制和重构算法的成像技术,为突破传统成像系统在时空分辨率和探测灵敏度方面的限制提供了新的思路。计算鬼成像(CGI)作为计算成像领域发展最迅速的分支之一,近些年被广泛应用于单像素成像、超分辨率成像、生物医学、信息加密、激光雷达以及湍流环境下的信息传输等领域。本文综述了影响CGI质量的两大关键技术——照明图案构造方法与图像重构算法的研究进展,主要介绍了随机矩阵、有序Hadamard矩阵、正交变换类矩阵的构造方法,并且讨论了在传统关联重构算法和新型深度学习重构算法下,各种照明图案的成像性能。最后,对照明图案构造方法及重构算法进行了总结,并对CGI技术发展前景进行了展望。
成像系统 计算鬼成像 照明图案 重构算法 成像质量 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811011
将压缩感知重构算法应用到哈达玛鬼成像中,以实现在较低采样率下恢复出待测物体的信息。该方案比哈达玛鬼成像的重构次数更少,所需要的采样次数也减少。使用观测时间和计算结构相似性指标这两个参数作为评价图像质量的客观标准,比较SP算法和OMP算法下哈达玛鬼成像的重构结果。经过模拟仿真和实验验证后,发现在哈达玛鬼成像的基础上,采用OMP算法与哈达玛鬼成像相结合,可以得到成像速度更快,成像质量较好的重构图像。
成像系统 计算鬼成像 压缩感知重构算法 哈达玛矩阵 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011032
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 北京华航无线电测量研究所, 北京 100013
3 北京理工大学自动化学院, 北京 100081
获得散射介质中清晰的物体图像在**反恐、医学成像和海洋探测等方面都具有重要的应用价值。经典光学成像的本质是直接记录物体反射光强的一阶关联成像,但随着散射介质质量浓度和光传输距离的增加,图像质量会迅速下降,甚至无法成像。关联成像技术利用光场涨落的统计性质,通过符合测量以及二阶强度关联特性重构图像,可减小环境对成像质量的影响,为获得散射介质中的物体图像提供了一种新的成像手段。因此,从不同散射介质、不同路径和不同补偿重构算法三方面阐述了近年来散射介质中强度关联成像的国内外研究成果,并对强度关联成像的应用进行了总结与展望。
成像系统 关联成像 鬼成像 散射介质 补偿重构算法 激光与光电子学进展
2021, 58(10): 1011019
1 上海大学 上海先进通信与数据科学研究院 特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
2 中国科学院 上海高等研究院，上海 201210
为了发展能够同时兼顾超分辨、快速成像和视场的荧光显微镜，以促进其在活细胞或微观动态过程成像的应用，将压缩感知应用到超分辨荧光显微镜中，利用投影梯度稀疏重构算法对单帧荧光宽场图像重构，并进行了理论分析、仿真和实验验证。结果表明，该方法能够突破光学衍射极限，成像分辨率达到180nm，相比衍射极限提高1.8倍。此结果说明压缩感知能够实现单帧宽场超分辨荧光显微成像，相比现有的方法在成像速度上有巨大的提升。
显微 超分辨 压缩感知 投影梯度稀疏重构算法 microscopy super-resolution compressed sensing gradient projection for sparse reconstruction
1 华中光电技术研究所－武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
2 湖北久之洋红外系统股份有限公司, 湖北 武汉 430223
为了解决太赫兹成像系统中存在的成像速度慢、硬件复杂等问题, 利用压缩感知算法实现太赫兹成像系统性能的提升。通过对比离散小波基和离散傅里叶基对重构图像的影响, 发现离散小波基作为稀疏基时, 得到图像信噪比最优。然后验证了压缩采样匹配追踪、迭代加权二范数、贪婪基追踪等重构算法在太赫兹成像领域的应用可行性, 发现当测量比例大于40%时, 才能实现图像的重构。根据峰值信噪比、均方误差、算法运行时间等参数的对比结果, 发现迭代加权二范数算法相对空间匹配追踪算法, 峰值信噪比提升度达到20%, 均方误差下降度均大于50%。同时发现, 空间匹配追踪算法和子空间追踪算法的运行时间最少, 其中空间匹配追踪算法均小于0.5 s。为压缩感知理论在太赫兹成像领域的应用提供了新思路。
太赫兹成像 压缩感知 稀疏基 重构算法 迭代加权二范数 terahertz imaging compressed sensing sparse basis reconstruction algorithm IRLS
1 国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
2 国防科技大学 电子制约技术安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230037
为了提高激光反射断层成像目标重构的图像质量, 在目前激光反射断层成像普遍采用反投影算法重构图像的基础上, 将CT成像中常用的迭代重建算法引入到激光反射断层成像的图像重构过程中。分析了反投影算法中的直接反投影、R-L和S-L滤波反投影以及迭代重建算法在图像重构中的性能特性。进行了仿真和外场实验, 结果表明: 在直接反投影基础上添加了滤波器的反投影算法在减小误差和抑噪能力上都明显提高; 另外相比于反投影算法, 代数迭代重建算法表现出更好的重建质量, 且具有更强的抑噪性能。
激光雷达 反射断层成像 图像重构算法 代数迭代 性能分析 lidar reflection tomography image reconstruction algorithm algebraic iteration performance analysis 红外与激光工程
2019, 48(7): 0726002
辽宁工程技术大学电子与信息工程学院, 辽宁 葫芦岛 125105
针对多散射多传播路径的射频层析成像稀疏系统出现虚假目标影响图像重构的问题, 提出一种基于子空间追踪的自适应稀疏度重构方法。先根据目标信号自身特点动态调节稀疏度的起始值和步长逼近真实稀疏度, 再利用子空间追踪算法将多路径线性模型的衰减系数稀疏化处理, 并在重构过程中依靠稀疏度估计值更新支撑集, 重构目标图像。与其他重构算法相比, 该方法有效减少虚假目标对图像清晰度的影响, 实现稀疏度未知的层析图像清晰重构。仿真实验分析系统的重构匹配度和虚假目标出现概率, 比较射频传感器在有无噪声下算法的重构性能。实验结果表明, 该算法可准确估计稀疏度, 较低运算量的重构高精度图像, 在射频层析成像其他领域得到较好的应用。
成像系统 压缩感知 层析成像 多路径传播 重构算法 SP子空间追踪 激光与光电子学进展
2018, 55(9): 091102
