基于水体退化函数补偿方法的水下傅里叶单像素成像

水下光学成像的探测环境相对复杂。前向散射、后向散射和吸收极大地降低了水下光学成像的成像质量。单像素成像因其较高的抗噪声性而被认为是一种适合于水下光学成像的技术。对于水下单像素成像系统,目前存在的问题是需要采用结构光进行照明,当散斑在水下传播时,前向散射会使预先生成的散斑发生畸变。因此,重建结果的分辨率降低,重建结果模糊不清。为了减小前向散射对单像素成像系统的影响,对傅里叶单像素成像的重建过程进行改进。在空间谱域傅里叶单像素成像系统的水下退化函数进行估计,然后根据估计的退化函数实现目标空间谱反演。最后利用傅里叶变换对反演后的目标空间谱进行变换,最终获得目标的强度图像。理论分析和实验结果证明了该方法的有效性。利用该方法,能够有效地减小前向散射对成像质量的影响,提高了水下傅里叶单像元成像的重建结果质量。     

频域自适应降采样的傅里叶单像素成像

单像素成像技术突破了传统成像中探测器与目标物体之间存在遮挡物无法成像的限制,具有系统简单、成本低廉、宽谱成像等优点,在成像领域迅速获得关注并得到逐步发展。然而,由于其使用无空间分辨率的单点探测器,完美成像需对场景进行与图像像素数量级相当的测量。因此,如何在保证一定成像质量的前提下,大幅度提升其成像速度,成为单像素成像技术走向应用的关键问题之一。为此提出了一种基于变换域自适应降采样的傅里叶单像素成像方法。该方法利用傅里叶变换频谱能量集中的特点,在频域合理规划采样路径;然后,沿规划路径测量谱系数,计算每段采样路径的谱系数方差,并在线进行曲线拟合,当曲线斜率达到人为设定的误差带（或趋近于0）时,采样测量自动停止;最后,对采样测量获得的谱系数矩阵实施傅里叶逆变换重建目标图像。提出方法大幅提高了成像效率。     

基于改进三维块匹配滤波的红外全息降噪算法北大核心CSCD

红外全息技术更适用于长距离的大视场成像,但其散斑噪声与高斯噪声对图像质量的影响也更加显著,限制了红外全息技术的应用与推广。本文通过引入全局傅立叶阈值与自适应维纳滤波的方法对三维块匹配滤波算法进行优化,提高了其对红外全息图像降噪的适应性与细节保留,得到改进的三维块匹配滤波算法,并与多种采用传统滤波方法的结果进行了对比。结果表明,改进后的算法可以在对红外全息图像中的高斯噪声等环境噪声与散斑噪声进行降噪的同时保留更多细节,是一种更加适用于红外全息图像的降噪方法。     

一种适用于任意目标的离焦深度快速自动聚焦技术

针对聚焦深度(DFF)法对焦速度慢的缺点,提出了 一种适用于任意目标的离焦深度(DFD)快速自动聚焦 算法。在仅改变成像系统镜头位置的条件下,应用光学成像系统离焦模型,推导了以模糊差 异为参量的离 焦深度的计算公式。采用S变换得到两幅不同离焦程度图像的模糊差异,并利用推导得到的 公式计算出目 标物体的深度信息,从而调节镜头位置完成自动聚焦。实验结果表明,本文算法适用于任意 目标物体,仅需 要两幅不同程度的离焦图像,能够以较高精度估计出目标物体的深度信息,从而实现快速自动聚 焦。     

单像素成像信噪比分析及其在特殊波段的发展

不同于传统的像素阵列化相机,单像素成像,作为一种新型的计算成像技术,通过使用不具有空间分辨能力的桶探测器,探测出被目标物体反射或透射的光强度,并将该强度与经过掩模图案调制的具有特定空间分布的结构光强度作关联运算,最终重构出清晰的物体图像.相比多像素化相机,单像素成像具有成本廉价、可在特殊波段成像等优点,在科研界引起了广...     

基于3D U-Net的轻量级脑肿瘤分割网络北大核心CSCD

针对现有脑肿瘤核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)分割神经网络的参数量和计算量较大且对肿瘤区域小目标分割精度不高的问题,提出一种改进的轻量级脑肿瘤分割网络MF-RES2Net(multiple fiber residual-like networks)。该网络以3D U-Net为基础架构,将多纤模块(multi-fiber, MF)和类残差模块(RES2)相结合代替传统卷积模块。MF将特征图像的通道进行混合,增加了通道间信息的交流融合;RES2将通道均分,单通道的卷积结果相加到相邻通道,在扩大图像感受野的同时保留了细节特征,同时降低网络参数量。此外,为改善数据不平衡问题,提出一种改进的加权损失函数,提高了网络对小目标的分割精度。将MF-RES2Net在BRATS 2019数据集进行验证,完整肿瘤、核心肿瘤和增强肿瘤分割的平均Dice系数分别为89.98%、84.02%、77.62%,参数量和浮点数分别为3.16 M和16.24 G,结果表明:该网络在降低参数量和计算量的同时进一步提升了分割性能,有效地降低了网络运行时的设备要求。     

基于傅里叶干涉法的微结构离面运动测量

提出一种基于傅里叶变换的频闪显微干涉测试方法,对微谐振器和微悬臂梁的离面运动进行测试研究.微结构受激励产生周期离面运动,单个运动周期分解成若干运动相位,利用频闪照明获得不同运动相位的干涉图像,通过傅里叶变换计算出各自的包裹相位,并利用时间轴相位展开提取出微结构的离面周期运动信息.与时间相移干涉法相比,该方法只需在单个运动相位下采集1幅干涉图像,减少了干涉图像采集的时间.对比实验结果表明,傅里叶干涉法的离面运动测量精度优于20 nm.     

太赫兹离轴数字全息消零级方法的像质评价及其分析北大核心CSCD

在太赫兹离轴数字全息中,因其记录及再现距离较短,零级衍射会对再现像造成严重影响。利用三种图像质量客观评价指标,对2.52THz离轴数字全息中使用复振幅复原法和拉普拉斯算子消零级方法得到的再现像进行了比较分析。以成像实验中的分辨率板为模型设计了仿真目标,根据实验获得的照明光和参考光的强度分布仿真了全息图,利用角谱法进行再现,最后对真实太赫兹数字全息图进行了相同的处理,所得结果与仿真结论基本吻合。复振幅复原法和拉普拉斯算子法均能很好的抑制零级衍射。相比拉普拉斯算子法,复振幅复原法的零级衍射亮度衰减率更高,再现像整体上峰值信噪比更高,在高分辨率的0.2mm亮竖条纹区域具有更高的信噪比,图像质量更好。     

基于互补型格雷编码的离焦二元光栅相位展开方法

离焦投影使编码光图像黑白灰级跳变产生模糊而 造成二值化错误,导致相位级次解码 出错,影响相位展开。本文提出利用互补型格雷编码光计算相位级次,完成离焦二元光栅相 位展开。生成两种编码光序列,出现误码的位置相互交错,具有互补性。结合 两种互补性编码光图像进行相位展开,可有效避免编码光图像二值化错误所引起的误码影响 。对陡 变物体测量的结果表明,相位相对误差(RE)为1． 03％,误差峰谷值(PV)为0.24rad,均方差(RMS )为0.14rad。本文方法提高了离焦二元光栅测量精度 ,扩大了测量范围,尤其适用于陡变或不连续物体的三维面形测量。     

傅里叶单像素成像技术与应用

非可见光成像是光学成像领域中的难题之一。单像素成像作为一种新型的计算成像技术,利用空间光调制技术,可实现只使用一个无空间分辨能力的单像素探测器获取物体的空间信息。因此单像素成像是解决传统成像在非可见光波段成像难题的潜在解决方案之一。近年,傅里叶单像素成像技术被证明是一种可以兼得高成像质量和高成像效率的单像素成像技术。自2015年被提出至今,傅里叶单像素成像已经从二维成像推广到三维成像、从灰度成像推广到彩色成像、从静态成像推广到动态成像、从单模态成像推广到多模态成像、从宏观成像推广到显微成像,发展出一系列的成像技术。对傅里叶单像素成像技术的基本原理、与之相关的成像技术和应用进行了综述,并讨论了现存的一些关键问题以及今后可能的研究方向。     

单像素成像中的光信息编码与解码

单像素成像旨在通过单个感光元件记录目标场景信息。由于其高灵敏度、宽谱段响应等良好的特性,单像素成像是近年来的研究热点。通过对高维光信号的编码采集与解码重构,单像素成像能够满足丰富的成像需求。介绍了单像素成像的研究背景,简述了其成像原理及重构算法,从光信息编码与解码角度系统回顾了单像素成像的研究现状和前沿技术。此外,还讨论了单像素成像技术中存在的问题,以及未来可能的研究方向与应用。     

准点X光源成像实验台架的研制

为了研究医学系统中乳腺癌早期诊断的关键技术,研制了一台用于准点X光源成像实验台架。该实验台架由脉冲触发器电源和脉冲X射线管组成,其中脉冲触发器电源由Marx发生器、火花隙开关、电容分压器及输出段构成,采用紧凑可移动化的设计;脉冲X射线管利用冷阴极反射轰击阳极靶韧致辐射出X射线的机理,该方法可有效提高辐射出X射线点源位置的重复率,并且根据不同的驱动电压可调节阴阳极的材料及距离,保证在脉冲X射线管输出X射线光子能量≥15 keV的情况下,X射线点源尺寸可以达到≤100 μm的设计指标。Simplorer模拟结果表明：在脉冲X射线管阻抗为57 Ω时,脉冲触发器输出指标为电压169 kV,上升时间≤10 ns,脉宽≤100 ns。     

The performance of a defocused adaptive array with afinite-distance signal source

An approximate expression for the output signal-to-noise ratio (SNR) is obtained as a function of the steering distance and the steering angle. From that expression, a rule of thumb is drawn to determine both the steering angle and the steering distance which result in a given loss. The simulations show that the introduction of a single interferer does not affect the performance because of the interference nulling ability of the array for nonmain beam interferers. For the purpose of comparison with a conventional beamforming array, the range beamwidth and 3-dB degradation steering angle of an Applebaum adaptive array was derived. It is shown that the parameters for the conventional beamforming array cannot be directly applied to an Applebaum-type adaptive array     

太赫兹可编程超材料的研究进展和在单像素成像中的应用

人工电磁超材料展现了强大的电磁波调控能力. 随着可编程超材料的提出,超材料向数字化、智能化的方向不断发展. 本文首先回顾了太赫兹可编程超材料的研究进展,重点讨论基于半导体、液晶等可调材料的太赫兹可编程超材料的设计方法、调控原理及应用. 然后,介绍了太赫兹可编程超材料在单像素成像中的应用,即利用电控和光控可编程超材料实现太赫兹光的空间编码调制,结合压缩感知等成像算法,实现太赫兹单像素成像. 最后,对太赫兹可编程超材料的发展趋势和应用前景进行了展望.     

单像素成像理论与方法（特邀）

单像素成像技术是一种可通过无空间分辨能力的单像元探测器来获取目标图像信息的新型成像技术,与传统“所见即所得”的光学成像技术相比具有高灵敏、抗干扰和高分辨等一系列优点,在遥感探测、国防军事和生物医学等领域有着广阔的应用前景。近年来,随着计算能力的提升和光电器件的发展,单像素成像受到越来越多学者们的关注。简要回顾了单像素成像的发展历程,详细介绍了单像素成像的基本原理、调制矩阵设计、图像恢复算法等方面的研究进展,并对其应用场景和未来发展趋势进行了总结和展望。     

非接触手成像系统图像采集光源的研究

研究了基于TMS320DM642 DSP芯片的非接触多光谱手识别装置中的光源。在整个识别装置中,光源占有举足轻重的地位,合理准确的光源能够采集到清晰的手部信息图像,并有利于提高用户身份识别的准确率。基于此目的搭建了以恒流源控制芯片、LED为主要器件的多光谱光源控制系统:恒流源芯片要驱动采集手掌掌纹信息的470 nm的可见蓝光LED和采集手掌静脉、掌形信息的850 nm近红外光LED;且可实现一次拍摄并获取高质量的三模态信息(掌纹、手掌静脉及掌形)的图像;并利用Light Tools软件对该光源进行了辅助验证。该设计不但解决了在获取手部三模态信息时需要转换光源的问题,而且还为多模态手部识别奠定了数据基础和实验环境。     

视觉检测系统LED光源照度优化方法

针对当前视觉检测系统LED光源照度优化研究中存在的照度效果评价因素单一、照度优化方法通用性不足等问题,以芯片封装质量视觉检测为例,提出一种基于改进樽海鞘算法的LED光源照度优化方法。该方法在单个LED光源照度数学模型基础上,建立标准条形LED阵列光源照度数学模型,获取条形LED阵列在任意空间位姿与被测面的照度值;基于照度均匀度、照度梯度变化与对中度、平均照度、目标与背景区分度等因素建立平面照度效果评价函数;提出改进樽海鞘算法,通过改进算法收敛系数、速度、领导者与追随者位置等更新策略,增强区域搜索的多样性;应用改进樽海鞘算法对平面照度效果评价函数进行优化求解,获取具有最优照度效果的空间位姿参数。实验结果表明:考察优化区域的相对照度分布,文中提出的LED光源照度优化方法所得照度分布与实际测量所得照度分布结果基本一致,目标区域理论照度均匀度在98.78%以上,误差在5.57%以内。因此文中提出方法优化目标合理,可用于视觉检测系统具有最优照度效果时光源位姿信息参数的获取。     

太赫兹单像素计算成像原理及其应用(特邀)

太赫兹成像技术具有透视性、安全性以及光谱分辨能力等独特优点,有着广泛的应用前景。由于太赫兹面阵探测器的技术成熟度低、价格昂贵,太赫兹成像技术在较长时间内以单点扫描方案为主,存在系统复杂、成像耗时长等问题。近年来,基于计算成像算法的太赫兹单像素成像技术发展迅速,成为了获取太赫兹图像的重要途径之一。文章综述了太赫兹单像素计算成像技术的基本原理、技术实现手段和应用前景,总结了现存的一些关键问题,并展望了一些今后可能的发展方向。     

噪声环境下基于单像素成像系统和深度学习的目标识别方法

单像素成像系统由于其独特的成像方式受到广泛关注,但其在噪声环境中的目标识别方法并未得到深入研究。针对该问题,文中分别采用桶探测器获取的信号值和重构出的二维图像作为训练样本进行深度学习,并以此识别噪声环境中的目标。通过对比两者识别结果,发现在采样率较低时,前者即使在较强噪声环境中也可以获得较高的识别率;而后者的识别率虽然一直比较稳定,但其预处理时间较高,因此前者更适用于快速成像中的目标识别。此外,对于仅利用桶探测器信号进行训练的方法,文中还研究了目标稀疏度对其识别精度的影响,发现当外界噪声和采样率一定时,稀疏度越高的目标,其识别精度也越高。文中为噪声环境中单像素成像的目标识别方法提供了选择依据。