非视域成像技术分析与展望（特邀）

传统的光学成像技术受限于信息获取和处理方式,只能对视域范围内的目标进行成像。伴随着新型成像设备和高性能计算方法的发展,集光学成像、计算技术和图像处理于一体的非视域成像技术（none-line-of-sight,NLOS）使超越视域范围成像成为可能。文中依据成像机理的差异,将现有非视域成像技术分为三类:基于相干信息的方法、基于二维强度信息的方法和基于光子飞行时间的方法,详细分析了不同成像方法的原理及实现。同时将基于光子飞行时间的方法作为综述重点,在包含多类型目标和室内外场景的公共数据集中,定量比较了代表性方法的成像性能,并进一步设计搭建了阵列式非共焦瞬态成像装置,单曝光采集了真实场景中的非共焦瞬态图像,分析了典型非共焦成像方法在该成像架构下的重建能力。最后讨论了非视域成像技术的未来发展方向并展望了其应用前景。     

非视域成像系统的研究现状与进展

传统的光学成像技术是通过探测器对视线区域内的场景成像,而非视域成像技术是对观察者视线之外的区域进行成像,它通过一个中介面,对被其他物体遮挡住的隐藏物体成像(如拐角处、烟雾后等),是近年来刚发展起来的一种新的光学探测技术。该项技术对于反恐、灾难救援、城市交通等都有重要意义。本文针对国内外非视域成像系统的特点进行总结分析,根据成像系统的成像机制不同,将目前非视域成像系统分为4种主要类型,分析其应用的优缺点,并从成像装置、成像分辨率和重建算法几个方面分析其研究趋势。     

基于联合代数迭代的非视域激光图像重建方法

非视域成像技术采用非传统光学技术,利用间接成像的方法对无法直接观测的隐藏物体进行探测。针对目前试验系统复杂且需要场景扫描,导致数据采集过程复杂且需要大量时间的问题,提出基于阵列式APD的透射式非视域成像试验设置,试验设置操作简单且不需要场景扫描,实现快速数据采集。针对非视域成像技术一般只能获取不完全(缺失)角度的数据,使用反投影算法不能得到理想的重建结果的问题,提出利用联合代数迭代(SART)重建算法对非视域成像物体进行三维重建。试验结果表明：SART算法能够在部分角度数据下,更好地去除反投影算法中的伪影和噪点;在最初的第2和第3次迭代后,通过计算,其峰值信噪比PSNR值提高了1.392 8、2.466 3,其结构相似度SSIM值提高了0.119 8、0.231 2,表明该方法能有效提高非视域物体的图像重建精度。     

基于激光距离选通成像的非视域成像应用

非视域成像是国外近几年出现的一种新的成像模式,能够绕过拐角对难以直接观察的场景进行成像。介绍了基于激光距离选通成像技术的非视域成像模式,给出了国外的几个典型非视域成像实验及其结果。搭建了基于532 nm激光器和ICCD探测器的距离选通成像系统,以窗户玻璃和墙面瓷砖作为中介反射面,分别获得了50 m和20 m处目标的非视域图像。实验结果表明,非视域成像的效果与中介反射面的反射特性有关,许多具有一定镜面反射特性的建筑材料均可作为中介反射面,用于非视域成像;非视域成像模式在城市巷战、公安侦察以及抗灾救援等领域展现出潜在的应用前景,是一种具有发展前景的新型光电成像模式。     

基于MLEM迭代的非视域激光图像重建方法

非视域成像技术是一种新型光学成像技术,主要是对拐角处的隐藏物体进行成像.针对目前成像设备复杂和需要场景扫描,导致数据采集速度慢的问题,提出采用纳秒激光和APD阵列探测器的透射式成像试验装置,可以实现快速数据采集,不需要进行场景扫描,相比之前的系统大大缩短了数据采集时间.针对仅能在稀疏角度或有限角度下采集数据而导致图像重...     

非视域快速成像系统研究初探

非视域(Non-Line-of-Sight, NLOS)成像技术可以对被其他物体遮挡住(如拐角处、烟雾后等)的隐藏目标进行探测和成像,因此在机器视觉、安防、医学影像、灾难救援和自动驾驶等领域具有重要的应用价值。该技术通过利用脉冲激光束和时域信号探测器扫描特定表面来实现上述功能。目前NLOS技术仍然存在诸多不足之处,比如扫描时间长、计算时间长等。针对这些情况,提出了一种凝视型快速探测与重建方法。模拟结果表明,该方法可探测高反射物体,并可有效增大视域范围。     

基于二次相关法的非视域物体定位研究

非视域成像技术是对无法直接观测到的物体进行间接观测的一种技术,本文使用激光光源照射中间介质,光经过中间介质进行多次反射,再使用APD(Avalanche Photon Diode)阵列接收回波信号,最后使用二次相关法进行时间延迟估计,计算回波信号的返回时间,完成对非视域物体的定位。实验表明,该方法可以快速定位非视域物体的位置,在噪声比较大的环境下,比直接使用互相关法定位更加准确。     

稀疏角度数据下非视域物体三维重建方法研究

非视域成像技术是一种新型的针对观测视线外目标进行三维成像的技术,主要是通过激光照射中介面,利用探测器对隐藏物体光强的时空分布信息进行采集,再使用重建算法进行图像重建.由于其仅能在稀疏或部分角度下进行探测,不能获取隐藏物体的全方位信息,获取数据信息不足从而使图像重建精度不高.本文针对稀疏角度数据问题,提出了反投影最大似然...     

镜面反射综合孔径近场成像及其成像分辨率研究

镜面反射综合孔径成像技术是一种通过非相干探测实现综合孔径成像的方法,利用功率探测获得余弦可视度函数,进而通过反演算法获得目标场景亮温图像。文中对镜面反射综合孔径成像方法的近场成像及其成像分辨率进行了理论研究,并通过点源成像实验对理论分析结果进行了实验验证,实验测得的成像角度分别为16.07°、18.48°、23.73°和27.47°,对应的成像分辨率分别为0.95°、0.98°、1.00°和1.04°,实验结果和理论计算结果相符,表明了镜面反射综合孔径成像技术在近场成像领域应用的有效性和优越性。     

非视域三维成像激光雷达的研究进展

综述了非视域三维成像激光雷达技术的研究现状及进展。首先介绍了非视域成像技术的产生背景和基本概念,从多种实现技术中选出最接近激光雷达构型的基于激光脉冲飞行时间测量的非视域成像技术作为文中的综述重点。然后分别从成像系统和成像算法两个方面对国内外的研究进展进行了分析总结,可以看出,未来采用SPAD面阵进行无扫描阵列式非视域成像已成为必然的趋势,而能够适配SPAD面阵的非共焦重构算法也将成为研究重点。这种激光成像雷达新体制未来在军事侦察、安防反恐、无人驾驶、灾难救援等领域将有着极其广泛的应用前景。     

太赫兹计算层析成像研究进展（特邀）

太赫兹波作为一种穿透性强、具有非电离性和惧水性的电磁波,可以穿透多种非金属、非极性介质材料。太赫兹计算层析成像技术基于傅里叶中心切片定理和直线传播模型,通过记录不同投影角度下的强度数据,采用滤波反投影等重建算法获得样品三维吸收系数分布和内外部结构信息分布。随着太赫兹成像器件的不断发展和应用场景的拓展,已发展出多种照明模式、成像光路和重建算法,并已在文物保护、骨密度测量和无损检测领域开展了应用探索。概述太赫兹计算层析技术的基本原理,并从提高重建质量、分辨率和采集效率三方面具体介绍太赫兹计算层析成像技术的最新研究。     

星载SAR非沿迹成像新模式:机遇与挑战

星载合成孔径雷达(SAR)通过采用不同成像模式,实现分辨率与成像带宽度的不同性能组合。常规星载SAR模式的成像带沿着卫星航迹方向,走向单一;但实际目标场景的地理走向多种多样,与沿卫星航迹方向的成像带地理走向不匹配的情况普遍出现,导致数采周期长或方位分辨低、存储与计算资源浪费。星载SAR非沿迹成像模式是解决该问题的新思路,其通过生成与卫星航迹不同向的直线型或曲线型的成像带,匹配于目标场景的实际地理走向,对目标场景进行“地理定制化”成像。该文主要从信息获取、成像处理等方面,讨论了星载SAR非沿迹成像新模式的主要机遇与挑战,并通过计算机仿真实现了星载SAR非沿迹成像模式的原理性验证。      

激光吸收光谱2D和3D成像测量技术及其应用研究进展

激光吸收光谱（LAS）技术因其高灵敏度、高精度以及非接触测量等优势,被广泛应用于气体流场检测。在燃烧诊断、泄漏检测和定位等应用场景中,对空间分布测量提出了需求。基于LAS技术发展而来的激光吸收层析成像（LAT）技术和激光吸收成像（LAI）技术不仅能够实现流场的2D/3D成像,而且在实现高的时间分辨率的同时对实际工程中的复杂环境有很好的适应性,未来仍是相关领域研究的重点。本文简要概述了LAS技术的基本原理以及LAT技术和LAI技术的成像方法;重点介绍了近十年LAT技术和LAI技术的国内外研究和应用现状,包括线性和非线性LAT测量技术、LAI技术的2D/3D成像技术;最后对基于LAS的2D/3D成像技术的未来发展趋势进行了展望。     

Time-of-Flight透散射介质成像技术综述

Time-of-Flight (ToF)成像是利用光在目标和相机之间的飞行时间来获取场景的深度信息,具有体积小、成本低、实时成像等优势。在散射环境中,由于散射介质对光的散射作用,ToF成像受到多径干扰的影响,深度测量误差较大,限制了ToF相机在散射场景中的应用。ToF透散射介质成像技术是校正因散射光引起的多径干扰效应,从传感器接收到的混叠信号中分离出目标分量,实现散射场景中的深度信息恢复,其在雾天自动驾驶、水下勘测、生物医学等领域具有广阔的应用前景。依据ToF成像系统的不同,详细介绍了PL-ToF和CW-ToF成像的基本原理,阐述和分析了散射场景中ToF稳态成像和瞬态成像的机理和特点,分别回顾和总结了ToF稳态成像和瞬态成像的透散射介质成像研究现状,并介绍了ToF透散射介质成像的应用前景,最后依据现有ToF透散射介质成像技术的优缺点,对未来发展趋势进行了展望。     

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。     

前向调制散斑偏振关联成像技术研究

近年来,关联成像成为光学成像领域的前沿和热点研究之一,它是一种新型的成像技术,具有广泛的应用价值和前景。偏振探测技术可以提升系统探测识别能力,且具有对不同材质物体的分类能力。将关联成像技术与偏振探测技术相结合,固定探测端偏振配置,使用Hadamard模式照明散斑,对照明散斑进行分时偏振调制,搭建了前向调制偏振关联成像系统。利用该系统对含有多材质物体的场景进行了偏振探测成像实验,利用探测信号与照明散斑计算出了场景的强度和偏振信息。使用演化压缩采样复原技术,在不同采样率下对场景信息进行了复原,在12.5%的采样率下获取了场景清晰的强度和偏振信息。     

计算成像技术在信息复原及增强中的研究进展（特邀）

计算成像是融合了光学设计、光学传感和图像处理的新兴技术领域,突破了传统成像技术获取信息的深度和广度限制,成为国际研究热点,是先进光学成像技术的重要发展方向。综合国内外文献和相关报道,以计算成像在信息复原及信息增强应用场景的技术发展为主线,结合新方法、新算法探讨各个子领域的主要进展,介绍端到端相机成像优化模型、衍射光学模型及基于可微光线追踪的复杂透镜模型等。近年来,无论是光学系统硬件加工还是图像处理算法都有着惊人的发展速度,多样化系统结构和先进算法的结合为计算成像提供了强大的发展动力,从人脸识别到物体检测,计算成像技术广泛涵盖了安防监控、医疗诊断、零售和娱乐等众多领域,相信未来也会在更多科学应用领域看到它的价值。     

基于场景的SPRITE热像仪的非均匀性数字校正

非均匀性校正是热成像信号预处理技术的重要内容。本文针对ＳＰＲＩＴＥ热成像系统的成像特点,提出了一种基于场景统计特性的非均匀性数字校正算法,并给出了实现方法和仿真结果。     

成像偏振测量技术及其应用

成像偏振仪是利用了现有的辐射成像技术和偏振测量技术的原理,加以技术上改进,获得待测目标的偏振参数（偏振度、偏振方位角和偏振椭率等）的灰度图的仪器,具有准确度高、信息量丰富的优点。近两年,国外对成像偏振技术（尤其是全偏振态的成像技术）的研究非常重视。成像偏振测量技术把信息量从三维（光强、光谱以及空间）扩充到七维（光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角以及偏振椭率）,能同时得到直观的各偏振参数灰度图和各观测点的详细偏振数据信息。另外,成像偏振技术在军事上也有其特殊的用途（尤其是椭圆偏振态的测量）。     

基于OMP-CADMM的非合作运动人体ViSAR成像方法

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）人体成像技术凭借其高分辨、强穿透、易部署和高安全性，已成为SAR拓展至日常民用领域的关键技术之一.然而现有SAR人体成像方法大多针对固定场景下的静态人体目标进行合作式成像，难以满足开放场景非合作成像应用的需求.为此，本文基于人体运动的块稀疏性与一致性约束，提出了一种面向非合作运动人体的视频SAR(Video SAR,ViSAR)成像方法 .该方法首先结合ViSAR子孔径快速成像技术，简化人体非刚性运动模型，建立非刚性运动相位误差参量模型；随后结合人体运动的块稀疏性与时间连续性，基于正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP）稀疏恢复算法估计人体运动相位误差；最后基于一致性交替方向乘子法（Consensus Alternating Direction Multiplier Method,CADMM）优化框架，保留人体目标局部结果的一致性共有特征，从多个局部补偿结果集中优化出人体的全局聚焦成像结果，实现人体的非刚性运动补偿与全局精细优化.实验结果表明该文所提方法可实现非合作走动人体的视...