余弦编码复用高空间分辨率关联成像研究

发展了一种余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术。首先通过构造多个低空间分辨率的余弦编码散斑复用为高空间分辨率调制散斑对目标进行调制照明,单像素探测器收集调制光与目标相互作用后产生的散射光强,由迭代算法复原出目标的混叠图像。进而鉴于余弦编码所特有的确定性频谱结构,利用数字图像处理方法高效解码重构出多个低空间分辨率物体图像,最终拼接为高空间分辨率目标图像。理论分析了余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术实现方法,并仿真验证了该方法的有效性。本方法大幅降低了传统高空间分辨率关联成像所需的调制散斑,减少了在线采样时间与离线图像重构时间,提高了高空间分辨率关联成像的成像效率。     

光谱编码计算关联成像技术研究

现有的多光谱成像技术通常采用光学分光的方式,使用多个探测器对成像场景的光谱图像进行采集,导致现有成像系统复杂,数据量大、效率低。针对现有技术的不足,提出基于正交调制模式的光谱编码计算关联成像技术。通过正交光谱编码矩阵融合Hadamard基图案构造投影散斑对宽带光源进行调制,单像素探测器收集成像物体与调制光源相互作用后的反射信号;应用演化压缩技术复原成像物体的混叠光谱图像;利用编码矩阵的正交性质解码出欠采样的光谱分量图像,对分离出的图像应用组稀疏压缩感知算法重构全采样的光谱分量图像,最后融合出成像物体的多光谱图像。通过数值模拟与实验两方面验证了所提方法的高效性。所提的技术简化了多光谱关联成像系统,降低了数据量。光谱编码方法可以扩展到更多的光谱通道,也可以应用在偏振关联成像、信息加密等领域。     

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。     

基于相位调制的运动目标多光谱关联成像研究

为克服扫描方式多光谱成像无法捕获动态场景下的多光谱数据,提出了一种基于相位调制实现运动目标单次曝光多光谱成像方法。该方法将关联成像技术、压缩感知技术与光谱成像相结合,在成像光路中引入空间随机相位调制器,对运动目标物体三维图谱信息数据进行调制和压缩,然后利用探测器获取二维混叠信号,实现单次曝光获取运动目标的三维图谱信息重构,具有光能利用率高、成像时间短、系统结构简单等优点。实验结果表明:单帧CCD探测信号的电子数均值从200 e?按100 e?的间隔增加到1300 e?时,随着电子数均值增加,重构图像相对均方根误差rRMSE值对应减小,重构图像质量提高;当步进电机以30 Hz速度带动目标物体连续运动时,可获得较好质量运动物体的多光谱重构图像;采用光谱仪对目标物体中不同谱段的光谱分布曲线进行测试,所得结果与重构图像的光谱分布曲线相吻合,证明了该方法的有效性。研究结果对多光谱关联成像技术在无人机平台、动态监测等领域的应用提供了有益借鉴。     

高空间分辨率关联成像技术研究

关联成像受限于成像机制,其空间分辨率与时间分辨率相互制约。成像空间分辨率越高,所需的调制散斑越多,对应的采集时间越长。针对此瓶颈,提出采用多个低空间分辨率散斑同时对高空间分辨率物体调制的关联成像方法,利用单像素探测器接收被调制物体信号,并基于迭代算法与压缩感知算法重构高空间分辨率成像物体图像。利用数值仿真验证了所提方法的有效性。研究结果表明,所实现的高空间分辨率关联成像技术大幅降低了调制散斑数量,减少了在线采样时间,在生物医学等要求高空间分辨率且对采样时间苛刻的领域具有重要的应用价值。     

均匀分布狭缝阵列编码光谱成像系统的仿真与验证

为解决传统色散型高光谱成像仪扫描速度慢和编码孔径光谱成像系统存在部分信息失真或丢失、光谱重构复杂度高等问题,设计了一种基于均匀分布狭缝阵列的光谱成像系统,在编码孔径光谱成像系统的基础上,采用微位移电机控制阵列编码狭缝对成像视场进行微扫描,以实现光谱不混叠成像,在满足一定成像帧频的条件下实现动态场景的无损探测.仿真结果表明:在光谱图像重构质量与单狭缝系统结果一致的前提下,该系统的采集效率提升了 17倍;空间结构相似度和光谱保真度分别是50％压缩采样率编码孔径光谱成像系统的1.8倍和1.17倍,在完成仿真的基础上,搭建实验装置进行了可行性验证.     

偏振成像技术发展与应用(特邀)

偏振成像是一种新型光电探测方法。相比于传统的强度成像,偏振成像可以进一步获取目标的偏振特性,从而提高对比度,增加识别概率。偏振成像在生物医疗、工业检测、地球遥感、现代军事以及海洋和航空领域具有重要应用价值。文中对偏振成像系统的成像方式进行分类和比较,总结了偏振成像的实现方法。在此基础上,根据不同偏振成像系统的特点,针对不同的应用背景,对偏振成像系统的未来发展方向进行了展望,包括基于超表面的新型偏振成像系统以及新型偏振成像光谱系统等。     

基于信息复用的多路x265视频编码系统设计

为了满足不同网络环境下的用户需求,视频节目往往需要经过多次编码以产生不同码率的多个码流.这种多次独立编码方式存在计算资源消耗大和效率低等问题,利用视频在不同码率编码时存在的编码信息相关性,设计了基于编码信息复用的多路x265视频编码系统,使多个从编码器复用主编码器产生的编码信息,如编码单元(CU)的层次划分信息、预测单元(PU)的模式判别信息以及运动估计参考帧信息等,从而大幅提高多路编码效率.该系统支持单路视频输入,进行基于信息复用的多路编码后,同时输出不同码流的多路码流.实验结果表明,与传统的多次独立x265编码相比,该系统在保证视频质量的前提下,对高清1080p和准高清720p视频分别节省了43.32％和52.79％的编码时间.     

无透镜编码叠层显微成像原理及研究进展(特邀)

叠层成像技术是近年来发展快速的相干衍射成像方法,目前已经成为世界上大多数X射线同步加速器和国家实验室不可或缺的成像工具.光学叠层成像是叠层成像技术在可见光波段的应用,分为基于透镜的傅里叶叠层成像与基于无透镜的编码叠层成像.编码叠层成像作为一种新型无透镜片上显微成像技术,具有大视场、高分辨率、无像差、无标记、便携式,以及缓变相位成像等诸多技术优点.本文介绍无透镜编码叠层显微成像的基本原理及最新研究进展,分析了其成像性能,重点介绍了其在生物医学方面的相关应用,并讨论了编码叠层成像技术未来的发展方向.     

全Stokes偏振关联成像技术研究

近年来,随着关联成像技术的高速发展,已被广泛应用于诸多领域内,并引起了高度关注。偏振探测技术能够区分不同材质物体,可以增强系统的探测识别能力。文中结合偏振探测和关联成像技术的优点,利用Walsh-Hadamard散斑对场景进行照明,并对场景反射光进行分时偏振探测,实现了对场景的全Stokes偏振关联成像。搭建相应的实验系统对多材质物体进行了成像实验,利用不同偏振探测信号与照明散斑计算并获得了物体的Stokes参数图像,实现了对同一场景中的不同材质物体和相同材质不同结构物体的区分。通过演化压缩采样复原技术,在不同采样率下对物体图像进行了复原,结果表明：演化压缩采样复原技术能在较低的采样率下,复原出清晰的场景全偏振信息。