浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
针对HDMI数码显微相机在观测时由于不同目标反光水平不一致而出现过曝、曝光收敛速度慢、不稳定的问题，提出一种自动曝光优化方法。相较于传统的HDMI显微相机中的自动曝光控制方法，所提方法实现了基于感兴趣区域的曝光控制，可对RAW图像中的任意区域进行测光和亮度统计，拓展亮度统计的动态范围并实现基于不同目标的曝光控制，提升亮度统计的准确性，解决因目标过亮或者过暗而出现的过曝现象。同时设计了可变的曝光调节步长，该功能能够根据当前亮度水平动态调整曝光步长，实现曝光的粗调和细调，以平衡曝光收敛速度和曝光精确度。最终结合实际的相机进行实验，所提曝光控制优化方法相较于原有的自动曝光法曝光偏离度降低了一半，曝光收敛时间缩短了一半以上，最快能在4帧图像内完成曝光收敛。
自动曝光 过曝 RAW图像 数码显微相机 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618021
Author Affiliations
Abstract
Optical computing and optical neural network have gained increasing attention in recent years because of their potential advantages of parallel processing at the speed of light and low power consumption by comparison with electronic computing. The optical implementation of the fundamental building blocks of a digital computer, i.e. logic gates, has been investigated extensively in the past few decades. Optical logic gate computing is an alternative approach to various analogue optical computing architectures. In this paper, the latest development of optical logic gate computing with different kinds of implementations is reviewed. Firstly, the basic concepts of analogue and digital computing with logic gates in the electronic and optical domains are introduced. And then a comprehensive summary of various optical logic gate schemes including spatial encoding of light field, semiconductor optical amplifiers (SOA), highly nonlinear fiber (HNLF), microscale and nanoscale waveguides, and photonic crystal structures is presented. To conclude, the formidable challenges in developing practical all-optical logic gates are analyzed and the prospects of the future are discussed.
Opto-Electronic Science
2022, 1(9): 220010
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electrical and Electronic Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518000, China
2 Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation, Ministry of Education, Nanjing University, Nanjing 210023, China
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Phase-sensitive optical time-domain reflectometry (Φ-OTDR) has attracted numerous attention due to its superior performance in detecting the weak perturbations along the fiber. Relying on the ultra-sensitivity of light phase to the tiny deformation of optical fiber, Φ-OTDR has been treated as a powerful technique with a wide range of applications. It is fundamental to extract the phase of scattering light wave accurately and the methods include coherent detection, I/Q demodulation, 3 by 3 coupler, dual probe pulses, and so on. Meanwhile, researchers have also made great efforts to improve the performance of Φ-OTDR. The frequency response range, the measurement accuracy, the sensing distance, the spatial resolution, and the accuracy of event discrimination, all have been enhanced by various techniques. Furthermore, lots of researches on the applications in various kinds of fields have been carried out, where certain modifications and techniques have been developed. Therefore, Φ-OTDR remains as a booming technique in both researches and applications.
optical fiber sensors Ф-OTDR phase demodulation application research Opto-Electronic Advances
2022, 5(3): 200078
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显微镜倍率越大,视野越小,通常需要通过图像拼接得到视野范围大且分辨率高的切片图像。而显微图像拼接时,由于特征丰富、信息量大且包含大量相似区域,导致拼接时间过长,配准准确率低。为此,提出了一种针对显微图像的拼接算法,可以快速进行配准和融合得到拼接图像。首先通过模板匹配进行初始运动估计,然后用光流法做进一步匹配,得到匹配点对后通过相似性和位置约束剔除误匹配点,进一步提高配准精度。实验结果表明,所提方法可以在保持实时性的同时有效提高配准精度。
图像处理 图像配准 光流法 模板匹配 位置约束 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2410001
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精密制造领域的发展对复杂微观结构的三维形貌测量提出了更高的要求。非接触测量方法虽然具有可观的纵向分辨率,但难以测量倾角较大的倾斜表面。近年来提出的基于超短景深成像的变焦测量方法对斜面表面的测量具有较好的效果,能够真正实现微观复杂结构表面的三维测量。总结了利用变焦法进行显微三维测量的原理,介绍了变焦显微三维测量系统理论与技术的最新进展,最后对变焦显微三维测量系统的未来发展方向进行了讨论和展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1600002
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目标计数作为一项基础的技术,在许多领域都有广泛的应用,如人群计数、细胞计数、车辆计数等。随着互联网时代的信息爆炸,视频数据呈指数级增长,如何快速、准确地获得目标的数量是用户普遍关心的主要问题之一。得益于计算机视觉技术的快速发展,基于传统机器学习的计数方法正逐步向基于深度学习的方法转变,并在计数的准确性上取得了实质性的进展。介绍了目标计数的研究背景和应用领域,根据模型任务分类,归纳了三类常用的计数模型框架,并从不同的角度分别介绍了近10年来基于计算机视觉技术的模型方法。然后介绍了在人群计数、细胞计数和车辆计数领域中常用的几种公开数据集,并横向比较了各个模型之间的性能。最后总结了现阶段的目标计数模型还存在的不足,并对未来的研究方向进行了展望。
图像处理 目标计数 神经网络 机器学习 密度图 激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1400002
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在光学设计中，为了给光学系统的设计与优化提供更多的设计自由度，常常使用旋转对称非球面。旋转对称非球面的标准表达式通常为基准二次曲面与附加多项式的组合，附加多项式可以为偶次幂级数多项式、Zernike多项式和Q型多项式等。鉴于此，推导基准二次曲面和基于不同附加多项式的非球面的表达式，对各类旋转对称非球面的非球面系数和非球面表面斜率进行比较，利用设计实例来对比基于不同附加多项式的非球面在光学设计中的应用并指出各自的特点。结果表明，相比于其他非球面，基于Q型多项式的非球面能够更好地控制非球面的面型，优化效率更高。
光学设计 非球面 旋转对称 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0922001
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传统显微镜通常需要通过更换不同倍率物镜同目镜来改变系统的放大倍率,且放大倍率不连续。将连续变焦光学系统设计应用于显微成像系统中便可以实现成像放大倍率的连续变化。概括性地总结了各种类型的连续变焦光学系统及其变焦原理,接着介绍了不同类型的连续变倍显微镜,最后对连续变倍显微镜的未来发展方向进行了讨论与展望。
成像系统 显微镜 光学系统 连续变倍 镜头 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0600005
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目前数码显微镜中常用的自动对焦方法分为主动式自动对焦和被动式自动对焦。主动式自动对焦依赖特定的传感器或者测距设备,通过主动发出光波并且接收反射回来的光波判断物体与对焦装置的距离,从而达到对焦目的;被动式自动对焦通过分析每个位置图像信息来判断对焦方向以及对焦位置,以达到对焦目的。被动式自动对焦由于其对结构的要求简单、成本较低,是数码显微镜最常用的自动对焦方法。主要介绍了应用于数码显微镜的自动对焦算法,简述了主动式与被动式自动对焦的原理以及发展方向,重点介绍了被动式自动对焦方法中的对焦深度法,分析了对焦深度法的两大关键技术,即清晰度评价函数及其对焦搜索算法。
成像系统 数码显微镜 自动对焦 对焦深度法 清晰度评价函数 激光与光电子学进展
2021, 58(4): 0400002
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深空图像配准是深空图像应用的首要环节。针对目前基于三角形相似性的算法效率低下以及基于星点描述的算法难以应对复杂多变的深空成像环境等问题，提出了一种改进型高效三角形相似法并将其应用到深空图像配准中。首先统计分析了提取星点单像素强度和大小的直方图分布，并将星点划分为稳定星和普通星；然后，将稳定星和普通星分别同最近的两颗稳定星构建三角形；最后，通过引入相似度改进了三角形匹配中的权重矩阵，并提出了衡量三角形相似度的阈值自适应计算方法。实验结果表明，该方法在保证匹配精度的同时极大地提高了深空图像配准的效率，降低了系统资源占用率。
图像处理 图像配准 三角形相似性 深空图像 星点匹配
