无透镜成像受到同轴全息图中孪生像噪声的影响，一直面临着重建信噪比差和成像分辨率低的问题。针对该问题，本文提出一种基于分数匹配生成模型的无透镜成像方法。在训练阶段，通过连续随机微分方程（Stochastic Differential Equation， SDE）缓慢添加高斯噪声扰动数据分布，然后训练具有去噪分数匹配的连续时间相关的分数函数，用于求解反向SDE生成目标样本数据。在测试阶段，使用单张菲涅尔波带片作为掩膜，在非相干光照明下实现无透镜编码调制，然后使用预测-校正的方法在数值求解器SDE和数据保真项步骤之间轮换更新进行图像重建。在LSUN-bedroom和LSUN-church数据集上的验证结果表明，提出的算法能够有效消除孪生像噪声，峰值信噪比和结构相似性分别可达25.23 dB和0.65。与传统的基于反向传播和基于压缩感知的无透镜成像结果相比，峰值信噪比分别提高17.49 dB、7.16 dB，结构相似度分别提高0.42、0.35，从而实现图像重建质量的有效提升。
无透镜成像 编码成像 生成模型 图像重建 lens-less imaging encoding imaging generative model image reconstruction 光学 精密工程
2022, 30(18): 2280
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 北方光电集团有限公司, 陕西 西安 710065
离子源作为一种离子束发射装置, 常用于光学薄膜的制备中, 但离子束中包含各种能量的离子, 在光学薄膜制备过程中严重影响着薄膜成型后的微观结构和性能。针对目前国内外离子源普遍存在输出能谱过宽的缺点, 以电磁场理论为基础, 并对各能级的离子运动轨迹进行了仿真分析, 设计了一种离子能量筛选器, 仿真结果表明, 经过筛选器筛选后能有效剔除过高和过低能量的离子, 偏离中心离子能量负100 eV的筛选率, 已达到82.24%, 在光学薄膜制备领域中具有良好的应用前景。
离子源 离子能量 筛选器 离子束辅助沉积 有限元仿真 ion source ion energy filter ion beam assisted deposition finite element simulation
西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安710032
杂散辐射分析与抑制是红外探测光学系统设计的重要环节，杂散辐射增加了系统的噪声，降低了红外探测系统对目标的探测能力。首先对红外探测系统杂散辐射源进行了分析，对基于光线追迹的杂散辐射分析理论进行了介绍，并结合具体的红外探测光学系统实例，提出了反向光线追迹的思路，分析系统关键表面的特性，提出了给机械表面涂覆吸收膜的方法来抑制系统的杂散辐射，分析结果满足杂散辐射抑制的要求。
红外探测光学系统 杂散辐射 反向光线追迹 关键表面 infrared detection optical system stray radiation backward ray-tracing key surface 红外与激光工程
2019, 48(9): 0904006
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
激光诱导植物荧光寿命测量法是在植物荧光光谱分析法基础上开发的一种评估植物生长状况及环境监测的新技术。 根据植物叶绿素荧光信号的物理特性, 利用信息仿真技术开发了一种叶绿素荧光寿命校正方法, 可提高植物叶绿素荧光寿命的测量精度。 利用激光诱导叶绿素荧光寿命测量系统分别测得叶绿素荧光及其背景信号, 先用解卷积法叶绿素荧光信号中分离出荧光衰减函数, 可获取荧光寿命估计值。 再结合叶绿素荧光寿命校正技术就能反演得到高精度的植物荧光寿命。 仿真与实验结果表明: 该方法可实现高精度的植物荧光寿命实时监测; 并对不同含量的叶绿素提取液进行了测试, 构建了植物荧光寿命与叶绿素含量的对应关系模型。 未来该技术可用于遥感监测海洋、 湖泊、 河流中藻类植物的生物含量。
荧光寿命 激光诱导荧光 解卷积 校正技术 荧光雷达 Fluorescence lifetime Laser-induced fluorescence Deconvolution Correction technique Fluorescence LiDAR 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2835
传统荧光光谱分析法虽能用于评估植物生理状况, 但在植物遥感探测中该方法具有抗干扰性弱、待测数据量大的缺陷.针对此问题, 提出一种荧光寿命成像技术, 将植物荧光寿命及光谱信息结合, 分析植物内在生理信息, 实现了远距离、大范围精确测量植物生理状况.采用时间分辨测量法, 用连续激光脉冲照射植物产生大量相同的荧光信号, 同时不断改变探测器的启动延迟时间, 得到完整的荧光信号, 用解卷积法反演植物荧光寿命.对活体法国冬青植株的光谱信息与荧光寿命特性进行了研究, 结果显示植物荧光寿命与叶绿素含量成线性关系, 并且植物叶绿素含量在0.03~0.06 mg/cm2这一特定范围, 线性相关系数高达0.9051, 比荧光光谱能更精确地反映植物叶绿素含量.
光谱学 激光诱导荧光 时间分辨测量法 荧光寿命成像 荧光光谱 荧光激光雷达 Spectroscopy Laser-induced fluorescence Time resolution measurement Fluorescence lifetime imaging Fluorescence spectrum Fluorescence LiDAR
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室，天津 300072
针对辐射率的漫射近似、P3近似等正向模型在描述小源探距离及低约化反照率介质下光子传输时存在的局限性，推导了用于小源探距离低反照率无限媒质中各向同性稳态点光源下辐射传输方程在P5近似下的解析解，并将P3近似、P5近似计算的辐射率分别和蒙特卡洛模拟结果进行对比.结果表明:在高约化反照率（0.97）条件下，P5近似和蒙特卡洛模拟结果的最大相对误差为13.17%，而P3为41.57%.在低约化反照率（0.69）条件下，最大相对误差分别为27.78%，286.70%.在其他光学参数下，P5近似与蒙特卡洛模拟的最大相对误差均小于P3.在P5适用的范围内舍弃最大特征根相关项，可以简化解析表达式，提高计算速度，且对P5的计算结果影响甚微.稳态辐射率测量系统仿体验证表明，在高、低约化反照率介质中的小源探距离下，由P5近似计算得到的辐射率和实验测量结果相符.
组织光学 辐射率 辐射传输方程 勒让德多项式 P5近似 蒙特卡洛模拟 正向模型 Tissue optics Radiance Radiance transfer equation Legendre polynomial P5 approximation Monte Carlo simulation Forward model
1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安710048
2 北方民族大学电气与信息工程学院, 宁夏 银川750021
活体植物叶片叶绿素含量SPAD值易受叶片厚度、 水分等影响, 提出了基于多参数神经网络建模的叶绿素含量精细反演方法。 通过测量叶片在中心波长分别为650, 940和1 450 nm光照射下的透过率, 获得叶片的SPAD值和水分指数WI(water index), 同时用数字螺旋测微仪测量相应的叶片厚度并用分光光度法测得其叶绿素含量。 利用建模集样本分别建立SPAD值与实测叶绿素含量之间的单参数模型和基于BP神经网络的WI、 厚度及SPAD值与实测叶绿素含量之间的非线性模型。 利用这两种模型分别计算获得验证集样本的叶绿素含量预测值, 对预测值和实测值进行了相关分析和相对误差的分析。 实验以340个三种不同植物叶片为样本, 用以上方法进行了分析。 结果表明, 利用BP神经网络建模后, 每种植物样本的叶绿素含量预测精度都有不同程度的提高, 尤其对于叶片厚度值较大的样本, 效果更为明显。 数据显示所有混合样本平均相对误差绝对值由单参数模型的7.55%降低到5.22%, 实测值与预测值的拟合决定系数由0.83提高到0.93。 验证了利用多参数BP神经网络模型可以有效地提高活体植物叶绿素含量预测精度的可行性。
叶绿素含量 BP神经网络模型 Chlorophyll content BP neural network model SPAD SPAD WI WI 光谱学与光谱分析
2015, 35(9): 2629
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710032
干涉图的处理是光干涉计量中的关键技术。采用泰曼-格林型干涉系统，建立被测物与干涉相位之间的数学模型，通过MATLAB软件，实现对被测参数的自动化测量。基于二维快速傅里叶方法的基本原理，提出一种新的相位解包算法——菱形种子算法，通过识别1个种子点，然后依次向相邻4点扩展，再把这4个点作为第二批种子点，依次向各自的4点邻域扩展，以菱形轨迹遍历所有的有效信息点，以到达整幅图像相位解包的目的。采用该算法测量薄膜样片的厚度，测试结果与ZYGO测试结果比较，PV误差为0.0364λ，RMS最大误差为0.003λ，证明该算法虽然处理的是单幅干涉图，但可以得到高精度的相位分布。
干涉图 二维快速傅里叶法 相位解包 薄膜测试 interferogram 2-D FFT phase unwrapping measurement of thin-film thickness
