Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Centre for Optical and Electromagnetic Research, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
Mode splitters that directly separate modes without changing their orders are highly promising to improve the flexibility of the mode-division multiplexing systems. In this paper, we design a high-performance mode splitter on the silicon-on-insulator platform with a compact footprint of 14 µm× 2.5 µm using an inverse design method based on shape optimization. The fabrication of this mode splitter requires only a single lithography step and exhibits good fabrication tolerances. The experimental results show that the proposed device exhibits state-of-the-art insertion loss (<0.9 dB) and cross talk (<-16 dB) over a broad bandwidth (1500–1600 nm). Furthermore, the shape optimization method used is implemented to design a dual-mode (de)multiplexer, and the experimental results fulfill the design objective, demonstrating the excellent generality of the design method in this paper.
integrated optics inverse design mode splitter Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011302
1 天津大学电气自动化与信息工程学院，天津 300072
2 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连 116024
背景去除是从单幅条纹投影图中恢复相位的重要问题之一，提出了一种改进的模糊c均值（FCM）聚类算法来移除单幅条纹投影图中的背景。该方法使用改进的FCM算法将条纹分为黑、白条纹，并通过改进的FCM目标函数得到背景，从而从条纹投影图中去除背景。将该方法应用在两张模拟图和一张实验图上，并与傅里叶变换方法、基于形态学操作的二维经验模态分解方法、变分分解TV-Hilbert-L2模型进行了比较。实验结果表明，该方法提高了背景去除的能力和相位提取的精度。
成像系统 图像处理 条纹投影图 模糊c均值聚类 傅里叶变换 激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2411002
1 天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
2 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连116024
提出了一种基于矢量分解和混沌随机相位掩模编码的光学非对称彩色图像加密方法。当输入图像是一幅实值图像时,矢量分解的引入使得第一块相位掩模也能作为密钥,进而使得加密系统成为非对称加密系统。用二维Henon混沌映射生成的两个混沌相位掩模替代双随机相位掩模,将混沌系统的初始值和控制参数作为密钥,增加密钥空间,为加密系统提供更多的安全性。对加密系统的密钥敏感性、图像相邻像素间的相关性、抗剪切攻击性、抗噪声攻击性、抗选择明文攻击性等进行测试,测试结果证明了所提加密系统的可行性和安全性。
图像处理 图像加密 矢量分解 Henon映射 混沌随机相位掩模 激光与光电子学进展
2020, 57(4): 041002
1 天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
2 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连116023
在散斑去噪过程中保持图像边缘纹理特征,是光学相干层析图像处理技术的难题。散斑去噪过程中的散斑残留和边缘纹理模糊是该难题的主要诱导因素。为解决这一难题,提出一种基于剪切波变换的改进全变分散斑去噪方法。该方法结合剪切波变换和传统全变分模型,对不同图像区域采用针对性的去噪策略,兼顾散斑去噪与纹理保留,提高了光学相干层析图像的噪声抑制效果。对不同生理、病理状态下的视网膜光学相干层析图像进行测试,结果表明:该方法通过采用区域针对性策略改进了噪声抑制能力,通过引入剪切波变换方法提高了边缘纹理保持能力,进而同时实现散斑去除和纹理保留。此外,与其他散斑去噪方法进行对比,验证了该方法的有效性。
图像处理 散斑去噪 边缘纹理保护 光学相干层析 剪切波变换 全变分 激光与光电子学进展
2020, 57(2): 021003
天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
提出了一种基于多尺度Retinex算法的光干涉条纹图像增强算法,论述了该算法的原理以及实现过程。选取了大、中、小三种不同尺度,结合各个尺度的优点,针对光学干涉条纹图的特点,对不同的尺度取不同的权重。与两种常用的光学图像增强方法进行对比实验,并通过主观和客观的评价进一步说明本方法的有效性。实验结果表明,对于对比度低且光照不均匀的光干涉条纹图像,所提算法可以显著提高图像的可视性,改善光照不均匀的问题,克服照度不均匀给条纹图后续处理带来的困难。
图像处理 图像增强 光干涉条纹图 照度不均匀 多尺度Retinex 激光与光电子学进展
2019, 56(24): 241006
1 天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
2 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
提出了一种基于多尺度特征融合的全卷积神经网络的视网膜血管分割方法,无需手工设计特征和后处理过程。利用跳跃连接构建编码器-解码器结构全卷积神经网络,将高层语义信息和低层特征信息进行融合;利用残差块进一步学习细节和纹理特征;利用不同空洞率的空洞卷积构建多尺度空间金字塔池化结构,进一步扩大感受野,充分结合图像上下文信息;采用类别平衡损失函数解决正负样本不均衡问题。实验结果表明,在DRIVE(Digital Retinal Images for Vessel Extraction)和STARE (Structured Analysis of the Retina)数据集上的准确率分别为95.46%和96.84%,敏感性分别为80.53%和82.99%,特异性分别为97.67%和97.94%,受试者工作特征(ROC)曲线下的面积分别为97.71%和98.17%。所提方法相较于其他方法性能更优。
图像处理 图像识别 视网膜血管 全卷积神经网络 多尺度分割 监督学习
1 天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
2 天津大学理学院, 天津 300072
3 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
介绍了变分图像分解图像处理方法的基本原理、常用的函数空间及变分图像分解模型。回顾了近几年变分图像分解图像处理方法在电子散斑干涉(ESPI)信息提取技术中的应用成果, 包括应用变分图像分解图像处理方法实现ESPI条纹图的滤波处理、ESPI条纹图方向和密度的计算和ESPI条纹图骨架线的提取。介绍了这些方法相较于传统方法的优势, 并进一步展望了变分图像分解图像处理方法在光测技术中的发展趋势。
遥感 条纹分析 变分图像分解 电子散斑干涉 骨架线
1 天津大学 电子信息工程学院, 天津 300072
2 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁 大连 116024
提出了一种基于离散余弦变换与混沌随机相位掩模的图像加密方法。起密钥作用的两块混沌随机相位掩模由二维Ushiki混沌系统生成, Ushiki混沌系统的初值和控制参数可以替代随机相位掩模作为加解密过程中的密钥, 因此便于密钥管理和传输。通过对密钥敏感性、图像相邻像素间的相关性、抗噪声攻击及抗剪切攻击等分析表明, 图像加密方法具有较强的抵抗暴力攻击、统计攻击、噪声攻击和剪切攻击能力。
图像加密 离散余弦变换 Ushiki混沌 混沌随机相位掩模 image encryption discrete cosine transform Ushiki map chaotic structured phase masks
1 天津工业大学 电气工程与自动化学院, 天津 300387
2 天津大学 电子信息工程学院, 天津 300072
针对条纹投影三维形貌测量涉及的相位提取, 提出了一种基于变分模态分解的单幅条纹投影相位提取方法。通过建立变分模态分解模型和极小化变分模态分解将单幅投影条纹图分解成背景部分、条纹部分和噪声部分。然后对得到条纹部分进行Hilbert变换和反正切变换得到包裹相位; 对其进行质量导向相位解包裹和Zernike多项式去载频得到解包裹相位。将该方法与Fourier变换、连续小波变换进行了对比, 结果显示: 本文提出的相位提取方法相位误差为3.14×10-4, 小于Fourier变换和连续小波变换方法对应的误差3.30×10-4和6.52×10-4。模拟和实验结果表明: 本文提出的方法在处理具有边缘信息投影条纹图时具有优势, 能够提取出更准确的相位信息, 可有效地用于含边缘不连续和突起的三维物体测量。
条纹投影 三维形貌测量 变分模态分解 相位提取 fringe projection three dimensional measurement variational mode decomposition phase retrieval
1 沈阳航空航天大学工程训练中心, 辽宁 沈阳 110136
2 天津大学理学院应用物理系, 天津 300072
电子散斑干涉技术(ESPI)中，基于偏微分方程(PDE)的滤波模型是一种重要的滤波方法。偏微分方程滤波模型中的微分算符通常利用差分近似表示。给出了中心差分、九点差分、高阶差分三种不同的差分格式。以典型有效的方向二阶偏微分方程滤波模型为例，分别利用三种不同的差分格式近似滤波模型中的微分算符，通过模拟条纹图、相位图以及实验条纹图进行了分析研究，结果表明，对于密度变化特别大的条纹图，采用高阶差分格式能够更好地平衡高密度区域和稀疏密度区域的滤波效果，九点差分和中心差分格式需要使用均值滤波做进一步的处理，中心差分格式处理速度最快，高阶差分格式次之，九点差分格式则最慢。
图像处理 偏微分方程 差分 电子散斑干涉技术 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 091004
