远场光学显微成像是获取待测样品三维结构信息及其动态变化不可或缺的技术。非接触无损害的快速光学三维显微成像技术在生物细胞、生物组织等生物医学成像领域具有独特的应用优势和巨大的应用需求。受限于目前的光电器件只能实现光强的直接探测，光学显微三维成像技术往往通过扫描技术、编码技术或数值算法等将光场的相位等信息转换为光强信息，再通过探测被待测样品调制的光波场强度的变化解析出原始样品的信息，以实现对样品三维形貌、内部结构或折射率分布等多种信息的可视化。利用光波的相干性，结合适当的分波技巧，实现两束光的互干涉或自干涉，将光波场相位信息编码至干涉图样的强度分布中，然后结合适当的算法对干涉图样进行重建，是实现光学三维显微成像的一个重要技术。本文对基于光的干涉，利用干涉条纹的强度提供成像对比度的三维显微成像技术进行综述，阐明了激光照明的数字全息显微、部分相干光照明的数字全息显微、光学相干断层显微和空间非相干光照明的自干涉数字全息显微成像技术的基本原理、成像特性，以及该类技术在样品定量相衬成像、三维层析成像、非扫描快速三维显微成像等领域的应用，同时对该类技术衍生的新技术以及该类技术的未来发展方向进行了详细讨论。

立体匹配算法在图像弱纹理区和重复纹理区存在匹配困难、误差大的问题,为此提出一种基于改进代价计算和视差候选策略的立体匹配算法。首先结合改进的Census变换和自适应加权融合的双向梯度信息来计算初始匹配代价,提高代价计算的可靠性。其中:为传统Census变换增加内圈编码,提高邻域信息利用率,同时降低噪声的影响;利用自适应权重函数融合横向和纵向梯度代价,降低物体边缘区域的误匹配率。其次,采用自适应十字交叉窗口进行代价聚合,并通过建立候选视差集和引入邻域视差信息的方法来获取初始视差。最后通过两轮插值策略优化视差。实验结果表明,所提算法能够提高弱纹理区和重复纹理区的匹配效果,在Middlebury中4幅标准立体图像对的平均误匹配率为5.33%。

高光谱图像分类是遥感领域的研究热点之一,是对地观测的重要手段,在地物的精细识别等领域具有重要的应用。使用卷积神经网络(CNN)可以有效地从原始图像中提取高级特征,具有较高的分类精度。但CNN计算量巨大,对硬件要求较高。为了提高模型计算效率,可以在图形处理器(GPU)上进行CNN模型的训练。现有的并行算法,比如GCN(GPU based Cube-CNN),无法充分利用GPU的并行能力,算法加速效果并不理想。为了进一步提升算法效率,提出基于通用矩阵乘法(GEMM)算法的GGCN(GPU based Cube-CNN improved by GEMM)并行加速算法,通过G-PNPE(GEMM based Parallel Neighbor Pixels Extraction)对输入数据和卷积核进行重新组织排列,实现卷积的并行计算,有效地提高了GPU的利用率并进一步提升了算法的训练效率。通过分析在三个数据集上的实验结果发现,改进算法的分类精度与原算法保持一致,而且模型的训练时间缩短了30%左右,表明算法的有效性和优越性。

针对现有方法不易确定划分高光谱图像子块的大小和个数,仅考虑子块内低秩性等不足,提出一种结合地物类别和低秩特性的高光谱图像降噪方法。根据地物数据先验知识的类别数,简单划分子块的个数,指定最优参数明确分块大小,再通过相同地物中像素空间和光谱的相关性定义同物空谱低秩特性,最后结合整幅高光谱图像的光谱低秩特性,并根据低秩矩阵恢复模型求解降噪图像。在Washington DC Mall和Indian Pines数据集上进行实验,结果表明:所提方法不仅对每一类地物噪声的降噪效果有所提高,而且针对更为严重的随机噪声和稀疏噪声的混合噪声,也能够达到更好的降噪效果。

由于高光谱图像具有波段多、波段间信息冗余、空间信息相关等特点,提出一种考虑空间相关性的半监督局部保持投影(LPP)的高光谱图像特征提取算法(LPP-SCSSFE)。该算法利用保存高光谱图像空间近邻结构的空间距离,及保持图像光谱相似性的类内判别权值和类间判别权值,定义新的同物异谱、同谱异物像元权值计算函数,结合LPP提取高光谱图像特征,从而最大化同类地物间的相似性和异类地物间的差异性。在Indian Pines和Pavia University两个数据集上,通过高光谱图像分类实验对本文提出的LPP-SCSSFE算法进行验证,算法最高总体分类精度分别达到87.50%和91.29%,优于现有的特征提取算法。结果表明,本文算法充分考虑高光谱图像的空间相关性和光谱相似性,能够有效提取出有代表性的特征,提高分类精度。

提出并详细分析了一种基于时分复用技术倍乘光脉冲重复率的方法:在2×2光纤耦合器的一个输入口与一个输出口间,接入时延为脉冲列半周期奇数倍的一段光纤使之形成环状连接循环耦合,而在另一输出口获得光脉冲。详细分析了该系统中光纤耦合器耦合比、插入损耗、时延光纤长度的要求,偏差的影响及其调节法,给出了理论公式!结果的计算机模拟与实验介绍;与经典的马赫-陈德尔干涉仪接法及近年提出的Sagnac环接法进行了比较。该方法特别适用于对窄脉冲列进行串接复用实现重复率的多次倍乘,从而得到数千兆赫至上百千兆赫的高重复率光脉冲。