强激光与粒子束
2022, 34(4): 049002
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
2 School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin University, Tianjin 300072, China
Broadband transverse displacement sensing by exploiting the interaction of a focused radially polarized beam with a silicon hollow nanodisk is proposed. The multipolar decomposition analysis indicates that the interference between a longitudinal total electric dipole (TED) moment and a lateral magnetic dipole (MD) moment is dominant in the far-field transverse scattering in the near-infrared region. Within a broadband wavelength range with the width of 155 nm, the longitudinal TED is almost in phase with the lateral MD, and then broadband position sensing based on the sensitivity of scattering directivity to transverse displacement can be achieved.
directional scattering transverse Kerker’s condition displacement sensing hollow nanodisk radial polarization Chinese Optics Letters
2020, 18(6): 063602
1 南京航空航天大学 机电学院, 南京 210016
2 上海航天控制技术研究所, 上海 200233
为了满足自适应光学系统实时快速的工作要求, 将自动控制理论引入到自适应光学系统中, 在不改变系统硬件性能的基础上对系统的控制部分进行了研究。首先, 对自适应光学闭环控制系统进行分析, 将其模块化并建立相应的数学模型;其次, 在自动控制理论基础上设计控制器和相应的控制算法, 并分析了控制器的性能;最后, 将自动控制理论的控制方法与人眼波前像差校正相结合, 使控制算法应用到自适应光学系统波前像差的校正中。结果表明, 相对于传统的自适应光学系统控制方法(纯积分控制和比例-积分控制), Smith预补偿控制使自适应光学控制系统具有较高的闭环带宽和较好的动态、稳态控制性能;在模拟人眼波前像差迭代校正过程中, Smith预补偿控制器校正残余像差的快速性最好;在实际人眼动态像差校正中, Smith预补偿控制校正的残余像差值达到最小,有利于自适应光学控制系统优化。
集成光学 自适应光学 纯积分控制 比例-积分控制 Smith预补偿控制 波前校正 integrated optics adaptive optics integrator control proportion-integration control Smith estimating precompensation control wave-front aberration correction
1 南京航空航天大学 机电工程学院， 南京 210016
2 上海航天控制技术研究所, 上海 200233
针对导致自适应光学视网膜图像降质退化的原因，提出了一种结合双树复数小波变换(DT-CWT)和图像半盲解卷积复原算法的方法。首先，对经过自适应光学实时校正技术得到的视网膜图像进行DT-CWT分解，得到低频和高频部分对应的图像。将自适应光学成像系统中残余像差重建的光学传递函数作为图像复原模型的初始估计点扩散函数(PSF)，并对低频部分图像进行条件约束的迭代半盲解卷积复原；对高频部分的图像进行去噪处理。最后，将处理后的高频和低频部分图像进行双树复数小波逆变换，获得复原图像。实验和结果表明：由该方法处理的视网膜细胞图像质量得到明显提高，图像客观质量评价参数相对于原始图像提高了5倍多；在视网膜细胞的空间频率范围内(70~90(°)-1)，复原图像功率谱平均值提高了5倍左右，有助于对视网膜细胞的高分辨率观察。
自适应光学 图像复原 双树复数小波变换 图像质量评价 adaptive optics image restoration dual tree complex transform quality assessment 强激光与粒子束
2014, 26(5): 051020
1 南京航空航天大学机电学院, 南京 210016
2 上海航天控制技术研究所, 上海 200233
为了提高自适应光学系统中人眼波前像差的重建精度, 进而提高自适应光学图像中的点扩散函数重建精度, 提出了一种基于部分岭估计的 Zernike模式前重建算法。首先, 基于 Zernike模式波前重建模型, 分析了常用的模式系数求解方法; 其次, 在最小均方误差意义下, 将部分岭估计的概念引入到自适应光学系统的波前重建算法中, 通过确定最优岭估计参数来改善最小二乘估计的奇异性, 从而抑制波前探测中测量误差的进一步被放大; 最后, 讨论了在波前斜率误差的影响下由两种算法所产生的误差大小。仿真实验结果表明: 在波前重建算法中引入部分岭估计可有效减小模式系数的均方误差, 相对于奇异值分解法减小了 8%~10%, 在波前探测测量误差增大的情况下, 部分岭估计的波前重建精度要高于最小二乘估计法, 有利于自适应光学后期中基于波前探测的图像复原研究。
自适应光学 波前像差重建 部分岭估计 最小二乘估计 adaptive optics wave-front aberration reconstruction partial ridge estimation least squares estimation
针对图像获取中易受到噪声干扰的问题, 介绍了图像去噪处理的几种常用算法(邻域平均法、中值滤波法、图像间的平均滤波), 对比阐述了各自的优缺点及适用范围。提出了一种基于平滑滤波的小波阈值图像去噪算法, 该算法采用中值滤波和小波阈值相结合的方式对图像进行平滑处理。实验结果表明, 该方法不仅有利于图像噪声的去除, 而且边缘信息也得到了较好的保留, 使图像具有更好的视觉效果, 还原出图像的本来面目。
小波变换 平滑滤波 wavelet transformation smooth filtering
1 南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300071
2 天津大学电气与自动化工程学院, 天津 300072
在聚焦光场矢量衍射理论的基础上，利用贝塞尔函数的微分递推关系，推导了聚焦光场的梯度变化表达式。根据中心对称材料二次谐波产生的唯象模型，研究了单个中心对称球形纳米颗粒在聚焦光场激发下的二次谐波产生，考察了表面响应和体效应产生的二次谐波辐射分布随着数值孔径增大的变化规律，并利用聚焦光场及其梯度场分布特性讨论差异产生的原因。研究结果表明，激发光场的聚焦程度对体响应的影响更为显著。
非线性光学 二次谐波产生 中心对称介质 聚焦光场 体响应
1 天津大学 电气与自动化工程学院,天津 300072
2 南开大学 现代光学研究所 光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300071
将视觉注意机制引入到直方图构造中,并在此基础上提出了一种新的基于灰度级信息量直方图的图像增强算法.该算法利用Itti视觉注意计算模型对图像的显著性进行分析,获得全局显著图；然后,将全局显著图划分为若干等大的子区域,求取各子区域的平均显著值,并做归一化处理,得到子区域的加权统计系数；再将各子区域的灰度级加权统计值相加,得到灰度级信息量直方图；最后,依据直方图均衡化的映射函数,调整灰度级的动态范围.实验结果表明,该算法明显优于经典的GHE算法和AHE算法,具有满意的视觉效果.
图像增强 视觉注意机制 信息量直方图 直方图均衡 Image enhancement Visual attention mechanism Information histogram Histogram equalization
1 南开大学,现代光学研究所,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300071
2 天津大学,电气与自动化工程学院,天津,300072
基于矢量衍射理论和格林函数法,利用坐标变换分析高数值孔径条件下二次谐波强度随胶原纤维取向的变化规律.研究结果表明,当胶原纤维垂直于z轴时,聚焦光场Ey、Ez分量的增强导致二次谐波相对强度极小值的上升;随着胶原纤维极角的改变,二次谐波强度的整体变化趋势发生变化,同时前向和后向二次谐波之间的强度变化也出现明显差异.
二次谐波显微术 高数值孔径 矢量衍射理论 格林函数法
上海交通大学电子信息学院信息与控制研究所, 上海 200030
针对红外序列图像中运动弱小点目标的检测问题,设计了一种基于改进遗传算法优化的修正Top-Hat形态学滤波器算子。其中,优化的修正Top-Hat形态学滤波器可以很好地抑制背景和噪声的影响;改进遗传算法采用新的区间离散化编码和自适应的主次式交叉与变异算子,通过优化搜索全局空间得到的形态学滤波器参量具有较好的滤波性及时效性。并且针对不同信噪比的点目标检测建立了自适应门限。实测数据的处理 结果表明:在虚警概率小于5%情况下,优化的修正Top-Hat形态学滤波器算子对信噪比约为2的复杂图像检测概率大于等于70%,与固定结构元素的Top-Hat形态学滤波器相比检测概率提高了近10%,与用经典遗传算法训练的传统Top-Hat形态学滤波器相比检测概率提高了4%。
图像处理 红外点目标检测 修正Top-Hat 遗传算法 自适应门限
