1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于稀疏约束的鬼成像光谱相机, 能够通过单次曝光获得目标场景的三维空间光谱数据立方体。但是由于不同波长的散斑场在探测器的同一位置处, 使得仪器的光谱分辨率和信噪比受到限制。为了解决上述问题, 提出了利用平场光栅分光将不同波长的光场在探测面上错开一定距离的系统, 实现了基于平场光栅的稀疏约束鬼成像高光谱相机。通过对系统成像过程的理论推导, 得到了系统的关联函数, 并通过实验和数值模拟验证了理论推导结果。在保证原先光谱相机优点的同时, 基于稀疏约束的鬼成像高光谱相机可以分别调控光谱分辨率和空间分辨率, 实现可控的信噪比。此外, 还能够根据不同波长的光场特性来优化测量矩阵, 从而提高图像恢复质量。
成像系统 关联成像 高光谱相机 平场光栅 分辨率
1 中国科学院上海高等研究院, 上海 201210
2 上海大学 物理系, 上海 200444
3 河南师范大学 电子与电气工程学院, 河南 新乡 453007
4 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
随着近年来超分辨成像技术的发展, 基于单分子拟合的超分辨成像方法能够实现纳米尺度的空间分辨率, 但这种方法的耗时较长, 时间分辨率较差。成像重构时间较长主要受制于成像过程中每帧图像较低的荧光分子密度, 所以需要足够多的采样帧数来重构一张图像。文中提出一种利用随机采样的快速压缩感知算法, 结合分块压缩感知重构算法, 最终能够在高分子密度的条件下获得较快的重构速度及较高的定位精度。
压缩感知 超分辨率成像 随机采样 compressed sensing super-resolution imaging random sampling operator 红外与激光工程
2017, 46(2): 0201002
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory for Quantum Optics and Center for Cold Atom Physics of the Chinese Academy of Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Science, Shanghai 201800, China
In this Letter the problem of optimization of speckle patterns in a ghost imaging (GI) system is addressed. The mutual coherence between the measuring matrix and the sparsifying dictionary matrix is minimized to obtain the required speckle patterns. Simulation and experimental results are presented, both showing that the quality of the reconstructed results obtained with the optimized speckle patterns is much improved in comparison with that obtained with the general unoptimized ones. We expect this method can be used to design GI systems with high performance.
110.1650 Coherence imaging 110.1758 Computational imaging Chinese Optics Letters
2015, 13(7): 071101
中国科学院上海光学精密机械研究所 量子光学重点实验室，上海 201800
基于稀疏和冗余表象的鬼成像雷达(Ghost Image via Sparsity Constraints，GISC Lidar)是一种结合光场空间涨落特性和现代信息论的全新雷达成像体制，其成像视场和分辨率无关，由此可在探测时采用大视场凝视成像模式捕捉运动目标以对其进行高分辨率成像探测。与闪光照相雷达需要将目标的反射光信号成像分布在焦平面阵列光电探测器件上相比，GISC雷达只需要一个无空间分辨能力的单像素探测器接收目标场景的全部反射光信号，因此可以极大地提升系统的成像探测灵敏度。此外，GISC雷达在成像探测过程中可以利用图像的各种先验约束，从而突破奈奎斯特采样定理对采样次数的要求，大幅度提高图像的信息获取效率。文中将结合上海光机所将鬼成像技术应用于雷达探测的研究历程，介绍GISC雷达研究进展，并指出GISC雷达工程化实际应用中仍待解决的若干问题。
鬼成像 雷达成像 稀疏和冗余表象 压缩感知 信息论 ghost image imaging lidar sparsity and redundant constraints compressive sensing information theory
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
在低采样率、低信噪比(SNR)的探测条件下，多光谱重建图像噪声增多，重建质量大幅度降低。为了提高多光谱图像的重建质量，提出了一种基于先验图像约束的多光谱压缩感知（PICHCS）重建方法。PICHCS利用多光谱图像的空间相关性和谱间相关性重建出初始图像，并将相邻谱段的初始图像取平均获得高信噪比的先验图像。先验图像与目标图像相减可以使优化目标稀疏化，并使得重建结果具有与先验图像类似的高信噪比特性。通过数值模拟和实验验证了该重建算法的可行性，并在不同的采样率、信噪比条件下和全变差低秩联合重建算法进行了对比研究。结果表明，PICHCS可以在低采样率低信噪比情况下提高多光谱图像的重建质量，从而降低对数据采样率和系统信噪比的要求。
成像系统 图像重建 压缩感知 多光谱图像 先验图像
中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
从理论上计算了鬼成像系统的返回信号和目标之间的互信息,利用数值模拟研究了它与系统图像重建质量之间的关系。分析表明，该互信息同时依赖于系统所使用的散斑场和成像目标的类型。结果显示，对于给定类型的目标，存在特定的散斑场使得上述互信息取得极大值，且在同样的采样数条件下，使用该散斑场的鬼成像系统可以获得最佳的图像重建质量。在此基础上提出可以通过最大化互信息来设计、优化鬼成像系统。
成像系统 鬼成像 压缩感知 互信息 散斑优化 光学学报
2013, 33(12): 1211003
中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
强度关联成像在近几年取得很大的突破，其应用价值越来越明显。以随机涨落的热光作为光源是强度关联成像的前提。目前常使用激光穿过旋转的毛玻璃产生赝热光。鉴于使用毛玻璃产生赝热光的局限性，提出了使用稀疏阵独立子光源产生赝热光，并在这种光源结构下讨论了基于线性关联算法的强度关联成像和基于稀疏约束非线性算法的强度关联成像的异同。
相干光学 强度关联成像 稀疏约束 稀疏阵
