1 南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210023
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
数字全息显微成像技术因能高精度实现定量相位成像的优势受到生物成像与材料科学领域的关注,但共轭像的存在、相位包裹的困扰以及分辨率受限等问题一直阻碍了数字全息显微术的广泛应用。近些年,深度学习作为机器学习中一种对数据特征提取进行特化的模型,在光学成像领域中被广泛应用。除用于提高成像效率外,其解决成像逆问题的潜力也不断被研究人员发掘,为成像领域开辟了一条蹊径。本文从深度学习应用于数字全息显微成像的工作原理出发,介绍它解决光学成像逆问题的思路与重要数理概念,同时对深度学习的完整实施过程进行归纳。扼要地总结了近年来深度学习对于全息重建、自动聚焦与相位恢复、全息去噪与超分辨等方面的研究进展,并对该研究领域中存在的问题与发展趋势进行展望。
成像系统 数字全息显微 深度学习 定量相位成像 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811006
1 南京师范大学 物理与技术学院 江苏省光电技术重点实验室, 江南 南京210023
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 江南 南京 210094
3 江苏省地理信息资源开发与应用协同创新中心, 江南 南京210023
作为图像处理的一个重要手段, 边缘增强技术对振幅型和相位型物体成像有着重要的作用。而基于径向希尔伯特变换的涡旋滤波技术因其能够实现各向同性边缘增强倍受关注, 但传统的涡旋滤波由于中心奇点和锐利边缘引起的衍射会造成背景噪声的加剧和对比度的降低。近年来众多课题组针对涡旋滤波旁瓣抑制提出了种类各异的新型涡旋滤波器, 此外基于涡旋滤波的各向同性和各向异性边缘增强技术也得到了迅速发展。文中扼要地总结了近年来几种抑制涡旋旁瓣的方法, 包括拉盖尔高斯振幅调制、贝塞尔振幅调制、艾里振幅调制, 并从标量涡旋滤波和矢量涡旋滤波两个方面分别综述了各向同性和各向异性边缘增强的实现方法与研究进展。
旁瓣抑制 涡旋滤波 边缘增强 side lobe suppression vortex filtering edge enhancement 红外与激光工程
2019, 48(6): 0603015
Author Affiliations
Abstract
1 Jiangsu Key Laboratory for Opto-Electronic Technology, School of Physics and Technology, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
2 Joint International Research Laboratory of Information Display and Visualization, School of Electronic Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
In liquid crystal spatial light modulator (SLM)-based holographic projection, the image is usually displayed at a distant projection screen through free space diffraction from a computer-generated hologram (CGH). Therefore, it allows for removing of the projection lens for the sake of system simplification and being aberration free, known as the “lensless holographic projection”. However, the maximum size of the optical projected image is limited by the diffraction angle of the SLM. In this Letter, we present a method for the implementation of image magnification in a lensless holographic projection system by using convergent spherical wave illumination to the SLM. The complete complex amplitude of the image wavefront is reconstructed in a lensless optical filtering system from a phase-only CGH that is encoded by the off-axis double-phase method. The dimensions of the magnified image can break the limitation by the maximum diffraction angle of the SLM at a given projection distance. Optical experiment results with successful image magnification in the lensless holographic projection system are presented.
090.2870 Holographic display Chinese Optics Letters
2018, 16(10): 100901
南京师范大学物理科学与技术学院, 江苏 南京 210023
通过调制入射光的振幅和相位，形成特殊结构分布的照明光以提高数字全息显微记录系统分辨率，结合结构光的特性设计了明场和暗场记录系统。明场记录系统中，在利用振幅型正弦光栅和随机散射元件调制入射光波前，将超出衍射极限的物体高频信息调制到系统截止频率以内，这部分信息可以通过成像系统被记录。数字再现过程中，将其与低频信息合成，可使再现像分辨率得到提高。在暗场记录系统中，通过在空间光调制器上加载相息图改变入射光的振幅和相位分布，分别用拉盖尔-高斯涡旋、径向艾里以及携带涡旋相位的径向艾里结构光照明物体，结合暗场聚光镜的应用，提高系统的分辨率和对比度。
全息 显微成像 结构光照明 分辨率
南京师范大学 江苏省光电技术重点实验室, 南京 210023
为了在一定的区域内融合多幅光学图像的信息, 采用了一种基于联合图像专家小组(JPEG)图像压缩编码的小波域多幅图像融合算法。其基本思想是将小波逆变换看作是信息的融合过程, 先对多幅图像进行JPEG压缩编码, 压缩后得到一组二进制码流, 这组二进制码流可以直接作为小波变换的分解系数, 经小波逆变换后得到融合信息。结果表明, 该算法能够实现多幅灰度图像和彩色图像的融合, 提高了单一空间内图像的信息量, 有利于多图像的存储和传输。
图像处理 图像融合 小波变换 二进制码流 图像压缩 image processing image fusion wavelet transform binary code flow image compression
1 南京师范大学物理与科学技术学院 江苏省光电技术重点实验室， 江苏 南京 210023
2 南开大学现代光学研究所 光学信息技术科学教育部重点实验室， 天津 300071
提出一种基于圆偏振光干涉的相移数字全息术，该技术利用1/4波片产生左旋圆偏振的参考光和右旋圆偏振的物光，通过精确旋转放置在CCD前的偏振片，依次改变物光与参考光间的相位差，获得四幅相移数字全息图。数值模拟分析和光学实验结果表明该技术能够有效地去除数字全息图再现像中的零级和共轭像，再现图像质量好。
全息 数字全息 圆偏振光干涉 四步相移术 偏振态测量仪
南京师范大学 江苏省光电技术重点实验室,南京 210097
为了测试德国HOLOEYE公司LC-R2500型1024像素×768像素反射式空间光调制器的纯相位调制特性,采用了基于双光束干涉原理的测量方法,得到了输入图像灰度与相移量对应关系。将相位恢复算法编码后的纯相位图像作为空间光调制器的输入信息,进行了理论分析和实验验证。结果表明,光学再现像与数值模拟结果相吻合,验证了纯相位调制特性测量的准确性。
测量与计量 相位调制 双缝干涉 数值再现 光学再现 measurement and metrology phase modulation double-slit interference numerical reconstruction optical reconstruction
1 南京师范大学物理科学与技术学院 光电技术省重点实验室, 江苏 南京 210097
2 南京理工大学理学院, 江苏 南京 210094
提出了一种基于宿主图像离散余弦变换(DCT)的复值加密图像隐藏技术, 待隐藏图像经双随机相位编码后的复值加密图像按一定规律隐藏在放大的宿主图像的离散余弦变换系数中。在提取隐藏图像过程中, 利用相邻像素相减(NPVS)算法对藏有信息的宿主图像离散余弦变换系数进行运算, 提取出隐藏的复值加密图像。经过正确的双随机相位解码, 可获得原隐藏图像。研究了不同嵌入权重因子ω下藏有信息的宿主图像和解码后隐藏图像的各自相关度, 分析了在ω=0.2情况下藏有信息的宿主图像的剪切对提取的隐藏图像质量的影响和基于数字全息的三维物体信息隐藏, 结果表明该图像隐藏技术隐藏信息量大, 抗剪切能力强, 保密性好。
图像处理 离散余弦变换 双随机相位编码 复值加密图像 相邻像素相减法则
南京师范大学 江苏省光电技术重点实验室，南京 210097
为了改善数字全息重构像质量以达到可实际利用的目的，首先采用以马赫－曾德尔干涉仪为基础的三维物体全息实验光路，运用单次曝光的方法，记录了真实三维物体的数字全息图。由于对该全息图直接计算得到的重构像，受零级衍射光斑和散斑噪声的影响较大，使得重构像质量难以令人满意。为此采用了一套独特的多重滤波数字图像处理方法，即综合运用小波分析与收缩加权平均滤波对实验获得的数字全息图及其数字重构像进行滤波处理，成功地消除了数字重构像中的零级衍射光斑、减小了散斑噪声的影响，得到逼真的三维物体重构像。实验结果表明，该方法简便、实用，可显著提高三维物体重构像的质量。由于采用单次曝光，无需记录多幅图像，此方法便于在实时图像分析处理等领域中应用。
全息 数字全息术 图像处理 小波分析 收缩加权平均滤波 散斑 holography digital holography image processing wavelet filtering contracted weighted mean filtering speckle noise
南京师范大学江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210097
提出了一种基于数字全息技术和相位恢复算法的信息加密方法。运用相位恢复算法得到数字全息图的纯相位频谱分布,实现了对全息图的加密;对纯相位频谱分布实施逆傅里叶变换(IFT)则可以得到解密后的全息图。利用菲涅耳近似法和卷积法对解密后的全息图进行数字重构得到了再现像。该加密方法区别于常用的随机相位加密方法,不再需要制作随机相位板。实验结果表明,该加密方法既适用于对二维图像加密,也适用于对三维物体进行加密。
全息 数字全息 相位恢复算法 傅里叶变换 信息加密
