华南理工大学物理与光电学院，广东 广州 510641
光场相机通过一次拍照可以同时记录场景的光线信息和方向信息，在三维场景的重建方面和先拍照后聚焦方面有非常广阔的应用前景，但是相比于普通相机，光场相机拍摄的照片清晰度不够。提出一种基于稀疏表示的光场图像超分辨率重建算法，该算法利用光场多视角图像之间的冗余信息对光场图像进行超分辨率重建。首先，选取光场多视角图像的中心图像作为待重建的低分辨率图像；然后，将其他视角的图像及其降采样图像作为字典训练样本，采用稀疏K-SVD方法进行训练，获得高、低分辨率字典对；最后，在图像重建过程中，采用改进的高斯Laplace算子提取低分辨率图像的特征。实验结果表明，所提改进方法可以恢复更多的图像细节并且大大加快了字典训练的速度。
图像处理 超分辨率 稀疏表示 字典学习 光场 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0210001
华南理工大学物理与光电学院, 广东 广州 510641
针对微光环境下的光子计数集成成像系统,提出了一种基于复合光子计数模型和Lucy-Richardson算法的元素图像增强算法。首先,根据集成成像原理,用3DSMAX软件仿真合成孔径集成成像系统采集的目标元素图像,对其进行归一化后根据光子计数模型获得光子计数元素图像。然后,根据复合光子计数模型对元素图像进行处理,利用泊松分布的可加性提高元素图像的质量。最后,利用Lucy-Richardson算法迭代增强元素图像,并根据重构公式得到重构图像。实验结果表明,增强的元素图像峰值信噪比随算法迭代次数的增加而提高并逐渐趋于稳定,且用增强元素图像重构的图像效果优于传统的极大似然法。
图像处理 集成成像 计算重构 光子计数 Lucy-Richardson算法 复合光子计数模型 光学学报
2021, 41(17): 1710001
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
利用 AERONET 北京站点 2016 年 1 月-2018 年 12 月的数据产品, 分析了北京地区气溶胶光学厚度 (AOD)、Angstrm 波长指数 α、粒径谱分布的季节特性; 同时选取典型污染天气条件下的数据, 分析了不同季节主控污染物的类型, 并使用相应雷达比对比反演激光雷达消光结果。研究结果表明: 北京地区 AOD 季节变化特征明显, 主要表现为春、夏季大, 秋、冬季小, 其中夏季 (0.83) 显著高于其他季节; α 表现出与 AOD 一致的变化规律, 春季最低 (α = 0.95), 表明北京春季受沙尘影响显著, 为主要污染物; 而夏季最大 (α = 1.23), 表明沙尘影响迅速减弱, 细粒子颗粒物占主导, 符合温带季风气候的特点; AOD 和 α 关系图中, 不同污染物分布特征存在差异, 可通过阈值法对污染物进行分类。此外, 以两种典型污染情况为例, 使用不同雷达比反演激光雷达的消光系数的结果表明, 可以使用太阳光度计数据对反演参数进行优化。
气溶胶光学厚度 Angstrm 波长指数 雷达比 北京 aerosol optical depth Angstrm exponent lidar ratio Beijing
1 中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088
2 孔径阵列与空间应用安徽省重点实验室，安徽 合肥 230088
3 中国人民解放军93209部队
为了实现全天时、高分辨率三维成像探测，文中提出了一种工作波长为1064 nm的光子计数激光雷达系统。其中，光学系统采用全光纤结构，增强了系统稳定性。雷达通过整机扫描方式对远距离目标进行成像探测，扩大扫描视场，水平方向达到360°，俯仰方向达到±30°，同时避免了由摆镜扫描引起的几何畸变；结合亚像素扫描方法，提高空间分辨率。最后通过自适应噪声阈值的多距离重建算法实现了目标的三维重建。实验结果表明，此系统在白天成功实现了3.1 km以外目标的三维重建，重建图像目标特征清晰，距离精度为0.11 m，空间分辨率为0.11 m，超过光学系统衍射极限。
激光雷达 光子计数 三维成像 全光纤 高分辨率 Lidar photon-counting 3D imaging all-fiber high-resolution 红外与激光工程
2021, 50(7): 20210162
1 西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 610031
2 中国电子科技集团 第二十九研究所，四川 成都 610036
针对目前正交频分复用(OFDM)雷达信号识别方法存在的问题，提出了一种具有可解释性的OFDM雷达信号识别方法。该方法是通过基于树结构的流程优化(TPOT)和与模型无关的局部可理解的解释性(LIME)相结合对OFDM雷达信号进行识别。针对OFDM雷达信号特性提取了复杂度特征和基于时频图矩阵的奇异值熵，组成特征向量；通过TPOT，得到表现最佳的机器学习流程；通过“解释器”解释预测结果，对识别结果做出是否识别正确的风险评估，同时可根据OFDM雷达信号的解释性，得到哪些信号不易区分。实验表明，该方法对信噪比为0 dB时的OFDM雷达信号的识别率达91%，通过LIME给出的解释性可以判断数据集中不易区分的雷达信号类型。
OFDM雷达信号 机器学习 奇异值熵 流程优化 局部可理解的解释性 Orthogonal Frequency Division Multiplexing radar s machine learning singular value entropy Tree-based Pipeline Optimization Tool Local Interpretable Model-agnostic Explanations 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(2): 228
红外与激光工程
2020, 49(3): 0305007
1 华南理工大学物理与光电学院，广东省光电工程技术研究开发中心，广东 广州 510640
2 广东烨嘉光电科技股份有限公司，广东 东莞 523000
为满足高像素手机的要求，本文根据光学成像理论，利用code V软件设计出一种1300万像素手机镜头。为了增加自由度，减小像差，得到更好的像质，本文采用非球面表面进行光学设计。该镜头由五片非球面镜片、一片滤光镜组成。设计得到光圈值2.2，半视场角35°，有效焦距3.6 mm，镜头总长3.6 mm的轻薄型手机镜头。最终中心视场在中间频率处(即223 lp/mm)的MTF值大于0.6，在高频处大于0.2，在0.8视场中频MTF值大于0.4，可见优化完毕后成像效果可满足使用要求。
光学设计 非球面 手机镜头 1300 万像素 optical design aspheric lens mobile phone 13 mega-pixels
1 北方夜视科技集团有限公司，云南 昆明 650223
2 微光夜视技术重点实验室，陕西 西安 710065
InP/In0.53Ga0.47As 短波红外探测器是一种高性能的近室温工作器件，从200 K 到室温下都能获得较好的器件性能，从而大大降低了对制冷的要求。为了充分利用目标在可见光和短波波段的光谱信息，通过特殊的材料结构设计和器件背减工艺，成功实现了320×256InP/InGaAs 宽光谱红外探测器，能够同时对可见光和短波红外响应，并从77 K 到263 K 工作温度下实现了对人脸、计算机及室外2.3 km处的景物成像。测试样管平均峰值探测率为2×1012 cmHz1/2/W，光谱响应为0.6～1.7 μm，光谱响应测试和成像结果同时验证了InP/InGaAs 宽光谱探测器对可见光信号的探测。相比标准的InP/In0.53Ga0.47As 短波探测器，InP/InGaAs 宽光谱探测器显示了可见/短波双波段探测的效果，大大丰富了探测目标的信息量，可显著提升对目标的识别率。
高性能 宽光谱 可见/短波 双波段探测 InP/InGaAs InP/InGaAs high performance wide spectrum response visible/short wavelength dual band detecting
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
提出了基于双相位编码联合变换相关器(JTC)的图像位移探测算法。随机产生一相位码对参考图像编码，与目标图像叠加作为输入图像，通过傅里叶变换得到联合功率谱，用同样的相位码对其编码并进行滤波，傅里叶逆变换后得到涉及位移矢量的互相关峰。给出了多帧图像间位移矢量的探测技术。相比传统的相关器探测技术，此算法能更有效地利用输入平面，将自相关项以噪声的形式散射在输出面，只保留一互相关项，有利于位移矢量的探测。比较了不同位移矢量探测技术，表明所提的技术更具有优势，均方根误差能够控制在0.1 pixel内。
图像处理 傅里叶光学 位移探测 联合变换相关器 双相位编码
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室,杭州 310027
针对稳像中运动矢量的求取,提出了一种基于光学联合变换相关器的像移探测技术.给出了基于光学联合变换相关器的像移探测原理,并给出了仿真结果.为了验证联合变换相关器的探测准确度,进行了实验验证,验证结果表明探测最大误差为0.8个像素.结果表明,光学联合变换相关器能够很好地探测出运动矢量,进而完成图像稳定工作.相比单纯的软件算法求取运动矢量,基于光学联合变换相关器的像移探测技术能够更快更好地达到目的.
图像处理 稳像 光学联合变化相关器 像移 Image process Image stabilization Joint transform correlator(JTC) Image motion
