1 深圳大学物理与光电工程学院，光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学化学与环境工程学院，广东 深圳 518060
为了进一步提高成像速度和分辨率，提出了基于双螺旋点扩展函数（DH-PSF）工程的多焦点双光子激光扫描显微成像方法和系统（DH-MTPLSM）。在激发光路中，通过高速相位型空间光调制器（SLM）同时实现了三维多焦点阵列的产生和在样品面上的高精度并行数字寻址扫描；在探测光路中，通过双螺旋相位片将系统探测PSF调制为DH-PSF，从而提供样品的轴向信息，减少轴向扫描层数，进而提高三维成像速度；结合基于DH-PSF的数字重聚焦算法，恢复出不同深度样本的宽场图像，通过单次二维扫描获得样品的三维光切片信息。在此基础上，利用搭建的DH-MTPLSM系统开展了小鼠肾组织切片的双光子成像实验，验证了该方法的快速三维高分辨成像能力，这对于MTPLSM的发展具有重要的意义。
成像系统 荧光显微 多焦点双光子激光扫描显微 双螺旋点扩展函数 数字重聚焦 空间光调制器 光学学报
2022, 42(14): 1411001
张佳琪 1,2,3,4何敬锁 1,2,3,4,*张宏飞 1,2,3,4苏波 1,2,3,4张存林 1,2,3,4
1 太赫兹光电子学教育部重点实验室，北京100048
2 北京市太赫兹波谱与成像重点实验室，北京100048
3 北京成像理论与技术高精尖创新中心，北京100048
4 首都师范大学物理系，北京100048
在前期工作中，通过对太赫兹光场图像进行离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)滤波和数字重聚焦，初步实现了图像去噪和前后景分割。为了进一步得到质量更高的太赫兹光场原数据并达到更加精确的深度分割效果，改进了实验方案及处理方法，并提出了一种基于极平面图像(Epipolar Plane Image， EPI)的太赫兹光场深度估计方法。在太赫兹图像特性的基础上，给出了深度与视差的关系，并利用局部视差和置信度构建了全局深度图，从而达到了深度估计的目的。最后，在实验中通过10×10的相机阵列采集太赫兹光场数据，得到了准确聚焦于不同平面的重聚焦结果和高分辨度的深度估计图，实现了太赫兹光场成像的深度估计。
太赫兹 光场成像 数字重聚焦 深度估计 terahertz light field imaging digital refocusing depth estimation 杨墨轩 1,2,3,4赵源萌 1,2,3,4,*左剑 1,2,3,4吕南方 1,2,3,4张存林 1,2,3,4
1 首都师范大学物理系
2 太赫兹光电子学教育部重点实验室
3 太赫兹波谱与成像北京市重点实验室
4 北京成像理论与技术高精尖创新中心，北京 100048
本文对太赫兹光场数据采集与数字重聚焦成像进行实验研究。太赫兹成像因其穿透性、无损性等优点，近年来备受国内外研究者关注。太赫兹波段的光场成像技术有望增强图像质量、改善应用效果。本文在分析光场成像基本原理、系统结构、重建方法的基础上，应用太赫兹焦平面阵列相机进行太赫兹光场数据采集和数字重聚焦实验。首先采集太赫兹光场原始数据，然后通过数字重聚焦进行计算成像，最后对重构图像做增强处理，得到了深度、角度及目标物轮廓分辨力强的太赫兹图像。实验证明了太赫兹光场成像技术的可行性及其改善图像质量、丰富复现效果的能力。
太赫兹 光场采集 数字重聚焦 图像重构 terahertz light field acquisition digital refocusing image reconstruction
中国科学院 光束控制重点实验室，成都 610209；中国科学院 光电技术研究所，成都 610209；中国科学院大学，北京 100049
利用调焦方式可以实现焦距的连续变化从而对不同物距下的光学组件进行在线检测，但是调焦过程操作复杂且对调焦位移精度要求较高，景深内光学元件缺陷无法区分，难以实现真正意义上的在线检测。因此，本文提出了基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测方法。首先建立了相机阵列的成像模型并给出了数字重聚焦表达式以及空间分辨率的表达式。接着利用MATLAB模拟相机阵列成像过程和数字重聚焦过程。最后进行实验验证，通过二维位移台带动相机对不同物距下的多个光学元件表面缺陷进行成像获得阵列相机图像，通过数字重聚焦算法得到不同物距下的光学元件表面缺陷分布信息。实验结果表明，基于相机阵列的光学组件缺陷在线检测技术能够同时对位于景深范围内的光学组件进行在线检测。该方法在光学元件缺陷在线检测方面有着一定的应用价值。
在线检测 相机阵列 数字重聚焦 光学组件 online detection camera array digital refocusing optical components 强激光与粒子束
2020, 32(5): 051001
1 中国民航大学电子信息与自动化学院, 天津 300300
2 中国民航大学航空工程学院, 天津 300300
3 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
针对现有三点式光笔测量系统采用透视三点(P3P)算法求解出现多解的问题,提出一种基于光场成像的三点式光笔多解排除算法。对光场相机中心子孔径进行高精度内参标定;通过光场相机采集图像,运用P3P算法获得提取的中心子孔径图像中两组光笔激光点的摄像机坐标;利用高斯成像公式计算两组解的深度值,将区域窗口光场重聚焦到两组深度平面。选取合适的清晰度评价方法对两幅图像的清晰度进行比较,获得最终的光笔位姿矩阵,解算笔尖的三维坐标。选用精密三坐标平移台移动距离作为比对基准,实验结果表明:本实验测量系统与三坐标平移台在X、Y、Z方向的最大位置差值分别为0.35,0.40,0.54 mm,该结果与运用四点重投影选取正解的结果相同,证明了所提出的方法的有效性和准确性。
光计算 光场成像 光笔 数字重聚焦 聚焦测距 透视三点 激光与光电子学进展
2020, 57(3): 032001
1 中国计量大学 信息工程学院 浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室, 杭州 310018
2 中国计量大学 计量测试工程学院, 杭州 310018
为根据参数精确获取分层位置的重聚焦像, 提出了基于阶梯尺的标定方法.用光场相机拍摄阶梯标尺, 利用重聚焦技术获得图像序列, 使用点锐度评价函数计算图像序列各刻度面最清晰图像, 完成重聚焦参数的标定.对标定结果进行评价, 采用刃边法计算重聚焦图像的高斯离焦参数, 阶梯标尺比刻度标尺标定方法减小25%以上, 可以有效提高光场相机重聚焦的准确度.进行分层成像实验, 对比两种标定方法下的分层重聚焦图像, 验证了阶梯标尺标定的重聚焦结果更清晰, 适用于光场分层成像系统.
光场相机 光学分层成像 数字重聚焦 重聚焦参数 清晰度评价 高斯离焦参数 Light field camera Optical sectioning tomography Digital refocusing Refocusing parameter Definition evaluation Gaussian defocusing parameter
光场成像作为一种应用广泛的计算成像方法,其研究仍局限于电磁波谱中的可见光波段。因此,提出基于相机阵列的红外光场成像方法。首先利用单台被动红外相机移动到同一平面的不同位置分别对同一静态目标场景成像,获取原始红外图像序列,经平移视差校正后生成红外光场数据库;然后基于光场渲染理论,获得重采样图像。与只记录二维位置信息的传统红外成像比较,红外光场成像能够记录包含位置和方向的四维信息。实验结果表明,该法能够融合多幅低信噪比的图像获得一幅信噪比提高的重采样图像,通过孔径叠加平均可实现穿透遮挡物成像,通过选取不同深度值进行重采样可实现红外场景不同深度的数字重聚焦,使红外成像在**和民用领域更有应用价值。
成像系统 红外图像 红外光场成像 光场渲染 相机阵列 数字重聚焦
浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
传统的成像方式单次曝光只能获取物空间二维横向分辨率信息, 无法获取纵向深度信息, 导致单次拍摄过程中物空间的深度信息丢失,无法对物空间的目标物进行三维重构。光场相机内部采用光场传感器, 不同于传统成像系统单次采集只能获取二维信息而造成的信息缺失, 光场传感器可获取物空间的多维光场信息, 同时其还具有便携等优点。采用光场相机进行拍摄, 利用数字重聚焦以及散焦测距和相关计算的方法, 实现密集深度图像的获取, 基于matlab软件平台, 对所获取的图像深度数据矩阵进行处理, 最终实现物空间的三维重构。得到物空间的相对深度的归一化结果。本实验中, 在深度范围为100 mm~1 500 mm范围内, 实现平均误差为5.47%深度信息的表面三维重构, 最大重构误差为8.30%。
应用光学 三维重构 数字重聚焦 散焦测距 密集深度图像 applied optics three dimensional reconstruction digital refocusing defocusing depth measurement high quality depth image
