1 国防科技大学气象海洋学院，湖南 长沙 410073
2 中国气象局高影响天气重点开放实验室，湖南 长沙 410073
准确获取飞秒激光成丝横截面图像及其沉积能量空间分布信息，对于成丝动力机制研究和促进诸多基于光丝的实际大气应用发展具有重要意义。本文基于热传导方程和波动方程构成的光声信号前向仿真模型，理论模拟了利用环阵式光声层析系统接收飞秒激光在空气介质中成丝诱导产生超声脉冲信号的过程；然后，利用延迟叠加算法对飞秒激光大气传输成丝沉积能量横向分布图像进行了反向重建，并分析了测量系统中关键器件超声换能器的中心频率、带宽、表面尺寸和探测表面灵敏度等性能参数对光丝沉积能量分布图像重建结果的影响。结果表明，单丝诱导产生的声压脉冲信号频谱为单峰结构，而多丝声压脉冲信号频谱为多峰结构；相比于单丝图像重建，多丝图像重建受“孔径效应”影响更显著；换能器的性能参数对光丝图像的重建效果有显著的影响，换能器的带宽越大、表面直径越小，以及表面灵敏度系数越大，越有利于光丝沉积能量分布图像重建效果的提升。该研究结果可为真实大气条件下飞秒激光传输成丝沉积能量空间分布的实验测量提供一定的理论支撑。
飞秒激光 激光成丝 能量沉积 光声信号 超声换能器 反投影 光学学报
2024, 44(12): 1201011
中国民航大学 天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津 300300
在毫米波人身安检成像中，二维平面承载的有限信息量使得安检系统对隐匿危暴/爆品的检出概率不高，亟待获取人体三维全聚焦重建结果，且以往仅时域或频域三维重建算法均难以实现精度与效率的平衡。为此，基于“维度分解-算法调和”策略提出时频调和型三维重建算法（Time-Frequency Coordination 3D Reconstruction，TFC-3DR）。该算法融合频域算法的效率与时域算法的精度优势，利用距离徙动频域成像算法（Range Migration Algorithm，RMA）的方位平移不变性，在距离-高度截面统一地校正距离徙动，以保证运算效率，而后将时域后向投影（Back Projection，BP）算法应用于距离-角度维截面，通过将脉冲压缩数据与成像空间分辨单元逐点相干积累，以保证成像精度，由此加快运算效率的同时又保证重建精度。由于BP算法的引入，阵列天线角度维扫描轨迹灵活可变，有效降低了人体侧面盲区面积，避免漏检、误检。仿真和实测人体毫米波数据实验，验证了算法的有效性与实用性，同时分析重建效果与运算复杂度，验证了该文所提算法相比三维BP重建算法的优越性。
毫米波成像 三维重建 距离徙动算法 后向投影算法 millimeter wave imaging three-dimensional reconstruction range-migration algorithm back-projection algorithm
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
常规显微计算机断层成像(CT)存在空间分辨率越高CT扫描视场越小的矛盾。近年来提出的基于电子束偏转扫描阵列微焦点X射线源的大视场显微CT(EBMCT),不仅保持了高空间分辨率的优点,也大幅扩大了CT扫描视场,增大了可检样品的尺寸。但EBMCT特殊的多焦点阵列扫描方式,导致其投影数据既存在截断问题也存在冗余问题。目前EBMCT一般采用对投影数据要求不高的迭代图像重建算法。然而,阵列焦点的投影数据量庞大,迭代算法的计算消耗大、重建时间长,难以满足EBMCT快速CT扫描检测需求。提出了一种平滑加权多源滤波反投影(MSFBP)算法。仿真和实验结果表明,算法很好地消除了投影数据冗余带来的伪影,并较好地抑制了截断伪影;均方根误差、峰值信噪比、结构相似性、空间分辨率等重建图像质量指标均优于常规重排等传统图像重建算法。在计算机硬件、图像矩阵等相同的条件下,所提算法的重建速度比联合代数迭代重建算法快3.3倍以上,为EBMCT系统在快速、大视场CT检测应用方面提供了良好的基础。
光学学报
2022, 42(11): 1134023
强激光与粒子束
2022, 34(4): 041006
1 南昌航空大学图像处理与模式识别江西省重点实验室，江西南昌 330063
2 北爱荷华大学技术系，美国爱荷华州 50614-0178
研究表明跌倒是我国老年人伤害的主要原因，缩短跌倒到救治的时间能降低跌倒造成的伤害。为此，室内老年人跌倒检测需求逐年增加。红外传感器具有受光照影响小，保护隐私等优点，越来越广泛地应用于室内人体跌倒检测中。然而，由于红外图像存在分辨率低、信噪比差等缺陷，导致传统方法的检测精度较低。针对这个问题，本文提出一种基于逆向投影算法的室内人体跌倒检测方法。首先，通过人体温度计算出人体与传感器之间的距离；其次，结合图像信息，逆推出人体在真实世界的高度；最后，对获取的人体真实高度数据进行平滑处理，并根据其变化情况进行跌倒检测。实验结果表明，本文所提方法的检测准确率达到 98.57%，优于传统非逆向投影方法，其性能完全可以应用于实际检测中。
人体跌倒检测 逆向投影算法 红外图像 人体定位 特征平滑 human fall detection, back projection algorithm, i
中北大学 动态测试省部共建实验室,山西 太原 030051
为了更好地实现乳腺癌的早期精确诊断, 设计了一种基于聚焦环阵的新型超声CT成像系统。256个电容式微加工超声换能器（CMUT）环形分布于乳腺四周, 采用64个换能器发射, 对面64个换能器接收的方式进行, 在COMSOL中依次进行256次仿真来实现环形扫描。根据超声相控阵原理进行发射聚焦后, 采用滤波反投影算法进行图像重建。聚焦到乳腺外部时, 重建偏差值小于0.05%, 聚焦到4号肿瘤时, 该区域重建偏差值仅为0.002%。实验结果表明, 该系统可以用于乳腺癌的早期精确诊断, 且能提高内部肿瘤的检测质量。
超声 相控阵 断层成像 滤波反投影算法 ultrasound phased array tomography COMSOL COMSOL filtered back projection algorithm
西安建筑科技大学 理学院，陕西 西安 710055
以SRCNN（super-resolution convolutional neural network）模型为代表的超分辨率重建模型通常都有很高的PSNR（peak signal to noise ratio）和SSIM（structural similarity）值，但其在视觉感知上并不令人满意，而以SRGAN为代表的拥有高感知质量的GAN（generative adversarial networks）模型却很容易产生大量的伪细节，这表现在其PSNR和SSIM值通常都较低。针对上述问题，提出了一种基于深度反向投影的感知增强超分辨率重建模型。该模型采用双尺度自适应加权融合特征提取模块进行特征提取，然后通过深度反向投影进行上采样，最终由增强模块增强后得到最终输出。模型采用残差连接与稠密连接，有助于特征的共享以及模型的有效训练。在指标评价上，引入了基于学习的LPIPS（learned perceptual image patch similarity）度量作为新的图像感知质量评价指标，与PSNR、SSIM一起作为模型评价指标。实验结果表明，模型在测试数据集上PSNR、SSIM、LPIPS的平均值分别为27.84、0.7320、0.1258，各项指标均优于对比算法。
超分辨率重建 感知质量 深度反向投影 LPIPS度量 super-resolution reconstruction perceived quality deep back projection learned perceptual image patch similarity metric
1 西安邮电大学通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
针对监控视频中车牌图像超分辨率重建数据处理量较大、性能差的问题,提出了一种基于逐级反投影网络的车牌图像超分辨率重建算法。首先,为了减少超分辨率网络数据处理量,先检测并提取出低分辨率车牌区域。然后,分解深度反投影网络(DBPN)中较大的采样倍数,以逐级采样的方式完成迭代反投影。在逐级反投影单元中,跳线连接融合逐级采样产生的中间尺度特征,以提高特征利用率;用1×1卷积层降低融合后中间尺度的特征维度,同时保留关键信息。最后,根据逐级上投影单元产生的特征图重建高分辨率车牌图像。实验结果表明,相比DBPN,本算法不仅降低了超分辨率网络的数据处理量和参数量,且重建的车牌图像质量在主观感受和客观评价指标方面都得到了很大的提升。
超分辨率 车牌图像 逐级反投影单元 跳线连接 1×1卷积层; 激光与光电子学进展
2020, 57(16): 161002
岭南师范学院物理科学与技术学院, 广东 湛江 524048
基于空气折射率梯度测量的原理,采用投影式背景纹影技术,设计了非接触式火焰温度场测量仪。测量仪以半导体激光器作为光源,采用CCD快速成像,结合粒子图像速度场仪技术,获取了图像上粒子的偏移量以量化偏折角。采用Radon变化求得折射率梯度,利用空气折射率对温度的非线性曲线拟合方程直接得出流场各区域的温度场,采用反投影重建技术对火焰的不均匀温度流场进行了三维重构,实现了火焰温度场的可视化测量。
传感器 背景纹影技术 投影式 粒子图像速度场仪技术 反投影重建 火焰温度场 激光与光电子学进展
2019, 56(5): 052803
