1 南昌航空大学 测试与光电工程学院，江西 南昌 330063
2 华东交通大学 机电与车辆工程学院，江西 南昌 330013
剪切散斑干涉是一种非接触式、全场高精度光学变形测量技术，由于环境等因素导致采集的散斑条纹图像存在大量随机噪声,进而影响测量精度。传统去噪方法在滤除噪声的同时，容易导致条纹边缘信息的丢失甚至破坏。针对该问题，本文提出基于正余弦变换和双调滤波相结合的剪切散斑干涉图像去噪方法。该方法首先对相位条纹图进行正余弦变换获得两幅图像，其次对这两幅图像分别运用双调滤波方法进行去噪，最后将滤波后的两幅图像合并为最终的相位条纹图。实验结果表明：经本文方法滤波后的相位图散斑抑制指数为0.999，平均保持指数为2.995，证明该方法较传统去噪方法能更好地改善相位图质量，且能较大程度地保留相位条纹的细节及边缘信息。
剪切散斑 干涉 光学测量 去噪 双调滤波 shearography interference optical measurement denoise bitonic filtering
西南交通大学物理科学与技术学院，四川 成都 610031
针对三维激光扫描设备实际采集的列车关键部件点云模型通常存在噪声点和采集误差等问题，提出一种高效的点云小尺度噪声滤波平滑算法。首先利用K-D树构建点与点之间的几何关系，设置中心点并利用K近邻算法查询邻域信息；然后假设输入点云与滤波后输出的点云之间存在线性关系，从而利用两片点云构造代价函数；最后通过求解代价函数最小值确定线性参数，从而得到平滑后的点云模型。代价函数构建过程中，根据点与其K近邻内点的欧氏距离的方差与整体欧氏距离方差的比值大小自适应地调节权重，达到动态调整线性模型参数的目的。实验结果表明，所提算法能够快速矫正小尺度噪声、平滑边界轮廓、提高质量，为点云识别、重建等后期任务奠定基础。
图像处理 点云 去噪 列车关键部件 自适应加权引导滤波 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1410011
光子学报
2022, 51(11): 1130001
1重庆邮电大学图像认知重庆市重点实验室，重庆 400065
结构光照明显微镜凭借其所需的激发光强度低、曝光时间短、光毒性小、无需特定的荧光探针等优点，非常适合于活细胞的超分辨率成像；然而，如果结构光照明显微镜采集的原始图像的信噪比较低，则原始图像中包含的高斯噪声和泊松噪声将导致超分辨率图像重建过程中出现参数估计准确率低、重建伪影多等问题。为了准确估计初始相位和调制深度参数并衡量估计准确率，本文提出了经验模态分解算法和分散指数指标，前者可准确估计初始相位和调制深度，后者可实现估计准确率的客观评价。同时，为了解决重建伪影的问题，本文进一步提出了基于相似块的图像去噪算法，该算法能够在保留原始图像中照明结构光特征的同时抑制图像中的噪声，进而提升参数估计的准确性，并减少重建图像中的伪影。
生物光学 图像处理 显微镜 重建算法 经验模态分解 分散指数 相似块去噪 中国激光
2022, 49(15): 1507206
华北电力大学 电气与电子工程学院, 河北 保定 071003
基于布里渊散射的分布式光纤传感中温度和应变与布里渊频移成线性关系, 为了提高温度和应变测量的准确性, 提出了一种改进的二次多项式拟合算法用于提取布里渊频移。该算法分为两步: 首先使用一种改进的中值滤波算法对含噪布里渊谱信号进行预处理, 以提高增益峰值定位的准确性; 然后截取围绕峰值左右对称的一个线宽的原始布里渊谱进行二次多项式拟合以实现布里渊频移的高精度提取。以布里渊频移误差及峰值定位准确性作为衡量指标, 比较研究后确定同一频率下所有空间点对应的布里渊增益作为滤波器的输入。研究了不同扫频间隔和信噪比及不同滤波窗长下改进算法的效果, 同时研究了最优窗长的选择问题。结果表明, 不同信噪比和扫频间隔下改进算法均能有效提高布里渊频移提取的准确性。随窗口长度增加布里渊频移误差先减少后增加, 在扫频间隔为1~10MHz、信噪比为0～40dB情况下, 通用的最优窗长为53~163。
光纤分布式传感 布里渊频移 二次多项式拟合 中值滤波 去噪 distributed optical fiber sensing Brillouin frequency shift quadratic polynomial fitting median filtering denoise
温州大学电气数字化设计技术国家地方联合工程实验室，浙江 温州 325035
针对红外与可见光的融合图像存在对比度低、场景细节信息不清晰的问题，提出基于整体变分的红外和可见光图像融合方法。该方法将每次迭代后的融合图像分别与可见光和红外图像进行差分运算，作为整体变分模型的正则项和保真项。同时，引入关于红外图像的非增扩散函数来引导扩散，抑制红外图像边缘信息的平滑，从而把图像融合问题转化为图像去噪问题，最终转化为一个泛函求极值问题。实验结果从视觉质量及客观评价上验证了该方法的有效性。
红外图像 可见光图像 图像融合 整体变分 去噪 infrared image visible light image image fusion total variation denoise
1 广西科技大学生物与化学工程学院, 广西 柳州 545006
2 广西科技大学广西糖资源绿色加工重点实验室, 广西 柳州 545006
3 广西蔗糖产业协同创新中心, 广西 南宁 530004
4 西派特(北京)科技有限公司, 北京 100029
荧光是直接测定的拉曼光谱中背景的最主要来源, 需要采用真实、 准确的方法消除, 以得到纯净的拉曼响应。 基线拟合消除和查找荧光贡献扣除是解决背景问题的两条思路, 目前多采用基线拟合方法, 其优点是满足用户“视觉”要求, 无需额外硬件, 但并非机理或实质上的解释, 因而难以保证数据的真实性与合理性; 查找荧光的方法, 更为真实, 但是目前提出的方法, 需要增加光源等额外设计和成本。 另外, 在实验方法上, 也有采用消荧光剂和长时间照射漂白的, 存在操作繁琐、 效率低等不足。 利用稳定体系中拉曼和荧光的时间差异解决体系中荧光问题。 在微小的时间段内, 例如几个毫秒, 激发光不会导致体系性质发生显著变化, 荧光具有寿命周期, 会随激发时间延长强度下降的“褪色”, “褪色”的强度差异可以被认为是整体荧光的一个微元; 与此同时, 由于体系组成未发生显著变化, 拉曼光对于短时间照射可以保持稳定。 利用此差异可以区分出混合信号中的荧光和拉曼光。 根据该原理, 提出了荧光褪色差分法(FBDA), 实现拉曼光谱的背景校正。 方法的主要步骤： 测量微小时刻内的多张直接拉曼光谱, 求取系列光谱的差分, 对差分值作高频滤波降噪, 可获得荧光强度微元; 然后, 多个荧光微元平均归一化后, 得到荧光强度单元。 以拉曼光谱2 000～2 500 cm-1的静默区, 即通常不会出现拉曼信号的频段为基准, 对荧光单元作逆差分, 逆差分累计值与原始光谱在此频段一致时, 得到整体荧光响应; 最终, 从原始光谱中扣除荧光成分, 完成背景扣除和基线校正。 以盐酸二甲双胍片的拉曼测量为例, 说明和讲解了所提出的原理和方法, 验证方法的有效性。 与目前效果较好的基线校正方法(不对称最小二乘和自适应迭代再加权惩罚偏最小二乘)进行了对比, 表明FBDA方法更为客观真实, FBDA的另一个优势是不需要额外的设计和成本, 所有数据都是在现有设备直接采集和完成。 需要说明的是, 微小时刻光谱差异的要求, 可以确保FBDA光谱实时性, 长时间的光谱差异, 将会影响结果的准确性; 另外, 对于光化学反应体系和其他非荧光引起的复杂背景, FBDA的适用性有待改善。
拉曼 荧光 光褪色 差分 降噪 Raman Fluorescence Photobleach Difference Denoise 光谱学与光谱分析
2019, 39(7): 2034
南京工业大学计算机科学与技术学院, 江苏 南京 211816
为改善低剂量CT图像的质量, 提出一种基于改进型Wasserstein生成对抗网络(WGAN-gp)的低剂量CT图像去噪方法。WGAN-gp在WGAN网络的基础上加入梯度惩罚项, 解决了WGAN训练困难, 收敛速度慢的问题, 进一步提高网络的性能。同时加入新感知损失度量函数, 使对人眼而言敏感的纹理信息得到保留。实验结果表明, 与目前相关的方法相比, PSNR提高了1.83 dB, SSIM表达能力增加了约3.5%, 降低了时间复杂度, 显著改善了低剂量CT图像的可视质量。
Wasserstein距离度量的对抗生成网络 低剂量CT图像 图像去噪 感知损失 WGAN-gp low-dose CT images image denoise perceptual loss
