Author Affiliations
Abstract
1 College of Science, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China
2 College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, Jilin 130012, China
The silicon-based arrayed waveguide grating (AWG) is widely used due to its compact footprint and its compatibility with the mature CMOS process. However, except for AWGs with ridged waveguides of a few micrometers of cross section, any small process error will cause a large phase deviation in other AWGs, resulting in an increasing cross talk. In this paper, an ultralow cross talk AWG via a tunable microring resonator (MRR) filter is demonstrated on the SOI platform. The measured insertion loss and minimum adjacent cross talk of the designed AWG are approximately 3.2 and -45.1 dB, respectively. Compared with conventional AWG, its cross talk is greatly reduced.
SOI platform arrayed waveguide grating cross talk microring filter array thermo-optic effect 
Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031303
作者单位
摘要
电子科技大学材料与能源学院,四川 成都 611731
光谱探测器是用来分析光线各个波长组分强度的仪器,在基础科研、工业生产和日常生活中应用广泛。常用的基于色散元件的光谱探测器通常有难以进一步优化的尺寸和质量,并且色散元件精密,不能满足微型化、低成本的发展趋势。利用旋涂法制备一系列具备不同可见光吸收特性的Cs0.1MA0.9PbX3(X为Cl、Br、I)钙钛矿薄膜,将其组合成滤光片阵列,结合互补金属氧化物半导体传感器构造计算重构型光谱探测器;针对光谱探测器滤光片阵列响应特点,利用非负Tikhonov正则化约束法对光谱进行重建;最后对设计的光谱探测器进行测试验证。所提光谱探测器在500 nm波长处具备27 nm的分辨率,在可见光范围内实现了一定的光谱分辨能力。
光谱探测器 微型化 钙钛矿 Tikhonov正则化约束 滤光片阵列 
激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0504002
齐海超 1宋延嵩 1,2,*张博 1梁宗林 1[ ... ]任斌 3
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院 空间光电技术研究所, 长春 130022
2 鹏城实验室, 深圳 518052
3 中国空间技术研究院西安分院, 西安 710212
为了更好地保留多光谱去马赛克图像中的高频信息,本文提出了一种基于改进引导滤波器的多光谱图像去马赛克方法。首先,基于自回归模型对相邻像素点间的强相关性进行建模,在每个像素处渐进估计其模型参数,通过最小化局部窗口内的估计误差,得到最优估计值来插值采样密集波段G,并生成高质量的引导图像;然后,引入加窗固有变分系数到惩罚因子中,得到具有边缘感知能力的加权引导滤波器并重建其余稀疏采样波段。最后,使用CAVE数据集和TokyoTech数据集进行仿真。实验结果表明:相较于主流的5波段多光谱图像去马赛克方法,本方法重建图像的峰值信噪比和结构相似度在CAVE数据集和TokyoTech数据集上分别提高了3.40%,2.02%,1.34%,0.30%和6.11%,5.95%,2.28%,1.42%,且更好地保留了原始图像的局部结构和颜色信息,减少了边缘伪影和噪声现象的出现。
计算成像 多光谱滤光片阵列 多光谱去马赛克方法 自回归模型 加权引导滤波器 computational imaging multispectral filter array multispectral demosaicing method autoregressive model weighted guided filter 
中国光学
2023, 16(5): 1056
作者单位
摘要
1 空军航空大学 航空作战勤务学院, 长春 130022
2 陆军勤务学院, 重庆 400050
3 93525部队, 西藏 日喀则 857000

针对航空滤光片阵列多光谱图像中存在的条带灰度差异问题, 提出条带灰度校正算法。首先, 对多光谱图像构建条带图像模板, 基于SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)算法提取图像特征点并计算图像间坐标转换矩阵, 用于确定条带图像重叠区域; 其次, 依次计算各条带图像重叠区域像素灰度均值, 并以中间图像各条带灰度为基准, 依次拟合相邻图像间灰度校正系数; 最后, 利用投影后的图像模板依次提取序列单波段条带并进行拼接, 得到灰度一致的单波段图像。实验结果表明: 该方法可以有效解决航空滤光片阵列多光谱图像条带灰度差异, 且能够最大限度保持地物光谱信息特征。

滤光片阵列 多光谱 灰度校正 拟合 单波段 filter array multispectral grayscale correction fitting single band 
半导体光电
2022, 43(6): 1173
作者单位
摘要
陕西快谱深光科技有限公司, 陕西 西安 710065
目前手机摄像头已经具备在空间(x-y方向)和深度(z方向)维度上获取成像信息的能力,而在光谱维度的信息获取上一直停留在RGB三色上,受困于手机平台的尺寸限制,传统的成像光谱仪很难嵌入。本文基于多通道阵列滤光片、微透镜阵列成像和一体化集成制造技术,完成了系统整体设计、关键部件设计制造、整体装配,并实验验证了光谱成像。系统整体物理尺寸小于Φ6×6 mm,光谱分辨率为8 nm,光谱范围为0.53~0.68 μm。实验研究表明,对不同颜色的实物成像,可以获得物体任意部位的光谱曲线,验证了快照式光谱仪的设计指标。该光谱仪具备了嵌入手机的基本条件,此研究有望推动成像光谱仪在手机上集成应用。
成像光谱仪 滤光片阵列 微透镜阵列 imaging spectrometer filter array micro-lens array 
中国光学
2022, 15(4): 770
作者单位
摘要
1 中国计量大学 光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
2 浙江省现代计量测试技术及仪器重点实验室,浙江 杭州 310018
为了解决激光诱导荧光检测系统存在的光学结构复杂、体积大、成本高以及灵敏度不足等主要问题,研制了一种高灵敏、小型化的荧光光谱仪。该光谱仪以349 nm半导体激光器作为激发光源,采用正交型光路,将4×4窄带滤光片阵列与具有单光子灵敏度的硅光电倍增器(SiPM)阵列耦合,可实现光谱信息的多通道探测,具备结构紧凑、成本较低以及稳定性好等优点。以荧光素钠为测试样品,对光谱仪性能进行了评估。实验结果表明,光谱仪的检测限优于5×10−11 mol·L−1,在5×10−11 mol·L−1到1×10−9 mol·L−1的溶液浓度范围内,被测溶液浓度与检测所得荧光强度满足良好的线性关系,线性相关系数为0.998 39。此外,光谱仪还具备良好的重复性,荧光峰值强度的相对标准偏差小于10%。因此,该光谱仪兼具灵敏度高、线性度好、重复性与可靠性强等优点,可以满足现场实时检测的需求。
荧光检测 光谱仪 激光诱导荧光 硅光电倍增器 窄带滤光片阵列 fluorescence detection spectrometer laser induced fluorescence silicon photomultiplier narrow-band filter array 
应用光学
2022, 43(2): 278
作者单位
摘要
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
RGBW滤光阵列常被用于提升探测器在低照度下的成像质量,但相应的彩色重构方法依然是结合拜尔阵列特点设计的,未充分利用亮度信息的优势,故重构结果较差。针对这一缺陷,首先,使用引导滤波挖掘亮度信息和彩色信息的关联性。然后,根据残差的平滑性,设计了适用于SONY-RGBW滤光阵列空域特点的采样率逐步提升的多步残差插值算法。接着,为改进算法边缘适应性,结合在正交方向上的插值结果,引入迭代过程并改进逐像素的评价因子。最后,利用亮度信息的高频成分增强彩色图像。在Kodak数据集和实际场景采集图像上的实验结果表明,所提方法能够降低颜色混叠,重构出清晰的图像细节,且有/无参考图像的客观评价指标优于现有RGBW滤光阵列彩色重构方法。
探测器 SONY-RGBW滤光阵列 残差插值 引导滤波 二维离散小波变换 彩色重构 
激光与光电子学进展
2021, 58(20): 2004001
作者单位
摘要
由于兼具光谱分辨和空间分辨能力, 快照式窄带多光谱成像在资源遥感、 精准农业、 医疗检测等领域将有广泛应用。 由于该方法使用窄带成像来提高光谱分辨率及图像对比度, 所获得的图像是灰度信息, 失去了场景的色彩信息, 不便专家对图像鉴别、 评价与赏析。 已有的色彩还原算法主要针对光谱波段带宽较宽或者多个波段叠加基本覆盖整个可见光谱范围等两种光谱成像仪, 不适合窄带多光谱成像方法的色彩还原。 该研究适合于快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法, 提出建立窄带多光谱彩色相机的概念。 首先, 提出两种窄带多光谱色彩还原方法: (1)基于CIE色度系统三刺激值色的, (2)基于贝尔阵列插值算法的; 其次, 分别应用两种算法还原快照式窄带多光谱相机所获得的植物、 手臂及宫颈组织等三种代表性场景窄带多光谱灰度图像; 之后, 计算并比较表征两种算法所得的代表性场景彩色图像的均值、 方差、 熵及梯度等表征图像质量的参数数值, 确定出适合快照式窄带多光谱成像的色彩还原方法; 最后, 对所确定的色彩还原算法进行色偏校正。 实验结果表明, 基于CIE三刺激值色彩还原方法比贝尔阵列插值法更适用于窄带多光谱成像颜色复原。 配合使用CIE三刺激值色彩还原方法及灰度图象校正算法, 从窄带光谱成像所获得的植物、 手臂皮肤及宫颈组织的灰度图像所还原出的近彩色图像逼近物体真实色彩, 满足人眼观察习惯。 介绍了仅覆盖可见光光谱范围30%的窄带多光谱图像进行色彩还原的方法, 该方法证明快照式窄带多光谱成像可以兼具光谱分辨能力, 同时保持可供人主观辨识的色彩信息。 所提出实现快照式窄带多光谱彩色成像的方法, 有望设计不同于传统RGB相机的彩色相机实施方案。
快照式窄带多光谱成像 色彩还原方法 CIE三刺激值积分 贝尔阵列插值 窄带多光谱彩色相机 Snapshot narrow-band spectral imaging Color recovery method CIE three primary color Bayer filter array interpolation Narrow band spectral imaging color camera 
光谱学与光谱分析
2021, 41(1): 183
作者单位
摘要
西北工业大学深圳研究院, 广东 深圳 518057
成像光谱技术可以获取所观测目标的空间和光谱信息,能有效辨别目标表面的物质组成,在军民领域应用广泛。近年来,基于滤光片阵列的成像光谱设备由于其结构紧凑、成像速度快、覆盖波段范围大等优势受到广泛关注。而滤光片阵列作为确定该类设备光谱性能的核心元件,其结构设计一直以来都是研究热点。为此,总结了光谱滤光片阵列的主要进展,分析了不同结构光谱滤光片阵列的优缺点及适用范围,并展望了光谱滤光片阵列的发展趋势。
光学器件 成像光谱 滤光片阵列 亚波长光栅 超平面 法布里-珀罗腔 
激光与光电子学进展
2020, 57(19): 190004
作者单位
摘要
1 西安理工大学 印刷包装与数字媒体学院, 西安 710048
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室, 西安 710119
针对多光谱滤光片阵列成像采样率低, 原始(Raw)数据稀疏所导致的重建图像模糊, 高频信息丢失等问题, 提出了一种新八谱段滤光片阵列分布方案, 利用基于邻域梯度延伸方法对光谱Raw 图像进行重建.首先基于二叉树生成法, 在重复排列的4×4阵列中设计了一种等空间概率比的八谱段滤光片分布方案; 然后针对传感器直接获取的稀疏Raw图像, 计算各谱段采样点的梯度信息, 在保 持图像结构特征和纹理信息的基础上, 利用邻域采样点的像素值和梯度值对未采样点进行重建, 从而获得完整的光谱图像信息; 最后, 基于已重建的八谱段光谱图像, 采用伪逆矩阵法重构各像素位 置的31波段光谱值.结果表明, 相对于主流图像重建方法, 本文算法提高了重建八谱段光谱图像的峰值信噪比、复合峰值信噪比, 降低了光谱均方差, 更好地保留了图像的纹理和边缘, 有效降低了 多光谱滤光片阵列成像中的颜色伪影和图像模糊等现象.
多光谱图像 多光谱滤光片阵列 去马赛克算法 邻域梯度延伸 梯度方向 Multispectral image Multispectral filter array Demosaicing algorithm Neighborhood gradient extension Gradient direction 
光子学报
2020, 49(5): 0511001

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