李育亮 1,2齐金泉 1,2陈明亮 1,*邓陈进 1[ ... ]韩申生 1,2,5
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
3 宇航智能控制技术国防科技重点实验室,北京 100089
4 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江 杭州 310012
5 中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院,浙江 杭州 310024
针对水下鬼成像重构质量下降、分辨率退化的问题,分析水体对散斑场传播的作用,提出在重构计算前将参考臂散斑进行校正的方法,以实现对物臂散斑场的退化补偿,进而提高水下鬼成像的成像质量。首先根据近似的S-S(Sahu-Shanmugam)散射相函数和Wells模型推导得到调制传递函数,用来描述水体对散斑的退化作用;然后对参考臂散斑场进行校正补偿,使参考臂散斑与物臂散斑具有相同的退化程度以恢复关联性;最后采用校正后的参考臂散斑进行图像重构。从理论上证明了所提方法在二阶关联计算中会使得图像退化加剧,而在基于伪逆的重构计算中则可以有效提高图像分辨率、改善图像质量。通过仿真和实验验证了理论模型的正确性,该研究为远距离水下目标鬼成像图像恢复提供了新的思路。
海洋光学 水下鬼成像 散斑场退化补偿 水体调制传递函数 二阶关联 伪逆 
光学学报
2024, 44(6): 0601003
雷腾 1,2,3张义民 1,2,3马一哲 1,2,3丁学专 1,2,3[ ... ]王世勇 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 上海技术物理研究所,上海200083
2 中国科学院大学,北京100049
3 中国科学院 红外探测与成像技术实验室,上海20008
低采样率下的高质量鬼成像(GI)对于科学研究和实际应用具有重要意义,为了在低采样率条件下重建高质量图像,提出了一种高质量的被动式压缩鬼成像重构算法(PCGI-LRC)。基于图像的非局域相似块堆叠而成的矩阵具有低秩和稀疏奇异值的假设,从理论和实验上证明了一种对最小二乘问题与非局域相似块低秩近似问题进行联合迭代求解的方法,能够在低采样率(6.25%~50%)条件下实现高质量鬼成像。实验结果表明:与基于稀疏基约束的GI(GI-SBC)和基于全变分约束的GI(GI-TVC)相比,PCGI-LRC在峰值信噪比、结构相似性系数和视觉观测等方面均更优,在抑制重构噪声的同时保持了目标的细节信息,其中PSNR提升效果优于1.1 dB,SSIM提升效果优于0.04。
鬼成像 图像重构 图像压缩 单像素成像 ghost imaging image reconstruction image suppression single pixel imaging 
光学 精密工程
2024, 32(1): 12
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Key Laboratory for Precision Optoelectronic Measurement Instrument and Technology, Beijing 100081, China
2 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
3 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
5 National Laboratory of Aerospace Intelligent Control Technology, Beijing 100089, China
6 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310024, China
High resolution imaging is achieved using increasingly larger apertures and successively shorter wavelengths. Optical aperture synthesis is an important high-resolution imaging technology used in astronomy. Conventional long baseline amplitude interferometry is susceptible to uncontrollable phase fluctuations, and the technical difficulty increases rapidly as the wavelength decreases. The intensity interferometry inspired by HBT experiment is essentially insensitive to phase fluctuations, but suffers from a narrow spectral bandwidth which results in a lack of effective photons. In this study, we propose optical synthetic aperture imaging based on spatial intensity interferometry. This not only realizes diffraction-limited optical aperture synthesis in a single shot, but also enables imaging with a wide spectral bandwidth, which greatly improves the optical energy efficiency of intensity interferometry. And this method is insensitive to the optical path difference between the sub-apertures. Simulations and experiments present optical aperture synthesis diffraction-limited imaging through spatial intensity interferometry in a 100 nm spectral width of visible light, whose maximum optical path difference between the sub-apertures reaches 69λ. This technique is expected to provide a solution for optical aperture synthesis over kilometer-long baselines at optical wavelengths.
optical synthetic aperture imaging ghost imaging intensity interferometry 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(12): 230017
作者单位
摘要
1 湖北经济学院信息工程学院,湖北 武汉 430205
2 五邑大学智能制造学部,广东 江门 529020
提出一种基于离散W变换的差分调制计算鬼成像方法。使用正负两组离散W变换基图案对光源进行差分调制,根据桶探测器测量的光强值获取目标对象的频谱,通过矩阵形式的逆离散W变换重构目标图像。仿真和实验结果表明,该方法可以从压缩测量中获得图像,通过差分测量可以消除背景噪声,获得良好的图像质量,并且可以通过逆变换实现快速重建。与其他方法相比,该方法在成像质量上更具优势。
成像系统 计算成像 鬼成像 图像重构 单像素成像 
激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2211003
作者单位
摘要
长春理工大学物理学院,吉林 长春 130022
针对计算鬼成像采样过程中由于外界影响而出现的物体信息缺失问题,将小波分析应用于计算鬼成像系统中,同时在此系统中引入图像融合方法,构建一种基于图像融合的计算鬼成像系统,对此问题进行了仿真模拟与实验研究。并对结果进行了分析,结果显示此系统可以有效恢复待测物体信息、提高成像质量,相较于传统的计算鬼成像系统更加适用于实际应用环境。
鬼成像 小波分析 信息恢复 图像融合 成像系统 
激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2011001
作者单位
摘要
1 兰州理工大学 能源与动力工程学院, 甘肃兰州730050
2 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京100191
3 北京控制工程研究所, 北京100190
4 中国科学院物理研究所, 北京100190
5 北京理工大学 自动化学院,北 京100081
光谱成像系统受色差影响会导致图谱混叠,本文将单像素成像以及计算关联成像分别与光谱成像系统相结合,并在系统中引入900~1 700 nm适用的消色差透镜来校正色差。首先计算出不同胶合消色差透镜的色差大小并以此选取透镜,所选消色差透镜相较其它透镜对色差校正可以提高一个量级。其次分析了色差对光谱成像系统的影响以及单像素成像和计算关联成像的差异。最后仿真和试验分析单像素光谱成像和计算关联光谱成像特点。试验结果表明对于900~1 700 nm的近红外光谱成像,基于消色差透镜的单像素光谱成像系统取得了更好的图像重构结果,其峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)提高了3.93 dB,结构相似度(Structural Similarity, SSIM)提高了0.96%。消色差透镜的单像素光谱成像系统在近红外光谱成像中重构图像效果优于无消色差透镜的计算关联光谱成像。
光谱成像 单像素成像 计算关联成像 色差校正 近红外光 spectral imaging single-pixel imaging computational ghost imaging chromatic aberration correction near-infrared light 
光学 精密工程
2023, 31(16): 2333
Author Affiliations
Abstract
1 School of Artificial Intelligence, Optics and Electronics (iOPEN), Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China
2 Institute of Optics and Quantum Electronics, Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller University, 07743 Jena, Germany
3 Helmholtz Institute Jena, 07743 Jena, Germany
In this study, we propose an underwater ghost-imaging scheme using a modulation pattern combining offset-position pseudo-Bessel-ring (OPBR) and random binary (RB) speckle pattern illumination. We design the experiments based on modulation rules to order the OPBR speckle patterns. We retrieve ghost images by OPBR beam with different modulation speckle sizes. The obtained ghost images have a better contrast-to-noise rate compared to RB beam ghost imaging under the same conditions. We verify the results both in the experiment and simulation. In addition, we also check the image quality at different turbidities. Furthermore, we demonstrate that the OPBR speckle pattern also provides better image quality in other objects. The proposed method promises wide applications in highly scattering media, atmosphere, turbid water, etc.
ghost imaging underwater Bessel speckle 
Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 081101
孙宇松 1,2,3黄见 1,3,*时东锋 1,2,3苑克娥 1,2,3[ ... ]王英俭 1,2,3
作者单位
摘要
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,中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院,安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
传统多光谱关联成像技术的发展受限于系统结构复杂和数据量大。为提高多光谱图像的复原效率,本文提出了余弦编码复用多光谱关联成像技术。将具有确定频率的余弦结构编码与正交Hadamard基图案复用为结构光对目标场景进行调制照明,并用一个宽带光电倍增管收集后向散射信号。在复原过程中,基于余弦编码的傅里叶频移特性可将多通道光谱混叠信息由空间域转换到频率域进行解码分离,最终复原出目标场景的多光谱图像。通过仿真分析了理想低通滤波器、高斯低通滤波器和巴特沃斯低通滤波器对多光谱图像复原质量的影响,并将所提方法与传统方法进行了对比实验。结果表明:所提方法能有效提高多光谱信息的获取效率,缩短图像重建时间;频域滤波时,选用高斯低通滤波器比理想低通滤波器、巴特沃斯低通滤波器更具优势。
成像系统 关联成像 编码复用 多光谱成像 低通滤波器 
中国激光
2023, 50(13): 1317001
朱凯旋 1,2,3胡晨昱 1,3,*喻虹 1,3韩申生 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
3 中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院,浙江 杭州 310024
提出使用统计分析中的Bootstrap方法对鬼成像中图像信息重构的不确定度进行估计。仿真结果表明,Bootstrap方法估计的标准误差分布图与强度关联重构的标准误差理论计算结果一致;用标准Bootstrap方法估计的标准误差和置信区间分布能够很好地解释压缩感知算法得到的重构结果误差,并且使用相应的Bootstrap方法的变种能够更为准确地描述从原始样本中重构图像信息的偏差和绝对误差。所提方案适用于估计无真实参考图像的实际应用场景的重构图像的不确定度。
成像系统 鬼成像 图像重构 非参数Bootstrap方法 不确定度 
光学学报
2023, 43(9): 0911003
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室,上海 201800
2 国科大杭州高等研究院,浙江 杭州 310024
3 中国科学院大学,北京 100049
傅里叶变换关联成像通常采用透射式赝热光源,但透射产生散斑的纵向尺寸过大限制了成像纵向分辨率且透射式赝热光的光通量较低,这对实现三维傅里叶变换关联成像造成了阻碍。为解决这一问题,理论推导了反射式赝热光源散斑场的光强涨落关联函数,给出了散射屏放置在不同空间位置和倾斜角度时的纵向散斑尺寸。同时,进行了基于统计光学的数值模拟,模拟结果与理论结果吻合。结果表明,通过减小散射角和增大散射屏方位角等方法可以有效降低观察点处的纵向散斑尺寸,从而提高纵向成像分辨率。
成像系统 散斑场 赝热光 粗糙表面 关联成像 
光学学报
2023, 43(9): 0911001

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