1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 电磁空间安全全国重点实验室，天津 300308
电润湿液体透镜是一种可以通过改变两端加载电压从而改变自身光焦度，而不需要改变光学间隔的一种透镜。基于液体透镜所设计的变焦光学系统可以大大减少传统机械变焦光学系统的复杂度。基于康宁 A39 液体透镜，利用 ZEMAX 仿真，在 20 D 的光焦度变化范围内设计了一款焦距变化为 16~32 mm，视场角变化为 32°~16.36°，变倍比为 2，短焦 F 数为 6.3，长焦 F 数为 12.8，且最大口径不超过 10 mm 的小型二元单液体透镜变焦光学系统。实验结果表明，该系统成像质量良好，在工业镜头等领域有广泛的应用前景。
光学设计 变焦镜头 液体透镜 介电润湿效应 像质评价 optical design zoom lens liquid lens dielectric wetting effect image quality evaluation
西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室， 陕西 西安 710129
为了满足长波红外（LWIR）热像仪在宽温度范围下连续变焦的需求，基于LWIR 320 pixel×320 pixel型红外探测器，设计了一款非制冷长波红外连续变焦光学系统。该系统可在宽温度范围下实现无热化，采用常见的硫系玻璃，工作波段为8~12 μm，总长为200 mm，仅由7片透镜组成。通过引入偶次非球面，可以使系统色差和轴外像差得到良好的校正，同时选用后固定组的最后一片透镜充当温度补偿组来调节焦距实现无热化。分析结果表明，该系统结构紧凑，可以在40~60 ℃温度范围内和60~180 mm焦距范围内连续平滑变焦，并且全程成像质量良好（调制传递函数在20 lp/mm处均大于0.3），变焦和公差也具有良好的可实现性。
光学设计 红外变焦系统 长波红外 像质评价
1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
针对太赫兹扫描成像设备存在的图像清晰度差、边缘模糊等问题，提出了一种基于生成对抗网络的太赫兹图像超分辨率重建算法。首先，在处理太赫兹图像时引入限制对比度自适应直方图均衡方法，有效解决了太赫兹图像对比度低的问题；其次，在生成对抗网络的基础上，提出了一种基于增强注意力机制的残差生成对抗网络，实现了太赫兹扫描图像的超分辨率重建，提升了图像纹理和细节的重建能力；最后利用频谱归一化的U-net网络对生成器生成的重建图像进行判别，增强了训练的稳定性。实验结果表明，提出的太赫兹图像超分辨率重建算法将太赫兹线阵相机所成太赫兹图像的边缘强度提高了7%，峰值信噪比提高了13%，平均梯度提高了12%，结构相似度提高了14%，验证了该算法的优越性和有效性。
太赫兹技术 太赫兹线阵相机 太赫兹图像 超分辨率重建 生成对抗网络 图像质量评价
江南大学人工智能与计算机学院，江苏 无锡 214122
为了能够在图像质量评价领域实现自监督学习，提出一种基于半监督学习的双分支网络训练的无参考图像质量评价算法。它是具有两个分支的训练过程，其中在一个分支使用少量手工标记数据样本来进行有监督学习，在另一个分支进行自监督学习来辅助前者训练同一个特征提取器，自监督学习部分采用几种传统的全参考方法联合为训练样本打上软标签。在6个公开的图像数据库中进行大量实验，结果表明所提算法不仅在合成失真图像数据集上优于目前大多数方法，而且在真实失真图像数据集上具有良好的泛化性能，预测结果与人类主观感知表现一致。
图像质量评价 特征提取 自监督学习 无参考 联合训练 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0410023
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京理工大学集成电路与电子学院，北京 100081
为了解决水下图像在复杂水体中表现的画面模糊和颜色失真的问题，提出了一种基于HSV分类、CIELAB均衡与最小卷积区域暗通道先验（DCP）的水下图像恢复算法。基于H与S阈值将水下图像分为高饱和度失真图像、低饱和度失真图像及浅水图像等3类。分类后的水下图像分别经CIELAB均衡及自适应图像增强恢复，其中水下成像系统参数通过最小卷积区域DCP估计。实验结果表明，所提算法在图像恢复效果、评价质量和实时性指标上均优于对比算法，其中峰值信噪比和结构相似指数值分别平均提升了26.88%和17.3%，水下彩色图像质量评价值提升了4.3%。
海洋光学 图像阈值分类 颜色均衡 光学模型参数估计 峰值信噪比 水下彩色图像质量评价 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0401003
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 吉林省智能波前传感与控制重点实验室， 吉林长春130033
为满足大口径主焦点光学望远镜的发展趋势与需求，研究了大口径主焦点式光学系统的设计与装调方法。给出一个大口径主焦点光学系统的设计，该系统由一块非球面主反射镜和六块口径较小的球面透镜组成，六块透镜构成的校正镜组能够增大视场、校正像差，从而保证系统的成像质量。该系统的工作波段为0.4~0.8 μm，通光口径为1 000 mm，焦距为1 300 mm，视场为2.7°×2.7°，在-40~50 ℃内采用移动探测像面的方式实现温度补偿。全视场奈奎斯特频率下调制传递函数高于0.45，RMS弥散斑半径小于10 μm。针对该系统，提出了一种包含主镜被动支撑调整、校正镜定心装调和系统星点成像装调的一般装调方法，装调后系统全视场靶面星点80%能量集中度在3×3个像元以内。
光学设计 光学装调 主焦点式 像质评价 optical design optical alignment prime focus image quality evaluation 光学 精密工程
2022, 30(23): 2987
1 上海理工大学 光学仪器与系统教育部工程研究中心，上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
近视防控离焦镜片的光学性能评价的过程中，通常以镜片的屈光度地形图作为分析依据，对成像质量的影响目前研究较少。从像质评价入手，搭建了一套镜片−相机测试系统用于测量离焦镜片的光学传递函数（MTF）。整个系统是由光源、成像模块、镜片夹持工具、棋盘标定板和MTF分析软件系统组成的。实验过程中对相机镜头、国内明月离焦镜片、国外Z品牌离焦镜片的MTF进行了测试和比较。结果显示镜片MTF分布与光焦度分布一致，光焦度和离焦量的设计相关。因此对离焦镜片的像质测试不仅能分析镜片的光学性能还可以分析其离焦量，为离焦镜片设计提供了一种新的评价方式。
离焦镜片 像质评价 光学传递函数 离焦量 defocus lens image quality evaluation optical transfer function defocus amount
1 广东科技学院 机电工程学院, 广东 东莞 523083
2 西安邮电大学 通信与信息工程学院, 陕西 西安 710121
3 深圳大学 微纳光电子学研究院, 广东 深圳 518060
传统的高动态范围（HDR）成像方法需采集多幅图像, 不仅容易引入视场误差, 而且很难适用于新兴的HDR图像采集系统。为此, 提出了一种基于重映射和多尺度曝光融合的简单有效的HDR成像方法。该方法只需要采集一组短、长曝光图像, 通过人工重映射分别生成一系列多曝光序列; 然后根据曝光评价因子求取多曝光序列权重图; 接着对权重图进行高斯金字塔分解, 并对多曝光序列进行拉普拉斯金字塔分解; 最后基于多尺度曝光融合生成一幅细节保持良好的高质量HDR图像。实验结果表明, 对比一些主流的算法, 所提方法在多个场景测试中性能较好, 图像质量在MEF-SSIM评分中得到较大提升。其中, 相比基于梯度场的方法提升了13.33%, 相比基于深度学习的方法提升了2.62%。所提方法为HDR成像领域提供了新的参考, 可潜在地应用于基于CCD/CMOS的成像系统进行高质量HDR图像采集。
高动态范围成像 图像增强 曝光融合 图像质量评价 金字塔算法 HDR imaging image enhancement exposure fusion image quality evaluation pyramid
