作者单位
摘要
长安大学 工程机械学院,陕西西安710064
常规的尺度不变特征变换(SIFT)图像特征提取方法难以提取多聚焦图像离焦模糊区域的特征,使得图像间存在局部、少量的公共特征,导致多聚焦图像配准精度差,严重影响后续图像融合和三维重建质量。在分析图像离焦模糊区域特征提取不确定性的基础上,提出了一种多聚焦图像离焦模糊区域的SIFT特征提取方法。首先提取多聚焦图像聚焦清晰区域的SIFT特征,再利用光流跟踪提取对应离焦模糊区域的SIFT特征,避免了在离焦模糊区域直接提取SIFT特征的不确定性。实验结果表明:提出的方法在离焦模糊区域具有良好的SIFT特征提取能力和提取精度,能实现多聚焦图像SIFT特征匹配数量显著增长,SIFT特征提取的误差为0.03~0.39 pixels,优于现有方法的0.21~1.71 pixels。降低了离焦模糊区域SIFT特征提取的不确定性,为多聚焦图像精确配准奠定了基础。
多聚焦图像 尺度不变特征变换(SIFT)特征提取 离焦模糊区域 光流跟踪 multi-focus images Scale-Invariant Feature Transform(SIFT) feature extraction defocused blurred area optical flow tracking 
光学 精密工程
2023, 31(24): 3630
作者单位
摘要
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室 & 光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
微螺旋结构在微机器人、手性超材料中有重要应用,不同的应用对螺旋结构有着不一样的要求。基于飞秒激光双光子聚合技术可以直写任意三维微结构,然而,单焦点逐点直写的效率较低。基于结构光场的单步曝光方案能够实现高效制备,但目前受限于复杂而专业的光场调控技术,仅能制备较有限的微螺旋结构。针对微尺度多螺旋结构,本文提出了一种基于动态多焦点的制备方案。该方案将光斑的螺旋运动轨迹分解为由动态全息图控制的圆周运动和由z轴位移台控制的线性扫描,最终成功制备了直径、螺线数、螺距与手性等特征灵活可控的多重微螺旋结构。所提微螺旋结构制备方案兼具经济性及高效灵活的优势,对于微机器人、手性超材料和生物工程等领域的相关研究具有较大的参考价值。
激光技术 微螺旋 双光子聚合 多焦点 空间光调制器 
中国激光
2023, 50(24): 2402402
董博 1,2杨迎 1,2薛常喜 1,2,*
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学先进光学设计与制造技术吉林省高校重点实验室,吉林 长春 130022
衍射光学设计已经成为人工晶状体设计领域的新兴技术。本文首先分析了衍射多焦点人工晶状体的具体设计流程,提出了联合非球面衍射基底矫正像质的衍射多焦点人工晶状体设计;其次针对多焦点衍射光学元件相位结构提出并分析了基底参数对衍射效率的影响的数学模型;最后通过实例对人工晶状体设计中非球面衍射基底的影响作出了优化。结果表明,设计流程可用于设计高成像质量多焦点人工晶状体,基底影响模型可用于分析并优化衍射基底参数对衍射效率的影响。
衍射光学 人工晶状体 多焦点 衍射效率 
光学学报
2023, 43(19): 1905003
贾仁庆 1,2殷高方 2,*赵南京 1,2,**徐敏 2[ ... ]张小玲 5
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
2 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环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
3 合肥学院,安徽 合肥 230601
4 安徽省生态环境监测中心,安徽 合肥 230061
5 安徽大学,安徽 合肥 230601
以鱼腥藻、栅藻和盘星藻为分析对象,通过采集多个焦平面的显微图像,基于拉普拉斯能量与引导滤波以及图像HSV颜色空间饱和度分量分别检测显微图像聚焦区域和失焦区域,研究浮游藻类细胞显微多聚焦图像融合方法,并与小波变换、拉普拉斯金字塔以及脉冲耦合神经网络融合方法进行对比分析。结果表明:鱼腥藻、栅藻和盘星藻融合图像的边缘信息保持度、空间频率、平均梯度分别为0.3529、8.9654、0.0055,0.3778、7.0058、0.0023和0.2940、1.5445、0.0005,均优于对比融合方法,具有更好的边缘信息传递能力及更高的图像清晰度,有效实现了浮游藻类细胞显微多聚焦图像融合,为获取浮游藻类细胞的全景深显微图像提供了思路。
图像处理 浮游藻类细胞 显微 多聚焦图像融合 聚焦区域检测 失焦扩散效应 
光学学报
2023, 43(12): 1210001
作者单位
摘要
1 之江实验室智能芯片与器件研究中心,浙江 杭州 311121
2 浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室,浙江 杭州 310027
3 上海电力大学电子与信息工程学院,上海 200090
4 浙江大学杭州国际科创中心, 浙江 杭州 311200
Overview: Two-photon lithography (TPL) has been a research hotspot in 3D micro/nano writing technology due to its characteristics of high resolution, low thermal influence, a wide range of processed materials, low environmental requirements, and 3D processing capability. It has shown unique advantages in the fields of life science, material engineering, micro/nano optics, microfluidic, micro machinery, and so on. This paper summarizes the research works done by researchers on different writing methods to improve TPL processing efficiency. Single-beam writing is the main method for TPL, which mainly depends on the speed of the scanning device. Single-beam writing has the advantages of simple system and high-quality beam, and it is easy to combine various effects to improve writing results. It mainly includes scanning modes based on the translation stage, galvo, polygon laser scanner, and acousto-optic deflector (AOD) (Fig. 2). All these modes have advantages and disadvantages. As for the scanning speed comparison, polygon laser scanner and AOD have relatively faster writing rates (faster than m/s). Multi-foci parallel lithography can obviously promote efficiency, elevating the speed by dozens or even hundreds of thousands of times, mainly based on spatial light modulator (SLM), digital micromirror device (DMD), microlens array (MLA), diffractive optical elements (DOE), multi-beam interference, and so on (Figs. 3-15). Multi-foci parallel lithography based on SLM is most widely used owing to its high efficiency and ability to flexible and independent control of each single beam, but the refresh rate is still insufficient. DMD has a higher refreshing rate (32 kHz), but the state-of-the-art beam parallelism realized by DMD is severely limited. More parallel beams are further required for improving the processing efficiency. The 2D pattern exposure method based on SLM or DMD can further improve the TPL efficiency with the superiority of generating flexibly designed pattern (Figs. 16-18). However, the 2D projection exposure technology is still difficult to achieve high writing precision, especially the axial resolution. An available method to improve the axial precision is spatially and temporally focusing an ultrafast laser to implement a strong intensity gradient at the spatial focal plane that restricts polymerization within a thin layer. The 3D projection method will be the most efficient writing method in the future, especially in 3D device processing (Figs. 19-20). Researchers used this technique to make hollow tubular and conical helices structures, increasing the processing speed by 600 times. However, the research results show that the current 3D projection can only process simple 3D structures. Further researches on 3D exposure processing of complex structures are expected, which will effectively expand its application in various fields. Authors believe that with the effort of researchers on efficiency improvement gradually, TPL can further highlight its advantages to promote the development of life science, materials engineering, micro-nano optics, and many other fields.
飞秒激光直写 双光子光刻 单光束扫描 多焦点并行 面曝光 体曝光 femtosecond laser direct writing two-photon lithography single-beam scanning multi-focus parallelism pattern projection 3D projection exposure 
光电工程
2023, 50(3): 220133
作者单位
摘要
广东工业大学 信息工程学院,广东 广州 510006
针对传统多聚焦图像融合算法中融合边缘出现模糊、伪影等问题,提出了一种结合改进拉普拉斯能量和(SML)与差分图像的多聚焦图像融合算法。首先,为了提取源图像的聚焦特征信息,分别通过SML和滤波差分进行聚焦度量,再采用引导滤波获得更多的细节特征;接着,利用像素最大值规则生成初始融合决策图,再对初始融合决策图进行小区域去除消除因聚焦和散焦区域相似造成的噪点,并对融合决策图进行不一致处理,获得更精确的聚焦区域;最后,由逐像素加权平均规则,得到融合图像。实验结果表明,所提出的算法在主观视觉效果和客观评价指标上均优于对比算法,互信息、特征互信息、图像梯度特征在彩色图像上分别提高了0.17%、0.38%和0.11%,在灰度图像上分别提高了0.7%、0.69%和0.33%,并且平均运行时间少于0.5 s,具有较高的计算效率。此外,该算法能够较好地保留源图像信息的完整性,融合图像边缘清晰、无伪影。
多聚焦图像融合 改进拉普拉斯能量和 差分图像 聚焦区域检测 multi-focus image fusion sum-modified-Laplacian difference image focus region detection 
液晶与显示
2023, 38(4): 524
作者单位
摘要
1 湖北工业大学机械工程学院现代制造质量工程湖北省重点实验室,湖北 武汉 430068
2 湖北工业大学理学院,湖北 武汉 430068
针对超快激光三维多焦点均匀性不高的问题,本文提出了一种基于反馈加权3D-GS算法的三维多焦点光场重建技术。用CCD相机实时采集多焦点的能量和位置信息,优化全息图,然后将优化后的全息图加载至空间光调制器,得到目标结构的高均匀性三维多焦点光束。利用此方法实现了4个面47个点的“HBUT”三维多焦点结构以及15个面15个点的三维多焦点螺旋结构,前者的多光束均匀性超过了96%,后者的多光束均匀性达到了94%。将传统3D-GS算法与反馈加权3D-GS算法迭代计算得到的上述两种结构的多焦点能量分布结果进行对比,结果显示,反馈加权3D-GS算法能有效提高三维多焦点的焦斑能量分布均匀性。
激光光学 反馈加权3D-GS算法 三维多焦点 光场重建 高均匀性 空间光调制器 
中国激光
2023, 50(10): 1005002
作者单位
摘要
南京邮电大学自动化学院、人工智能学院,江苏 南京 210023
针对现有基于深度学习的图像融合算法中存在图像特征提取尺度单一、卷积核感受野小、不能有效突出显著特征等问题,提出了一种基于含注意力机制的多尺度空洞卷积网络的多聚焦图像融合算法。首先,构造一种多尺度空洞卷积模块,通过不同的扩张率改变卷积的感受野,从而提取源图像中的多尺度特征。此外,在多尺度空洞卷积模块中引入注意力机制,能自适应地选择显著性特征,进一步提高融合性能。所提融合网络包含特征提取、特征融合和图像重建等3个部分,其中特征提取部分主要由多尺度空洞卷积模块构成。相关实验结果表明,所提算法与现有基于深度学习的算法相比具有一定的竞争力。消融实验也验证了所提多尺度空洞卷积模块能强化网络的特征提取能力,提高图像融合质量。
图像处理 多聚焦图像融合 多尺度 空洞卷积 残差学习 注意力机制 
激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0210003
作者单位
摘要
1 武昌首义学院信息科学与工程学院,湖北 武汉 430064
2 武汉大学工业科学研究院,湖北 武汉 430072
3 湖北工业大学计算机学院,湖北 武汉 430068
4 浙江省测绘科学技术研究院,浙江 杭州 311100
针对传统方法不能充分挖掘图像聚焦关联信息导致融合细节失真的问题,提出了一种基于深度密集卷积神经网络协同检测的多聚焦图像融合方法。将多聚焦源图像进行集成实现协同聚焦特征检测,利用深度密集卷积神经网络的特征复用、低级特征与高级特征相结合等特点,来加强多聚焦图像特征表达能力,可以更好地挖掘图像语义信息。采用多尺度金字塔池化策略聚合不同聚焦区域的全局上下文信息,增强聚焦与离焦的区分能力,得到粗略融合概率决策图。进一步采用卷积条件随机场对其进行优化,获得精细化概率决策图,最终得到细节保持的融合图像。将一对多聚焦图像合并为6通道送入网络进行训练,保证了训练时聚焦图像相关性。利用公开数据集对提出的融合方法进行主观与客观评价,实验结果表明该方法具有较好的融合效果,能够充分挖掘聚焦关联信息、保留足够的图像细节。
图像处理 多聚焦图像 图像融合 密集卷积神经网络 金字塔池化 协同检测 
激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2410004
作者单位
摘要
兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃 兰州 730070
为了较好地平滑边缘区域,避免边缘衔接处产生伪影,提出了一种基于双尺度分解与随机游走的多聚焦图像融合方法。首先,将源图像利用高斯滤波分解为大尺度与小尺度聚焦图,对分解得到的大尺度和小尺度聚焦图采用不同的引导滤波对其边缘进行平滑;然后,将大尺度与小尺度聚焦图作为随机游走算法的标记节点通过融合算法得到初始决策图,并再次使用引导滤波对决策图进行优化;最后,根据决策图对源图像进行重构,得到最终融合图像。实验结果表明,所提方法较好地获取了源图像中的聚焦信息,更好地保留了聚焦区域的边缘纹理及细节信息,在主观评价和客观评价指标方面均取得了更优的效果。
图像处理 多聚焦图像融合 高斯分解 随机游走 引导滤波 
激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2210011

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