非视域成像是指被测目标在相机探测视场外部，被测目标的光信号需要通过中介面反射后被相机采集，进而实施计算成像的一种技术。针对退化的非视域图像，去除中介面影响而获得清晰目标的过程属于一种光学逆问题。因此，中介面的光学散射特性在逆问题中的模型是一个关键。本文采用光子飞行时间测距（TOF）相机，提出一种非朗伯散射特性中介面的近似数值模型，并通过遗传算法求取，基于所求近似数值解，通过Lucy-Richardson（LR）反卷积实现非视域目标的三维重建。实验中，采用了打磨过的聚丙烯塑料（PP）板和亚克力（PMMA）板作为反射中介面，被测目标为表面形状复杂的石膏雕像、抛光塑料面板和多个目标的自然场景等常见实物，应用所提遗传-反卷积算法对非视域目标进行重构，通过重构前后的主观对比以及均方差的客观数据对比，得出重构后深度图像的均方误差是原始图像均方误差的1/7~1/2，表明了该算法的有效性。

中介面与目标表面光学散射特性对成像结果有直接影响，目前各种非视域成像方法多针对朗伯体中介面进行计算成像，系统结构复杂且成本昂贵。然而，应用场景中的常见材料均为非朗伯体，故基于中介面材料的双向反射分布理论，提出了一种材料散射特性描述方法。通过设置中介面中所包含的不同散射成分，经过大量光线追迹，实现了对非视域目标光强信号的追踪与仿真。仿真成像结果采用标准差进行评价，通过多因素方差分析，定量讨论了不同散射成分组合与非视域成像质量之间的关系。分析结果表明，材料中高斯散射角对非视域成像质量有显著影响。

介绍了光学相干层析成像在不断提升其性能方面的一些研究,其中主要包括在成像的分辨率、成像速度、成像探头等基础核心指标方面大幅提升的代表性工作。综述了清华大学物理系近二十多年来在光学相干层析成像研究方面的一系列重要进展,包括取得了纵向分辨率为0.64 μm的高分辨率成像、E3.5长时间细胞活体的亚细胞分辨成像,成功研制了速度高达40 MHz的高速扫频激光器,实现了基于光计算的每秒1000万次轴向线扫描的超高速实时光学成像信息处理等。

Spectral distortion often occurs in spectral data due to the influence of the bandpass function of the spectrometer. Spectral deconvolution is an effective restoration method to solve this problem. Based on the theory of the maximum posteriori estimation, this paper transforms the spectral deconvolution problem into a multi-parameter optimization problem, and a novel spectral deconvolution method is proposed on the basis of Levenberg-Marquardt algorithm. Furthermore, a spectral adaptive operator is added to the method, which improves the effect of the regularization term. The proposed methods, Richardson-Lucy (R-L) method and Huber-Markov spectroscopic semi-blind deconvolution (HMSBD) method, are employed to deconvolute the white light-emitting diode (LED) spectra with two different color temperatures, respectively. The correction errors, root mean square errors, noise suppression ability, and the computation speed of above methods are compared. The experimental results prove the superiority of the proposed algorithm.

可调谐半导体激光器在调谐过程中的瞬时光谱特性, 如瞬时的波长、 调谐率、 功率、 线型和线宽等参数影响着以激光器为光源的光学测量和光相干通信系统的精度。 然而, 能够同时测量这些瞬变参数的技术至今未见报道。 提出了一个基于时频分析的测量半导体激光器在调谐过程中瞬时光谱参数的方法, 利用一个短时延外差测量系统, 利用激光器瞬时光谱参数与差拍信号瞬时参数的关系, 最终获得了半导体激光器在连续电流调谐过程中的瞬时光谱。 测量系统采用了10 cm光程差的Mach-Zehnder干涉仪, 调谐电流是幅度为20~120 mA、 频率是1 kHz的锯齿波, 差拍信号可视为直流信号、 载波信号与噪声的叠加, 按照短时延相干光测量原理, 差拍信号中的直流分量幅度的大小反映了激光器输出光信号的功率; 载波信号是一种多项式相位信号, 由其频率可以推算激光器输出光谱的中心频率或波长; 噪声信号则与激光器输出光谱的线型和线宽相关, 通过对噪声信号进行时频分析, 可以获知激光器在连续电流调谐过程中每一时刻或每个电流下的瞬时线型、 线宽。 采用了趋势局部均值分解方法对差拍信号进行了准确分离, 并对分离信号分别进行处理, 同时获知了半导体激光器在调谐过程中的瞬时输出光功率、 光波长、 调谐率及线型、 线宽。 在去掉弛豫部分后截取的整周期差拍信号对应的调谐电流60~115 mA变化范围内, 半导体激光器(FRL15DDR0A31-18950, Furukawa)瞬时输出光功率变化范围是5.16~10.6 mW, 瞬时光波长变化范围为1 579.2~1 579.6 nm; 激光器的瞬时调谐率在0.004 8~0.011 5 nm·mA-1范围内单调变化; 线宽是852.55~954.95 kHz, 呈非线性随机分布。 基于短时延、 局部均值分解和时频分析方法的瞬时光谱参数测量系统可以准确得到各瞬时光谱参数, 测量结果与激光器的静特性相符, 且测量系统结构简单, 使我们更深入地理解激光器的工作原理, 具有广阔的应用前景。

提出了一种基于稀疏体素有向无环图(SVDAG)的光照计算加速结构。通过自下而上地合并相同节点,将稀疏体素八叉树转化为SVDAG;同时,利用给定节点的遍历路径和子掩码,消除了空间位置的多义性。针对闭合几何体,基于双层深度图算法可自适应合并位于闭合区域的节点,在保证光照计算性能的前提下,进一步减小了存储开销。提出了一种基于时域相关性的SVDAG帧间复用方法,利用动态场景的全部帧构成SVDAG加速结构整体,提高了更新速度。实验结果表明,新算法提高了三维场景的绘制效率,在面对高分辨率的动态场景时,仍能获得较高的帧速率。

针对光线跟踪算法计算量大和运行效率低的问题, 提出了一种采用八叉树自适应体归并(OAVM)的光线跟踪加速结构。该结构将八叉树模型的空节点自适应地聚集为包围体, 尽可能地减小了光线与空白节点的求交次数。基于OAVM的一种多级八叉树结构的特点, 提出了采用Morton码对各层级的所有节点分别进行编码的算法, 该结构所采用的存储方式和邻域查询算法有效减小了指针数量, 避免了递归搜索。同时, 该算法可以有效处理大规模动态场景的局部更新问题。基于Liang-Barsky算法, 光线相交测试的计算速度得到提升。实验结果表明, 和传统结构算法相比, 所提出算法的指针总数平均减少了54.45%, 光线相交测试时间平均缩短了52.37%, 大幅加快了相交测试速度, 提升了场景的渲染效率。

We propose a security-enhanced double-random phase encryption (DRPE) scheme using orthogonally encoded image and electronically synthesized key data to cope with the security problem of DRPE technique caused by fixed double-random phase masks for encryption. In the proposed scheme, we adopt the electronically synthesized key to frequently update the phase mask using a spatial light modulator, and also employ the orthogonal encoding technique to encode the image and electronically synthesized key data, which can enhance the security of both data. We provide detailed procedures for encryption and decryption of the proposed scheme, and provide the simulation results to show the encryption effects of the proposed scheme.