1 天津大学未来技术学院，天津 300072
2 天津大学海洋科学与技术学院，天津 300072
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
在散射环境下获取的图像质量退化严重，细节对比度降低，极大地限制了光学成像技术在诸多领域的应用。由于散射光具有部分偏振特性，基于偏振成像的去散射技术近年来得到了广泛的关注及应用。但传统的偏振去散射方法的复原效果十分依赖对场景偏振参数的准确估计，对强散射的复杂场景难以取得理想的去散射效果。为了克服这一缺点，提高偏振去散射方法在不同环境中的适用性，着眼于偏振图像的区域细节，提出一种基于区域细节强化的偏振去散射新方法。该方法结合对比度和Stokes矢量来确定两幅待复原的偏振子图，通过频域处理估计模型的关键参量，然后利用散射退化模型反解出未退化图像，最终融合形成去散射图。实验结果表明：所提方法在不同种类散射环境（雾霾或浑浊水体）和不同散射强度下均具有良好的复原效果，提高了偏振算法的适用性；同时，充分利用了偏振图像的强度分布特点，能够突出原图中的强偏振区域，可同时复原高低偏振目标物体，增强图像的细节信息。
偏振光学 图像退化 散射 偏振成像 对比度 区域细节 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211017
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学海洋科学与技术学院，天津 300072
水体中悬浮粒子对光的散射导致浑浊水下成像质量下降。偏振光学成像技术可基于偏振信息分离散射光和信号光，是浑浊水下成像的有效方法。然而，现有的水下偏振成像技术主要从空域分离散射光和信号光，对于散射光的抑制效果较为有限。利用散射光和信号光在频域的差异性，基于对偏振图像频谱信息的处理实现了对后向散射光的有效抑制，从而实现了成像清晰度的显著提升。在不同浑浊程度水体环境下对于不同物体开展了多组实验，实验结果表明，所提方法相对于传统的水下偏振成像方法可更好地抑制后向散射光和凸显物体信号光，最终实现在浑浊水体环境下的清晰成像，尤其对于高浑浊水体，成像清晰度提升效果明显。
偏振成像 水下成像 频谱 后向散射光 光学学报
2023, 43(18): 1811001
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
3 天津大学海洋科学与技术学院，天津 300072
提出一种基于无监督学习的偏振图像去噪方法，该方法打破了监督学习下深度学习需要严格配对图像的限制，使用非配对偏振图像训练一个偏振特化的循环生成对抗网络。该网络通过所提出的基于偏振信息的损失函数统计学习噪声图像和清晰图像的映射。实验结果表明，该网络可以有效地抑制室内外不同环境下偏振图像的噪声，同时能较好地恢复线性偏振度和偏振角。所提方法对复杂噪声环境下的偏振成像应用具有重要意义。
图像处理 偏振成像 偏振图像去噪 无监督学习 生成对抗网络
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory for Micro/Nano Optoelectronic Devices of Ministry of Education and Hunan Provincial Key Laboratory of Low-Dimensional Structural Physics and Devices, School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha 410082, China
2 Shenzhen Lubon Technology Co., Ltd., Shenzhen 518000, China
More durable (with high impact force), lighter, and more compact flexible azo dye micropolarizers are attractive candidates for low-cost, simple polarization imaging systems. The liquid crystal polymer (LCP), as an emerging material developed by photo-alignment technology, is a potential material for organizing the long-range ordered structure of azo dyes. However, little research has been done on LCP aligned azo dyes. This paper points out and solves a key problem that restricts the fabrication of high-precision arrays in guest (azo dye)-host (LCP) systems: the doping of dyes leads to disorder of the LCP during curing. After solving the problem, the relationship between the thickness of the LCP and the extinction ratio of the polarizing film was investigated, which effectively improved the extinction ratio. Alignment of azo dye molecules in the range of 2 µm (0°–180°) and arrays of micropolarizers (0°, 45°, 90°, ) with 8 µm × 8 µm pixel pitch was achieved by laser direct writing technology. The bending cycle test demonstrates the mechanical stability of the ultrathin flexible polarizer. The flexible patterned polarizer with robust chemical and mechanical stabilities provides a flexible way to capture the polarization of the light and highly integrated advanced flexible optoelectronic devices.
micropolarizer polarimetric imaging polarimetry azo dye polarization-sensitive devices Chinese Optics Letters
2023, 21(3): 031301
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津
2 天津大学 海洋科学与技术学院，天津
偏振成像作为一种高效的光学探测技术，通过偏振调制获取目标场景的偏振信息，进而实现多维度目标表征、识别与探测。然而在实际应用中，偏振成像技术十分容易受到噪声的影响从而导致图像质量下降，特别是在计算偏振度与偏振角时，非线性计算会放大噪声，从而计算出错误的偏振信息，这极大的限制了偏振成像技术的进一步应用与发展。有效的去噪技术可以提高偏振图像质量，从偏振图像中获取更准确的偏振信息，在实际中具有重要的应用价值和研究意义。从偏振成像去噪技术的国内外研究进展和发展现状出发，主要介绍了不同技术的基本原理、实现途径与算法，并对其效果进行了评估和对比。文中的工作对解决实际应用中获取高质量的偏振参数及后续的偏振信息处理及应用具有重要意义。
偏振成像 图像去噪 深度学习 卷积神经网络 polarimetric imaging image denoising deep learning convolutional neural network
Author Affiliations
Abstract
1 Nanolithography and Application Research Group, State Key Laboratory of ASIC and System, School of Information Science and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, People’s Republic of China
2 State Key Laboratories of Transducer Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, People’s Republic of China
Polarimetric imaging enhances the ability to distinguish objects from a bright background by detecting their particular polarization status, which offers another degree of freedom in infrared remote sensing. However, to scale up by monolithically integrating grating-based polarizers onto a focal plane array (FPA) of infrared detectors, fundamental technical obstacles must be overcome, including reductions of the extinction ratio by the misalignment between the polarizer and the detector, grating line width fluctuations, the line edge roughness, etc. This paper reports the authors’ latest achievements in overcoming those problems by solving key technical issues regarding the integration of large-scale polarizers onto the chips of FPAs with individual indium gallium arsenide/indium phosphide (InGaAs/InP) sensors as the basic building blocks. Polarimetric and photovoltaic chips with divisions of the focal plane of 540 × 4 pixels and 320 × 256 superpixels have been successfully manufactured. Polarimetric imaging with enhanced contrast has been demonstrated. The progress made in this work has opened up a broad avenue toward industrialization of high quality polarimetric imaging in infrared wavelengths.
polarimetric imaging grating based polarizer InGaAs/InP focal plane array nanofabrication International Journal of Extreme Manufacturing
2021, 3(3): 035201
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, 安徽 合肥230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
基于注意力机制的神经网络可重点提取样本中关键区域的特征信息,将此特点应用于偏振图像目标分类任务中有助于充分获取不同偏振图像之间的相互关系,并从关键区域中提取出较多特征信息。针对杂乱自然背景中目标识别难度大的问题,提出一种基于注意力机制的偏振图像目标分类方法。首先,将注意力机制和卷积神经网络相结合,构建出适用于数量有限样本的偏振特征提取模型;然后,选择合适的偏振图像作为模型输入并对其进行训练,使得注意力模块中易于分类的通道域特征信息和空间域特征信息具有较大的权重,以实现分类准确率的进一步提高。实验结果表明,所提方法在不同自然背景中可有效提升目标分类的准确率,在自建偏振目标数据库中准确率达到95%以上。相较于传统的深度学习分类方法,所提方法的准确率得到明显的提高,因此更适用于杂乱背景中目标的分类。
成像系统 偏振成像 卷积神经网络 注意力机制 目标分类 光学学报
2021, 41(16): 1611004
1 中南大学航空航天学院, 湖南 长沙 410083
2 中国科学院沈阳自动化研究所, 辽宁 沈阳 110169
分焦平面偏振成像系统具有结构紧凑、体积小和实时性高等优点,而且一次成像可以获得多个偏振方向的光强响应,已是目前偏振成像的研究热点之一,但该系统的分焦平面结构会降低图像的空间分辨率。为了重构全分辨率的偏振图像以及减弱瞬时视场误差的影响,偏振图像的插值必不可少。为了保护偏振图像的张量结构,提出一种基于张量非负稀疏分解的偏振图像插值算法。首先根据非负稀疏编码理论对4通道的偏振图像块进行张量分解;然后利用非局部自相似约束求解稀疏表示;最后根据采样矩阵将重构的图像块反向映射以获得全分辨率的偏振图像。实验结果表明,所提算法在定量指标和视觉重构效果方面均优于现有的主流算法。
光学学报
2021, 41(14): 1411001
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
同时偏振成像系统可获取动态物体的瞬态偏振特性,具有广泛的应用前景。然而各偏振探测通道存在空间和辐射响应差异,对准确建立仪器穆勒矩阵造成干扰。针对分束型同时偏振成像系统,分析了误差来源,提出了定标及预处理方法。通过成像非均匀性、辐射响应不一致性、检偏角度误差、瞬时视场像差的标定和校正,消除了偏振成像探测的系统误差。结果显示:经过定标和校准处理,各通道图像非均匀度平均降低了2.24%,辐射响应差异率绝对值平均降低了17.22%,偏振相对快轴方向平均纠正了1.71°,成像几何偏差平均纠正了1.87个像元。校正后,系统偏振度和偏振角测量误差分别降低0.47和32.84°。对室外场景进行测量实验,经过预处理正确解算斯托克斯参量,并通过偏振图像融合处理,突出了不同材质的物性差异。
成像系统 偏振成像 同时 定标 预处理 光学学报
2020, 40(20): 2011002
