1 光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室, 西北工业大学, 陕西 西安 710129
2 陕西省光信息技术重点实验室, 西北工业大学物理科学与技术学院, 陕西 西安 710129
近年来,深度学习技术的爆发式发展引领了机器学习的又一次浪潮。深度神经网络具备抽象特征的高效识别与提取能力、强大的非线性拟合能力、抗干扰鲁棒性及非凡的泛化能力,被广泛应用于自动驾驶、目标识别、机器翻译、语音识别等领域。最近几年,卷积神经网络(CNN)在光学信息处理中获得广泛应用,本文介绍CNN的基础概念和结构构成,回顾其在数字全息术、条纹分析、相位解包裹、鬼成像、傅里叶叠层成像、超分辨显微成像、散射介质成像、光学层析成像等领域的最新应用进展,评述CNN在光学信息处理中的典型应用特点,最后分析CNN应用于光学信息处理中的不足,并展望其未来发展。
激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1600001
1 陆军工程大学石家庄校区 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 中国人民解放军 63751部队, 西安 710043
对于使用随机相位模板(RPM)作为密钥的双随机相位编码(DRPE)加密系统, 唯密文攻击算法(COA)是一种有效的攻击算法。为了提高DRPE加密系统抵抗COA算法攻击的能力, 提出了一种基于随机Radon变换的JTC加密系统。该系统对待加密图像进行随机Radon变换, 再使用JTC加密系统对其加、解密。除了DRPE加密系统中的RPM密钥之外, Radon变换参数亦被用作恢复原始图像的密钥。仿真结果表明, 相比于仅使用RPM密钥的DRPE加密系统, 基于随机Radon变换的DRPE加密系统可以有效抵抗COA算法攻击, 提高加密系统的安全性。
光学信息处理 光学图像加密 双随机相位编码 随机Radon变换 optical information processing optical image encryption double random-phase encoding random Radon transform
1 河北科技师范学院机电工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 国土资源部咨询研究中心, 北京 100035
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。
半导体激光器 激光器测量 时频分析 光学信息处理 Semiconductor lasers Laser measurements Time-frequency analysis Optical data processing 光谱学与光谱分析
2019, 39(4): 1025
南开大学物理科学学院弱光非线性光子学教育部重点实验室， 天津 300071
提出了一种利用量子存储机制进行相干光学信息处理的技术，在4f成像系统的像面上可以实现信号光和读取光之间的卷积运算。实验证明了通过基于电磁感应透明（EIT）效应的光脉冲存储和读取过程实现光学信息卷积操作的可行性。该研究结果为基于量子存储机制进行相干光学信息处理提供了理论和实验依据。
光信号处理 相干光学信息处理 电磁感应透明 量子存储
在光学信息处理中,为了突出图像的差别和细节,假彩色编码和图像微分都能实现,各有其优点。本文用一种简单的方法将它们结合起来,并吸收两者的长处。先在4F光路中对图像进行微分编码,将所得编码片漂白,用白光作光源,在4F系统中的频谱面上适当滤波,在像面上所得图像具有同时实现图像微分和假彩色编码的效果。还具有处理面积大,处理灰度连续变化图像效果好,微分量可变,色彩丰富的特点。该方法可方便地用于CT片等记录图像的预处理,给这些图像的分析带来了一个新方法。
光学信息处理 图像 光栅 假彩色 微分
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
2 重庆大学 光电工程学院,重庆 400044
光学信息处理是投影系统设计的关键环节,利用部分相干光理论分析了具有一定光斑尺寸的激光照明下滤波面上的光学特性并进行了数值仿真。结果表明,滤波面上的衍射光强分布是调制器透过率函数傅里叶变换模的平方与激光光斑尺寸在滤波面上几何投影间的卷积;滤波面上各衍射级次出现了展宽,并产生了混叠;各级次混叠的程度随滤波面与调制器间距的增大而减弱。搭建了相关实验系统观察到了滤波面上的衍射图样,实验结果和理论分析一致。最后提出了在光栅光调制器与滤波面间设置一个会聚透镜来减小系统光学尺寸,提高系统信息处理效果的方法,并通过实验得到了最优方案,为研究光栅光调制器的微型化投影系统提供了理论基础与实验指导。
信号处理 光栅光调制器 光学信息处理 扩展光源
1 中国人民解放军驻114厂军代表室，西安 710077
2 西北工业大学 电子信息学院，西安 710072
3 中国人民解放军驻西飞公司军代表室，西安 710089
提出了一种基于粒子群优化的用于目标识别的核匹配追踪算法.该算法用粒子群优化算法在基函数字典中选择最优的基函数,大大降低了基匹配追踪算法的计算复杂度.通过与标准核匹配追踪算法及基于遗传算法的核匹配追踪算法对UCI数据集及纹理图像的识别试验表明,核匹配追踪算法优良的分类性能以及粒子群优化算法高效的全局搜索能力使新算法能有效识别目标数据.
目标识别 核匹配追踪 粒子群优化 光学信息处理 进化算法 Object recognition Kernel matching pursuits Particle swarm optimization Optical information processing Evolutionary algorithms
小波图像压缩数据量大，实现需时较长。本文将光学小波变换技术应用于图像数据压缩，分析光学小波变换系统和光学小波变换系数特点，对相关量化编码方案进行仿真实验，提出适用于光学系统的压缩方案，并实现光学小波变换的有损压缩。通过分析光学系统对量化编码噪声的容许程度，提出光学系统的近无损压缩方法。实验结果表明，近无损压缩重建图像与经光学小波变换直接重建图像相比，PSNR 仅有0.1dB 的差异，视觉上没有明显差异。
光学信息处理 光学小波变换 图像压缩 图像编码 optical information processing optical wavelet transform image data compression image encoding
重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400030
基于微机电系统(MEMS)的光栅平动式光调制器(光栅平动式光调制器)调制性能的实验研究关系到其进一步应用。设计了光栅平动式光调制器的相干光学信息处理系统实验方案,He-Ne激光器出射的光束经扩束器和准直透射后成为平行光入射光栅平动式光调制器,被测光栅平动式光调制器放置在相干光学信息处理系统的输入面,滤波器在频谱面上,显微镜放大像面上的信号,经CCD在计算机上记录存储;实验结果和理论分析吻合。对光栅平动式光调制器进行方案优化,将可动光栅边框和悬臂梁表面处理成不反光,使可动光栅和下反射镜构成的整个反射面为光栅周期的整数倍。经理论计算,在光栅周期为8 μm,光栅占空比为0.5,光栅边距为2 μm,周期数为6的条件下,光栅平动式光调制器图像填充率为74.67%,光学效率为81.06%,衬比度大于5000∶1。
信息光学 光栅 相干光学信息处理 光调制器
