1 浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心，浙江 嘉兴 324000
在光学相干层析血流造影（OCTA）系统的实际应用中，高质量数据的采集受到多种因素的干扰，如屈光调节、扫描区域移动、动态成像过程中受试对象眼睛状态波动等。笔者构建了一种基于图像处理单元（GPU）的OCTA数据实时处理框架，使用C++和CUDA开发系统软件，实现了逆信噪比-复值退相关光学相干层析血流造影（ID-OCTA）的实时信号处理与图像显示，线处理速度达到了365 kHz。同时，通过闪烁光刺激诱发小鼠视网膜功能性充血实验，证明了本研究实现的OCTA投影图像实时显示功能有助于操作人员调节系统，监测受试对象的状态，从而提高数据采集成功率。
生物医学成像 光学相干层析血流造影 实时成像 功能性充血
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，激光与光电子研究所，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
太赫兹（THz）波是频率范围在0.1~10 THz的电磁波，具有低能性、宽带性、指纹光谱、对水敏感等特点。随着太赫兹技术的发展，太赫兹成像技术在生物医学诊断、无损检测和安检等领域表现出许多独特的优点，得到了越来越广泛的关注。主要概述目前常用的太赫兹成像技术，详细介绍脉冲太赫兹成像技术、连续太赫兹成像技术、太赫兹近场成像技术及太赫兹实时成像技术的发展现状，并介绍太赫兹成像技术在安全检查、无损检测和生物医学领域的典型应用，最后对太赫兹成像技术的未来发展进行展望。
太赫兹波 太赫兹成像 远场成像 近场成像 实时成像 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811004
北京理工大学 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京
偏振成像是一种新型光电探测方法。相比于传统的强度成像，偏振成像可以进一步获取目标的偏振特性，从而提高对比度，增加识别概率。偏振成像在生物医疗、工业检测、地球遥感、现代**以及海洋和航空领域具有重要应用价值。文中对偏振成像系统的成像方式进行分类和比较，总结了偏振成像的实现方法。在此基础上，根据不同偏振成像系统的特点，针对不同的应用背景，对偏振成像系统的未来发展方向进行了展望，包括基于超表面的新型偏振成像系统以及新型偏振成像光谱系统等。
偏振成像 分时成像 实时成像 超表面偏振成像 polarization imaging time-sharing imaging simultaneous imaging metasurface polarization imaging
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了进一步提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar，SAR)面对海量回波数据的实时成像处理能力，基于4f光学结构对SAR实时成像光学处理器进行了光机系统设计和分析。首先，设计了适用于滤波算法的入瞳直径21 mm、视场角7°、焦距172 mm的傅里叶变换透镜，并对4f光学系统采取紧凑化设计。然后，利用集成优化方法优化了4f光机结构中的柔性镜座，并对整体结构进行了模块化设计和分析。分析结果表明：4f光学系统成像质量趋于衍射极限，傅里叶变换透镜的MTF在55 lp/mm处优于0.57，4f光机系统在常温1
g重力工况下透镜面形RMS值小于
，整体结构基频大于100 Hz。4f光学处理器整体尺寸为405 mm×145 mm×92 mm，质量约为2.94 kg，其体积、质量分别仅是同等SAR数据处理水平的斜平面光学处理器的30%、48%。通过数据的模拟仿真，表明系统设计满足星载或机载的实时成像使用需求。
天基光学监测系统是态势感知的重要内容。通过分析星空场景下面目标的光电成像过程，在面目标成像的基础上设计了天基空间目标场景成像仿真系统，并提出了一种根据卫星表面所用材料的双向反射分布函数（BRDF）特性改进二次反射光线抽样范围的方法。根据太阳电池板材料和聚酰亚胺膜两种材料的反射分布，确定了顶角为10°和15°的光线集中区域用于蒙特卡罗抽样。目标成像模块包含实时和高质量两种模式。当选择实时成像模式时，所设计系统直接调用OpenGL管线进行渲染，实现了35 Hz以上的成像频率；当选择高质量成像模式时，采用改进二次抽样的光线追踪方法进行成像，成像效果逼真、阴影显示正确。在星空背景下，使用所设计系统对空间目标的成像和监测进行了仿真，研究结果可为天基光学相机的设计提供一定参考。
成像系统 成像仿真 天基光学系统 蒙特卡罗 实时成像 高质量成像 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0811004
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室，天津 300072
本文提出了一种单像素空间频域成像的实时化方法，该方法可动态测量多波长下的空间频域漫反射图像，并快速重构光学参数。动态单像素成像采用交叠成像窗口方式，即只更新少数测量值来重建新一帧图像，其他测量值与前一帧共享，因此在相同的测量时间内可以获得传统方法两帧图像间的多帧中间状态图像，有效提高了单像素成像的帧率。针对空间频域漫反射图像的频谱分布，设计了圆形路径下单像素采样模板的测量顺序及成像窗口交叠长度，以保证动态成像过程中漫反射图像的直流成分和交流成分同步更新。为快速重构光学参数图像，提出一种基于区间优化和像素优化的快速查表法，该方法有效减少了传统查表法重构光学参数过程的冗余运算，提高了重构速度。使用搭建的单像素空间频域成像系统对所提方法进行了一系列仿体验证，结果表明，所提方法可以实现超过10 frame/s的多波长漫反射图像的实时测量，并可以以低于2%的误差实时重构光学参数图像。
医用光学 空间频域成像 动态单像素成像 快速查表法 实时成像
1 首都师范大学物理系，北京市超材料与器件重点实验室，太赫兹光电子学教育部重点实验室，北京市成像理论与技术创新中心，北京 100048
2 北京理工大学光电学院，混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
动态超构表面是将可调元素集成到静态超构原子中，且功能受不同外部激励手段控制的超构表面。基于动态超构表面已经实现了各种可调器件，包括变频滤波器、吸收器，变焦透镜，动态光束控制器，动态全息元件等。首先对动态超构表面的调制方法进行系统的总结，然后对相关的研究工作进行综述。动态超构表面可以分为两类：一类是对所有超构原子进行统一控制的均匀调控动态超构表面，用于实现光谱、偏振和波前的动态转换；另一类是通过对超构原子进行独立控制的动态可重构/可编程超构表面，用于实现对波前的灵活调控。功能灵活可控的动态器件是超构表面未来研究的主要方向，对已有的动态器件进行了总结，并进一步讨论和展望了动态超构表面发展的方向及面临的挑战。
材料 动态超构表面 编码 可重构 全息 实时成像 光通信 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0900001
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春130033
为了实现对合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)数据实时成像处理的目的，在利用空间光调制器(SLM)的基础上，设计了SAR数据实时成像斜平面光学处理器，并调整光路，在保证像质的情况下减少系统所占体积。首先，利用SLM代替传统斜平面处理器中的胶片，提高SAR数据光电转换的速率。然后，根据已知的SAR相关数据设置光学处理器的结构参数。根据SAR的横纵缩尺比设计满足要求放大率的柱透镜，根据柱透镜的总体长度设计球面镜，以保证柱透镜有足够的工作空间，球面镜部分设计为4组元全对称结构形式。设计完成后，再调整光路以减少系统所占体积，紧凑轻便以便于星载或机载使用。设计结果表明，系统MTF在截止频率内均大于0.4，满足成像要求。光路优化调整后，由总长1 400 mm左右变为700 mm左右，满足设计要求和实际使用要求。
合成孔径雷达 光学处理器 实时成像 紧凑型结构 synthetic aperture radar optical processor real-time imaging compact structure
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
三维扫描激光雷达能够主动获取目标的三维信息, 其高速数据采集与传输是三维实时成像的技术瓶颈之一。自主设计一款地基三维扫描激光雷达系统, 利用数据采集与控制系统实现点云三维成像。激光雷达系统硬件设计包括发射与接收单元、测距单元和扫描单元, 用于获取目标的三维点云数据。激光雷达系统软件设计包括上位机程序、下位机程序和USB固件程序设计, 实现点云数据从下位机到上位机的采集、传输和存储, 及上位机数据解析和实时成像。通过多个场景实验, 结果显示三维扫描激光雷达系统具有厘米级别的测距误差, 可以实现三维实时成像。
激光雷达 数据采集 实时成像 LiDAR data collection real-time imaging 红外与激光工程
2019, 48(5): 0503004
雷达成像处理需要更大宽带以实现更高的距离分辨力,同时还需要更多的脉冲积累获得更高的方位像分辨力，因此雷达成像处理过程计算量巨大。如何实现未来超带宽雷达的实时成像处理是一项艰巨挑战。图形处理器(GPU)以卓越的浮点性能和访存带宽，成为并行加速应用平台的有力候选者。设计了一种基于CPU+GPU平台并面向合成孔径雷达/逆合成孔径雷达(SAR/ISAR)的实时成像系统方案，并将该方案实体化。实验表明，该成像系统能够实现实时SAR/ISAR成像，同时该实时成像系统也可用于电子对抗领域，在干扰方法和效果研究中起到重要作用。
图形处理器 混合架构 合成孔径雷达 逆合成孔径雷达 实时成像系统 电子战 Graphics Processing Unit hybrid architecture Synthetic Aperture Radar Inverse Synthetic Aperture Radar real-time imaging system electronic warfare 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(1): 146
