1 国防科技大学自动目标识别重点实验室，湖南 长沙 410000
2 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100000
为了提高海量空间碎片天基光学成像仿真的计算速度，提出了一种海量空间碎片天基光学观测图像快速仿真方法。首先，阐述了天基光学观测图像的成像原理，设计了成像仿真流程，给出了各流程的计算方法，分析出了多约束条件下关于空间碎片可见性的计算是限制成像仿真速度的主要原因。接着，以提升计算速度为出发点，建立了各约束条件对空间碎片可见性求解速度影响的评价指标。最后，根据建立的评价指标与实际观测任务的特点，提出了多约束条件下海量空间碎片的可见性快速求解策略。仿真实验结果表明，所提方法在保证仿真图像逼真度的同时，成像仿真速度明显优于传统成像仿真算法，对天基可见光观测平台的研制与效能评估具有重要意义。
空间光学 成像方法 仿真流程 空间碎片 可见性 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1611006
南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
激光雷达系统采用主动照明的方式，激光发射脉冲周期信号至目标场景，激光脉冲经目标表面漫反射，由单光子雪崩二极管（Single-Photon Avalanche Diode, SPAD）探测器记录回波光子的到达时间，获得场景的深度信息。然而在探测过程中，测量结果往往会遭到环境光的干扰。传感器融合是进行单光子成像的有效方法之一。最近提出的基于LiDAR和强度相机融合的数据驱动方法大多采用扫描式激光雷达，深度获取速度慢。SPAD阵列的出现打破了帧率的限制。SPAD阵列允许同时收集多个回波光子，加速了信息采集，但分辨率较低，在探测过程中还会受到环境光的干扰，因此需要通过算法打破SPAD阵列的固有限制，从噪声中分离深度信息。针对分辨率为32×32 pixel的SPAD阵列探测器，提出了一种卷积神经网络结构，旨在强度图的引导下，将低分辨率TCSPC直方图映射至高分辨率深度图。该网络采用多尺度方法提取输入特征，并基于注意力模型融合深度数据和强度数据。另外，设计了一个损失函数组合，适用于处理TCSPC直方图数据的网络。在采集数据上进行了验证，提出方法能成功将深度数据的空间分辨率提升4倍，并在质量和数据指标上都优于其他算法。
激光雷达 单光子成像方法 传感器融合 SPAD阵列 卷积神经网络 LiDAR single-photon imaging method sensor fusion SPAD array convolutional neural network 红外与激光工程
2022, 51(2): 20210871
1 国防科技大学自动目标识别重点实验室，湖南 长沙 410073
2 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
针对天基光学观测过程中存在杂散光干扰成像的问题，提出一种受杂散光影响的天基光学观测图像的仿真算法。首先通过分析天基光学观测图像的成像原理来设计天基光学观测图像的仿真流程，并给出各流程的计算方法。接着分析地气光干扰成像的原理，建立地气光成像仿真的数学模型，采用微元法实现地气光的成像仿真。最后阐述月光干扰成像的原理，建立月光成像仿真的数学模型，采用扩展截取法实现月光的成像仿真。仿真结果表明，采用所提算法仿真图像，图像的逼真度较高，而且较真实地实现杂散光的成像仿真，并且通过相关文献证明所提算法的正确性与合理性。
散射 杂散光 成像方法 仿真流程 微元法 扩展截取法 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0229001
华南师范大学 生物光子学研究院激光生命科学研究院、暨激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
弹性是一种描述物质物理意义的重要参数, 在描述物质在热力学和动力学的变化过程中有着重要的意义。在医学上, 弹性的变化往往和病变联系在一起。然而, 绝大多数生物组织在他们的力学特性上所表现出的复杂性并不是弹性模量一项参数就可以完全表述的, 在对于他们的粘弹性表征和流变学行为的描述中, 粘滞性往往和弹性一样的重要。现在被广泛用来对生物组织机械特性表征的成像技术是弹性成像, 其基本原理是给组织施加一个激励, 组织会产生一个响应, 而该响应的分布结合技术的处理方法, 可以反映出其弹性模量等力学属性的差异。本文介绍了生物组织常见的弹性成像方法: 超声弹性成像, 磁共振弹性成像以及光学相干弹性成像; 详细阐述了新发展起来的技术-光声弹性成像和光声粘弹成像, 并讨论分析其应用前景。
弹性成像方法 光声弹性成像 光声粘弹成像 弹性模量 elastography methods photoacoustic viscoelasticity imaging photoacoustic elastography elastic modulus
南京理工大学光电技术系, 江苏 南京 210094
单光子探测器具有高灵敏度和快速响应的特性，但在目标特性未知的情况下，无法直接确定每个像素点所需要的采样积分时间。因此，由于目标表面结构特性和反射率差异，探测器的距离估计值会出现采样不足或是采样饱和的现象。提出一种基于光子计数的自适应快速深度成像方法。该方法利用噪声光子和信号光子的飞行时间的不同特性，改进传统的基于最大似然估计算法的成像模型，自适应决定每个像素点的采样积分时间，并估计其最佳深度信息。实验结果表明，即使在低信噪比条件下，相比于固定采样积分时间成像方法，此算法仍能够更快、更准确重构出目标的深度图像。
探测器 单光子探测器 自适应成像方法 深度图像 光子计数 光学学报
2015, 35(10): 1011001
浙江大学光电信息工程学系, 浙江 杭州 310027
从压缩感知的原理入手，阐述了基于压缩感知的三维物体成像方法。为解决压缩感知三维物体成像计算量大的问题，重点提出了一种三维信息计算的简单方法。此方法通过两次压缩感知计算就可得到位于多个距离处的物体的三维信息，大大减少了计算量。对此方法进行了数值模拟，并分析了采样率的提高对于距离计算精度的影响；建立实际的三维成像系统，实验结果证明了这种方法的可行性。
成像系统 三维成像方法 数值模拟 实际实验 压缩感知
1 华中科技大学 光电子科学与工程学院,湖北 武汉 430074
2 深圳大学 光电子学研究所,光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室,广东 深圳 518060
回顾了相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像技术的理论和技术的发展,介绍和比较了CARS显微成像技术对抽运光源的要求,以及典型的CARS显微成像系统。对CARS显微成像技术中无法避免的最重要的非共振背景噪声问题做了详细的分析,对不同的抑制非共振背景噪声的方法进行了比较和讨论,对CARS显微成像技术目前存在的问题和可能解决途径进行了简要的分析。
激光光学 显微成像方法 相干反斯托克斯拉曼散射 非共振背景噪声 超连续谱 光子晶体光纤
1 清华大学,深圳研究生院,广东,深圳,510000
2 清华大学,精密测试技术及仪器国家重点实验室,北京,100084
为有效检测出与棉纤维形态、颜色极其相似的异性纤维杂质,根据异性纤维与棉纤维近红外吸收特性的差别,提出近红外光谱成像方法检测皮棉异性纤维杂质.该方法分析近红外波段中异性纤维与棉纤维吸收特性差异随波长变化规律,确定了区分棉纤维与多种异性纤维的最佳波段的范围,建立红外光谱成像系统,将异性纤维近红外吸收特性转化为近红外图像中异性纤维图像特征,利用自适应图像增强和二值化图像处理,从皮棉背景中提取异性纤维.实验结果表明,该方法获取?囊煨韵宋枷裉卣髅飨?检测结果与实际相符,此方法可有效识别皮棉中异性纤维杂质.
异性纤维 近红外波段 吸收特性 成像方法 foreign fibers near infrared band absorption characteristic imaging method
南开大学物理科学学院光子学中心, 天津 300071
生物组织光学是关于光辐射与生物组织相互作用的学问，是生物医学光子学技术的理论基础。本文从生物组织的光传输模型、特性参数测量方法、成像技术和光谱研究四个方面阐述了生物组织光学的状况及未来发展方向。
生物组织 漫射模型 成像方法 蒙特-卡罗模型 激光与光电子学进展
1999, 36(11): 36
