西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
针对机器视觉检测光学镜片表面疵病时，在单一的照明环境下疵病图像对比度低，检测方法疵病识别率低等问题，提出了一种双光源下光学镜片表面疵病视觉检测方法。根据散射成像原理，在前照光和背照光两种不同的照明方式下，使用图像传感器得到含有疵病的被测光学镜片图像；再将多幅图像通过图像融合算法融合为一幅图像；最后，利用识别算法获得光学镜片表面的疵病尺寸信息。对两种不同的疵病（划痕、麻点）进行检测，将本系统的测试结果与ZYGO干涉仪的处理结果进行对比，结果表明，所提方法测量的麻点误差不超过2.7%，划痕误差不超过0.8%，检测效率比干涉仪提高了98.24%，缩短了检测时间。与单一照明环境下的检测方法和人工检测相比，所提方法对疵病的识别准确率与精度更高。
疵病检测 双光源 机器视觉 散射成像 图像融合 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1012004
贵州民族大学 物理与机电工程学院，贵州 贵阳 550025
利用基于光学记忆效应的单帧散斑自相关方法，研究了光透过随机散射介质的快速成像。短的相机曝光时间内的高质量快速成像需要尽可能消除影响成像质量的因素。通过引入旋转散射片来消除光束的空间相干性，避免相干噪声对成像质量的影响。光斑对比度可衡量光束的空间相干性被消除的效果，影响光斑对比度数值的主要因素有三个：旋转散射片介质颗粒度即目数、转速、相机曝光时间。实验分析了220目数和600目数两种旋转散射片和不同转速、相机不同曝光时间的情况。结果表明，转速提高和相机曝光时间的增加均使得光斑对比度下降并提升散斑相关成像质量，相机曝光时间超过一定值后，光斑对比度和成像相关系数随散射片转速和曝光时间的变化相对较小。因此对于相机曝光时间短的单帧散斑快速成像，选择最合适的散射片转速对高质量成像非常重要。通过优化算法来提升成像质量。根据对光学传递函数约束的迭代算法，无需利用目标的先验信息即可恢复系统的点扩展函数，该点扩展函数适用于不同形状、不同大小的目标，结合单帧散斑自相关算法可实现快速成像，与仅使用单帧散斑自相关算法的情况相比成像质量显著提升。
散射成像 快速成像 点扩展函数 相位恢复算法 旋转漫射器 scattering imaging rapid imaging point spread function phase retrieval algorithm rotating diffuser 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230345
激光背向散射成像是激光与生物组织相互作用产生散射光的成像, 在农产品的品质分类中有着广泛的应用。利用激光背向散射成像技术与深度学习, 实现马铃薯在不同存储情况下的品质分类。对激光背向散射进行理论分析, 搭建激光背向散射成像的数据采集系统, 对马铃薯样品进行激光背向散射图像采集, 得到新鲜马铃薯、冰箱存储与室温存储马铃薯的激光背向散射成像数据集。对数据集利用改进后的VGG16网络进行训练, 并与DenseNet121网络、原始VGG16网络的训练结果进行对比。结果显示, 改进后的VGG16网络对数据集的分类准确率为95.33%。由此表明, 激光背向散射成像结合深度学习可以实现马铃薯品质的智能分级。
激光技术 激光背向散射成像 深度学习 品质分级 马铃薯 laser technology laser backscattering imaging deep learning quality classification potato
赵景怡 1,2,3,4赵茂雄 1,2,3,4,*石磊 1,2,3,4,**资剑 1,2
1 复旦大学应用表面物理国家重点实验室，上海 200433
2 复旦大学微纳光子结构教育部重点实验室，上海 200433
3 上海微纳制程智能检测工程技术研究中心，上海 200433
4 复旦大学-光检测与光集成校企联合研究中心，上海 200433
光谱是物质的光学指纹信息，是研究光与物质相互作用的重要手段。角度分辨光谱技术是对光谱在角度维度的进一步解析，能够分辨光的强度、偏振态和相位等信息，从而在生物医学、材料科学和微纳光子学等研究领域得到广泛应用。为了实现角度分辨光谱，目前已经开发了多种实验系统，并涌现出了大量数据处理算法。本文将介绍角度分辨光谱的生成方法、数据处理技术及其在不同研究领域中的应用。
角度分辨光谱 光学逆散射问题 光学散射成像 光学特征尺寸 缺陷检测 光学学报
2023, 43(16): 1623016
中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
非视域成像可对视域外场景进行重建成像。与传统成像不同，其将隐藏场景返回的间接信号导入重建算法实现目标场景重建，在**、生物医学、自动驾驶、航空航天及灾后搜救等领域具有重要的应用价值。总结近年来国内外对非视域成像技术的研究进展，依次介绍3种非视域成像模式，包括基于飞行时间的非视域成像、基于相干信息的非视域成像（含基于散斑图案和空间相干两种方法）、基于强度信息的非视域成像。基于相干信息和强度信息成像模式的硬件参数、重建算法、重建时间和图像分辨率等的特点和存在的局限性，分析并讨论非视域成像的发展趋势。
非视域成像 飞行时间 相干成像 强度成像 散射成像 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1400001
红外与激光工程
2022, 51(8): 20220299
1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院， 广东 佛山 528225
2 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室， 广东 佛山 528225
3 香港科技大学 物理学系， 香港 九龙
近年来，人们对散射光调控的研究取得了极大的进展，产生了许多有趣的应用。其中透过散射介质的成像和光学幻像是两个极为引人注目的方向，但它们不经常同时被研究。文中将深入探索散射光成像和光学幻像的内在联系，在此基础上提出一种新颖的双功能散射光调控方法以在同一实验装置中根据需求实现散射成像和光学幻像。通过优化光路，结合相位恢复技术检测散射波前，利用相位共轭技术和高分辨率的纯相位液晶空间光调制器可以实现补偿散射的影响或实现特定衍射波前的产生。该系统只需要数秒即可完成散射光调控，因此可以对变化缓慢的散射环境实现动态散射成像或对缓慢变化的物体实现稳定的动态光学幻像。理论分析和实验演示证实了该调控方法的可行性。这一散射光调控方法有望在浑浊介质中的光学成像、光学伪装、反侦察、复杂光场调控等领域找到潜在的应用。
散射光调控 散射成像 光学幻像 相位恢复 相位共轭 scattering light modulation imaging through turbid layer optical illusion phase retrieval phase conjugation 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220266
1 西安电子科技大学 物理与光电工程学院，陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学 西安市计算成像重点实验室，陕西 西安 710071
3 西安电子科技大学 前沿交叉研究院，陕西 西安 710071
散射是光学成像中普遍存在的现象，成像路径中存在的烟雾、水体、生物组织等散射介质导致光束发生随机散射效应，使得像面处目标信息以杂乱无章的散斑形式存在，如何应对散射介质对成像的限制是当前光学成像领域的研究热点。全息技术能够记录和重建物体全部信息，是获取和解译光场信息的有力工具之一。近年来，传统全息以及相关全息理论被推广应用至散射成像领域，取得了一系列突破性成果，文中主要介绍与归纳了散射成像领域中应用全息技术的理论原理、发展历史及最新进展，并展望其发展前景。
散射成像 计算成像 相位共轭全息 合成波长全息 相关全息 scattering imaging computational imaging phase conjugate holography synthetic wavelength holography correlation holography 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220307
南京理工大学 江苏省光谱成像域智能感知重点实验室，江苏 南京 210094
为了利用被散射的光信号实现成像，越来越多的散射成像方法被提出。其中深度学习以其强大的数据表征和信息提取能力在散射成像领域发挥着重要的作用。相较于传统散射成像方法，基于深度学习的散射成像方法在成像速度、质量、信息维度等方面都有着巨大的优势。但是，模型训练、模型泛化等问题也制约着该方法的发展。因此，越来越多的研究将物理过程与基于数据驱动的方法进行联合建模，利用物理先验指导神经网络优化。相较于单纯的数据驱动方法而言，物理-数据联合建模的方法对数据量、神经网络参数量的依赖程度大大降低，在保证成像质量的前提下有效降低数据获取难度及对实验环境的要求。联合建模优化的方式实现了介质、目标类型等散射成像中关键节点的泛化。同时在训练过程方面，实现了从有监督到半监督再到无监督的训练优化过程迭代，不同模型和监督方式的提出大大提升了基于深度学习方法的训练效率，在降低对硬件和时间成本的同时，提升了基于深度学习的散射成像方法在非实验室场景应用的可能性。
散射成像 深度学习 计算成像 神经网络 scattering imaging deep learning computational imaging neural network 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220563
1 西安电子科技大学 光电工程学院 西安市计算成像重点实验室，陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学 杭州研究院 先进光电成像与器件实验室，浙江 杭州 311200
散射成像技术因具备透过生物组织等散射介质后清晰成像的能力而受到广泛关注。近年来，基于散斑自相关的成像方法以其非接触、无需先验信息且能够单帧成像的特点得到迅速发展。然而，散斑自相关成像受光学记忆效应的限制。当多个目标之间的距离在记忆效应范围之外时，基于散斑自相关的成像方法会导致目标自相关信息在相关域发生混叠，导致成像严重退化。文中在光学记忆效应及散斑自相关成像基本原理的基础上，首先介绍了基于散斑自相关和与散斑相关成像有关的其他散射成像技术。接着介绍了拓展光学记忆效应的主要技术及相关应用。最后总结了基于散斑相关的宽视场成像技术目前存在的问题，并对未来的发展应用进行了展望。
散射成像 宽视场 散斑相关 光学记忆效应 scatter imaging extended field of view speckle correlation optical memory effect 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220322
