期刊基本信息
创刊:
1964年 • 半月刊
名称:
激光与光电子学进展
英文:
Laser & Optoelectronics Progress
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中科院上海光机所
出版单位:
中国激光杂志社
主编:
范滇元
执行主编:
邱建荣
副主编:
戴琼海 张龙 张雨东 曹良才
ISSN:
1006-4125
刊号:
CN 31-1690/TN
电话:
021-69918427
邮箱:
地址:
上海市嘉定区清河路390号
邮编:
201800
定价:
120元/期

本期栏目 2024, 61(2)

MORE

激光与光电子学进展 第61卷 第2期

作者单位
摘要
清华大学精密仪器系,北京 100084
光波复振幅中相位信息的恢复是科学与工程领域的重要研究热点之一。相位携带了光传播中的重要信息,对成像与智能感知技术的发展有着重要的意义。相位恢复波前重构技术通过优化算法和设计特定成像装置,从光电探测器采集的强度信息中恢复出难以被直接感知的相位信息,是探测微观和宏观世界的重要技术手段之一,已广泛应用于生物显微、工业检测和天文观测等领域。概述基于干涉和非干涉的波前重构技术及其应用,梳理相位恢复波前重构算法的基本原理和发展历程,对常见相位恢复技术手段如交替投影相位恢复算法、基于调制约束和基于深度学习的相位恢复波前重构技术等进行初步的探讨。针对相位恢复波前重构技术的未来发展提出若干可能的研究方向,包括相位恢复算法的进一步优化、新型系统和器件的开发等。
相位恢复 波前重构 计算成像 深度学习 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211001
作者单位
摘要
1 上海交通大学生物医学工程学院Med-X研究院,上海 200030
2 佛山市中医院肿瘤中心,广东 佛山 528199
3 北京大学肿瘤医院肿瘤发生与转化研究教育部重点实验室,北京 100142
4 北京大学医学部医学技术研究院,北京 100191
5 北京大学生物医学工程系,北京 100081
6 北京大学国际癌症研究院,北京 100191
癌症是人类生命的一大威胁,而肿瘤的侵袭和转移是癌症患者死亡的主要原因之一。在这一复杂过程中,循环肿瘤细胞(CTC)等血液循环中的粒子起到十分关键的作用,所以监测血液循环中的CTC和其他肿瘤相关的粒子可以促进肿瘤转移的研究。光学活体流式细胞仪(IVFC)是一种基于激光的新兴技术,可在体内无创监测循环细胞,包括CTC等肿瘤相关的颗粒。这一强大的工具已被广泛应用于癌症相关的多个领域,尤其是肿瘤转移研究。因此,总结分析IVFC在肿瘤转移研究中的应用具有重要意义。本文介绍IVFC的检测原理,总结基于荧光发光、光声效应、计算机视觉等光学技术的荧光活体流式细胞仪、光声活体流式细胞仪、图像活体流式细胞仪等IVFC分类,对IVFC应用于肝癌、前列腺癌、乳腺癌、黑色素瘤等肿瘤转移的相关研究进行综述,并总结和展望IVFC对肿瘤转移研究的应用。
活体流式细胞仪 肿瘤转移 循环肿瘤细胞 无创监测 光学成像 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211002
韩斌 1曹杰 1,2,*史牟丹 1,2张镐宇 1[ ... ]郝群 1,2,3,**
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京理工大学长三角研究院(嘉兴),浙江 嘉兴 314003
3 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
激光雷达三维成像相比二维成像具有信息丰富、主动性好、抗干扰能力强等优势,已广泛应用于遥感侦察、无人驾驶、航空航天等多领域。近年来,激光雷达三维成像发展迅速,一方面,以APD阵列器件为典型核心器件的制造能力增强,激光雷达的成像效率得到明显提升;另一方面,随着三维成像方法(扫描/非扫描)的不断改进,其综合性能也得到突飞猛进的发展。通过总结现有激光雷达三维成像的研究现状,讨论现阶段其面临的问题与解决方法,为推进激光雷达应用提供支撑。
激光雷达 三维成像 扫描 非扫描 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211003
作者单位
摘要
1 浙江大学光电科学与工程学院,极端光学技术与仪器全国重点实验室,浙江 杭州 310027
2 浙江大学杭州国际科创中心,浙江 杭州 311215
荧光超分辨显微技术自20世纪90年代诞生以来,经历了多代创新与发展,其空间分辨率已经远超衍射极限,横向分辨率能够达20 nm以下,可以实现分子尺度的生物成像与动态追踪。新一代超高分辨率显微技术的产生得益于传统超分辨技术的深度发展和结合创新。详细介绍横向分辨率在亚20 nm尺度的新一代荧光超分辨显微技术,并阐述其与传统超分辨原理的联系与区别。此外,针对分辨率的限制因素,就光学系统、扫描策略和样品制备等方面进行探讨,并展望高分辨率荧光显微技术在生物医学领域中的应用前景和发展方向。
荧光显微 超分辨成像 调制照明 单分子定位 扫描策略 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211004
作者单位
摘要
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽 合肥 230009
精密测量技术是先进制造业得以高速发展的基础。光谱共焦传感器具有测量精度高、检测速度快、系统集成度高等技术优势,已成为先进制造领域当前备受关注的精密测量技术之一。首先,介绍光谱共焦测量原理,分析构成光谱共焦传感器的关键器件;然后,针对点光谱共焦传感器,综述构成传感器的色散物镜、宽光谱光源、光谱检测装置,以及光谱处理算法等关键技术方面的研究进展;其次,针对线扫描光谱共焦传感器,综述扫描方式、光路结构、光谱检测装置,以及光谱信息处理方法等关键技术;最后,总结当前光谱共焦传感器的研究重点、难点,以及未来的技术发展方向。
光谱共焦传感器 色散物镜 宽光谱光源 光谱仪 峰值提取 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211005
付星 1,2,*†石子健 1,2†常河彬 3柳强 1,2闫兴鹏 3,**
作者单位
摘要
1 清华大学精密仪器系,激光与光子技术研究所,北京 100084
2 时空信息精密感知技术全国重点实验室,北京 100084
3 陆军装甲兵学院信息通信系,北京 100072
全息体视图可利用光学打印、计算机生成方法获得,具有制作简单、视觉效果真实等特点,有望应用在大幅面全息显示、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)等领域中。介绍全息体视图光学打印技术的写入方法的发展和打印装置的更新,以及计算全息体视图中计算方法的迭代和计算速度的提升,讨论了当前面临的挑战,并对全息体视图的未来发展进行了展望。
三维显示 全息体视图 打印技术 计算方法 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211006
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学物理学院,黑龙江 哈尔滨 150001
2 天津工业大学物理科学与技术学院,天津 300387
为克服扫描计算成像系统测量和计算速度慢的缺点,综述一些快速计算成像技术,从测量和计算方面论述提高速度的方法。在基于光场调制的计算光学成像法中,介绍轴向扫描、横向扫描、多波长扫描、散射介质、多距离等调制方式。针对快速定量相位成像技术,介绍定量相位成像方法、基于Kramers-Kronig关系的快速定量相位成像方法、基于对角扩展采样的计算成像方法、基于对称照明的单帧计算成像方法。针对自动聚焦技术,介绍自动聚焦技术分类、核心算法、基于Tanimoto系数和多相梯度绝对值的自动聚焦方法、基于特征区域提取和细分搜索的快速自动聚焦方法。
计算光学成像 调制成像 定量相位成像 自动聚焦 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211007
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
结构光三维测量技术由于精度高、非接触等优点在传统制造业中得到了广泛的关注和应用。智能制造、人工智能等新兴领域的高速发展对如何高效获取高精度三维数据源提出了更高的要求。应用于三维测量系统的相位误差补偿技术作为实现高精度结构光测量方法的重要步骤,对测量结果的获取精度和效率起着关键性作用。首先简要介绍相移测量轮廓术的基本原理和不同误差来源导致的相位误差形式,随后分类讨论各个误差类型的补偿方法、优化方向及适用场景,最后总结基于相移条纹分析的相位误差补偿技术所面临的挑战及潜在的发展趋势。
三维重建 结构光照明 条纹投影 相移条纹分析 相位误差补偿 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211008
刘晓宇 1,3刘紫千 1,2斯科 1,2,3,**龚薇 2,3,*
作者单位
摘要
1 浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
2 浙江大学脑科学与脑医学学院,浙江 杭州 310058
3 浙江大学教育部脑与脑机融合前沿科学中心,浙江 杭州 310058
神经环路动态功能的解析是当前脑科学领域的重点和难点,微型化显微成像技术为其研究提供了重要手段。相较于双光子荧光成像和光纤光度法,微型化显微系统能够在模式动物自由活动状态下进行长时程、单细胞分辨率、实时成像。近十几年来,科学家们围绕可穿戴、高稳定性要求,先后研制了单光子、多光子成像系统,并从荧光探针、光电子元件、数据传输等方面进行不断优化,提升系统性能,扩展应用范围。将从成像原理、基本结构、系统优化、应用方案及未来发展方向等方面对微型化显微成像系统进行分析和讨论,综述各方向研究进展,旨在为该领域技术提升和神经科学应用提供参考。
微型化显微成像 单光子微型化显微镜 多光子微型化显微镜 活体荧光成像 单细胞分辨精度 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211009
周笑 1,2,3左超 1,2,3,**刘永焘 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室(SCILab),江苏 南京 210094
2 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室,江苏 南京 210094
3 南京理工大学智能计算成像研究院(SCIRI),江苏 南京 210019
随着生物医学研究对复杂组织结构和功能的深入探索,高分辨率、高信噪比的深组织成像技术变得愈加重要。传统的显微镜技术往往局限于二维、透明的生物薄样本的观测,这在很大程度上无法满足当前生物医学领域对三维深组织体成像的研究需求。光片荧光显微镜凭借其低光损伤、高采集速率、大视场、体成像等优点被生物学家广泛使用。然而,生物组织固有的高散射特性仍然为深层成像带来了巨大的挑战。本文重点介绍了光片荧光显微成像技术在深组织成像领域的最新进展,特别是应对高散射样本挑战的解决策略,旨在为相关领域的研究人员提供有价值的参考,助力其对该前沿技术的最新进展和应用前景的理解。首先,阐述了光片荧光显微镜的基本原理和高散射吸收特性的形成原因及影响;然后,进一步阐明了增加组织穿透深度、应对光散射和吸收等问题的最新进展;最后,探讨了具有大穿透深度和强抗散射能力的光片荧光显微成像技术的发展前景以及潜在应用。
荧光显微 光片照明 深组织成像 三维成像 光学散射 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211010
郜鹏 1,2,3,*王文健 1,2,3,**卓可群 1,2,3刘欣 1,2,3[ ... ]郑娟娟 1,2,3
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学物理学院,陕西 西安 710171
2 复杂环境光电感知教育部重点实验室,陕西 西安 710171
3 陕西省高校功能纳米材料工程研究中心,陕西 西安 710171
定量相衬显微可以在无荧光标记的前提下实现对透明样品的高衬度、定量化相位成像,对活细胞及其动态过程观测具有重要意义。然而,传统的定量相衬显微需要记录3幅相移图像才能获得样品定量的相位图像,耗时较长。提出一种基于双通道卷积神经网络的定量相衬显微相位重建方法。该方法可以利用2幅相移图像获得样品的定量相位图像,将传统定量相衬显微的成像速度提高了1.5倍,重建速度提高了1个数量级。实验中,利用COS7细胞的数据对网络进行训练,该网络可以成功实现对3T3细胞的定量相位成像,说明该网络具有一定的泛化能力。该方法有望为活细胞以及亚细胞器互作网络的动态观测提供有力手段。
定量相位成像 部分相干照明 深度学习 卷积神经网络 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211011
戎路 1,2,*刘乂铭 1宁冉 3,4赵洁 1,2[ ... ]王大勇 1,2,**
作者单位
摘要
1 北京工业大学理学部物理与光电工程系,北京 100124
2 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心,北京 100124
3 深圳大学物理与光电子工程学院,广东 深圳 518000
4 深圳市微纳光子信息技术重点实验室,广东 深圳 518000
太赫兹波作为一种穿透性强、具有非电离性和惧水性的电磁波,可以穿透多种非金属、非极性介质材料。太赫兹计算层析成像技术基于傅里叶中心切片定理和直线传播模型,通过记录不同投影角度下的强度数据,采用滤波反投影等重建算法获得样品三维吸收系数分布和内外部结构信息分布。随着太赫兹成像器件的不断发展和应用场景的拓展,已发展出多种照明模式、成像光路和重建算法,并已在文物保护、骨密度测量和无损检测领域开展了应用探索。概述太赫兹计算层析技术的基本原理,并从提高重建质量、分辨率和采集效率三方面具体介绍太赫兹计算层析成像技术的最新研究。
太赫兹成像 计算层析 三维成像 照明光场调控 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211012
苏德尔 1†李浩宇 1,*†高伟达 2王宇航 3[ ... ]赵唯淞 1,**
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院先进光电成像技术研究室,黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨医科大学附属第二医院神经外科室,黑龙江 哈尔滨 150086
3 东北林业大学机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150040
4 北京协同创新研究院,北京 100094
5 北京大学未来技术学院国家生物医学成像科学中心分子医学研究所膜生物学国家重点实验室,代谢及心血管分子医学北京市重点实验室,北京 100871

管道机器人是对复杂系统中管道损伤进行检测和评估的主要工具之一,通过沿行进方向搭载成像系统,实现了在管道中的运动导航和内环境观察。然而,这会导致管壁信息存在于图像传感器边缘,不可避免地会受到镜头畸变的影响而降低对损伤的检测精度,提高对损伤的定量难度。而搭载额外的成像系统观察管壁会大大增加机器人的承载负荷和整体体积,尤其在小尺寸管道机器人中。设计一款适用于管道机器人的微型化管壁成像系统。经过元件选型、光学系统优化和3D打印集成后,整个系统的体积为25 mm×30 mm×12 mm,最优横向分辨率为15.63 μm。最后利用该系统制作了一款微型管道机器人,验证了其成像效果和定量能力。此系统有望搭载到其他管道机器人上作为扩展载荷,提升对管壁细节信息的捕捉能力。

管道机器人 微型化成像系统 管壁检测 光学系统优化设计 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211013
高堃 *
作者单位
摘要
歌尔电子有限公司,美国 圣克拉拉95054
探讨液晶(LC)技术在XR近眼显示系统中的应用。详述了如何通过控制光的偏振和波前来开发可变焦液晶透镜,这些透镜对改善XR应用中的用户体验具有潜在价值。还讨论了生产液晶透镜的挑战,特别是在优化透镜厚度和性能方面。
液晶 可变焦液晶透镜 光学成像 XR近眼显示系统 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211014
作者单位
摘要
1 郑州大学物理学院,河南 郑州 450001
2 郑州大学附属肿瘤医院,河南省肿瘤医院,河南 郑州 450003
高速光流控成像是融合了高速光学成像和微流控的新兴交叉技术,能够对高速复杂流体环境中的生物体进行高分辨率、高通量和多信息维度的成像和定量检测分析,在生物能源、食品科学、药物筛选、疾病诊断等领域展现出卓越的应用前景。对高速光流控成像的基本原理、关键技术和前沿进展进行综述,并对该技术未来的发展趋势和面临的挑战进行展望。
成像系统 高速成像 光流控 微流控芯片 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211015
于磊 1,*汪涛 1,2林静 3
作者单位
摘要
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 中国科学技术大学研究生院科学岛分院,安徽 合肥 230026
3 合肥师范学院化学与制药工程学院,安徽 合肥 230601
植被日光诱导叶绿素荧光是一种可以表征植被光合生产力的重要衡量指标。为了实现对植被日光诱导叶绿素荧光的广域精准探测,设计并研制了一种叶绿素荧光高光谱成像探测仪。该成像探测仪使用了基于棱镜-体相位全息透射光栅的全透射式光学系统,在高数值孔径(0.25)的基础上实现了高光学性能:可在20°视场和670~780 nm(可扩展至650~800 nm)工作波段实现1 mrad的空间角分辨率、0.3 nm的光谱分辨率和优于100的信噪比。由系统设计结果、样机测试结果和应用数据分析结果可知,样机完全满足设计要求。本仪器可为农林监测和碳循环观测提供重要的科学数据,并可作为陆地植被光合作用中有效的新型观测手段。
植被观测 日光诱导叶绿素荧光 高光谱成像 体相位全息透射光栅 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211016
作者单位
摘要
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
作者单位
摘要
上海交通大学生物医学工程学院,上海 200240
光学相干层析成像(OCT)能够无损获得微米级空间分辨率的样品截面信息,在眼科、血管内科等临床诊疗研究和应用中起到了重要的作用。利用OCT测量光场的幅度可以获得样本的三维结构信息,如眼底视网膜的分层结构,但对组织特异性、血流、力学特性等功能信息的作用有限。基于相位、偏振态、波长等光场参量的OCT功能成像技术应运而生,如多普勒OCT、OCT弹性成像、偏振敏感OCT、可见光OCT等。其中,基于光场幅度动态变化的OCT功能成像技术具有显著的鲁棒性和系统复杂度优势,已经在临床无标记血管造影中获得成功。此外,应用于三维血流流速测量的动态光散射OCT、具有无标记组织/细胞特异性显示能力的动态OCT、能够监控热物理治疗温度场的OCT温度层析成像等,已经成为了OCT功能成像的技术前沿。综述基于光场幅度动态变化的OCT功能成像技术的原理、实现和应用,分析了所面临的技术挑战,并展望了未来发展方向。
光学相干层析成像 功能成像 光场幅度动态变化 动态光散射 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211018
李昕 1,2,3,*徐正琨 1杨静育 1王涌天 1,**黄玲玲 1,***
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
2 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
3 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室,北京 100081
相位是光场信息的重要组成部分。在光学显微成像领域,大部分生物细胞对光的吸收较弱,传统的亮场显微无法准确地表征细胞的结构特征,因此相位成像成为非标记细胞观测的重要方法。经典的相衬显微镜基于干涉成像原理,通常需要大块的折射棱镜或者复杂的成像系统,因而系统臃肿,易受环境扰动。超表面是一种特征尺寸在纳米或微米量级的光学元件,具有强大的光场调控能力,超表面集成在显微系统中可以实现方向无关、单摄式的定量相位成像,具有小型、轻便、易集成等优点。本综述回顾经典的相位成像技术原理,详细介绍基于剪切干涉、相位衬比和强度传输方程等3类超表面的相位成像技术原理,比较不同技术的优缺点和适用场景,指出超表面在相位成像领域面临的挑战,并对未来发展趋势进行展望。
相位成像 超表面 剪切干涉 涡旋相衬 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211019
栗星 1,2†柏晨 1,2,*†李润泽 1彭彤 1[ ... ]姚保利 1,2,**
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 Laboratory of Applied Computational Imaging,Centre Énergie Matériaux Télécommunications,Institut National de la Recherche Scientifique,Université du Québec,Québec J3X1P7,Canada
高速成像技术在物理、化学、生物医学、材料科学及工业等众多领域扮演着十分重要的角色。受电荷存储和读取速度的限制,基于电子成像器件的数码相机成像速度难以进一步提高。近年来,随着成像新技术的发展,超高速和极高速光学成像的性能已得到显著提升,具备更高的时间分辨率、空间分辨率及更大的序列深度等。介绍高速成像技术的发展历程,根据成像方式,将近年来具有代表性的新型超高速和极高速光学成像技术分为直接成像和编码计算成像两个类别。分别介绍和讨论各种新型超高速和极高速光学成像技术的概念和原理,并比较各自的优缺点。最后,对这一领域的发展趋势和前景进行展望。本文旨在帮助研究者系统了解超高速和极高速光学成像技术的基本知识、最新研究发展趋势和潜在应用,为该领域科学研究提供参考。
高速成像 超高速成像 极高速成像 时间分辨率 空间分辨率 序列深度 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211020
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院,广东 深圳 518057
精密定位测量旨在针对微动目标实现微纳米精度的定位与小尺度操纵,其作为一种重要的测量技术,在工业生产、半导体制造等高端装备领域得到广泛应用。与其他测量方法不同,光学显微视觉测量技术因具备交互性强、扩展性强的特征而广泛应用于精密测量中。对基于光学显微视觉的精密定位测量技术进行分析与综述。首先,介绍光学显微视觉系统的成像模型与工作原理。其次,根据是否基于标靶图案的特征,对显微定位测量算法进行分类;同时,根据标靶图案的周期特征进行进一步的分类与探究,讨论其在不同标靶图案下的性能指标。最后,总结光学显微视觉定位测量方法在不同领域的应用与前景。该综述旨在为研究人员提供关于光学显微视觉精密定位测量技术的发展状态与趋势,促进微纳尺度定位测量技术的发展。
光学系统 精密定位测量 显微视觉 微纳尺度 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211021
作者单位
摘要
1 清华大学深圳国际研究生院,广东 深圳 518055
2 西北工业大学物理科学与技术学院,陕西 西安 710072
3 西北工业大学深圳研究院,广东 深圳 518063
在数字全息粒子场成像中,粒子衍射的孔径角很小,重构时具有很长的焦深,造成轴向定位精度远低于横向定位精度。增大照明波长,相当于增大粒子孔径角,因此可得到更高的轴向定位精度。采用红外相干光源照明粒子场,在不提升算法和系统复杂度的前提下提升数字全息粒子场重构的轴向定位精度。从理论上分析数字全息粒子场重构中焦深与轴向定位精度的关系,并分别仿真分析绿光、红光及红外光照明时的粒子场全息重构,分别开展了基于这3种光源的聚苯乙烯微球粒子场全息成像实验。仿真和实验结果研究表明,相比红光,红外光源使焦深减小了约19%,而相比绿光,焦深减小了约39%。增加波长可以减弱离焦像的层间干扰,从而提高了轴向定位精度。
数字全息 粒子场 红外光 轴向定位精度 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211022
金睿蛟 1,2†王堃 1,2†刘敏豪 1,2腾锡超 1,2[ ... ]于起峰 1,2
作者单位
摘要
1 国防科技大学空天科学学院,湖南 长沙 410000
2 图像测量与视觉导航湖南省重点实验室,湖南 长沙 410000
旋转目标检测是遥感图像解译的重要任务之一,存在目标方向任意、小目标密集排列、目标表示引起的角度周期性等典型问题。针对上述问题,提出一种基于DEtection Transformer(DETR)目标检测器和改进去噪训练的旋转目标检测方法,即arbitrary-oriented object detection Transformer with improved deNoising anchor boxes(AO2DINO)。首先,该方法引入一种多尺度旋转可变形注意力模块,将角度信息以旋转矩阵的形式引入注意力权重的计算,提高了模型对旋转目标的适应能力。其次,针对小目标密集排列问题,提出一种自适应的样本分配器,引入旋转交并比和自适应阈值,实现对密集目标更加精确的采样,提升了模型对小目标的检测能力。最后,在模型中引入基于卡尔曼滤波的交并比(KFIoU)作为回归损失,以解决旋转目标表示引起的角度周期性问题。AO2DINO在DOTAv1.0和DIOR-R两个公开数据集上与典型的旋转目标检测方法进行了比较,在DETR系列旋转目标检测方法中检测精度最高,且训练时收敛速度更快,在训练12个epochs时就几乎达到了其他旋转目标检测方法训练36个epochs时的检测效果。
旋转目标检测 DETR目标检测器 多尺度旋转可变形注意力 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211023
金子蘅 1,2,3徐可 1,2,3张宁远 1,2,3邓潇 1,2,3[ ... ]冯世杰 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室,江苏 南京 210094
2 南京理工大学智能计算成像研究院,江苏 南京 210019
3 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室,江苏 南京 210094
近年来,深度学习技术广泛应用于计算光学三维成像的研究中。在条纹投影轮廓术中,通过训练深度学习网络,可从单幅条纹图像中恢复高精度的相位信息。然而,为了训练神经网络模型,通常需要耗费大量的时间成本和人力成本来采集训练数据集。为了解决该问题:首先,建立数字孪生条纹投影系统,并利用域随机化技术对虚拟照明光栅进行增强,使用计算机进行虚拟扫描,生成大量仿真光栅条纹图像;其次,利用仿真光栅图像对U-Net神经网络进行预训练;最后,引入迁移学习,采用少量真实光栅条纹图像对神经网络进行参数微调。由于U-Net的结构特殊性,提出并分析了“从左至右”“从上至下”“全局微调”等3种U-Net神经网络微调策略。实验结果表明,采用“从上至下”策略微调U-Net“瓶颈”网络模块的方法可获得最佳的迁移学习结果,神经网络的相位预测精度可得到显著提升。相比于使用大量真实数据进行训练,所述方法仅利用20%的数据就可训练神经网络获得高精度的相位重建结果。
计算成像 条纹投影 深度学习 迁移学习 条纹分析 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211024
刘德军 1,2†黄梓毅 1,2†李卓荣 1,2台亚龙 1,2[ ... ]王义平 1,2
作者单位
摘要
1 深圳大学物理与光电工程学院,光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室,深圳市超快激光微纳制造重点实验室,广东 深圳 518060
2 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室,广东省光纤传感技术粤港联合研究中心,深圳物联网光子器件与传感系统重点实验室,广东 深圳 518060
3 南方科技大学医院泌尿外科,广东 深圳 518055
4 香港中文大学机械与自动化工程学系,香港 新界沙田999077
光学相干层析成像(OCT)是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术,广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术,除了具有OCT的一般成像优点外,还具有体积小、质量轻、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰等特点,尤其适用于对现有其他成像技术无法到达的狭小腔道内的组织病变进行高分辨率检测和早期诊断。随着激光器、探测器和光纤器件制备技术的发展,光纤OCT系统、光纤探头设计和制备都取得了巨大进步,应用场景也得到不断扩展。具体地:光纤OCT系统从时域OCT发展到频域OCT,成像速度和分辨率获得显著提升;光纤OCT内窥成像探头先后历经了光纤-棱镜型、全光纤型及光纤复合型探头三个发展阶段,目前正朝着多功能集成、小型化、一体化的方向发展;光纤内窥OCT的临床应用从呼吸系统和消化系统逐渐拓展到心血管系统。从光纤OCT系统设计、探头设计与制备、内窥成像应用三方面综述近年来光纤OCT显微内窥成像技术的发展现状,重点总结光纤内窥探头的技术发展及其在医学诊断中的应用,最后结合现有前沿技术报道总结展望了未来光纤内窥OCT的发展方向。
光学相干层析成像 生物医学成像 光纤内窥成像 心血管疾病 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211025
作者单位
摘要
浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
主要综述高分辨血管成像技术及其在生物医学领域中的应用,侧重评述适用于高分辨血管图像的定量表征方法。血管图像定量表征主要包括3个步骤:图像预处理、血管图像重建及定量特征获取、定量参数的统计学分析。同时,对每个步骤中所涉及的算法流程、准确性评估及后续算法的优化方向进行详尽的阐述。此外,探讨多种血管和血流参数所反映的生物学信息在临床上的参考意义,并结合具体的疾病场景,介绍多参数分析模型在区分不同疾病发展阶段方面的能力。本文的阐述不仅体现了高分辨血管成像技术及定量表征方法的潜在价值,也展示了它们在推进生物医学基础研究和临床诊断等方面的光明前景。
医学和生物成像 高分辨成像 血管造影 层析成像图像处理 定量表征 参数分析 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211026
谭伊玫 1,2徐英莹 1,3张硕 2刘雁飞 2[ ... ]唐鑫 1,*
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 中芯热成科技(北京)有限责任公司,北京 100176
3 中国计量科学研究院,北京 100029
红外探测及成像具有广泛用途,在红外制导、夜视侦察、安防监控及危化品探测等方面发挥了重要作用。现有红外成像焦平面大多由碲镉汞、二类超晶格、锑化铟等块体半导体材料制成,通过倒装键合的方法实现块体材料与硅基读出电路的信号传输。倒装键合对准困难、操作复杂、对设备依赖性较强,难以满足焦平面阵列规模不断增加和像元尺寸不断减小的制备需求。为解决红外焦平面阵列规模提升的瓶颈,采用碲化汞胶体量子点,通过液相旋涂的方法,突破倒装键合限制,实现硅基读出电路直接片上集成。所制备焦平面阵列规模达1280×1024,像元间距为15 µm,80 K工作温度下探测截止波长为4.8 µm,响应非均匀性为9%,有效像元率为99.96%,最低噪声等效温差达30 mK,展现了良好的成像性能。
焦平面阵列成像 胶体量子点 百万像素 捕获型探测器 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211027
作者单位
摘要
1 上海交通大学生物医学工程学院Med-X研究院,上海 200030
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所,江苏 苏州 215163
超透镜作为一种二维超表面结构最近十多年来得到了广泛的关注。与传统光学透镜相比,超透镜具有超薄和超轻的结构特性以及高度灵活的设计和调控能力,因此,其在推动光学系统向小型化发展中扮演着不可或缺的角色。在显微成像技术中,超透镜又提供了多维度的探索视角,展示了其巨大的发展空间。本文全面回顾了超透镜在显微成像技术的最新进展。首先,详细解释了超透镜的波前调控原理,并总结了超透镜主流的设计方法;其次,介绍了超透镜的加工技术;最后,深入探讨了超透镜在光片荧光显微镜、双光子荧光显微镜和内窥镜等显微成像技术中的应用和研究进展。
超透镜 超表面 显微成像 相位调制 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211028
张俊杰 1刘飞 1,*王鑫 2何飘 1[ ... ]邵晓鹏 1,2,**
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学光电工程学院,陕西 西安 710071
2 西安电子科技大学杭州研究院,浙江 杭州 311231
针对场景偏振三维成像中光照不均匀、色彩、材料复杂和大视场下观测方向变化等原因造成的偏振法线梯度不准确和真实三维信息获取困难的问题,提出一种基于方向感知卷积神经网络的场景偏振三维成像新方法。首先,搭建具有方向感知能力的场景深度估计网络结构;其次,利用卷积神经网络所估计的场景深度对偏振法线梯度进行校正;最后,利用校正后的梯度通过基于梯度的积分算法进行三维重建。实验结果表明,所提方法解决了偏振固有的方位角模糊,提高了在光照不均匀、大视场范围场景条件下获取的法线梯度的准确性,最终在恢复场景真实三维形状的同时保留了丰富的纹理细节信息。实验结果证明了所提技术的有效性与优越性。
偏振三维成像 深度估计 梯度场校正 神经网络 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211029
李天宇 1王国庆 1,*李维 2,**陈宏伟 3,***[ ... ]蔡滟馨 2
作者单位
摘要
1 电子科技大学计算机科学与工程学院,四川 成都 611731
2 北京空间机电研究所,北京 100094
3 清华大学电子工程系,北京 100084
光学感前计算是一种在光电传感器前端的光学域进行信息计算处理的技术,包括编码压缩、全光智能推理等计算范式,具有传输即计算、结构即功能等显著特点,在卫星光学遥感领域有着广泛的应用前景。首先对用于感前计算的光场调制器件进行介绍,包括数字微镜器件(DMD)、液晶空间光调制器(LC-SLM)、衍射光学元件(DOE)及超表面等。然后分别梳理了感前编码压缩及全光智能推理的相关技术发展,在此基础上,着重讨论光学感前计算在卫星遥感领域的应用途径和未来发展趋势。
光学感前计算 编码压缩 全光智能推理 卫星遥感 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211030
作者单位
摘要
中国计量大学光学与电子科技学院,浙江 杭州 310018
塑料因其可塑性与低成本在日常生活与工业中被广泛使用,然而这也带来环境污染与资源浪费等问题,因此塑料分类成为重要研究课题。为验证高光谱成像技术在塑料分类中的可行性,采用近红外高光谱成像技术(NIR-HSI),比较了1100~1650 nm波段数据在9种常见塑料分类中的效果。涵盖K邻近法(K-NN)、支持向量机(SVM)、粒子群算法训练的SVM(PSO-SVM)、遗传算法优化的SVM(GA-SVM)等机器学习方法。通过验证数据筛选模型准确率后,将其应用于高光谱图像,通过可视化分类对比原始图像评估模型效果。结果显示,基于欧氏距离、余弦相似度的K-NN和GA-SVM分类效果最佳,验证数据的精度分别达到96.14%、96.21%和98.67%,在可视化分类上也呈现出良好效果。高光谱成像技术在塑料分选中具有很高的应用价值,只需获取特定塑料的光谱数据并进行适当处理,即可对不同颜色、形状、工艺的同类塑料制品进行有效区分。
近红外高光谱成像 塑料分类 机器学习 可视化分类 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211031
作者单位
摘要
1 中山大学电子与信息工程学院,广东 广州 510006
2 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200241
目前光声成像中用于探测超声波的主流器件是基于压电材料的超声换能器,考虑到这类换能器的探测性能随器件尺寸的减小而大幅下降,科研者们近年来开始逐渐关注于小型化光学超声传感器的研究与开发。相较于传统的压电超声换能器,这些小型化的光学超声传感器通常具备较宽的探测带宽和与尺寸几乎无关的高灵敏度,在推动更深和更高分辨率的光声成像方面展现出了巨大的潜力。本文首先对光学超声传感器的发展历程进行了简要回顾,然后比较了3种重要的小型化光学超声传感器以及并行寻址的方法,其次介绍了这些传感器在光声活体成像方面的应用进展,最后展望了光学超声传感器的未来前景。
光声成像 光学超声传感器 片上器件 法布里-珀罗干涉仪 光纤布拉格光栅 微环谐振器 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211032
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
计算成像是融合了光学设计、光学传感和图像处理的新兴技术领域,突破了传统成像技术获取信息的深度和广度限制,成为国际研究热点,是先进光学成像技术的重要发展方向。综合国内外文献和相关报道,以计算成像在信息复原及信息增强应用场景的技术发展为主线,结合新方法、新算法探讨各个子领域的主要进展,介绍端到端相机成像优化模型、衍射光学模型及基于可微光线追踪的复杂透镜模型等。近年来,无论是光学系统硬件加工还是图像处理算法都有着惊人的发展速度,多样化系统结构和先进算法的结合为计算成像提供了强大的发展动力,从人脸识别到物体检测,计算成像技术广泛涵盖了安防监控、医疗诊断、零售和娱乐等众多领域,相信未来也会在更多科学应用领域看到它的价值。
计算成像 全链路 光信息编解码 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211033