PIE成像方法技术现状及发展趋势

  姚玉东;刘诚;潘兴臣;陶华;王海燕;朱健强

  【摘要】作为一种新近发展的无透镜成像技术,PIE(ptychographical iterative engine)不但保持了传统相干衍射成像方法装置简单、使用方便等优点,克服了视场受限和收敛速度慢等缺点,还具有成像范围可扩展、收敛速度快、抗噪声能力强等优势,在光学、X射线和电子束等领域得到了广泛关注并开展了大量研究,是一种有可能在大范围内替代现有相位成像技术的新方法。主要介绍了PIE方法的技术背景、技术现状、相关应用及面临的问题和可能的发展方向。

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  基于光强传输方程的非干涉相位恢复与定量相位显微成像:文献综述与最新进展

  左超;陈钱;孙佳嵩

  【摘要】相位恢复与定量相位成像是光学测量与成像技术领域的一个重要课题。传统干涉测量法依赖高度相干光源的干涉叠加,干涉装置复杂,测量环境要求苛刻,引入的散斑噪声极大地限制了传统干涉测量法在显微成像领域的应用。光强传输方程(TIE)作为最具代表性的相位恢复方法之一,为定量相位成像提供了一种新的非干涉手段。近些年来,该方法在国内外得到广泛研究与关注,发展迅速,成果显著,在自适应光学、X射线衍射光学、电子显微学、光学显微成像等领域展现了巨大的应用潜力。从光强传输方程的基本原理、方程求解、光强轴向微分的差分估计、部分相干成像与光场成像等几方面综述了光强传输方程在光学成像领域,特别是定量相位显微成像领域的研究现状与最新进展,并针对现存问题以及今后的研究方向提出了建议。

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  光场相机成像模型及参数标定方法综述

  张春萍 王庆

  【摘要】光场相机成像模型与参数标定方法是拓展光场应用的理论基础和关键环节,已成为计算光场领域的研究热点。不同于传统相机的成像原理,光场相机通过新颖的光学系统将场景中的光线按照某种给定关系与图像传感器像元进行对应,实现对三维空间中光线位置和角度信息的采样与记录,可通过计算摄影学恢复场景的三维结构。利用微透镜阵列分析了光场相机标定的成像模型和参数化模型,比较了不同物理参数设置对光场采样结果的影响;分析了光场相机的光线提取与校正方法、参数标定模型、误差定义与精度度量等主要问题,对光场相机参数标定方法进行了归纳和总结。

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  基于结构光照明的数字全息显微术

  袁操今;冯少彤;聂守平

  【摘要】通过调制入射光的振幅和相位,形成特殊结构分布的照明光以提高数字全息显微记录系统分辨率,结合结构光的特性设计了明场和暗场记录系统。明场记录系统中,在利用振幅型正弦光栅和随机散射元件调制入射光波前,将超出衍射极限的物体高频信息调制到系统截止频率以内,这部分信息可以通过成像系统被记录。数字再现过程中,将其与低频信息合成,可使再现像分辨率得到提高。在暗场记录系统中,通过在空间光调制器上加载相息图改变入射光的振幅和相位分布,分别用拉盖尔-高斯涡旋、径向艾里以及携带涡旋相位的径向艾里结构光照明物体,结合暗场聚光镜的应用,提高系统的分辨率和对比度

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  基于回转椭球波函数的光学系统分析

  张蓓;付东翔;陈家璧;项华中

  【摘要】回转椭球波函数在有限空间域和无限空间域内都是一组完备正交函数集,适合分析孔径尺寸有限的实际光学系统。线性正则变换是一种重要的时频分析工具,同时菲涅耳变换也是一种特殊的线性正则变换,因此线性正则变换可以模拟一个光学系统。研究了有限空间域和有限频域条件下的回转椭球波函数的补偿线性正则变换,以补偿线性正则变换模拟一个二维光学系统,并以回转椭球波函数作为信号函数,分析了信号通过该系统的能量损失情况,根据椭球波函数本征值性质,其本征值反映了椭球波函数的能量保存比。数值计算结果表明信号函数通过该系统的能量比与通过函数本征值的能量比的估计值一致,表明了该方法的有效性。

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  自干涉非相干全息成像系统分辨率

  翁嘉文;谭穗妍

  【摘要】基于拉格朗日不变量法则,与经典光学成像系统分辨率对照,分别对自干涉非相干数字全息(SIDH)成像系统的横向以及轴向分辨率展开讨论。通过系统放大率及点扩展函数半峰全宽的计算,从理论上给出系统横向和轴向分辨率,以及系统分辨本领判断准则的具体数学表达式。并与经典光学成像系统对比,指出当全息记录面位于来自物光点的两束球面光波光斑的完全重合处时,自干涉非相干全息成像系统的横向超分辨率提高了一倍。引入压缩感知数值重构算法改善系统轴向分辨率,并给出相应的数值模拟及实验结果。研究结果对自干涉非相干数字全息术在成像、测量以及光路设计方面具有重要的指导意义。

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  深度和波长补偿算法生成彩色计算全息图

  赵锴;黄应清;蒋晓瑜;闫兴鹏

  【摘要】针对新查表法(N-LUT)在计算彩色三维场景全息图时,查找表占用的存储空间大且计算速度较慢的问题,提出了深度和波长补偿N-LUT算法(DWC-N-LUT)快速生成彩色三维场景的全息图。将组成三维场景的点云分割为具有特定深度的一系列二维图像,并由提前存储的深度补偿因子计算某一深度二维图像红色(R)通道的基元条纹图(PFP),通过平移此PFP获取物光点R通道在全息面上的复振幅分布。利用波长补偿因子直接得到物光点绿色(G)通道和蓝色(B)通道的复振幅分布。用飞机模型和汽车模型进行的数字模拟实验表明:DWC-N-LUT法能够准确表现彩色三维场景的颜色和深度信息;物光点的复振幅引入随机相位可以有效降低再现像的相干噪声;DWC-N-LUT法与N-LUT法相比,查找表的存储空间减小了10倍以上,计算速度提高了约22%。

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特邀组稿专家

司徒国海,男,中国科学院上海光学精密机械研究所“百人计划”研究员,博士生导师,中组部“青年千人计划”入选者,中国科学院“计算光场成像技术”创新交叉团队负责人。他的研究兴趣主要是计算成像及处理,在计算光学成像、相空间光学、相位恢复理论与技术、光学图像处理等领域取得一些重要的研究成果,至今在Nature Photonics和Optics Letters等国际一流光学期刊上发表SCI论文近40篇,被引用1700余次。他已在包括IEEE和OSA举办的10多个国际学术会议上做过特邀报告,并在多个国际学术会议上担任技术委员会委员;现任Scientific Reports, Applied Optics和Advanced Optical Technologies等三份国际学术期刊编委。