1 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
图像脉冲噪声移除是获得高质量图像的关键。本文通过热红外相机成像原理研究，提出了一种基于像素梯度自适应迭代中值滤波器的图像脉冲噪声抑制算法。首先，根据相机的调制传递函数计算获取原始图像的最大像素梯度，继而建立相应的像素梯度集合。然后，计算原始图像与对应像素梯度滤波图像的梯度权重均方根误差集合，并将该集合高斯分布的最大值对应的像素梯度确定为最佳像素梯度。最后，根据图像中脉冲噪声的密度和复杂度，确定所提滤波器的自适应窗口大小和迭代次数。大量实验结果表明，所提滤波器对移除8位、16位的单通道脉冲噪声图像展现出良好的鲁棒性。与其它先进方法相比，该方法可以实时移除真实热红外相机采集图像中低密度的随机值脉冲噪声和SAPN，并实现噪声抑制过程中99.5%以上的原始像素不会遭受破坏。除此之外，针对高密度SAPN抑制，该方法获得了具有竞争力的结果，与运行时间较快的滤波方法相比表现出较好的PSNR和SSIM，与PSNR和SSIM较优秀的去噪方法相比表现出较快的运行时间。对于极限SAPN（99%）破坏的图像，也能够恢复有意义的图像细节。
图像去噪 自适应迭代中值滤波器 像素梯度 调制传递函数 脉冲噪声 image denoising adaptive iterative median filter pixel gradient Modulation Transfer Function impulse noise 
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration (Shenzhen University), Shenzhen 518060, China
2 Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Guangdong Province & Ministry of Education, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
Fluorescence lifetime imaging can reveal the high-resolution structure of various biophysical and chemical parameters in a microenvironment quantitatively. However, the depth of imaging is generally limited to hundreds of micrometers due to aberration and light scattering in biological tissues. This paper introduces an iterative multi-photon adaptive compensation technique (IMPACT) into a two-photon fluorescence lifetime microscopy system to successfully overcome aberrations and multiple scattering problems in deep tissues. It shows that 400 correction modes can be achieved within 5 min, which was mainly limited by the frame rate of a spatial light modulator. This system was used for high-resolution imaging of mice brain tissue and live zebrafish, further verifying its superior performance in imaging quality and photon accumulation speed.
adaptive optics iterative optimization two-photon fluorescence lifetime imaging microscopy wavefront correction Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041702
1 武汉科技大学 信息科学与工程学院，湖北 武汉 430080
2 武汉科技大学 冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心，湖北 武汉 430080
针对传统SIFT匹配算法复杂、特征冗余点多、难以满足实时性等问题，本文提出了一种具有局部自适应阈值的SIFT快速图像匹配算法。首先，所提方法在SIFT算法的基础上，对构建的高斯金字塔进行了优化，通过减少金字塔层数来消除冗余特征点以提高检测效率，并根据图像局部对比度来自适应提取FAST算法中的阈值从而实现高质量的特征点检测，筛选出鲁棒性较强的特征点进行更准确的匹配；其次，采用高斯圆形窗口建立32维降维特征向量，提高算法运行效率；最后，根据匹配特征点对之间的几何一致性对特征点进行提纯，有效减少误匹配。实验结果表明，本文方法在匹配精度和运算效率方面的综合表现均优于SIFT算法及其他对比匹配算法，相比传统的SIFT算法，匹配精度提高了约10%，算法运行时间缩短了约49%。在图像发生尺度、旋转以及光照变化的情况下，正确匹配率在93%以上。
SIFT算法 高斯金字塔 自适应阈值 特征描述符 图像匹配 SIFT algorithm Gaussian pyramid adaptive thresholds feature descriptor image matching
长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
为提高星地激光通信地面接收端探测灵敏度和分辨能力，减少信标光捕获时间和难度，基于星地激光通信链路和设计方案，结合自适应光学（AO）技术，设计了一套500 mm口径的星地激光通信地面接收端系统。该系统采用库德光路、共口径分光探测形式，包含卡塞格林天线、倾斜镜精跟踪、AO超精跟踪、AO波前探测等4个单元。天线物镜组采用同轴卡塞格林结构，结合折射镜组构成开普勒望远结构，兼顾体积和长出瞳距的需求。在精跟踪倾斜镜和AO倾斜镜之间设计了4f系统，解决校正光轴时的瞳面漂移问题。在波前探测器和变形镜之间设计了双远心系统，构建两者共轭关系，降低波前探测的轴向误差影响。采用光学被动式方法对4个单元进行消热差设计，提高系统温度适应性。最终实验结果表明：在10 ℃~30 ℃范围内，各单元波像差均优于1/10λ（λ=632.8 nm），满足设计要求，具有一定借鉴价值和工程意义。
星地激光通信 库德光路 消热差 双远心光路 自适应光学 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706021
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室暨教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 浙江大学信息与电子工程学院，浙江 杭州 310027
自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点，但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长，另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题，提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务，该网络模型的更新不依赖于数据集，而是将生成神经网络与传输矩阵方法（TMM）相结合，通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构，并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示，本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件，实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比，生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解，与普通神经网络相比，全局优化网络考虑整体的优化目标，通过全局搜索寻找全局最优解，设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。
薄膜 多层膜 神经网络 自适应温度调控 二氧化钒
光通信研究
2024, 50(2): 22007301
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
2 西安工业大学 电子信息工程学院，西安 710021
3 中国计量大学 信息工程学院，杭州 310018
4 商洛学院 电子信息与电气工程学院，陕西 商洛 726000
5 西安工程大学 电子信息学院，西安 710600
6 兰州理工大学 计算机与通信学院，兰州 730050
【目的】变形镜（DM）是自适应光学系统中实现波前校正的关键器件，其性能直接决定了系统的波前畸变校正能力。通过研究DM及其控制算法，可以不断改进自适应光学系统的校正能力。该研究一方面可以提高DM的精度和响应速度，使其更好地校正各种复杂的波前畸变，另一方面，可以改进控制算法，提高校正的效率和准确性。这些都将直接影响到自适应光学系统的成像质量和性能，因此，研究DM及其控制算法对于改进自适应光学系统的校正能力、扩展应用领域以及提升成像质量和性能具有重要意义。
【方法】文章旨在梳理国内外关于DM及其控制算法的研究进展，分析不同的控制算法对波前畸变的校正精度，为自适应光学的发展奠定基础。首先以几种典型的DM为例，对DM的建模以及对分离促动器DM、拼接子DM、薄膜DM、双压电DM、微机电系统（MEMS）DM和音圈DM的结构及工作原理进行了详细介绍。接着分析了基于Prandtl-Ishlinskii（PI）迟滞模型的控制算法、解耦控制算法和稀疏采样控制算法等几种控制算法。
【结果】文章总结了西安理工大学在该领域所做的工作，最后指出了未来在该领域的技术突破和改进方向。
【结论】DM及其控制算法的研究为自适应光学的发展奠定了基础，使其应用于更多的领域，进一步提高自适应光学系统的性能。这将有助于改善成像质量，推动自适应光学技术的发展。
变形镜 控制算法 自适应光学 DM control algorithm adaptive optics 光通信研究
2024, 50(2): 22006201
1 中国地质大学 机械与电子信息学院，武汉 430074
2 中国信息通信科技集团有限公司 光纤通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
【目的】高速无源光接入网络中存在光纤色散、非线性损伤和带宽限制等问题，导致传统强度调制和直接检测技术的功率预算损失较高，难以满足高速无源光接入网络的要求。
【方法】为了更好地提升强度调制和直接检测光接入系统的速率和性能，文章在Volterra判决反馈均衡器（VDFE）的基础上，研究了基于递推最小二乘估计（RLS）算法的VDFE-RLS信道均衡方法。该均衡器采用RLS算法对其中的抽头系数进行更新。该均衡器包含了一、二、三阶Volterra级数，其中一阶Volterra级数对线性损伤进行补偿，二阶和三阶Volterra级数能够对非线性损伤进行补偿。文章将该均衡器应用于经过20 km传输后的单波长为200 Gbit/s的O波段强度调制和直接检测技术的下行光接入系统中。
【结果】实验结果表明，RLS算法相比传统的最小均方（LMS）算法在均衡器中表现出来的性能更好。此外，VDFE-RLS可以实现>29 dB的功率预算。VDFE-RLS相比于传统的基于Volterra的前馈均衡器（VFFE），当VDFE-RLS和VFFE-RLS均衡器长度相同时，可以实现2.2 dB功率预算的提升。当VDFE-RLS的均衡器长度为VFFE-RLS的一半时，前者相比后者仍可以提升0.5 dB的功率预算。
【结论】文章所述系统相比其他传统系统在能够缩短均衡器长度的同时，能提高系统的功率预算，还能最终恢复出准确度较高的信号。
Volterra判决反馈均衡器 递推最小二乘估计 Volterra级数 自适应滤波算法 VDFE RLS Volterra series adaptive filtering algorithms 光通信研究
2024, 50(1): 23013601
