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
计算成像是集光学、计算科学、信息科学于一体的新兴交叉领域技术。该技术基于多维光场调控与解调的信息传输原理，利用前端光电成像系统与后端数据处理的“一体化设计”，解决光场信息维度与探测维度不匹配的问题，从而有效提升感知能力和探测性能，目前已成为光电成像领域的前沿方向。其中，散斑成像能够通过调控散斑场来实现强散射光成像，打破了光散射妨碍成像的传统观点；空域和时域压缩计算成像通过对光场信号的编码，能够突破半导体工艺、大量数据传递与处理对高分辨率、高速探测器的限制；压缩计算光谱成像结合光学调制、复用探测与计算重构，解决了传统光谱成像中系统复杂、数据采集效率低和分辨率受限的问题。详细介绍这3类计算成像模式的原理方法和最新研究进展，分析当前尚存的问题，并对这类技术的未来发展方向进行了展望。
计算成像 散斑成像 压缩成像 压缩光谱成像 多维光场调控 光学学报
2023, 43(15): 1511001
现有的通过散射介质的目标分析主要针对静止目标，同时，环境或外部亮度条件对目标分析结果有着至关重要的影响，这就对图像采集设备的动态范围、时间分辨率等性能提出了极高要求。事件相机由于其高动态范围、高时间分辨率与低延迟等特点为应对上述问题提供了新的解决思路。本文针对低照度情况下运动目标透过薄散射介质探测效果差的问题，利用事件相机开展了透过薄散射介质的目标探测的研究。采用V2E算法利用灰度散斑制备“事件散斑”数据集，并采用ResNet分类网络进行目标分类，获得了94.27%的十分类精确率。实验结果表明，使用事件流在分析通过散射介质的目标信息方面有着巨大的发展潜力。
散斑成像 事件相机 神经网络 speckle imaging event camera neural networks
南京大学现代工程与应用科学学院，江苏 南京 210093
多模光纤内部的模式特性使其包含丰富的时空域信息。基于时空域信息提取的多模光纤成像作为一种新兴的光纤成像方法，具有器件尺寸小、分辨率高、信息容量大、侵入损伤小等优势，具备成为新一代高分辨率、低损伤内窥镜的潜力。本文总结了多模光纤成像的基本方法和相关进展，并介绍了机器学习与多模光纤成像结合的相关工作。此外，面向多模光纤成像的实际应用，讨论了动态干扰下多模光纤成像的方法和相关进展以及多模光纤成像在成像性能和质量上的不足。最后对多模光纤成像进行总结并加以展望。
光纤成像 多模光纤 时空域信息 散斑成像 内窥成像 机器学习 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106011
南京信息工程大学物理与光电工程学院，江苏 南京 210044
生物散斑技术能够无损表征微生物活性，在农产品品质管控领域受到广泛关注，然而，传统散斑图像处理方法不易区分不同生物活性区域，在质量评估和分类过程中会产生误差。针对此问题，提出一种基于小波能量谱图的新型图像处理分析方法。首先基于正交小波进行图像分解，然后提取其低频分量建立能量谱图，最后计算图像的能量强度分布，定量分析散斑活动。在市面常见的冰糖心苹果上进行的碰撞实验结果表明，与传统Fujii法、加权广义差分法、改进惯性矩法及小波熵法相比，所提方法不仅能够揭示苹果生物活性随时间的演变规律，还通过具有更高对比度和稳定性的指标实现对苹果表面正常区域和碰撞区域的区分。由于所提处理分析方法可有效识别苹果表皮瘀伤，有望在水果机械损伤评估领域获得广泛应用。
成像系统 激光 散斑成像 无损检测 小波 数字图像处理 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0611004
1 华侨大学生物医学学院，福建 泉州 362021
2 华侨大学工学院，福建 泉州 362021
激光散斑衬比血流成像（LSCI）是一种利用激光散斑强度的时空统计特性来实现活体组织血流监测的全场光学成像技术，在临床诊断和生命科学等研究领域具有重要的应用价值。本文在介绍LSCI基本原理的基础上，重点对高信噪比LSCI、高分辨率LSCI、高精度LSCI、大成像深度LSCI和新型LSCI系统等关键技术及其应用的研究进展进行综述。首先，综述了各向异性滤波、特征值分解和变换域滤波的高信噪比LSCI技术，并总结了以运动伪影校正、失焦模糊校正和非均匀光强校正为目标的高分辨率LSCI技术的研究现状；然后，以实现高精度LSCI为目标，从静态散射光校正、定量LSCI技术和新型散斑衬比成像算法等方面阐述了高精度LSCI技术的研究进展；最后，总结大成像深度LSCI技术的发展现状与进展，介绍新型LSCI系统及其应用的最新研究成果，并对LSCI技术未来的发展方向和应用功能拓展进行总结和展望。
医用光学 生物医学光学成像 激光散斑成像 血流成像 关键技术 应用进展
1 厦门大学公共卫生学院分子影像暨转化医学研究中心，福建 厦门 361102
2 广东省医学科学院/广东省人民医院，医学研究部，光学分子影像实验室，广东 广州 510080
以针刺和拔罐疗法为代表的中医理疗被用于治疗肌肉骨骼疾病、缓解疼痛症状已有数千年的历史。中医理疗以疗效显著、安全性高的优势在全球流行。然而，传统的中医理论对于针刺疗法治疗机制的解释缺乏有效的科学证据，而且大多数针刺疗法的疗效缺乏有效的定量评估，无法保证其治疗效果及安全性。凭借高分辨率、高对比度、高安全性等特点，光学成像技术在针刺疗法的机制研究与疗效评估方面展现出了巨大潜力。目前用于研究针刺疗法的光学成像技术主要有激光多普勒血流灌注成像、激光散斑成像、近红外光谱成像和光声成像等，它们分别在针刺的血流动力学效应、大脑响应、治疗机制与疗效评估等方面取得了一定进展，但目前鲜见系统总结上述光学成像技术应用于针刺疗法研究的报道。鉴于此，本文系统介绍了这几类光学成像技术的特点以及它们在针刺疗法研究中的应用情况，并展望了其临床研究前景。
医用光学 针刺疗法 光学成像技术 激光多普勒 激光散斑成像 近红外光谱 光声成像
1 上海理工大学健康科学与工程学院，上海 200093
2 上海健康医学院上海市分子影像学重点实验室，上海 201318
散斑血流灌注成像是一种利用红细胞对激光的散射特性监测血流灌注信息的医学成像技术。同传统血流灌注监测方法相比，其具有实时显像、分辨率高、成本低、无需造影剂等优点，尤其在体表血流监测方面独具优势。简述了散斑血流灌注成像的基本原理，总结了其技术进展及在眼底血流、脑血流、体表微循环监测及肿瘤血流灌注监测几个方面的应用，并介绍了其在监测鸡胚肿瘤血管新生方面的新应用。
散斑成像 医学光学诊断 血流成像 实时监测 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2200003
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Biomedical Science & Engineering, Institute of Integrated Technology, Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), Gwangju 61005, Republic of Korea
2 Center for Bionics, Biomedical Research Institute, Korea Institute of Science and Technology (KIST), Seoul 02792, Republic of Korea
Laser speckle imaging is a common technique to monitor blood flow. The fluctuations in speckle intensity can be related to the blood flow by calculating the speckle contrast, the ratio between the standard deviation of speckle fluctuations and the average intensity. However, this simple statistic calculation is easily affected by motion artifacts. In this study, we applied sample entropy analysis instead of calculating standard deviations of the speckle fluctuations. Similar to the traditional method, sample entropy-based speckle contrast increases linearly with flow rate but was shown to be more immune to sudden movements during an upper arm occlusion test.
laser speckle imaging sample entropy speckle contrast blood flow monitoring motion artifact Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 011702
1 南京航空航天大学党政办公室, 江苏 南京 210016
2 南京航空航天大学航天学院, 江苏 南京 210016
研究散斑旋转去相关的原理,分析散斑旋转去相关角的影响因素,推测出散斑旋转去相关角主要受散斑无序程度和计算时所用散斑面积大小这两方面因素的影响。为进行实验验证,分别改变光学系统的四个可调参数来观测散斑旋转去相关角的相应变化,即改变计算时所用的散斑面积、改变散射介质到探测器的距离、横向平移探测器、更换散射介质。实验结果表明,计算时选取的散斑面积越大、无序程度越高,对应的散斑旋转去相关角越小。在基于记忆效应的散斑成像中,研究结果能够给散斑旋转去相关的相关研究和应用带来帮助,具有一定的实际意义。
图像处理 散斑 相关 散斑旋转去相关角 散斑成像 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 241015
1 南京航空航天大学航天学院, 江苏 南京 210016
2 南京航空航天大学理学院, 江苏 南京 210016
3 南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210016
透过散射介质成像在很多领域都有重要应用。然而,目前关于针对三维运动物体的透过散射介质成像与追踪的研究却很少。提出一种透过散射层对运动三维物体进行单次曝光录像的方法。从散射层两个不同位置出射的散斑之间非相关且包含了双视角下的物体信息,在这两部分散斑的重叠区域进行探测,可实现三维成像。在曝光过程中绕光轴旋转相机,可探测到由一系列旋转不同角度后的瞬时散斑叠加而成的一张散斑图像。在满足散斑旋转去相关的条件下,这些瞬时散斑之间非相关。至此,对应不同时刻、不同视角的一系列瞬时散斑多路复用于一张散斑图像中。利用互相关解卷积成像法,通过依次旋转各个单视角下探测的点扩展函数,即可从这张散斑图像中重建出三维运动物体的视频信息。
成像系统 散斑成像 散斑非相关 三维成像 运动物体追踪成像 散斑多路复用 光学学报
2020, 40(22): 2211003
