作者单位
摘要
1 兰州理工大学 能源与动力工程学院, 甘肃兰州730050
2 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京100191
3 北京控制工程研究所, 北京100190
4 中国科学院物理研究所, 北京100190
5 北京理工大学 自动化学院,北 京100081
光谱成像系统受色差影响会导致图谱混叠,本文将单像素成像以及计算关联成像分别与光谱成像系统相结合,并在系统中引入900~1 700 nm适用的消色差透镜来校正色差。首先计算出不同胶合消色差透镜的色差大小并以此选取透镜,所选消色差透镜相较其它透镜对色差校正可以提高一个量级。其次分析了色差对光谱成像系统的影响以及单像素成像和计算关联成像的差异。最后仿真和试验分析单像素光谱成像和计算关联光谱成像特点。试验结果表明对于900~1 700 nm的近红外光谱成像,基于消色差透镜的单像素光谱成像系统取得了更好的图像重构结果,其峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)提高了3.93 dB,结构相似度(Structural Similarity, SSIM)提高了0.96%。消色差透镜的单像素光谱成像系统在近红外光谱成像中重构图像效果优于无消色差透镜的计算关联光谱成像。
光谱成像 单像素成像 计算关联成像 色差校正 近红外光 spectral imaging single-pixel imaging computational ghost imaging chromatic aberration correction near-infrared light 
光学 精密工程
2023, 31(16): 2333
孙宇松 1,2,3黄见 1,3,*时东锋 1,2,3苑克娥 1,2,3[ ... ]王英俭 1,2,3
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,中国科学院大气光学重点实验室,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 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
传统多光谱关联成像技术的发展受限于系统结构复杂和数据量大。为提高多光谱图像的复原效率,本文提出了余弦编码复用多光谱关联成像技术。将具有确定频率的余弦结构编码与正交Hadamard基图案复用为结构光对目标场景进行调制照明,并用一个宽带光电倍增管收集后向散射信号。在复原过程中,基于余弦编码的傅里叶频移特性可将多通道光谱混叠信息由空间域转换到频率域进行解码分离,最终复原出目标场景的多光谱图像。通过仿真分析了理想低通滤波器、高斯低通滤波器和巴特沃斯低通滤波器对多光谱图像复原质量的影响,并将所提方法与传统方法进行了对比实验。结果表明:所提方法能有效提高多光谱信息的获取效率,缩短图像重建时间;频域滤波时,选用高斯低通滤波器比理想低通滤波器、巴特沃斯低通滤波器更具优势。
成像系统 关联成像 编码复用 多光谱成像 低通滤波器 imaging systems ghost imaging encoding multiplexed multispectral imaging low-pass filter 
中国激光
2023, 50(13): 1317001
刘禹彤 1李妍 1金璐 2汤化旭 3[ ... ]冯悦姝 3,4,*
作者单位
摘要
1 长春电子科技学院 光电工程学院,吉林 长春 130114
2 清华苏州环境创新研究院,江苏 苏州 215163
3 吉林工程技术师范学院 量子信息技术交叉学科研究院,吉林 长春 130052
4 吉林省量子信息技术工程实验室,吉林 长春 130052
显微成像技术作为研究细胞和生物组织的主要工具,对生物医学的发展起到了极大的推动作用。生物样本的复杂化和生物医学领域对时间和空间分辨率的多样化需求决定了单一功能生物成像系统应用的局限性。为满足生物医学领域的多样化需求,解决成像质量与成像时间之间的矛盾,设计了一种基于深度学习的多分辨显微关联成像系统。该系统通过对显微镜进行硬件设计改造和软件处理,将深度学习与关联成像技术有效结合,当采样率仅为60%时,成像系统能够较好地恢复图像细节,大幅降低欠采样带来的噪声,同时显著提升系统成像的时间分辨率。另外,为了满足所设计的小型多分辨显微关联成像系统的实际需求,采用基于重参数化思想的超高效轻量超分网络,在资源受限的设备下实现实时高质量成像。所提出的成像系统可以在保证成像质量的同时显著缩短成像时间和减少内存占用。不同类型生物样本和分辨率板的测试结果进一步表明了系统的鲁棒性和抗噪性能,研究结果对生物医学领域具有重要意义。
显微成像 关联成像 深度学习 多分辨成像 microscopic imaging correlation imaging deep learning multi-resolution imaging 
红外与激光工程
2023, 52(4): 20220461
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室,上海 201800
2 国科大杭州高等研究院,浙江 杭州 310024
3 中国科学院大学,北京 100049
傅里叶变换关联成像通常采用透射式赝热光源,但透射产生散斑的纵向尺寸过大限制了成像纵向分辨率且透射式赝热光的光通量较低,这对实现三维傅里叶变换关联成像造成了阻碍。为解决这一问题,理论推导了反射式赝热光源散斑场的光强涨落关联函数,给出了散射屏放置在不同空间位置和倾斜角度时的纵向散斑尺寸。同时,进行了基于统计光学的数值模拟,模拟结果与理论结果吻合。结果表明,通过减小散射角和增大散射屏方位角等方法可以有效降低观察点处的纵向散斑尺寸,从而提高纵向成像分辨率。
成像系统 散斑场 赝热光 粗糙表面 关联成像 imaging systems speckle field pseudo-thermal light rough surface ghost imaging 
光学学报
2023, 43(9): 0911001
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 北京理工大学 自动化学院,北京 100081
单像素成像具有高灵敏度,抗干扰等特点,但得到一张高质量图像需要多次采样,因而在卫星对地观测应用时,由于卫星姿态变化使得指向抖动从而造成参考光场与探测器信号之间关联性丢失,使得重构出的图像质量严重退化。针对这一问题,本文设计一种光场追踪补偿方案以补偿卫星姿态对成像带来的影响,结合卫星工具包生成卫星数据分别进行滚动角,俯仰角的运动补偿验证和偏航角的运动补偿验证。结果表明进行滚动角和俯仰角运动补偿后成像的峰值信噪比提升28.8 dB,进行偏航角运动补偿后成像的峰值信噪比提升7.25 dB,同时考虑滚动角,俯仰角和偏航角对典型场景进行运动补偿后的成像结果峰值信噪比提升至少4.7 dB,仿真结果证明了补偿方案有效提高了成像质量,为星载单像素成像提供了一条有效技术途径。
单像素成像 图像重构 差分关联成像 星载成像 追踪补偿 Single pixel imaging Image reconstruction Differential ghost imaging Space-borne imaging Tracking Compensation 
光子学报
2023, 52(2): 0211002
作者单位
摘要
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
2 上海理工大学 出版印刷与艺术设计学院,上海 200093
3 中船勘察设计研究院有限公司,上海 200063
4 上海工程技术大学 图书馆,上海 201620
光学信息处理技术本身具有高速度、并行性、信息容量大的特点。同时,光波又具有振幅、相位、波长、偏振等多种属性,是多维信息的载体。因此,光学加密在信息安全传输领域意义重大。现有的图像加密方法存在效率低、安全性差、加密容量小等问题。为了实现多图像二次加密传输,提出了一种基于级联相位迭代与计算关联成像的多图像加密算法。该方法可以同时对多幅图像进行高效加密,计算简单,安全可靠,传输数据少。利用相关系数指标评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性。
级联相位检索算法 计算关联成像 图像处理 多图像加密 cascaded phase retrieval algorithm computational ghost imaging image processing multi-image encryption 
光学仪器
2023, 45(1): 60
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
2 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
随着天文观测对空间分辨率性能需求不断提升,迫切需要发展十米级、百米级甚至公里级光学合成孔径的望远镜。传统光学共位相的合成孔径成像技术面临着高精度相位技术的挑战,难以将长基线的合成孔径成像拓展到光学波段。强度干涉的测量方法对相位相对不敏感,为长基线的光学合成孔径提供了可能的技术方案。分别梳理了恒星强度干涉仪、星体散斑干涉仪的发展历程和关键科学问题,并分析了空间强度自关联合成孔径望远镜的技术特点和发展潜力。通过总结三种技术方案的特点,可为我国发展长基线光学合成孔径成像系统提供参考。
合成孔径 高分辨率成像 强度干涉 散斑干涉 关联成像 synthetic aperture high resolution imaging intensity interference speckle interference correlated imaging 
光学技术
2023, 49(1): 22
作者单位
摘要
中北大学信息与通信工程学院,山西 太原 030051
针对气缸盖内壁热场数据重复率高、冗余大导致的小采样率下影像难以重构的问题,利用多个单尺度重构影像的融合,提出一种适用于小样本的气缸盖内壁热疲劳损伤检测方法。该方法首先通过对不同尺度下内壁热场散斑图案与其外壁总辐射能的关联运算,来获得缸盖内壁的多个重构影像,然后利用图像融合技术对不同尺度下的内壁重构影像进行融合,获得缸盖内壁的融合影像。通过对不同采样率下内壁影像重构结果的对比分析,说明了所提方法在小采样率影像重构中的优势。同时,还讨论了不同融合权重系数对融合影像的影响。实验结果表明:所提方法可在较低采样率下实现对内壁热疲劳损伤区域的检测;当采样次数为500时,较传统关联方法,所提方法的峰值信噪比和对比度分别提升了9.62%和26.13%;此外,所提方法在延缓重构影像质量下降方面也有独特优势,有效打破实际工程中数据获取有限所导致的热疲劳损伤检测无法实现的困局。
热疲劳检测 关联成像 影像融合 多尺度 thermal fatigue detection correlation imaging image fusion multi-scale 
激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0612002
李能菲 1,*孙宇松 2,3黄见 2,4
作者单位
摘要
1 安徽职业技术学院机电工程学院, 安徽 合肥 230011
2 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, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
4 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230031
发展了一种余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术。首先通过构造多个低空间分辨率的余弦编码散斑复用为高空间分辨率调制散斑对目标进行调制照明, 单像素探测器收集调制光与目标相互作用后产生的散射光强, 由迭代算法复原出目标的混叠图像。进而鉴于余弦编码所特有的确定性频谱结构, 利用数字图像处理方法高效解码重构出多个低空间分辨率物体图像, 最终拼接为高空间分辨率目标图像。理论分析了余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术实现方法, 并仿真验证了该方法的有效性。本方法大幅降低了传统高空间分辨率关联成像所需的调制散斑, 减少了在线采样时间与离线图像重构时间, 提高了高空间分辨率关联成像的成像效率。
量子光学 关联成像 傅里叶变换 余弦编码复用 高空间分辨率成像 quantum optics ghost imaging Fourier transform cosine encoded multiplexing high spatial resolution imaging 
量子电子学报
2022, 39(6): 973
林惠祖 1,2,*刘伟涛 1,2孙帅 1,2杜隆坤 1,2[ ... ]李月刚 1,2
作者单位
摘要
1 国防科技大学理学院, 湖南 长沙 410073
2 国防科技大学量子信息学科交叉中心, 湖南 长沙 410073
3 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
光学成像是人们获取信息最重要的技术手段之一。关联成像作为一种基于光场高阶关联发展起来的新技术, 利用单个点探测器就可以实现对面目标的成像, 具有物像分离、探测灵敏度高、抗干扰能力强等优点, 为光学成像技术的发展带来了新的机遇。但关联成像以时间换空间的多帧累积成像模式, 严重限制了图像的获取效率。为了解决该问题, 除了进行系统结构、光源和探测方法优化设计外, 研究高效的图像重构算法也是提高成像质量和成像速度最有效的方法之一。好的图像重构算法不仅能大大降低成像所需的测量次数, 提高信息提取效率和重构图像质量, 还能降低对成像系统硬件的要求, 是关联成像技术走向实用的关键。近年来, 关联成像图像重构算法不断演变, 发展出很多不同类型的重构算法。本文简要回顾了关联成像的原理机制, 进而在此基础上系统介绍了几种主要关联成像算法的基本原理, 并分析了其优缺点和适用场景。
量子光学 关联成像 强度关联 伪逆算法 深度学习 quantum optics ghost imaging intensity correlation pseudo-inverse algorithm deep-learning 
量子电子学报
2022, 39(6): 863

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