为探究成像参数对大深度物体聚焦形貌恢复精度的影响规律，明确实际应用中聚焦形貌恢复重建精度不满足要求时成像系统的改进措施，在构建聚焦形貌恢复三维重建精度评价指标的基础上，利用正交实验确定成像参数对聚焦形貌恢复精度影响的主次顺序，重点分析主要和次主要参数对重建精度的影响规律，并揭示最佳成像参数随多聚焦图像采样间距的变化关系。考虑到成像参数的变化实际通过改变系统景深影响聚焦形貌恢复精度，建立了多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式，为系统成像参数的设定提供了理论依据。实验结果表明：焦距和F数是聚焦形貌恢复的主要和次主要影响参数，在给定多聚焦图像采样间距下存在使重建精度最高的最佳焦距和最佳F数，且随着采样间距减小，最佳焦距增大，最佳F数减小；多聚焦图像采样间距与最佳景深之间的经验公式拟合准确率为97.28%，验证准确率为94.76%，可用于最佳景深的计算；采用最佳景深能够显著提升聚焦形貌恢复精度，为大深度物体聚焦形貌恢复精度的提升提供了新途径。
机器视觉 聚焦形貌恢复 成像参数 大深度物体 重建精度
1 山东科技大学测绘与空间信息学院，山东 青岛 266590
2 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430079
3 自然资源部第一海洋研究所，山东 青岛 266061
4 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 201210
5 上海微小卫星工程中心，上海 201210
提出一种顾及姿态误差时空变化的全谱段光谱成像仪（VIMS）定位精度提升方法。通过分析高分五号02星（GF-5B卫星）181 d的星敏感器低频误差规律，以分段傅里叶级数模型为基础，利用时序化、多空间补偿策略，统一了非基准与基准定姿模式之间的低频误差特性，补偿低频误差对影像几何定位的影响。研究结果表明，所提方法将VIMS可见光近红外影像无地面控制几何定位精度从4.274 pixel优化至1.867 pixel，且对不同时相、不同区域的光学影像均有良好的精度提升效果。
遥感 姿态低频误差 几何定位精度 高分五号02星 全谱段光谱成像仪 光学学报
2024, 44(12): 1228004
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心，北京 100081
光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力；全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中，将自由曲面与全息光学元件相融合，可以获得较为优秀的系统指标和系统性能，使系统形态更加紧凑、轻便，且得到离轴非对称的新型系统结构。简要介绍了自由曲面光学与全息光学元件的基本原理、光线追迹特性、应用领域等，阐述了自由曲面光学与全息光学元件的融合设计方法，基于对全息光学元件的分类，总结了融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示光学系统的设计与应用，讨论了两类元件融合设计的限制因素并对未来的发展趋势进行了展望。
自由曲面光学 全息光学元件 融合设计 成像与显示系统
1 中国科学技术大学生物医学工程学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）整形外科，安徽 合肥 230001
3 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230027
4 中国科学技术大学苏州高等研究院，江苏 苏州 215123
5 中国科学技术大学电子科学与技术系，安徽 合肥 230026
远程皮肤病学是缓解偏远地区皮肤专科医生缺乏问题的有效手段，但目前的方法存在适用范围有限、严重依赖远程医学专家及显示不够直观等缺陷。为弥补当前研究不足，设计并搭建了一套皮肤肿瘤智能远程会诊系统，该系统兼具无网络环境下的皮肤肿瘤自动筛查和有网络环境下的远程会诊及术前规划功能。性能量化实验结果表明，系统可将虚拟的标注高精度原位投射到成像区域。实验对照结果显示，部署于该系统的深度学习模型在诊断能力上与皮肤科专家相当，并且能够辅助专家更迅速、更精确地做出医疗决策。临床试验进一步证实了该系统的实用性。该系统旨在为医疗资源有限的地区提供帮助，使得当地患者能够进行皮肤肿瘤等多种疾病的早期筛查及治疗。
医用光学 生物技术 远程皮肤病学 人工智能 增强现实 原位投影成像
1 清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳 518055
2 广东省偏振光学检测与成像工程技术研究中心，广东 深圳 518055
3 北京大学深圳医院病理科，广东 深圳 518036
数字病理技术利用经过数字化的病理样本显微图像及其特征，并配合人工智能技术，实现生物组织病变特征的定量评估和判定，辅助临床医生做出诊断结论。利用偏振光照明和偏振探测可以实现全偏振成像，图像每个像素的偏振特征都包含更加丰富的信息，特别是普通光学成像难以获得的亚细胞超分辨微观结构特征信息，可为病变组织的识别和定量评估提供更为有效的手段。本文总结了全偏振成像技术，并结合典型临床应用归纳总结了全偏振显微图像的数据分析方法和最新进展。
医用光学 全偏振显微成像 偏振数字病理 偏振特征提取 机器学习
1 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室，湖北 武汉 430074
2 光谷实验室，湖北 武汉 430074
衍射场作为叠层衍射成像技术（ptychography）的重要约束，其信息的丰富度和准确性将直接影响重构质量。提出一种基于极大似然噪声估计的高动态范围（ML-HDR）叠层衍射成像方法，即在探测器线性响应假设下，构建复合高斯噪声模型，根据极大似然估计求解最优权重函数，由多张低动态范围衍射场合成高信噪比衍射场。对比了单次曝光、传统HDR和ML-HDR三种方法的重构质量。仿真和实验结果表明：相比单次曝光，ML-HDR能将动态范围拓宽8位，重构分辨率提升至2.83倍；相比传统HDR，ML-HDR能提高重构图像的均匀性和对比度，且无需额外标定硬件参数。
计算成像 叠层衍射成像术 高动态范围 相位恢复 极大似然估计 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811011
63891部队光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471000
超连续谱激光辐照可见光成像系统的干扰效应研究具有广泛的应用前景。针对超连续谱激光干扰效应，开展了不同辐亮度背景下超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验研究。采用白光光纤激光器产生超连续谱干扰源，搭建了超连续谱激光对可见光成像系统的干扰实验系统，得到不同辐亮度下探测器的干扰阈值数据，建立了探测器饱和像元数与干扰激光功率密度之间的数学关系模型，并对干扰阈值数据进行分析。结果表明，探测器饱和像元数与干扰激光功率密度近似呈线性对数关系，在低辐亮度背景下可见光成像系统更易受到干扰。实验结果对超连续谱激光干扰装备的设计、论证及作战使用具有一定的参考意义。
超连续谱激光 成像系统 干扰 不同辐亮度背景 饱和像元个数 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811009
陈凯余 1,2,3,4,5李颖 1,2,3,4李政岱 1,2,3,4郭友明 1,2,3,4,*
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
5 光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
无透镜成像系统使用掩模板替代镜头，在降低成本的同时使设备更加轻巧，然而在进行目标识别前需通过计算重建图像，涉及参数调优和计算耗时问题。基于此，提出一种无重建的目标识别方案，直接在无透镜相机拍摄的编码图像上训练网络识别目标，在节约计算资源的同时还提供隐私保护。使用具有相位掩模板和振幅掩模板的无透镜相机，仿真生成MNIST与Fashion MNIST数据集和实采MNIST数据集，然后在这些数据集上训练ResNet-50与Swin_T网络进行目标识别。结果表明，在仿真MNIST、Fashion MNIST和真实MNIST数据集上，所提方案的最高识别准确率达99.51%、92.31%和98.06%，与先重建目标后识别方案的准确率相当，证明所提方案是一种高效的、具有隐私保护的端到端方案，且在两种掩模板和两类常规骨干分类网络上得到了验证。
计算成像 目标识别 深度学习 无透镜成像 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811008
