Xuemei Hu 1,2Weizhu Xu 1,2Qingbin Fan 1,2Tao Yue 1,2[ ... ]Ting Xu 1,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 Nanjing University, Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, National Laboratory of Solid-State Microstructures, Nanjing, China
2 Nanjing University, School of Electronic Sciences and Engineering, Nanjing, China
3 Nanjing University, College of Engineering and Applied Sciences, Jiangsu Key Laboratory of Artificial Functional Materials, Nanjing, China
Metasurface-based imaging has attracted considerable attention owing to its compactness, multifunctionality, and subwavelength coding capability. With the integration of computational imaging techniques, researchers have actively explored the extended capabilities of metasurfaces, enabling a wide range of imaging methods. We present an overview of the recent progress in metasurface-based imaging techniques, focusing on the perspective of computational imaging. Specifically, we categorize and review existing metasurface-based imaging into three main groups, including (i) conventional metasurface design employing canonical methods, (ii) computation introduced independently in either the imaging process or postprocessing, and (iii) an end-to-end computation-optimized imaging system based upon metasurfaces. We highlight the advantages and challenges associated with each computational metasurface-based imaging technique and discuss the potential and future prospects of the computational boosted metaimager.
metasurface computational imaging inverse problem algorithm 
Advanced Photonics
2024, 6(1): 014002
作者单位
摘要
清华大学精密仪器系,北京 100084
光波复振幅中相位信息的恢复是科学与工程领域的重要研究热点之一。相位携带了光传播中的重要信息,对成像与智能感知技术的发展有着重要的意义。相位恢复波前重构技术通过优化算法和设计特定成像装置,从光电探测器采集的强度信息中恢复出难以被直接感知的相位信息,是探测微观和宏观世界的重要技术手段之一,已广泛应用于生物显微、工业检测和天文观测等领域。概述基于干涉和非干涉的波前重构技术及其应用,梳理相位恢复波前重构算法的基本原理和发展历程,对常见相位恢复技术手段如交替投影相位恢复算法、基于调制约束和基于深度学习的相位恢复波前重构技术等进行初步的探讨。针对相位恢复波前重构技术的未来发展提出若干可能的研究方向,包括相位恢复算法的进一步优化、新型系统和器件的开发等。
相位恢复 波前重构 计算成像 深度学习 phase retrieval wavefront reconstruction computational imaging deep learning 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211001
俞文凯 1,2,*曹冲 1,2杨颖 1,2王硕飞 1,2
作者单位
摘要
1 北京理工大学物理学院,北京 100081
2 北京理工大学先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室,北京 100081
单像素成像使用一系列空间光调制掩模对目标场景进行单像素亚采样,再根据掩模与测量值之间的关联重构出物体图像。这种间接获取图像的方式之所以能保证重建质量,除了有重构算法的功劳,更关键的是测量掩模的构造。随着压缩感知理论的引入,随机掩模进入人们视野,但它让测量变得盲目,缺乏针对性,而且这种掩模不便于存储和计算,极大限制了空间像素分辨率。哈达玛基掩模因其结构化特征使快速计算成为可能,且方便存储和提取,近年来得到广泛关注,已发展出诸多哈达玛基掩模优化排序方法,这些方法已被证明能大幅降低采样率。本综述系统地梳理了这类方法的设计框架和前沿进展,展望了确定性掩模构造的未来发展趋势,可为后续的研究工作提供有益的借鉴和指导。
计算成像 图像检测系统 成像理论 computational imaging image detection system image formation theory 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0400006
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
计算成像是融合了光学设计、光学传感和图像处理的新兴技术领域,突破了传统成像技术获取信息的深度和广度限制,成为国际研究热点,是先进光学成像技术的重要发展方向。综合国内外文献和相关报道,以计算成像在信息复原及信息增强应用场景的技术发展为主线,结合新方法、新算法探讨各个子领域的主要进展,介绍端到端相机成像优化模型、衍射光学模型及基于可微光线追踪的复杂透镜模型等。近年来,无论是光学系统硬件加工还是图像处理算法都有着惊人的发展速度,多样化系统结构和先进算法的结合为计算成像提供了强大的发展动力,从人脸识别到物体检测,计算成像技术广泛涵盖了安防监控、医疗诊断、零售和娱乐等众多领域,相信未来也会在更多科学应用领域看到它的价值。
计算成像 全链路 光信息编解码 computational imaging wholly configuration optical encoding and decoding 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211033
金子蘅 1,2,3徐可 1,2,3张宁远 1,2,3邓潇 1,2,3[ ... ]冯世杰 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室,江苏 南京 210094
2 南京理工大学智能计算成像研究院,江苏 南京 210019
3 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室,江苏 南京 210094
近年来,深度学习技术广泛应用于计算光学三维成像的研究中。在条纹投影轮廓术中,通过训练深度学习网络,可从单幅条纹图像中恢复高精度的相位信息。然而,为了训练神经网络模型,通常需要耗费大量的时间成本和人力成本来采集训练数据集。为了解决该问题:首先,建立数字孪生条纹投影系统,并利用域随机化技术对虚拟照明光栅进行增强,使用计算机进行虚拟扫描,生成大量仿真光栅条纹图像;其次,利用仿真光栅图像对U-Net神经网络进行预训练;最后,引入迁移学习,采用少量真实光栅条纹图像对神经网络进行参数微调。由于U-Net的结构特殊性,提出并分析了“从左至右”“从上至下”“全局微调”等3种U-Net神经网络微调策略。实验结果表明,采用“从上至下”策略微调U-Net“瓶颈”网络模块的方法可获得最佳的迁移学习结果,神经网络的相位预测精度可得到显著提升。相比于使用大量真实数据进行训练,所述方法仅利用20%的数据就可训练神经网络获得高精度的相位重建结果。
计算成像 条纹投影 深度学习 迁移学习 条纹分析 computational imaging fringe projection deep learning transfer learning fringe analysis 
激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211024
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150080
2 北京大学未来技术学院,北京 100871
超分辨荧光显微镜突破了光学衍射极限造成的空间分辨率限制,使得生物学家能够在生命体和细胞具有活性的状态下,对其功能与结构进行高精度动态记录,有望揭示更多重要的生命现象细节。然而,由于超分辨荧光显微技术的成像视场、深度、分辨率、速度等不易兼得,所以解卷积作为一种最有效且直接的求解逆问题的框架,被广泛应用于增强超分辨显微镜的时空分辨率。研究人员聚焦于通过相应算法设计实现高质量显微图像的重建,在一定程度上克服了超分辨荧光显微镜的硬件限制,可以更好地恢复生物信息。本文首先介绍了解卷积方法的基本原理及其发展历程,接着列举了不同解卷积技术在不同模态下的重建原理和效果以及这些技术在生物学上的应用,最后总结了基于深度学习的解卷积方法在超分辨荧光显微镜技术上的最新进展和未来的发展潜力,并对包括傅里叶环相关的定量评估图像重建质量的方法的最新进展进行了阐述。
显微 解卷积 超分辨显微镜 活细胞成像 计算成像 荧光显微镜 microscopy deconvolution super-resolution microscopy live-cell imaging computational imaging fluorescence microscopy 
中国激光
2024, 51(1): 0107002
李晟 1,2,3王博文 1,2,3管海涛 1,2,3梁坤瑶 1,2,3[ ... ]左超 1,2,3,**
作者单位
摘要
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,智能计算成像实验室(SCILab),江苏 南京 210094
2 南京理工大学智能计算成像研究院(SCIRI),江苏 南京 210019
3 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室,江苏 南京 210094
4 陆军装备部驻南京军事代表处,江苏 南京 210024
光学合成孔径探测 计算成像 超分辨 傅里叶叠层 非相干合成孔径 远场成像 optical synthetic aperture detection computational imaging super resolution Fourier ptychography incoherent synthetic aperture far-field imaging 
光电工程
2023, 50(10): 230090
Author Affiliations
Abstract
1 University of Stuttgart, Institut für Technische Optik, 70569 Stuttgart, Germany
2 Sony Europe B.V., Stuttgart Technology Center, 70327 Stuttgart, Germany
The computed tomography imaging spectrometer (CTIS) is a relatively unknown snapshot hyperspectral camera. It utilizes computational imaging approaches to gain the hyperspectral image from a spatio-spectral smeared sensor image. We present a strongly miniaturized system with a dimension of only 36 × 40.5 × 52.8 mm and a diagonal field of view of 29°. We achieve this using a Galilean beam expander and a combination of off-the-shelf lenses, a highly aspherical imaging system from a commercial smartphone, and a 13 MP monochrome smartphone image sensor. The reconstructed hyperspectral image has a spatial resolution of 400 × 300 pixel with 39 spectral channels.
Hyperspectral imaging Computational imaging CTIS 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(2): 2023027
昌成成 1,2潘良泽 1,2徐英明 1,2吴丽青 1,2[ ... ]朱健强 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室,上海 201800
3 装备发展部某中心,北京 100034
随着能量输出能力的不断提升,高功率激光驱动器运行对光学元件的性能和打靶光束的质量都有了更高要求。传统测量仪器结构复杂、精度有限,难以满足实验需求。朱健强课题组将计算成像技术引入到高功率激光驱动器的参数测量中,精确测量大口径光学元件的形貌、应力分布、热畸变等特征,脉冲光束的时间、空间、近远场分布等参量,以及激光与物质相互作用的过程;进一步发展相干衍射成像(CDI)技术,开发出单次曝光三维PIE(ptychography iterative engine)技术、多模态相干调制成像(CMI)技术、分束编码成像技术等,建立了相干衍射成像技术的解析模型,在数学上分析了CDI技术解的唯一性。本文主要综述了课题组在惯性约束聚变中计算光学成像技术应用方面的研究进展。
计算成像 相位测量 激光束表征 激光放大器 computational imaging phase measurement laser beam characterization laser amplifiers 
光学学报
2023, 43(22): 2200001
作者单位
摘要
1 湖北经济学院信息工程学院,湖北 武汉 430205
2 五邑大学智能制造学部,广东 江门 529020
提出一种基于离散W变换的差分调制计算鬼成像方法。使用正负两组离散W变换基图案对光源进行差分调制,根据桶探测器测量的光强值获取目标对象的频谱,通过矩阵形式的逆离散W变换重构目标图像。仿真和实验结果表明,该方法可以从压缩测量中获得图像,通过差分测量可以消除背景噪声,获得良好的图像质量,并且可以通过逆变换实现快速重建。与其他方法相比,该方法在成像质量上更具优势。
成像系统 计算成像 鬼成像 图像重构 单像素成像 imaging systems computational imaging ghost imaging image reconstruction single-pixel imaging 
激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2211003

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