作者单位
摘要
1 华北电力大学, 电子与通信工程系, 河北 保定 071003
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室, 河北 保定 071003
在光声层析成像(photoacoustic tomography,PAT)时,不均匀光通量分布、组织复杂的光学和声学特性以及超声探测器的非理想特性等因素会导致重建图像质量下降。本文考虑不均匀光通量、非定常声速、超声探测器的空间脉冲响应和电脉冲响应、有限角度扫描和稀疏采样等因素的影响,建立了前向成像模型。通过交替优化求解成像模型的逆问题,实现光吸收能量分布图和声速分布图的同时重建。仿真、仿体和在体实验结果表明,与反投影法、时间反演法和短滞后空间相干法相比,该方法重建图像的结构相似度和峰值信噪比可分别提高约83%、56%、22%和80%、68%、58%。由上述结果可知,对非理想成像场景采用该方法重建的图像质量有显著提高。
光声层析成像 图像重建 前向成像模型 探测器脉冲响应 有限角度扫描 稀疏采样 photoacoustic tomography image reconstruction forward imaging model pulse response of detector limited-view scanning sparse sampling 
中国光学
2024, 17(2): 444
袁伟 1,2席雅睿 1,2谭川东 1,2刘川江 1,2[ ... ]刘丰林 1,2,*
作者单位
摘要
1 重庆大学ICT研究中心光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心,重庆 400044
针对相对平行直线扫描CT(PTCT)图像重建存在的有限角伪影问题,提出一种学习局部和非局部正则项的深度迭代展开方法。该方法将具有固定迭代次数的梯度下降算法迭代展开到神经网络,利用具有坐标注意力(CA)机制的卷积模块和Swin-Transformer模块作为迭代模块交替级联部署,构成端到端的深度重建网络。卷积模块学习局部正则化,其中CA用于减少图像过平滑;Swin-Transformer模块学习非局部正则化,提高网络对图像细节的恢复能力;在相邻模块间,使用迭代连接(IC)增强模型提取深层特征的能力,提高每次迭代的效率。通过消融实验验证了网络各部分的有效性,并在两种类型的数据集上进行实验,结果证明了本文方法的效果。实验结果表明,本文方法在抑制PTCT重建图像有限角伪影的同时,能较好地保留重建图像细节,提高重建图像质量。
X射线光学 计算机断层成像 相对平行直线扫描 图像重建 有限角 深度学习 
光学学报
2024, 44(8): 0834001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optoelectronic Science and Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China
2 Key Laboratory of Modern Optical Technologies of the Ministry of Education, Soochow University, Suzhou 215006, China
The source’s energy fluctuation has a great effect on the quality of single-pixel imaging (SPI). When the method of complementary detection is introduced into an SPI camera system and the echo signal is corrected with the summation of the light intensities recorded by two complementary detectors, we demonstrate, by both experiments and simulations, that complementary single-pixel imaging (CSPI) is robust to the source’s energy fluctuation. The superiority of the CSPI structure is also discussed in comparison with previous SPI via signal monitoring.
computational imaging image reconstruction complementary detection correlation function 
Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031101
林强 1马泽明 2刘斌 3王文健 1[ ... ]杨民 4,*
作者单位
摘要
1 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所,四川 成都 610031
2 西南交通大学唐山研究院,河北 唐山 063000
3 中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川 绵阳 621900
4 北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100191
中子偏置CT(computed tomography)扫描是一种有效的大尺寸样品层析检测方法,但投影数据截断会导致较大的CT系统转台旋转中心标定误差,严重影响成像质量。基于投影数据对称性原理,提出了一种计算旋转中心左侧和右侧投影数据和之间方差的偏置CT扫描旋转中心精确标定算法。设计了对称补数据重建算法和投影数据预处理重建算法,验证得到,对称补数据重建算法对旋转中心标定误差更为敏感,较小的误差值会导致补齐后投影数据出现拼接缝以及拼接错位问题。提出了一种中子投影数据噪声仿真方法,设计的三维仿真模体验证了所提标定算法与投影数据预处理重建算法在不同旋转中心偏置大小以及不同强度投影噪声条件下的性能优势。基于反应堆中子源开展了中子偏置CT扫描成像验证实验,获得了样品清晰的内外部结构细节,中子CT成像系统的成像视野扩大了31.4%。
计算机断层扫描成像 图像重建技术 中子 偏置扫描 旋转中心 
光学学报
2024, 44(3): 0334002
雷腾 1,2,3张义民 1,2,3马一哲 1,2,3丁学专 1,2,3[ ... ]王世勇 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 上海技术物理研究所,上海200083
2 中国科学院大学,北京100049
3 中国科学院 红外探测与成像技术实验室,上海20008
低采样率下的高质量鬼成像(GI)对于科学研究和实际应用具有重要意义,为了在低采样率条件下重建高质量图像,提出了一种高质量的被动式压缩鬼成像重构算法(PCGI-LRC)。基于图像的非局域相似块堆叠而成的矩阵具有低秩和稀疏奇异值的假设,从理论和实验上证明了一种对最小二乘问题与非局域相似块低秩近似问题进行联合迭代求解的方法,能够在低采样率(6.25%~50%)条件下实现高质量鬼成像。实验结果表明:与基于稀疏基约束的GI(GI-SBC)和基于全变分约束的GI(GI-TVC)相比,PCGI-LRC在峰值信噪比、结构相似性系数和视觉观测等方面均更优,在抑制重构噪声的同时保持了目标的细节信息,其中PSNR提升效果优于1.1 dB,SSIM提升效果优于0.04。
鬼成像 图像重构 图像压缩 单像素成像 ghost imaging image reconstruction image suppression single pixel imaging 
光学 精密工程
2024, 32(1): 12
作者单位
摘要
上海大学通信与信息工程学院, 上海 200000
图像压缩感知是一种在欠采样条件下尽可能重构原始图像的技术。为解决大部分基于卷积神经网络(CNN)框架的图像压缩感知方法容易受到卷积感受野的限制、对全局信息的关注较少的问题, 提出了基于Swin Transformer的图像压缩感知重构网络。网络使用卷积层对图像进行采样, 然后使用自注意力机制和残差结构结合的残差Swin Transformer组(RSTG)结构来关注图像的细节。实验结果表明, 基于Swin Transformer的图像压缩感知重构网络可以充分利用图像的先验信息, 进一步提高图像压缩感知的重构精度, 并获得比其他压缩感知方法更好的重构性能和视觉效果。
压缩感知 图像重构 自注意力机制 残差 compressive sensing image reconstruction self-attention mechanism residual 
电光与控制
2023, 30(11):
作者单位
摘要
1 中科技术物理苏州研究院,江苏 苏州215000云遥动力科技(苏州)有限公司,江苏 苏州215000
2 中科技术物理苏州研究院,江苏 苏州215000中国科学院上海技术物理研究所,上海200083云遥动力科技(苏州)有限公司,江苏 苏州215000
风云四号A卫星(FY-4A)部分通道的图像分辨率较低,影响风云卫星多通道协同监测能力。针对该问题,提出一种改进的超分辨率生成对抗网络(Enhanced Super-Resolution Generative Adversarial Networks, ESRGAN)算法来实现FY-4A影像的超分辨率重建。该方法基于ESRGAN的生成器架构,利用迁移学习策略,将预训练权重作为模型的初始值,设计了一组包含5层空洞卷积层的残差密集模块(Residual-in-Residual Dense Block, RRDB),并优化了损失函数。结果表明,在4倍影像分辨率重建下,相比于ESRGAN算法,改进的ESRGAN算法在峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio, PSNR)、结构相似性(Structural Similarity,SSIM)、空间相关系数(Correlation Coefficient,CC)上分别提高了0704、0029、0002,均方根误差(Root-Mean-Square Error,RMSE)降低了10%,且重建影像更加清晰自然,纹理更加细致。
风云四号 深度学习 图像重建 超分辨率 Fengyun-4 deep learning image reconstruction super resolution 
红外
2023, 44(7): 0046
谢贤峰 1,2千佳 1李星 1党诗沛 1[ ... ]姚保利 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
光切片图像的质量与使用的重构算法直接相关,传统的均方根算法虽然简洁,但在原始图像信噪比和条纹对比度不高时重构效果不佳,得到的三维重建结果并不理想。针对该问题,提出一种去背景和去卷积相结合的光切片方法。与传统均方根算法相比,该方法能有效减少残留条纹,提高微小细节的可见性。实验搭建了一套基于数字微镜器件的结构照明显微系统,以小鼠肾脏细胞、牛肺动脉内皮细胞等为样品进行了光切片实验。实验结果表明,该方法能获得更好的光切片和三维成像效果。
结构光照明显微镜 光切片 三维显微成像 图像重构 标准差 Structured illumination microscopy Optical sectioning Three-dimensional optical microscopy Image reconstruction Standard deviation 
光子学报
2023, 52(11): 1110004
作者单位
摘要
西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应全国重点实验室,西安 710024
对高密度差多层球壳结构件进行双能CT检测,需要研究同时基于高低能射线两套投影数据的图像重建方法。先分别重建再进行图像融合的方法,不能充分利用两种能量射线投影的互补信息,重建图像质量不高。针对高密度差多层球壳结构特征,通过设计限定投影扫描方式获取区域分布明确的高、低能射线投影正弦图,基于正弦图区域分割重组和交集数据等值化一致性处理实现双能投影数据融合,在此基础上完成图像重建。根据以上设计归纳出基于投影融合的多层球壳双能CT重建算法,仿真结果表明算法可行,且重建结果明显好于基于图像融合的方法。
双能CT检测 图像重建算法 多层球壳 仿真研究 dual energy CT image reconstruction algorithm multilayer shells simulation research 
强激光与粒子束
2023, 35(10): 104006
方宇杰 1,2,3王霞 1,2,3,*苏秉华 2,3
作者单位
摘要
1 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
2 北京理工大学珠海学院,广东 珠海 519085
3 天临空地海”复杂环境智能探测重点实验室,广东 珠海 519085
非视域成像是指被测目标在相机探测视场外部,被测目标的光信号需要通过中介面反射后被相机采集,进而实施计算成像的一种技术。针对退化的非视域图像,去除中介面影响而获得清晰目标的过程属于一种光学逆问题。因此,中介面的光学散射特性在逆问题中的模型是一个关键。本文采用光子飞行时间测距(TOF)相机,提出一种非朗伯散射特性中介面的近似数值模型,并通过遗传算法求取,基于所求近似数值解,通过Lucy-Richardson(LR)反卷积实现非视域目标的三维重建。实验中,采用了打磨过的聚丙烯塑料(PP)板和亚克力(PMMA)板作为反射中介面,被测目标为表面形状复杂的石膏雕像、抛光塑料面板和多个目标的自然场景等常见实物,应用所提遗传-反卷积算法对非视域目标进行重构,通过重构前后的主观对比以及均方差的客观数据对比,得出重构后深度图像的均方误差是原始图像均方误差的1/7~1/2,表明了该算法的有效性。
光学数据处理 图像重构 散射后测量 相位测量 
光学学报
2023, 43(21): 2111002

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