谱域相位显微成像的相位解包裹

提出了一种应用于谱域相位显微成像的相位解包裹方法。利用傅里叶变换及合成波长相位计算方法分别得到具有较小噪声的包裹相位和具有较大噪声的解包裹相位,利用解包裹相位与包裹相位之差计算包裹相位的包裹次数,以此对具有较小噪声的包裹相位进行解包裹。该方法消除了现有方法引入的边界分段错误。建立了一种基于合成波长的谱域相位显微成像系统,使用压电位移台定量验证了该系统可以用于大梯度边界的相位解包裹,并进行了红细胞和倾斜镜面的相位成像。该系统在空气中的位移灵敏度为0.043 nm。     

大孔径空间外差干涉光谱成像技术多谱段成像仿真

在大孔径空间外差干涉光谱成像技术（LASHIS）的基础上提出了一种多谱段成像方案.其采用LASHIS的外差探测原理,一方面,可通过较少的采样点数实现很高的光谱分辨率,保留了LASHIS的高光谱分辨率、高稳定性和高探测灵敏度的特点;另一方面,利用光栅的多级衍射性质,实现同一系统的多谱段同时探测,拓宽了光谱探测范围.首先,阐述了LASHIS多谱段成像方案的基本原理;然后,分析了多谱段探测与谱段解混方式;最后,对该方案进行了计算机仿真模拟,通过ZEMAX光线追迹的干涉图结果与理论计算结果相符合,验证了方案的正确性.基于LASHIS的多谱段成像方案所具有的高光谱分辨率、高探测灵敏度以及可实现同一系统的多谱段同时探测特点,尤其适合温室气体等高稳定性、高探测灵敏度的多谱段高光谱探测应用.     

基于密集卷积和域自适应的高光谱图像分类

针对常规的高光谱图像分类算法不能很好地解决不同图像中的频谱偏移的问题,提出了一种基于密集卷积和域自适应的高光谱图像分类算法,首先在源域中使用密集卷积进行深度特征学习,然后应用域自适应技术转移到目标域。目前的域自适应高光谱图像分类框架中常用卷积神经网络进行特征学习,但是当深度增加时会出现因梯度消失而导致分类精度下降的情况,因此本文通过引入密集卷积进行深度特征学习,提高域自适应高光谱图像分类的精度。在Indiana高光谱数据集和Pavia高光谱数据集上验证所提算法的有效性,整体分类精度分别为61.06%和89.63%,与其他域自适应高光谱图像分类方法对比,所提方法具有更好的分类精度。     

基于分段色域颜色模型的高动态范围图像获取与合成

针对普通彩色相机采用多次曝光获取高动态范围图像的技术,提出了一种基于相机分段色域颜色模型的高动态范围图像获取及颜色合成的理论模型和实现方法.介绍了相机分段色域颜色模型的基本结构和建立方法.用NikonD70s彩色相机和修正的sRGB标准颜色转换模型对所提出的理论和方法进行了实验验证.结果表明,所提出的方法可以在普通彩色...     

Fourier频率域随机谱隐秘信息加载与增量补偿系统

提出一种基于光学原理的Fourier频率域随机谱隐秘信息加载与增量补偿系统,并给出一种隐秘信息的加载方式,可实现光学图像信息隐藏.宿主图像经过随机相位调制后进行Fourier变换得到频率域的随机谱,在此随机谱上加载隐秘信息,同时,系统对由隐秘信息的加入所产生的影响进行补偿.利用该系统所得到的载体图像未经正确的密钥-随机相位-调制时,隐秘信息将弥散在载体图像的Fourier频率域空间,具有较好的不可检测性.此外,即使攻击者知道隐秘信息的存在甚至知道隐藏方法,但在不知道密钥的情况下,依然无法破解隐秘信息的内容     

基于界面信号的扫频光学相干层析成像系统相位矫正方法

由于扫频光源的采集触发信号和采样时钟信号存在时间上的随机延时,导致扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统干涉信号光谱的整体错移,进而引发OCT空间域信号的相位跳变,阻碍了基于相位信息的功能成像.为了获得稳定的相位,便于开展功能OCT的研究,提出了一种基于界面信号的数字相位矫正方法.对界面附近相邻A-line间同一深度的相位信号进行差分运算,计算得到相位跳变的A-line位置与光谱错移量(以像素为单位),然后在原始干涉信号上对齐光谱,重新傅里叶逆变换,得到矫正后的复信号.该数字矫正算法不会引入额外的相位噪声,可以实现OCT信噪比受限的相位探测.通过对反射镜、荧光板和小鼠脑皮层血流的多普勒成像验证了该方法的可行性.     

结合划线拟合和深度学习的数字全息显微相位像差自动补偿方法

针对动态观察活体细胞形态的数字全息显微应用,提出了一种结合划线拟合和深度学习的自动相位像差补偿方法.首先在全息面提取中心十字线上的物光场相位值,通过二次多项式数值拟合构建相位掩模完成相位像差初步补偿.然后在成像面运用卷积神经网络生成二值化图像掩膜,提取物光场中无物体区域的相位值,再次通过高阶多项式进行数字拟合构建相位掩模完成相位像差精确补偿.最后得到无相位像差的再现相位像.该方法通过在全息面划线取值和数字拟合有效补偿物光中的主要相位像差,降低了成像面物光场的图像轮廓复杂性,利用有限的训练数据集获得能够准确建立图像分割的深度学习模型,从而实现了准确的无需人工干预的数字全息显微自动相位像差补偿.基于离轴数字全息显微成像系统对多种具有不同形态特征的活体细胞开展动态观察实验,并进一步应用该方法进行子宫内膜癌细胞抗药性筛选.结果表明该方法可以很好地用于动态显微观察,从而为生物学细胞动态研究提供实验依据.     

基于相位敏感谱域光学相干层析术的潜指纹获取方法

本文提出一种基于相位敏感谱域光学相干层析术 (spectral domain optical coherence tomography, SD-OCT) 的遗留指纹获取方法, 该方法具有非接触、无损、快速和高灵敏度优势. 实验结果显示, 即使在低对比度条件下, 本方法也能较好地再现遗留指纹, 证明相位敏感谱域光学相干层析术可以准确、可靠地识别潜指纹. 关键词： 潜指纹 谱域光学相干层析术 相位敏感     

基于最优化线性波数光谱仪的谱域光学相干层析成像系统

相比传统光谱仪,基于线性波数光谱仪的谱域光学相干层析(OCT)无需对非线性波数干涉光谱数据进行重采样和插值,可大大减少数据计算量并提高成像灵敏度.通过模拟计算干涉光谱信号和点扩散函数,以点扩散函数半峰全宽值的倒数作为评价准则,可以优化包括色散棱镜材料的折射率、顶角角度以及衍射光栅和色散棱镜之间旋转角角度的线性波数光谱仪的结构参数.根据优化结果,实验中选用F2玻璃等边色散棱镜,以光栅-棱镜间旋转角角度为21.8°搭建了最优化线性波数光谱仪,并引入谱域OCT成像系统.实验测得成像系统的轴向分辨率达到8.52μm,灵敏度达到91 dB,6 dB成像深度达到1.2 mm.结合具有通用并行计算能力的图形处理卡,在无需重采样和插值的情况下可实时处理和显示人手指指甲皮肤接缝处的横断面OCT图像,验证了基于最优化线性波数光谱仪的谱域OCT系统的成像性能.     

张量环因子非凸秩约束的高光谱图像超解析

针对高光谱图像超解析问题,提出了一种联合子空间表示、非局部相似性和张量环因子非凸秩约束的超谱-多谱融合模型.首先,基于高光谱图像的全局谱低秩特性,利用原始低空间分辨率高光谱谱域信息将其降维至子空间表示;随后,针对视觉对像在非局部维度上的强相关性,利用多光谱图像的空间冗余信息将降维后子空间图分成多个相似patch组,并对...     

In vivo human retinal imaging by ultrahigh-speed spectral domain optical coherence tomography

An ultrahigh-speed spectral domain optical coherence tomography (SD-OCT) system is presented that achieves acquisition rates of 29,300 depth profiles/s. The sensitivity of SD-OCT and time domain OCT (TD-OCT) are experimentally compared, demonstrating a 21.7-dB improvement of SD-OCT over TD-OCT. In vivo images of the human retina are presented, demonstrating the ability to acquire high-quality structural images with an axial resolution of 6 microm at ultrahigh speed and with an ocular exposure level of less than 600 microW.     

谱域光学相干层析系统中基于解卷积方法的像质优化

谱域光学相干层析（spectral domain optical coherence tomography, 简记为SD-OCT）系统的轴向点扩散函数（point spread function, 简记为PSF）并不具备空不变特性,无法直接应用于解卷积运算.为实现SD-OCT系统成像质量基于解卷积算法的优化,本文采用数值校正后的轴向扫描信号和轴向有效PSF来实施基于Lucy-Richardson算法的解卷积运算,进而实现了SD-OCT系统中图像质量尤其是轴向分辨率的改善.本文理论分析了SD-OCT系统中导致轴向有效PSF随成像深度增大而下降和图像模糊的因素,阐述了利用解卷积算法实现图像质量优化的过程,基于建立的SD-OCT系统实施了不同成像深度位置处PSF的标定,并利用离散轴向位置处PSF的峰值拟合了轴向有效PSF的调制函数.利用调制函数对所有轴向扫描信号进行数值校正,然后根据轴向有效PSF进行解卷积算法.典型样品的解卷积图像重建结果表明,提出的解卷积方法能有效提高系统的轴向分辨率,同时有效抑制系统灵敏度随成像深度增大而下降的趋势. 关键词： 谱域光学相干层析 Lucy-Richardson解卷积 有效点扩散函数     

谱域光学相干层析系统中基于解卷积方法的像质优化

谱域光学相干层析（spectral domain optical coherence tomography, 简记为SD-OCT）系统的轴向点扩散函数（point spread function, 简记为PSF）并不具备空不变特性,无法直接应用于解卷积运算.为实现SD-OCT系统成像质量基于解卷积算法的优化,本文采用数值校正后的轴向扫描信号和轴向有效PSF来实施基于Lucy-Richardson算法的解卷积运算,进而实现了SD-OCT系统中图像质量尤其是轴向分辨率的改善.本文理论分析了SD-OCT系统中导致轴向有效PSF随成像深度增大而下降和图像模糊的因素,阐述了利用解卷积算法实现图像质量优化的过程,基于建立的SD-OCT系统实施了不同成像深度位置处PSF的标定,并利用离散轴向位置处PSF的峰值拟合了轴向有效PSF的调制函数.利用调制函数对所有轴向扫描信号进行数值校正,然后根据轴向有效PSF进行解卷积算法.典型样品的解卷积图像重建结果表明,提出的解卷积方法能有效提高系统的轴向分辨率,同时有效抑制系统灵敏度随成像深度增大而下降的趋势.     

基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像

提出了一种基于谱域相位分辨光学相干层析的纳米级表面形貌成像方法,由干涉光谱计算样品相邻两点的相位差,得到样品表面相位差分图,经过积分,重建样品表面形貌的定量分布.当相邻两点相位差的绝对值小于π,不产生相位包裹,避免了目前的干涉法相位解包裹存在的问题,将干涉法相邻两点相位差绝对值的限制条件由目前的π扩大到2π,提高了干涉法表面形貌成像的适用范围.参考面和样品置于同一平台之上,消除环境干扰及系统振动的影响,噪声幅度小于0.3 nm.通过对光学分辨率片及表面粗糙度标准样板的表面形貌成像,对本方法进行了验证,系统的轴向分辨率优于1 nm.     

Spectral modulation masking patterns reveal tuning to spectral envelope frequency

Auditory processing appears to include a series of domain-specific filtering operations that include tuning in the audio-frequency domain, followed by tuning in the temporal modulation domain, and perhaps tuning in the spectral modulation domain. To explore the possibility of tuning in the spectral modulation domain, a masking experiment was designed to measure masking patterns in the spectral modulation domain. Spectral modulation transfer functions (SMTFs) were measured for modulation frequencies from 0.25 to 14 cycles/octave superimposed on noise carriers either one octave (800-1600 Hz, 6400-12,800 Hz) or six octaves wide (200-12,800 Hz). The resulting SMTFs showed maximum sensitivity to modulation between 1 and 3 cycles/octave with reduced sensitivity above and below this region. Masked spectral modulation detection thresholds were measured for masker modulation frequencies of 1, 3, and 5 cycles/octave with a fixed modulation depth of 15 dB. The masking patterns obtained for each masker frequency and carrier band revealed tuning (maximum masking) near the masker frequency, which is consistent with the theory that spectral envelope perception is governed by a series of spectral modulation channels tuned to different spectral modulation frequencies.     

In vitro birefringence imaging with spectral domain polarization-sensitive optical coherence tomography

Spectral domain polarization-sensitive optical coherence tomography （SDPS-OCT） is a depth-resolved polarization-sensitive interferometry which integrates polarization optics into spectral domain optical co- herence tomography （SD-OCT）. This configuration can obtain birefringence information of samples and improve the imaging speed. In this paper, horizontally polarized light is used to replace natural light of the source. Then, right-rotated circularly polarized light is the incident sample light. To obtain two orthogonal components of the polarized interferogram, the reflected light of the reference arm is set to be 45° linearly polarized light. These two components are acquired by two spectrometers synchronously. The system was employed to achieve 12.8μm axial resolution and 4.36μm transverse resolution. We have imaged in vitro chicken tendon and muscle tissues with these svstem.     

Spectral calibration in spectral domain optical coherence tomography

A novel spectral calibration method is developed for spectral domain optical coherence tomography system. The method is based on two measurements of interference spectra from two reference mirror positions. It removes the influence of dispersion mismatch, and hence accurately determines the spectral distribution on the line-scan charge-coupled device (CCD) for sequent precise interpolation. High quality imaging can be realized with this method. Elimination of the degradation effect caused by dispersion mismatch is verified experimentally, and improved two-dimensional (2D) imaging of fresh orange pulp based on the proposed spectral calibration method is demonstrated.     

High-speed complex conjugate resolved retinal spectral domain optical coherence tomography using sinusoidal phase modulation

We demonstrate high-speed complex conjugate artifact (CCA) resolved imaging of human retina in vivo using spectral domain optical coherence tomography. This technique utilizes sinusoidal reference mirror modulation to implement high-speed integrating buckets acquisition and a quadrature projection reconstruction algorithm in postprocessing. This method is illustrated experimentally using sets of four integrating bucket phase scans, acquired at 52 kHz, for DC suppression of 73 dB and complex conjugate suppression of 35 dB. Densely sampled (3000 A-scans/image, acquired at 4.3 images/s) full-depth in vivo images of optic nerve head show CCA suppression for most image reflections to the noise floor.     

Approximate wavenumber domain algorithm for interferometric synthetic aperture microscopy

Interferometric synthetic aperture microscopy (ISAM), which can increase transverse resolution with fixed depth of field in the spectral domain optical coherence tomography (SDOCT) is analyzed. Due to the high computational complexity needed for ISAM, the approximate wavenumber domain algorithm or ωKA is applied, which can save much rebuilding time without the Stolt interpolation. The multiple scatterers simulation and improved two-dimensional (2D) imaging of fresh pig liver based on the proposed ωKA approach are demonstrated. The current simulation and experimental results prove the effectiveness of the approximate ωKA.