基于散斑照明和全息的穿透散射介质成像EI北大核心CSCD

目前,穿透散射介质的成像技术因其在生物医学成像和安防领域的巨大应用价值而受到广泛关注。虽然存在不同穿透散射介质的成像技术,但实现实时成像依然存在问题。提出了一种结合散斑照明、傅里叶全息成像和浴帘效应的快速穿透散射介质成像方法。该方法对单幅原始散斑图像进行一次傅里叶变换运算就可以恢复隐藏物体的信息,简单的图像处理过程使得系统具备实时成像的能力。从理论和实验上,对该方法的非侵入、实时成像能力进行了验证,成功地对隐藏在散射体之间的物体进行了探测,并实现了实时成像。另外,也给出了物体尺寸的计算公式。该方法有利于推动对抗散射成像技术的实用化。     

基于光学记忆效应的多光谱散射成像方法

光在透过散射介质后发生散射现象,在成像系统焦平面形成无序的随机散斑图像,因此人们无法直接观测到隐藏在散射介质后的目标的图像信息与光谱信息。利用基于光学记忆效应的散斑相关成像技术,可以实现透过散射介质的目标重建,但当前研究主要针对单波段照明条件下的图像信息恢复,而目标的光谱信息在成像过程中易丢失。提出采用快照式微滤光片阵列多光谱探测器进行多光谱散射成像的方案,通过实验得到宽谱氙灯光源照明条件下的穿透散射介质成像结果。提出了基于光学记忆效应的穿透散射介质目标多光谱信息重构方法,实现了对隐藏在散射介质之后的目标多光谱信息的探测成像。针对多光谱探测器所造成的成像质量差的问题,提出了利用自相关预处理方法提升穿透散射介质多光谱成像质量的方法。     

透过散射介质对直线运动目标的全光成像及追踪技术

光散射是限制光传输以及降低和破坏光学成像性能的主要因素,透过复杂散射介质对运动目标的全光成像是光学领域极具挑战性的技术之一.本文提出一种利用散斑差值自相关透过散射介质对运动目标进行实时追踪的方法.采用赝热光照明,基于光学记忆效应理论,通过对运动目标采集的两帧散斑做差值,然后做自相关运算,计算目标移动的距离,实现对目标的实时追踪,并且利用相位恢复算法进行简单处理就可以重建隐藏目标.对该方法进行了实验验证,成功地对隐藏的运动目标实现了成像与追踪.这种透过散射介质对运动目标的全光成像及实时追踪技术,在生物医学等领域具有重要应用潜力.     

基于全相位谱分析的剪切光束成像目标重构

剪切光束成像技术是一种非传统散斑成像技术,能透过扰动介质对远距离目标进行高分辨率成像.本文提出了一种基于全相位谱分析的图像重构算法,利用全相位谱分析对回波信号数据进行预处理,可有效抑制频谱泄露,校正散斑频谱,消除多种因素引起的频率漂移误差,得到准确的散斑强度和相位差,提高实际成像环境的系统成像能力.仿真结果表明:该图像重构算法有效抑制了频率漂移对成像质量的影响,当信号存在频率误差时,其成像效果大大优于基于传统傅里叶变换谱分析的重构算法.     

基于投影仪的“街角成像”和穿透散射介质成像

散射介质对传统成像的影响非常大,散射严重时甚至使传统成像方式完全失效。如何在存在散射介质的情况下得到高分辨率的图像是人们一直关注的技术。将投影仪应用于关联成像(GI),可以在实验室内实现"街角成像",即利用墙面的漫反射对墙角另一侧无法直接成像的物体进行成像,并在此基础上实现了对隐藏在散射介质后的物体进行成像。该成像方案省去了传统关联成像系统中的参考臂的测量,使用一个无空间分辨能力的桶探测器即可实现。对比实验结果与传统方式得到的结果并分析实验的分辨率以及影响因素,证明了使用投影仪等普通光源在存在散射介质的情况下成像的可行性。     

非侵入式散射介质内多光谱重建

近年来许多方法被提出以实现透过散射介质的聚焦和成像,然而,在非入侵且无波前整形技术的情况下,透过散射介质的目标光谱重建仍极具挑战.提出了一种非侵入式散射介质内多光谱重建的新方法.该方法通过非侵入式的探测手段,利用随机散斑照明隐藏目标,成像光谱仪记录目标的光谱信息和空间信息,并结合非负矩阵分解算法对目标混叠谱进行解析,从...     

反射式赝热光源散斑场的三维特性研究

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。     

基于离轴数字全息改善散斑自相关重建效果

针对在成像物体没有超出散射介质记忆效应范围的情况下,提出一种结合数字离轴全息术减少散射介质成像中散斑自相关噪声的方法。当成像目标经过散射介质时,使用自相关技术结合相位恢复算法能够从散斑中重建成像目标。但在实际成像的过程中,为了有效抑制环境噪声和热噪声等对重建效果的影响,设计利用离轴全息中的相移法消除噪声项中静态噪声项的干扰,再利用散斑自相关与相位恢复算法重建去噪后效果更好的成像目标。采用结构相似度对重建效果进行定量评估,仿真结果表明对于给出的成像目标,去噪前后的结构相似度从0.8796提高到0.9875,验证了该方法的有效性。说明所提出的方法能够改善散斑自相关法重建效果。     

相干光经过不透明散射介质的聚焦

由于散射介质的散射特性,入射光通过散射介质后相干性受到破坏形成散斑场,使得传统光学成像系统无法聚焦探测内部物体的信息。根据波前整形原理,通过反馈优化算法调控入射光束的相位,在目标位置处将散斑调制为聚焦光斑,光强增强。基于此方法,在实验上搭建实验平台,对空间光调制器(SLM)的每个像素加载系列等间隔相位,一次采集多幅散斑图像,应用局部最大优化算法实现对光束任意点聚焦,并提出了一种得到不同大小区域的均匀的聚焦光斑的新方法,为实现聚焦平面内的目标成像提供了新思路。     

X光超瑞利散斑场傅里叶变换关联成像模拟研究

X光傅里叶变换关联成像有望实现台式纳米显微系统,但在实际应用中受限于较低的光通量和成像信噪比,重构图像质量不佳.为解决这一问题,针对X光调制屏的二元特性,研究了基于X光超瑞利散斑场的傅里叶变换关联成像技术,并理论推导了二元调制屏调制散斑场,提出将散斑场对比度以及局部对比度之差作为目标函数,用带精英策略的非支配排序遗传算法优化设计二元调制屏.数值仿真结果表明,该方法可以得到高对比度的X光超瑞利散斑场,利用X光超瑞利散斑场可实现傅里叶变换关联成像,提高图像可见度,在低信噪比条件下提高图像质量.     

一种双层散射介质中间目标单像素成像系统研究

在对散射介质散射特性进行分析的基础上,提出了一种对散射介质中物体进行单像素成像的方法,基于数字微镜阵列和单点探测器,设计并搭建了相应的单像素成像系统。通过对数字微镜阵列加载一系列具有不同相位的条纹图案,采集对应的光强信息,结合图像恢复算法,实现了对位于散射介质中的物体成像。为了去除噪声,分析了噪声的来源,设计了滤波器对所拍摄的物体图像进行滤波处理,图像质量得到了显著提高。与传统散射介质成像系统相比,该系统结构简单,无需复杂的标定过程,在多个领域具有应用前景。     

基于CT的数字体散斑法测量物体内部三维变形场

提出了用于测量物体内部三维变形场的数字体散斑(DVSP)法。利用计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、激光扫描共焦显微镜(LSCM)或光学相干断层成像术(OCT)获取具有散斑特征的物体变形前后的三维立体图像,将其分别分割成若干具有相同尺寸的子块体,对相对应的子块体进行第一步三维快速傅里叶变换,在频谱域进行数值干涉得到合成谱,对合成谱进行第二步三维快速傅里叶变换,得到含位移信息的扩展脉冲函数,通过求取峰值位置得到子块体的位移矢量,对所有变形前后相对应的子块体逐一进行上述两步三维快速傅里叶变换,就可以求出所有子块体的位移矢量,从而获得物体内部三维变形场。利用模拟生成的三维散斑体图像,通过数字实验,分析了散斑尺寸、数目、子块体尺寸、图像对比度和亮度对DVSP法精度与准确性的影响。利用DVSP法测量了红砂岩单轴压缩内部的三维应变场,由位移场及应变场分布可直观地揭示试件内部变形特征。     

基于CT的数字体散斑法测量物体内部三维变形场EI北大核心CSCD

提出了用于测量物体内部三维变形场的数字体散斑(DVSP)法。利用计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、激光扫描共焦显微镜(LSCM)或光学相干断层成像术(OCT)获取具有散斑特征的物体变形前后的三维立体图像,将其分别分割成若干具有相同尺寸的子块体,对相对应的子块体进行第一步三维快速傅里叶变换,在频谱域进行数值干涉得到合成谱,对合成谱进行第二步三维快速傅里叶变换,得到含位移信息的扩展脉冲函数,通过求取峰值位置得到子块体的位移矢量,对所有变形前后相对应的子块体逐一进行上述两步三维快速傅里叶变换,就可以求出所有子块体的位移矢量,从而获得物体内部三维变形场。利用模拟生成的三维散斑体图像,通过数字实验,分析了散斑尺寸、数目、子块体尺寸、图像对比度和亮度对DVSP法精度与准确性的影响。利用DVSP法测量了红砂岩单轴压缩内部的三维应变场,由位移场及应变场分布可直观地揭示试件内部变形特征。     

基于动态散斑的光学相干层析成像技术

在光学相干层析成像(OCT)技术中引入激光散斑的处理方法。首先在同一位置多次采集得到光谱信号,再对每个时刻所得光谱信号沿波矢方向进行傅里叶变换,解析得到同一位置每个时刻的OCT结构信息。然后对OCT结构信号沿时序方向进行傅里叶变换,得到散斑的频谱分布,最后在频谱区域中将动态散斑与静态散斑的比值定义为成像参数,以该比值构建的图像可以将样品图像中的流动区域凸显出来。仿体实验充分验证了该方法的可行性,将该方法用于鼠耳的血管区域提取并得到了鼠耳的三维血管图。     

基于混合散斑图的压缩计算鬼成像方法研究

提出一种基于混合散斑图的压缩计算鬼成像方法。通过对不同分辨率尺度组成的复杂物体进行自动识别,检测出物体中较大和较小分辨率区域,根据识别区域生成由不同大小尺寸散斑组成的混合散斑图进行探测,结合压缩感知对恢复图像进行处理。通过理论分析和数值仿真发现,与传统计算鬼成像方法相比,该方法克服了散斑大小选取不适当对恢复图像质量的影响,显著提高了恢复图像的衬噪比和可见度,有效降低了均方误差。该方法在提高成像质量的同时减少采样时间,有利于进一步推动计算鬼成像技术的实用化。     

基于电控液晶散射片的数字全息散斑去噪研究

数字全息中的散斑噪声对图像质量有很大的影响,而形成散斑噪声的原因之一是参考光和物光的相干度太高,对记录的全息图引入了不必要的噪声。文章研究了利用电控液晶散射片对相干光进行退相干的操作来实现散斑去噪;通过调整电压改变物光路中电控液晶散射片的散射效果,记录得到液晶散射片在多种散射效果下照射的全息图,多种散射效果下重建物体图像的等效外观指数各有不同,将各个重建图像对比得到最优结果;在最优散射效果下将全息图叠加进行重建,重建图像中的散斑噪声得到很好的抑制且比单副效果更好。通过理论分析和实验验证证实了所提出的方法对提高数字全息系统的成像质量有很大的应用价值。     

被散射介质遮挡目标的相干衍射成像实验

激光照明条件下,可以利用相干衍射成像方法重建被照明物体的清晰图像。按照传统方法,若物体被散射介质遮挡,则需要提前标定或者引入全息实验中使用的参考光才能重建清晰的图像。我们提出了一种线性模型,即使存在散射层的干扰,仍旧能够通过实验获得的功率谱重建被遮挡物体,而无需预先标定。实验结果表明,该方法利用傅立叶变换的精确功率谱图像可以快速收敛至唯一正确的重构解,重建隐藏物体的清晰图像。     

基于傅里叶变换的激光数字散斑测量平板玻璃的楔角

采用基于傅里叶变换的激光数字散斑测量了平板玻璃的微小楔角.通过在光路中借助毛玻璃的散射特性,采用高分辨率CCD直接记录激光散斑图像,对散斑图像进行快速傅里叶变换获得散斑结构的高信噪比的杨氏双缝干涉条纹,分析干涉条纹获得光强分布曲线,采用移动平均法消除光强曲线噪声后计算出干涉条纹间距,从而计算出平板玻璃的微小楔角.     

基于多角度无透镜傅里叶变换数字全息的散斑噪声抑制成像研究

在数字全息成像中,散斑噪声严重影响了再现像的信噪比和成像分辨率,因此为了提高数字全息成像质量,迫切需要抑制再现像的散斑噪声.分析并给出了矩形散射光斑的强度协方差,定量计算了特定实验条件下产生退相关散斑图样的最小角度差.结合透镜的性质设计并搭建了多角度无透镜傅里叶变换数字全息成像系统,利用光纤端面在透镜焦平面的二维机械移动代替传统反射镜的旋转,使照明光束在不改变照明位置和大小的同时,可任意改变光束方向.移动光纤端面使多角度照明满足最小角度差,获取了81幅数字全息图.利用单次快速傅里叶逆变换实现数值再现,对多幅再现像的强度像求平均,实验结果表明散斑对比度降低为单幅再现像的14.6%,使图像信噪比提高了6.9倍.该抑制散斑的多角度数字全息成像方法有效的抑制了散斑噪声,且成像光路结构简单,可操作性强.     

测量物体位移的数字白光散斑照相术

给出了一测量物体刚体位移的数字白光散斑照相术。数字傅里叶变换从双曝光字白光散斑图用来产生杨氏条纹。该杨氏条纹能够用数字傅里叶变换结合条纹重构进行自动分析。此外，给出一种条纹质量增强的方法。