无偏振片液晶透镜深度估计

设计了一种无偏振片液晶透镜的离焦深度测量（DFD）方法。分别建立液晶透镜成像下的o光和e光的高斯模糊退化模型,将其加权求和得到自然光在液晶透镜成像下的模糊退化模型,求取自然光和e光下深度估计对噪声的偏导,并进行数值仿真,结果表明,自然光模型比e光模型抗干扰能力更强,小模糊光斑比大模糊光斑抗干扰能力更强。在无偏模糊均衡滤波器（UDE）算法的基础上,利用导向滤波对偏差进行滤波,并对置信度模型进行修正,引入实例分割对估计结果进行优化。搭建了放大率恒定的液晶透镜光学成像系统,实现了自然光条件下利用液晶透镜的深度测量。实验结果表明,本文方案和e光条件下UDE方法相比,均方根误差降低了56%。     

用90°扭曲向列相液晶盒代替偏振片的液晶透镜成像方法

提出了一种用90°扭曲向列相液晶盒代替偏振片的液晶透镜成像方法。液晶透镜对焦后,在90°扭曲向列相液晶盒工作于0°旋光状态和90°旋光状态时分别获取两幅图像。通过将这两幅图像相加并减去液晶透镜未工作时获得的离焦图像,减少了未调制光引入的非理想低频分量,增强了图像对比度,降低了原来无偏振片成像处理产生的噪声。实验验证了该方法的有效性,不需要任何偏振器就可以获得清晰对焦的图像。     

基于深度学习的非视域成像

针对非相干光照明下的非视域成像问题,提出一种基于深度学习的解决方法。结合计算机视觉领域中经典的语义分割及残差模型,构造一种URNet网络结构,并改进了经典瓶颈层结构。实验结果表明,改进的网络可以恢复更多的图像细节,并具有一定泛化性,相比于基于非相干光照明的散斑自相关成像技术,该网络恢复性能有较大提升。     

简单光学成像技术及其研究进展

计算成像为光学成像系统提供了更强大的信息获取能力,通过在成像链路中引入编解码过程,在增大信息量的同时降低系统的复杂度,为实现更简单和更智能的成像系统奠定了基础.本文总结了以计算成像为基础的简单光学成像技术的发展.简单光学以小型化和集成化的成像元件与系统为目标,将光学系统设计与图像处理算法进行联合优化,在小尺寸、低质量和低功耗的系统中实现与复杂光学系统相媲美的成像效果.随着微纳加工技术的发展,简单光学元件从单透镜或少片透镜逐渐发展到衍射光学元件、二元光学元件和超构表面等平板光学元件.复原算法中总结了正向求解算法、基于模型的优化迭代算法和深度学习人工智能算法.本文介绍了深度成像、高分辨与超分辨成像、大视场和大景深成像等技术,以及简单光学在消费电子、自动驾驶、机器视觉、安防监控和元宇宙等领域发挥的作用,并对未来的发展进行展望.     

一种新型的基于非成像光学的LED均匀照明系统

为解决发光二极管(LED)作为朗伯光源难以直接应用的问题,运用非成像光学设计方法,实现了一种新型的基于LED的均匀照明系统,它能够在一个特定位置的屏幕上形成一个具有特定尺寸的均匀圆形光斑。使用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件对该光学系统进行模拟仿真,结果显示屏幕上光斑的均匀度优于85%,系统效率高于82%。     

光学读出非制冷红外成像技术的光学灵敏度分析

不同于传统的非制冷红外成像技术,提出了基于微电子机械系统(MEMS)的新概念光学读出非制冷红外成像技术。它的光学读出系统基于空间刀口滤波原理,具有高灵敏度、高分辨率和高抗震性等优点,但同时也受到了反光板的弯曲变形、粗糙度等复杂因素的影响。在大量实验数据的基础上,利用夫琅禾费近场衍射理论,建立了复杂因素下光学灵敏度的理论分析模型,详细分析了刀口滤波位置、反光板的长度、曲率半径、粗糙度、LED光源的强度以及扩展宽度等对光学灵敏度的影响,并提出了通过极限操作使系统的光学灵敏度最大化的光学优化方法。     

三种不同结构的无透镜鬼成像实验研究(英文)

为实现远距情况下的实际应用,对赝热源鬼成像进行了从透射到反射的实验研究.首先利用CCD的两个独立区域分别探测参考光和信号光,得到双缝的透射型鬼成像,继而利用一个CCD和一个独立的桶探测器分别探测参考臂和物臂的光强信息,通过对没有空间分布的物臂光强和没有经过物体而有空间分布的参考臂光强信号进行关联计算实现透射和反射鬼成像.为设计和研制能进行现场应用的样机系统,以透射结构为例,对成像结果与系统各参数之间的关系进行了详细的对比实验研究,结果表明通过增加采样率、增大光强、适当调节快门时间和光阑大小可以提高成像的分辨率和可见度.     

一种用于光学成像系统的新型液晶相位调制器

研制出新型平行排列的二维阵列液晶相位调制器(LCPM),利用此相位调制器在Zygo干涉仪上进行了泽尼克(Zernike)多项式的产生和畸变波前调制的实验。能够很好地产生泽尼克多项式的前2~8项面形,用16项泽尼克模式对畸变波前进行了调制,峰谷(PV)值可由调制前的0.831λ减小到调制后的0.444λ,均方根(RMS)由调制前的0.181λ减小到调制后0.066λ,斯特列尔比(Strehl ratio,SR)由调制前的0.257达到调制后的0.844。实验结果表明,在光学成像系统中,利用平行排列的液晶相位调制器,进行波前像差的调制可以使成像质量得到很好的改善。     

基于特异材料的非完美透镜成像

There is widespread and strong interest in trying to fabricate a metamaterial in which both the permittivity and permeability are equal to -1 in order to achieve sub-wavelength imaging. Several metamaterial constructs have been proposed with varying degrees of success because of inherent losses, limited bandwidth and scattering from the abstracted circuit elements constituting the artificial material itself. A further limitation is the need to capture evanescent components from the object to be imaged that ...     

无透镜显微成像的重构算法研究

针对单幅图像进行了无透镜显微成像的重构算法研究，介绍了无透镜显微成像系统实验装置和ASM(angle spectrum method)、改编后的L-R(Lucy-Richardson)两种重构算法。对比两种算法重构后的USAF分辨率板图像的分辨率，利用瑞利判据得出ASM获得的振幅图分辨率最高(即3.10 μm)，且计算用时最少(即0.9 s)，证明了ASM为最佳的单幅无透镜显微重构算法。其次，利用无透镜显微成像系统结合ASM重构的方法，进行细胞成像实验。该无透镜成像视场为5×显微镜的4.4倍，且分辨率介于5×及10×光学显微镜之间，统计学优势明显，在生物医学领域具有广阔的应用前景。     

一种基于编码孔径成像原理的三维成像方法

三维成像技术因其应用广泛而备受关注。根据编码孔径成像的基本原理,提出了一种非相干可见光三维成像方法。这种两步成像方法的第一步采用空间位置编码的照相机阵列对物体拍照,在第二步中,首先将照相机阵列拍照得到的物体照片根据拍照时的位置关系合成为一幅图像,然后采用计算机程序模拟光学反投影解码方法解码再现出物体不同深度的表面分层图像。设计了初步的实验,该实验采用1部照相机依次在各编码位置对物体模型拍照,编码形式是包含9个点的无冗余阵列形式,物体模型只包含2个深度层次,布置在距离照相机阵列1.5m的地方。实验得到了信噪比较高的物体模型的分层解码图像,验证了这种三维成像方法的可行性。     

水平场景无畸变折反射全景成像系统透镜畸变的消除

采用短焦距透镜设计水平场景无畸变折反射全景成像系统,会使系统更加小型化,然而短焦距透镜的畸变会对系统成像产生影响。为此建立了具有径向畸变的相机模型;根据这一相机模型,研究了采用短焦距摄像头的水平场景无畸变折反射全景成像系统中,透镜畸变对系统成像的影响,结果表明短焦距透镜的畸变会对系统成像产生严重影响;为了消除透镜畸变的影响,对反射镜的设计进行了改进,在反射镜面形微分方程中包含了透镜畸变消除的参量;按新的方法,设计了一套由短焦距摄像头组成的水平场景无畸变折反射全景成像系统。     

无衍射光束提高成像系统分辨率

设计了一种在非相干光源下利用轴棱锥产生的无衍射光束成像系统.基于衍射积分理论与点扩散函数推导出成像系统分辨率的表达式,利用光学软件对无衍射光束成像系统的初始结构模型进行仿真,并以蓝光LED作为光源,将条纹状物体、透镜组以及轴棱锥等光学元件组合为成像系统进行实验.结果表明:实验结果与理论分析相符,即非相干光源无衍射Bessel光束成像系统利用无衍射光束的特性能够提高成像分辨率.     

水平场景无畸变的折反射全景成像系统

基于透视成像模型，建立了一套较完整的水平场景无畸变的折反射全景成像系统设计方法，分析了该系统的近似透视成像性质；设计制作了特殊面形反射镜，建立了水平场景无畸变的折反射全景成像系统，给出了实验图像，并与双曲面折反射全景成像系统的实景图像和透视全景图像进行了比较。     

一种煤粉燃烧火焰辐射成像新模型

本文在辐射成像基本模型的基础上给出了一种新的成像模型,该模型将燃烧对象的温度分布直接同检测到的火焰温度图像相关联。新模型中从火焰图像转化而来的温度图像不因CCD摄像机镜头尺寸、光圈大小、快门速度等成像参数的改变而发生变化。同时,通过对一个具体的二维对象的计算分析,可以看出新模型中的系数矩阵同样基本不随成像参数的变化而变化,显示了新辐射成像模型在反映对象温度分布方面的客观性。     

一种自聚焦透镜的成像解

自聚焦锥透镜与圆柱透镜相比较，有其特殊之处。柱透镜在近轴平行光入射时，光线的振幅、相位、周期保持不变，而锥透镜的三者均发生变化，而且求解锥透镜的光线方程也比圆柱透镜复杂得多。本文推导了一个锥透镜的光线方程。可据此设计经过锥透镜后的光源大小，这在微系统照明中非常有用。     

基于压缩感知的菲涅尔孔径编码无透镜成像（特邀）

为了降低菲涅尔孔径编码成像的传输带宽,改善小尺寸像感器拼接成像质量,提出菲涅尔孔径编码成像的压缩感知重建算法。基于压缩感知理论框架对部分采样的编码图像重建可行性进行分析,指出压缩感知重建误差随波带片常数缩小而降低。根据重建图像中孪生像和原始像在梯度域稀疏性的差异,引入全变差正则化实现抑制孪生像的效果。建立压缩感知理论框架下图像重建目标函数,利用交替方向乘子法进行求解。结合编码图像的能量分布和采样模式的可实现性,测试了矩形采样和辐射线采样两种模式,对不同采样数据量下重建图像质量进行分析。结果表明,辐射线采样模式相比矩形采样模式具有更高的图像采样效率,且仅通过7.3%的实验测量数据就可以获得质量良好的图像,为多块小尺寸像感器拼接成像提供了理论基础,有利于拓展编码掩膜无透镜成像的应用领域。     

一种用于非制冷红外热成像系统的图像增强方法

在基于微悬臂梁的光学读出红外成像系统中,获得的红外图像有明显噪声,甚至有连续噪点组成孔洞,让目标难以辨识出来,因此提出基于特征模板卷积的红外图像增强方法。利用Hough变换根据微悬臂梁结构的特点,获得特征卷积模板的尺寸信息,根据成像系统特点建立卷积模板。让模板在图像内逐点卷积,建立评价参数阈值消除图像内噪声。进行均值滤波来填补噪声点及FPA单元的间隔,获得增强后的红外图像。实验结果表明,方法不仅能够有效增强光学读出红外成像系统的成像质量,对于普通存在噪声的图像也有良好的噪声消除效果。     

一种具有噪声抑制功能的红外图像锐化算法

锐化是图像增强中一项关键性的技术,但如果图像中包含噪声,噪声也会因为锐化而放大,最终导致信噪比的降低.探索了一种算法既可以对图像进行锐化滤波,又不降低图像的信噪比.采用模式识别的相关理论,基于隶属度和概率松弛技术对红外图像中由真实边缘和由各种噪声引起的亮度数值变化进行区分,对不同区域采用不同的锐化处理.该算法不同于传统图像锐化算法只基于局部对比度的缺点,在图像锐化过程中考虑图像边缘和噪声的空间分布的差异,改善了传统边缘增强算法对噪声放大的缺点.实验数据表明,该锐化方法未引起信噪比的降低,具有良好的前景和实用价值.