四光束剪切相干成像目标重构算法研究陆长明陈明徕罗秀娟-物理学报
宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究
航天返回与遥感第44卷第6期38 SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING2023年12月宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究田芷铭赵明王森李剑（大连海事大学，大连116026）摘要傅里叶叠层是一新型的宽视场高分辨成像技术，但是其在宏观成像领域的应用中，成像模型在米级成像距离下通常仅有2 cm左右的成像视场，难以满足使用要求。
为了提高宏观傅里叶叠层技术的成像距离和视场，文章开展了远距离宏观反射式傅里叶叠层成像模型的理论研究，提出了一种新的宏观傅里叶叠层成像模型，该模型使用发散光束照明，通过球面波移位对目标傅里叶谱进行扫描重建高分辨率目标图像；此外，还分析了宏观相干成像机理和傅里叶成像模型近似条件，由此推导出模型的近似范围，为模型推广提供了理论基础；最后，利用搭建的实验系统对10 m外目标成像，使目标分辨率从1.4 mm提升到0.35 mm，分辨率提升4倍以上，验证了模型具有通过合成孔径技术提升目标成像分辨率的能力。
关键词宏观成像傅里叶叠层成像模型远距离成像超分辨技术傅里叶叠层实验中图分类号: TP391.41文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)06-0038-07 DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.06.004Experimental Research on Long-Range Imaging Using MacroscopicFourier Ptychographic TechnologyTIAN Zhiming ZHAO Ming WANG Sen LI Jian（Dalian Maritime University, Dalian 116026, China）Abstract Fourier ptychography is a promising high-resolution imaging technique that has been gradually applied in the field of macroscopic imaging. However, its imaging model typically provides a limited field-of-view of around 2 cm at meter-level imaging distances, which often falls short of practical requirements. To enhance the imaging distance and field-of-view of macroscopic Fourier ptychography, this article conducted theoretical research on the long-distance macro reflection Fourier stack imaging model. The proposed model utilizes diverging light beams for illumination, scans the target Fourier spectrum using spherical wavefront shifting, and reconstructs high-resolution target images. The article analyzes the mechanism of macroscopic coherent imaging and the approximation conditions of the Fourier imaging model, deriving the approximate range of the model and establishing a theoretical foundation for its extension. Finally, the built experimental system was used to image a target 10 meters away, increasing the target resolution from 1.4 mm to 0.35 mm, a resolution increase of more than 4 times, verifying the model’s capability to improve target imaging resolution through the synthetic aperture technology.收稿日期：2023-06-20引用格式：田芷铭, 赵明, 王森, 等. 宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(6): 38-44.TIAN Zhiming, ZHAO Ming, WANG Sen, et al. Experimental Research on Long-Range Imaging Using Macroscopic Fourier Ptychographic Technology[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(6): 38-44. (in Chinese)第6期 田芷铭 等: 宏观傅里叶叠层技术远距离成像实验研究 39Keywords macroscopic imaging; Fourier ptychographic model; long-range imaging; super-resolution technology; Fourier ptychographic experiment0 引言目前，在监视、遥感等领域，高分辨率成像问题面临着重要挑战。
四步相移数字全息干涉术相移提取和物光重建
四步相移数字全息干涉术相移提取和物光重建张倩;徐先锋;袁红光;鲁广灿;焦志勇【摘要】提出广义相移干涉术中结合广义四步公式改进最小二乘法抽取任意相移进而重建复波的方法.利用广义相移数字全息算法的物波重建公式替代传统最小二乘法来提取参考光相位和重建物体波前,大幅减小迭代循环的计算量.使用该方法,每一次迭代计算参考相位只需要一个最小二乘法,同时利用物波前重建公式计算物光相位.这种方法的可行性和有效性已被计算机模拟证实.模拟结果表明,相移值抽取误差保持在0.004 rad左右,同比传统的四步最小二乘法算法节省大约10倍的计算时间,精度完全满足物波再现要求.光学实验也取得了令人满意的结果.%An approach of unknown phase shifts extraction and complex wave reconstruction in generalized phase-shifting interferometry is proposed by the combination of least square methods and generalized four-step formulae. A much-simplified algorithm is suggested to extract reference phase and then reconstruct object wave-front by replacing the conventional least-square method in above process with our specially derived wave reconstruction formulae for generalized phase-shifting interferometry. In this method, only one least-square equation is needed for one iteration to retrieve the reference phase, and the object phase can be calculated simultaneously. The feasibility and effectiveness of this algorithm have been verified by computer simulations. The results show that this innovation can keep the phase extraction errors mostly in 0.004 rad and save computing time by about 10 times compared with previous four-step LSM algorithm while itstill ensures its high precision. Optical experimental results are also satisfactory.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2011(038)008【总页数】6页(P139-144)【关键词】相移干涉术;相移抽取;物波重建;相位恢复【作者】张倩;徐先锋;袁红光;鲁广灿;焦志勇【作者单位】中国石油大学(华东)理学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)理学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)理学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)理学院,山东青岛266555;中国石油大学(华东)理学院,山东青岛266555【正文语种】中文【中图分类】O4380 引言随着信息记录器件和信息加工技术的发展，相移干涉术已经成为信息光学领域有发展前景的研究方向，已广泛应用于从光学测量到全息显微诸多领域[1-3]。
剪切散斑干涉条纹图像处理技术研究进展
Journal of Image and Signal Processing 图像与信号处理, 2023, 12(4), 360-368Published Online October 2023 in Hans. https:///journal/jisphttps:///10.12677/jisp.2023.124035剪切散斑干涉条纹图像处理技术研究进展林薇，王芷曼中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏南京收稿日期：2023年9月8日；录用日期：2023年9月29日；发布日期：2023年10月9日摘要剪切散斑干涉技术是一种高精度、非接触的光学全场测量方法，可对复合材料构件的分层、脱粘、皱折、裂纹、撞击损伤等缺陷进行无损检测，在航空航天复合材料无损检测领域得到了广泛应用。
本文从剪切散斑干涉的技术原理和系统结构展开，结合大视场剪切散斑干涉光路结构分析了相移技术的应用，论述了干涉相位条纹图滤波和相位解包裹技术等条纹图像处理过程中的关键算法，最后介绍了深度学习网络在剪切散斑干涉测量中的应用，并分析讨论其优势与不足，对未来研究方向进行了展望。
关键词剪切散斑干涉，条纹图，滤波，相位解包裹，图像处理Development of Image ProcessingTechnology for ShearographyPhase Fringe PatternsWei Lin, Zhiman WangThe 28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing JiangsuReceived: Sep. 8th, 2023; accepted: Sep. 29th, 2023; published: Oct. 9th, 2023AbstractShearography is a high-precision, non-contact optical full-field measurement method that can per-form non-destructive testing of composite material components such as delamination, debonding, wrinkles, cracks, and impact damage. It has been widely used in the field of nondestructive testing of aerospace composite materials. Starting from the technical principle and system structure of shearography, this paper analyzes the application of phase shift technology based on the large field of view shearography optical path structure, discusses the key algorithms in the stripe image林薇，王芷曼processing process such as interference phase fringe map filtering and phase dewrapping tech-nology, and finally introduces the application of deep learning network in shearography, analyzes and discusses its advantages and disadvantages, and looks forward to the future research direc-tion.KeywordsShearography, Phase Fringe Patterns, Filtering, Phase Unwrapping, Image ProcessingThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言剪切散斑干涉技术是结合应用光学、计算机技术和数字图像处理等现代技术发展起来的无损检测技术，是一种高精度、非接触的光学全场测量方法[1]。
超小自聚焦光纤探头在光学相干层析系统中的应用研究
超小自聚焦光纤探头在光学相干层析系统中的应用研究作者：毕书博李泽夫陆叶斌张秋坤汪毅来源：《上海师范大学学报·自然科学版》2020年第04期摘要：建立了基于超小自聚焦（GRIN）光纤探头的扫频光学相干层析（SS-OCT）系统，经玻片厚度测试实验，分析了其在光学相干层析成像系统中的应用效果，并与裸单模光纤结构探头的检测结果对比分析，结果表明超小自聚焦光纤探头具备更强的聚焦性和信号收集能力.关键词：超小光纤探头; 扫频光学相干层析（SS-OCT）系统; 光学检测中图分类号： TN25 文献标志码： A 文章编号： 1000-5137（2020）04-0387-07Abstract： A swept source optical coherence tomography（SS-OCT） system based on the ultra-small gradient-index （GRIN） fiber probe wasset up to measure the thickness of a thin glass.The application effecton this system was analyzed.The comparison analysis of the experimental results with the same thin glass measured by a bare single-mode optical fiber probe proves that the ultra-small GRIN fiber probe has superior focusing performance and signal collection ability.Key words： ultra-small fiber probe; swept source optical coherence tomography system（SS-OCT）; optical detection0 引言光学相干层析技术（OCT）是20世纪90年代初发展起来的一种新型生物医学成像技术，因其分辨率高和成像速度快等特点，在生物医学成像领域具有非常重要的应用价值[1].超小光学探头可作为OCT系统的探测端，能克服传统OCT系统成像深度（1～3 mm）的局限性，实现对生物组织或器官的内窥成像.超小光学探头的主要功能是将光源光束聚焦到待测样品内部，同时收集携带样品信息的反射或散射光，并将收集的信息光传输到信息处理单元.超小光学探头的结构尺寸以及性能直接影响OCT系统的应用范围与成像质量.自21世纪开始，基于全光纤结构的超小型光学探头凭借其优越的材料特性逐渐成为该领域的研究热点[2].2000年，LI等[3]研制出首个裸单模光纤探头，并基于该探头的OCT系统实现了对仓鼠腿部肌肉神经束的成像;2002年，REED等[4]提出了“单模光纤+自聚焦（GRIN）光纤”结构的全光纤型超小探头，用于低相干干涉仪的研究;同年，SWANSON等[5]就有关超小型光学探头的设计和制作及其使用方法申请并获得了美国专利授权;2007年，毛幼馨等[6]提出了“单模光纤+无芯光纤+GRIN光纤”结构的超小GRIN光纤探头光学模型，并验证了无芯光纤具有提高探头工作距离的作用;自2011年起，王驰等[7-10]对超小GRIN光纤探头的模型及光学特征参数进行了更深入的理论解析，并研究了该探头的耦合效率[11];2017年，丁志华等[12]提出一种基于拉锥结构的超小光纤探头，通过在单模光纤与大纤芯多模光纤之间引入过渡拉锥段以减少插入损耗，提高了探头的光传输效率.到目前为止，包括单模光纤、无芯光纤、GRIN光纤、大纤芯多模光纤、大模场面积光子晶体光纤、球形光纤结构、曲面光纤结构等多种超小光纤探头已被提出[2].本文作者搭建了基于“单模光纤+无芯光纤+GRIN光纤”结构超小GRIN光纤探头的扫频光学相干层析系统（SS-OCT），并对该结构探头在OCT系统中的应用效果进行分析对比，为其在医学成像领域的应用提供一定的理论基础和方法借鉴.1 超小GRIN光纤探头的光学模型解析1.1 光学模型超小GRIN光纤探头结构模型如图1所示，其中单模光纤与测量系统探测臂相连，检测样品时，单模光纤将光源光束传输到无芯光纤中，经无芯光纤扩束和GRIN光纤聚焦后，探测光束会从探头中射出并聚焦到待测样品上，随后携带有样品信息的反射或散射光又被超小GRIN 光纤探头收集，并传输回信息处理单元，用于样品结构图像等信息的重建与研究.1.2 光学特征参数超小GRIN光纤探头特征参数解析模型[7]如圖2所示，设入射高斯光束的波长为λ，束腰半径为ω0，无芯光纤的长度为L0，折射率为n0，GRIN光纤的长度为L，中心折射率为n1，聚焦常数为g，外界传输介质（样品所处环境）折射率为n2.超小GRIN光纤探头的聚焦特性可由工作距离、聚焦光斑尺寸和景深3个特征参数表征[7]，定义如下：1）工作距离zω，表示高斯光束通过超小GRIN光纤探头后的聚焦光斑位置距探头输出端面之间的距离;2）聚焦光斑尺寸2ωf，表示高斯光束通过超小GRIN光纤探头后的聚焦光斑束腰直径;3）景深（DOF）2Zf，表示高斯光束通过超小GRIN光纤探头聚焦后的2倍瑞利长度.根据光束的传播规律可知：从GIRN光纤出射的光束会在离出射端面zω的位置处形成束腰直径为2ωf的聚焦光斑，并具有2Zf景深范围.1～6分别表示输入面、无芯光纤与GRIN光纤的2个交界面、GRIN光纤与外界传输介质的2个交界面（或输出面），以及聚焦平面.超小GRIN光纤探头的工作距离zω和聚焦光斑尺寸2ωf可用以表征探头的聚焦特性，架起了超小GRIN光纤探头聚焦性能与检测系统成像性能之间的桥梁，在很大程度上影响系统的探测深度和横向分辨率.2 超小GRIN光纤探头的制作方法及制作系统超小GRIN光纤探头的制作过程包括光纤的切割与不同光纤之间的熔接.如图3所示为超小GRIN光纤探头的制作方法：1）在单模光纤上熔接无芯光纤;2）以单模光纤与无芯光纤的熔接点为原点，切割所需长度L0的无芯光纤;3）在无芯光纤另一端熔接GRIN光纤;4）以无芯光纤与GRIN光纤之间的熔接点为原点，切割所需长度为L的GRIN光纤;5）超小GRIN光纤探头制作完成.依据上述方法制作高质量的超小GRIN光纤探头时，需要配备高精度的光纤切割机和光纤熔接机.其中，光纤熔接机应可以使两光纤中心实现精准自动对齐，同时形成高质量（低损耗、低反射、高强度）的熔接点;光纤切割机应可以实现熔接点的精确定位和光纤长度的精确控制.图4所示为制作超小GRIN光纤探头时用到的主要工具和材料，包括高精度光纤切割机（联合研发）、光纤熔接机（型号X-86，上海相和光纤通信有限公司）、光纤切割刀（型号X-52，上海相和光纤通信有限公司）、光纤剥线钳、单模光纤尾纤、无芯光纤（裸光纤，中国台湾卓越）、GRIN光纤（裸光纤，中国台湾卓越）等.图5为在蔡司Primotech型号显微镜下放大200倍后的超小GRIN光纤探头样品，由于单模光纤与无芯光纤的熔接质量高，在显微镜下无法识别出它们之间的熔接点，只能观测到无芯光纤与GRIN光纤之间的熔接点.3 基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统利用超小GRIN光纤探头替代传统SS-OCT样品臂中的光学元件，建立如图6所示系统模型.通过采用一个输出波数随时间高速扫描的扫频光源，宽带光分时输出，经由干涉仪产生干涉，并利用光电探测器检测不同波长光的干涉信号，实现信号分析.图7为搭建的基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT实验系统.其中，光源选择的是基于衍射光栅和微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）驱动的共振振镜组合型扫频光源（HSL-20-50-B，日本Santec公司），其工作中心波长1 314.5 nm，波长范围（10 dB带宽）113.6 nm，瞬时相干长度21.6 mm（计算得到瞬时线宽0.035 nm），扫频速度50 kHz，最大输出功率56.2 mW，占空比45%;具有低噪声和带宽大等特点的光电探测器（PDB470C-AC，美国Thorlabs公司），以及高采样频率双通道数字采集卡（ATS9870，加拿大AlazarTech公司）.超小GRIN光纤探头的无芯光纤长度为0.30 mm，GRIN光纤长度为0.11 mm，经性能检测得到该探头样品的实际工作距離约为0.57 mm，聚焦光斑尺寸约为36 μm，配备该超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统的纵向分辨率约为19 μm，横向分辨率约为21.2 μm.4 实验检测结果及分析搭建好图7所示基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统，利用该系统对薄玻片（单层薄玻璃片）厚度进行检测.如图8所示为测量时的系统样品臂，超小GRIN光纤探头固定于光纤夹具中，光纤夹具则通过磁吸的方式固定在样品臂的调整台上，待测薄玻片紧贴在反射镜前，利用MATLAB软件对采集的数据进行傅里叶变换得到信号，如图9所示.由傅里叶变换原理可知：当测量的波长范围为λ1～λ2时，系统成像图的频谱分辨率Δd=（λ_2 λ_1）/（λ_2-λ_1 ）. （3）当考虑待测样品折射率n和探测光束来回的影响，实际成像图的频谱分辨率Δd_n=1/2n （λ_2 λ_1）/（λ_2-λ_1 ），（4）其中，实验所用薄玻片为BK7光学玻璃;厚度为170 μm;在中心波长1 310 nm处折射率n≈1.5.结合光源波长参数，计算可得该系统频谱分辨率Δdn≈5 μm.由图9单层薄玻片的测试信号图可知：镜面（1 128）和玻片前表面（1 094）具有34个频率间隔（Δf），根据式（4）计算得出所测薄玻片厚度d=Δf×Δdn=34×5=170 μm，与玻片实际厚度一致.同理，用单模光纤探头替换超小GRIN光纤探头对同一薄玻片厚度进行检测，得到信号如图10所示.由于单模光纤没有聚焦光束的作用，从其端面出射的光束呈发散状态，所以单模光纤测得的信号非常微弱，为能够更清晰地观测检测信号，对其进行局部信号放大，如图11所示，测得的玻片厚度为34个频率间隔，即170 μm.也可知单模光纤出射端面距薄玻片的距离非常近，仅15个频率间隔，为114 μm.综合以上实验结果可知：测得的薄玻片厚度结果（170 μm）与其实际厚度一致，验证了超小GRIN光纤探头的应用可行性.分析比较可知利用超小GRIN光纤探头和裸单模光纤探头测得的结果一致，但是前者的测试信号强度约是后者的10倍，表明了超小GRIN光纤探头较之单模光纤探头具有更好的聚焦效果和信号收集能力.本实验仅针对超小GRIN光纤探头进行了一维测试，在后续的研究中，可在该探头前端再熔接一段端面研磨45°的无芯光纤，制作成侧向式光纤探头，通过环状或线状扫描实现对生物组织器官的二维或三维成像.5 结论本文作者介绍了超小GRIN光纤探头的光学模型和制作方法，搭建了基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统，利用该系统对薄玻片厚度进行了检测实验，测得的薄玻片厚度结果与其实际厚度一致，验证了超小GRIN光纤探头的应用可行性.并通过与裸单模光纤探头所检测薄玻片的实验结果进行对比分析，得出前者测得信号强度约是后者的10倍，证明了超小GRIN光纤探头具有更好的聚焦性和信号收集能力，为超小GRIN光纤探头在OCT系统内窥检测领域的研究提供了一定的理论依据.2 超小GRIN光纤探头的制作方法及制作系统超小GRIN光纤探头的制作过程包括光纤的切割与不同光纤之间的熔接.如图3所示为超小GRIN光纤探头的制作方法：1）在单模光纤上熔接无芯光纤;2）以单模光纤与无芯光纤的熔接点为原点，切割所需长度L0的无芯光纤;3）在无芯光纤另一端熔接GRIN光纤;4）以无芯光纤与GRIN光纤之间的熔接點为原点，切割所需长度为L的GRIN光纤;5）超小GRIN光纤探头制作完成.依据上述方法制作高质量的超小GRIN光纤探头时，需要配备高精度的光纤切割机和光纤熔接机.其中，光纤熔接机应可以使两光纤中心实现精准自动对齐，同时形成高质量（低损耗、低反射、高强度）的熔接点;光纤切割机应可以实现熔接点的精确定位和光纤长度的精确控制.图4所示为制作超小GRIN光纤探头时用到的主要工具和材料，包括高精度光纤切割机（联合研发）、光纤熔接机（型号X-86，上海相和光纤通信有限公司）、光纤切割刀（型号X-52，上海相和光纤通信有限公司）、光纤剥线钳、单模光纤尾纤、无芯光纤（裸光纤，中国台湾卓越）、GRIN光纤（裸光纤，中国台湾卓越）等.图5为在蔡司Primotech型号显微镜下放大200倍后的超小GRIN光纤探头样品，由于单模光纤与无芯光纤的熔接质量高，在显微镜下无法识别出它们之间的熔接点，只能观测到无芯光纤与GRIN光纤之间的熔接点.3 基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统利用超小GRIN光纤探头替代传统SS-OCT样品臂中的光学元件，建立如图6所示系统模型.通过采用一个输出波数随时间高速扫描的扫频光源，宽带光分时输出，经由干涉仪产生干涉，并利用光电探测器检测不同波长光的干涉信号，实现信号分析.图7为搭建的基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT实验系统.其中，光源选择的是基于衍射光栅和微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）驱动的共振振镜组合型扫频光源（HSL-20-50-B，日本Santec公司），其工作中心波长1 314.5 nm，波长范围（10 dB带宽）113.6 nm，瞬时相干长度21.6 mm（计算得到瞬时线宽0.035 nm），扫频速度50 kHz，最大输出功率56.2 mW，占空比45%;具有低噪声和带宽大等特点的光电探测器（PDB470C-AC，美国Thorlabs公司），以及高采样频率双通道数字采集卡（ATS9870，加拿大AlazarTech公司）.超小GRIN光纤探头的无芯光纤长度为0.30 mm，GRIN光纤长度为0.11 mm，经性能检测得到该探头样品的实际工作距离约为0.57 mm，聚焦光斑尺寸约为36 μm，配备该超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统的纵向分辨率约为19 μm，横向分辨率约为21.2 μm.4 实验检测结果及分析搭建好图7所示基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统，利用该系统对薄玻片（单层薄玻璃片）厚度进行检测.如图8所示为测量时的系统样品臂，超小GRIN光纤探头固定于光纤夹具中，光纤夹具则通过磁吸的方式固定在样品臂的调整台上，待测薄玻片紧贴在反射镜前，利用MATLAB软件对采集的数据进行傅里叶变换得到信号，如图9所示.由傅里叶变换原理可知：当测量的波长范围为λ1～λ2时，系统成像图的频谱分辨率Δd=（λ_2 λ_1）/（λ_2-λ_1 ）. （3）当考虑待测样品折射率n和探测光束来回的影响，实际成像图的频谱分辨率Δd_n=1/2n （λ_2 λ_1）/（λ_2-λ_1 ），（4）其中，实验所用薄玻片为BK7光学玻璃;厚度为170 μm;在中心波长1 310 nm处折射率n≈1.5.结合光源波长参数，计算可得该系统频谱分辨率Δdn≈5 μm.由图9单层薄玻片的测试信号图可知：镜面（1 128）和玻片前表面（1 094）具有34个频率间隔（Δf），根据式（4）计算得出所测薄玻片厚度d=Δf×Δdn=34×5=170 μm，与玻片实际厚度一致.同理，用单模光纤探头替换超小GRIN光纤探头对同一薄玻片厚度进行检测，得到信号如图10所示.由于单模光纤没有聚焦光束的作用，从其端面出射的光束呈发散状态，所以单模光纤测得的信号非常微弱，为能够更清晰地观测检测信号，对其进行局部信号放大，如图11所示，测得的玻片厚度为34个频率间隔，即170 μm.也可知单模光纤出射端面距薄玻片的距离非常近，仅15个频率间隔，为114 μm.综合以上实验结果可知：测得的薄玻片厚度结果（170 μm）与其实际厚度一致，验证了超小GRIN光纤探头的应用可行性.分析比较可知利用超小GRIN光纤探头和裸单模光纤探头测得的结果一致，但是前者的测试信号强度约是后者的10倍，表明了超小GRIN光纤探头较之单模光纤探头具有更好的聚焦效果和信号收集能力.本实验仅针对超小GRIN光纤探头进行了一维测试，在后续的研究中，可在该探头前端再熔接一段端面研磨45°的无芯光纤，制作成侧向式光纤探头，通过环状或线状扫描实现对生物组织器官的二维或三维成像.5 结论本文作者介绍了超小GRIN光纤探头的光学模型和制作方法，搭建了基于超小GRIN光纤探头的SS-OCT系统，利用该系统对薄玻片厚度进行了检测实验，测得的薄玻片厚度结果与其实际厚度一致，验证了超小GRIN光纤探头的应用可行性.并通过与裸单模光纤探头所检测薄玻片的实验结果进行对比分析，得出前者测得信号强度约是后者的10倍，证明了超小GRIN 光纤探头具有更好的聚焦性和信号收集能力，为超小GRIN光纤探头在OCT系统内窥检测领域的研究提供了一定的理论依据.。
光学相干断层扫描仪的成像算法改进研究
光学相干断层扫描仪的成像算法改进研究光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography，简称OCT）是一种非侵入性的高分辨率生物组织成像技术，在医学诊断、生物医学研究等领域有着广泛的应用。
OCT通过测量光学反射和散射来获取生物组织的结构信息，并能够实现毫米级的深层成像。
图像重构算法是OCT系统中的关键环节，直接影响图像质量和分辨率。
本文将对光学相干断层扫描仪的成像算法进行改进研究，以提高成像质量和分辨率。
一、光学相干断层扫描原理简介光学相干断层扫描仪由光源、光学系统、控制系统和采集系统等组成。
光源发出的光经过光学系统后，被分为参考光和样本光。
参考光经过反射镜反射后与样本光混合，形成干涉信号。
干涉信号经过光探测器采集后，转化为电信号，并由计算机通过FFT算法进行处理和重构，得到二维或三维生物组织结构图像。
在传统光学相干断层扫描成像中，存在深度方向的分辨率限制。
由于光传播过程中的散射等因素，图像的深度方向分辨率衰减较严重，影响成像质量和细节显示。
二、提升成像质量的算法改进方法为了提高光学相干断层扫描成像的质量和分辨率，研究人员提出了多种算法改进方法，以下是其中几种常用的算法改进方法：1. 基于多光束扫描的方法传统的光学相干断层扫描仪在成像时只采用一束光作为样本光，而基于多光束扫描的方法则采用多束光同时投射到样本上，从而提高成像的信噪比和分辨率。
通过对多束光的干涉信号进行融合，可以降低噪声水平，增强图像细节。
2. 目标化改进算法目标化改进算法是一种基于深度学习的方法，可以根据特定的应用需求和目标，对成像算法进行优化。
通过训练模型来学习特征表示和重建算法，进一步提高成像质量和分辨率。
目标化改进算法能够根据不同的生物组织类型和成像场景，自适应调整成像参数，从而获得更清晰、更准确的图像。
3. 多模式成像算法光学相干断层扫描仪可以采集不同模式下的干涉信号，例如时间域模式和频域模式。
多模式成像算法结合多个模式下的信号信息，可以提高重建图像的信噪比和分辨率。
相干组束全光纤激光器[发明专利]
![相干组束全光纤激光器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f35acaf66c175f0e7dd137bb.png)
专利名称：相干组束全光纤激光器专利类型：发明专利
发明人：段开椋,王建明,王屹山,赵卫申请号：CN200810150119.1
申请日：20080624
公开号：CN101615761A
公开日：
20091230
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种相干组束全光纤激光器，该激光器包括光纤激光器和准直输出系统，光纤激光器包括对激光高反的高反光纤光栅、尾纤输出半导体泵浦源、光纤泵浦合束器、增益光纤和对激光低反的低反光纤光栅，尾纤输出半导体泵浦源与光纤泵浦合束器连接，高反光纤光栅分别与光纤泵浦合束器连接；低反光纤光栅的一端通过增益光纤与光纤泵浦合束器连接，另一端与准直输出系统连接实现准直输出。
本发明提供了一种可提高激光器间的注入耦合效率，同时能提高系统的抗热－光损伤能力，能实现高功率输出的相干组束全光纤激光器。
申请人：中国科学院西安光学精密机械研究所
地址：710119 陕西省西安市高新区新型工业园信息大道17号
国籍：CN
代理机构：西安智邦专利商标代理有限公司
代理人：商宇科
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基于四波横向剪切干涉法的超表面光学表征
基于四波横向剪切干涉法的超表面光学表征自从J. B. Pentry教授在1996年开始提出超材料结构的负折射原理，Roger M. Walser教授1999年正式提出了超材料metamaterial的名词。
现如今，超材料已经从最初材料性研究，慢慢的过度到器件方向，而由于微纳工艺的发展，亚微米乃至纳米级周期性结构得以实现，超材料在可见光和近中红外等区域的研究近年来也逐渐增多，由此衍生的超表面、超透镜等也变成了光学前沿和技术热点，甚至于被誉为光学领域新的革命性技术。
原理知识超表面是由大量亚波长单元在二维平面上周期或非周期排布而构成的人工结构阵列，能够对电磁波进行灵活操控。
由于超表面具有超薄结构和较强的可自主设计性而受到广大研究者青睐。
超透镜是一种二维平面透镜结构，其体积极小，重量轻，易于集成，可实现对入射光振幅、相位、偏振等参量的灵活调控，在超分辨显微成像、全息光学、消色差透镜等方面有重要应用。
业内痛点超表面的目前发展主要局限于光学设计能力，在宏观基底材料上的制造数十亿纳米级结构的非均匀组装的能力以及加工成型后测量能力。
对于成型后的测量，学术界主要使用以下几种方法：第一椭偏法，该方法应用面较窄，仅适用于基于正交光偏振之间的相位差测量；第二干涉测量法，通常是基于两束光(其中一束用作参考)交汇在检测平面上进行干涉。
但是该方法对实验环境要求高，抗震能力低，导致灵敏度差，而且对机械结构要求很严格，不易于实施。
业界有提出三光束干涉的方法，其中第三束光用于分析实验期间的环境变化，但是这样会使设备结构更为复杂。
第三扫描近场光学显微镜法，该方法提供接近衍射极限的分辨率，并允许对任意复杂纳米颗粒阵列的近场相位响应进行成像，但是这种方法是一种侵入式测量方法，而且太依赖于纳米探针针尖的性能。
第四间接测量方法，如针对超透镜的偏振转换效率的测量等方法。
上述的几种方法均为部分表征或间接测量，那么有没有一种更有效的能直接的测量手段呢？今天借着本文，和大家介绍一下Phasics公司的基于四波横向剪切干涉技术的波前传感器在超表面方面的测量方案。
非局部相似块4D相关性约束的高光谱图像稀疏重构方法[发明专利]
![非局部相似块4D相关性约束的高光谱图像稀疏重构方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8500309ef021dd36a32d7375a417866fb84ac017.png)
专利名称：非局部相似块4D相关性约束的高光谱图像稀疏重构方法
专利类型：发明专利
发明人：王相海,宋传鸣,李业涛,王顺,谢释铖
申请号：CN202210144619.4
申请日：20220217
公开号：CN114593820A
公开日：
20220607
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种非局部相似块4D相关性约束的高光谱图像稀疏重构方法，属于高光谱遥感图像压缩领域领域，对于每一波段组的高光谱图像，首先针对每一波段的非局部3D相似块，通过光谱维形成4D相似数据，然后通过小波变换获取非局部相似数据4D变换域上的稀疏性度量，将其作为高光谱遥感图像重建过程的约束先验，在此基础上结合全变差正则化方案获得高光谱图像稀疏重构模型。
本发明充分挖掘高光谱图像的内在相关性，具有压缩比高、保真质量好、分组精确度要求较低、鲁棒性强等优点。
申请人：辽宁师范大学
地址：116000 辽宁省大连市沙河口区黄河路850号
国籍：CN
代理机构：大连非凡专利事务所
代理人：闪红霞
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基于快速采样的剪切光束成像图像重构算法
基于快速采样的剪切光束成像图像重构算法
陈明徕;马彩文;刘辉;罗秀娟;冯旭斌;岳泽霖;赵晶
【期刊名称】《物理学报》
【年(卷),期】2024(73)2
【摘要】剪切光束成像是一种非传统地基光学成像技术,在对位姿快速变化的目标成像时,为重构目标高分辨率清晰图像,其成像系统的回波数据采样速率仍不够快.本文提出一种五光束快速采样的图像重构方法,通过改变成像系统编码和解码方法,采用中心对称结构呈“十”字形排布的发射光束阵型,利用所提的快速图像重构算法,单次采样的回波数据所能重构的目标图像从1幅增加到8幅,快速抑制了重构图像的散斑效应.仿真结果表明,与传统三光束图像重构方法相比,获得相同质量图像所需的回波数据采样次数从20次减少至5次,大幅减少了回波数据采样次数,提高了回波数据采样速率.
【总页数】11页(P156-166)
【作者】陈明徕;马彩文;刘辉;罗秀娟;冯旭斌;岳泽霖;赵晶
【作者单位】中国科学院西安光学精密机械研究所;中国科学院空间精密测量技术重点实验室;中国科学院大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于全相位谱分析的剪切光束成像目标重构
2.四光束剪切相干成像目标重构算法研究
3.基于量子关联成像的图像重构算法采样数
4.剪切光束成像技术稀疏重构算法
5.基于非下采样剪切波变换的FSVM图像去噪算法
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剪切光束成像技术是一种非传统相干无透镜 成像技术, 利用被测目标返回光束的散斑场进行计 算成像, 在技术机理上能最大限度地克服大气湍流 等扰动介质对成像分辨率的影响, 可实现对远距离 目标的高分辨率成像. 该技术在远程暗弱目标监 视、 地形地貌观测、 石油勘探及天文观测等领域有 潜在的应用前景
[ 1 −3 ]
3) (北京跟踪与通信技术研究所, 北京
Байду номын сангаас
100049)
( 2016 年 12 月 12 日收到; 2017 年 3 月 17 日收到修改稿 )
针对传统剪切光束成像技术的准实时性问题, 提出用口字形排布的四束光代替传统 L 形三束剪切光照射 目标, 研究了四光束剪切相干成像目标重构算法. 只需单次测量就能同时重构出四幅目标图像, 减少了用于 降低散斑噪声、 获取高质量图像所需的测量次数, 同时大大减少了多组发射时的光束切换次数, 提高了成像效 率. 在算法实现中, 通过最小二乘法恢复出四组波前相位, 利用散斑幅值的简单代数运算恢复波前幅值, 从而 重构出目标图像. 仿真结果表明, 与传统方法相比, 在图像质量相同的前提下, 本文方法所需的数据采集时间 减少了至少 1/2, 不但提高了目标重构效率, 还可为远程运动目标的成像识别提供更好的手段.
引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 66, 114201 (2017) DOI: 10.7498/aps.66.114201 在线阅读 View online: /10.7498/aps.66.114201 当期内容 View table of contents: /CN/Y2017/V66/I11
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传统的剪切光束成像系统采用振幅干涉测量 方法, 用三束在发射平面以 L 形排列的横向剪切同 源激光同时照射目标 [4−14] , 三束激光的光频率稍 有变化, 但波前几乎相同, 在目标上形成三个不同 频差的拍频信号. 用探测器阵列接收从目标散射回 来的调制光, 获得散斑强度和相位差信息, 进而计 算重构出一幅目标图像. 将一系列这样的图像进行 平均, 即可得到一幅质量较好的图像. 要进一步抑 制大气湍流对成像的影响, 需发射多组三束相干光
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 66, No. 11 (2017) 114201
四光束剪切相干成像目标重构算法研究
陆长明 1)2)3) 陈明徕 1)† 罗秀娟 1) 张羽 1) 刘辉 1)
710119)
兰富洋 1)2)
曹蓓 1)
1) (中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 2) (中国科学院大学, 北京 100049)
关键词: 剪切相干成像, 四光束, 目标重构, 成像效率 PACS: 42.25.Fx, 42.30.Rx, 42.30.Kq DOI: 10.7498/aps.66.114201
照射目标 [11] , 光束切换次数也会相应增多.
1 引
言
本文改进了传统剪切光束成像技术, 提出四光 束剪切相干成像方法. 同时发射四束以口字形排布 的激光照射目标, 等同于同时发射四组三光束激光 对目标成像, 不但提高了成像效率, 而且达到单次 多组发射的目的, 减小了大气湍流在最终成像中的 影响. 利用快速傅里叶变换 (FFT) 提取四组散斑相 位差和幅值, 通过迭代算法恢复目标频谱, 重构目 标图像. 最后利用仿真验证了提出的四光束图像重 构算法的有效性.
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