南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室
- 作品数：13 被引量：152H指数：5
- 发文基金：国家自然科学基金江苏省“333工程”科研项目江苏省基础研究计划更多>>
- 相关领域：机械工程理学自动化与计算机技术一般工业技术更多>>
- 3D真的来了吗?——三维结构光传感器漫谈被引量：52
- 2020年
- 三维成像与传感技术作为感知真实三维世界的重要信息获取手段,为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。近年来,计算机视觉和光电成像技术的发展以及消费电子与个人身份验证对3D传感技术日益增长的需求促进了三维成像与传感技术的蓬勃式发展。2D摄像头向3D传感器的转变也将成为继黑白到彩色、低分辨率到高分辨率、静态图像到动态影像后的"第四次影像革命"。《红外与激光工程》本期策划组织的"光学三维成像与传感"专题,共包含高水平稿件20篇,其中综述论文15篇,研究论文5篇。这些论文系统介绍了光学三维成像传感领域热点专题的研究进展与最新动态,主题全面涵盖了当前三维光学成像领域的前沿研究方向:结构光三维成像、条纹投影轮廓术、干涉测量技术、相位测量偏折术、三维立体显示技术(全息显示、集成光场显示等)、三维成像传感技术与计算成像相关交叉领域(如三维鬼成像)等。而此文作为本期专栏的引子,概括性地综述了典型的三维传感技术,并着重介绍了三维结构光传感器技术的发展现状、关键技术、典型应用;讨论了其现存问题、并展望了其未来发展方向,以求抛砖引玉。
- 左超张晓磊胡岩尹维沈德同钟锦鑫郑晶陈钱
- 关键词：结构光三维成像
- 计算光学相位成像:从干涉数字全息到光强衍射层析被引量：1
- 2023年
- 自400多年前问世以来,光学显微技术经历了不断地革新,已从Leeuwenhoek时代简单的单透镜装置发展成为一种极为重要且精密的观察与计量科学仪器,广泛地应用于生物医学、工业生产、材料化工与科学研究等领域.2014年,诺贝尔化学奖授予了超分辨率荧光显微技术[1].该技术突破了光学显微镜衍射极限的限制,将荧光显微成像的分辨率带入纳米时代,极大地推动了生命科学和基础医学的发展.除分辨率外,光学显微镜面临的另一大挑战是对比度.传统显微镜受强度(振幅)探测机理所限,对无色透明物体(如细胞)的成像依赖染色标记.而在研究活细胞的生理活动及其长时程动态过程时,无标记显微是一种最为理想的探测手段.1932年,Zernike发明了相差显微镜:通过空间滤波原理极大地提高了透明物体在镜下的可分辨性,Zernike也因此获得1953年的诺贝尔物理学奖[2].但时至今日,该技术仍局限于二维定性观测,无法实现三维定量测量,发展较荧光显微技术明显滞后.
- 左超左超
- 关键词：诺贝尔物理学奖诺贝尔化学奖衍射极限数字全息相差显微镜
- 深度学习下的计算成像:现状、挑战与未来被引量：41
- 2020年
- 近年来,光学成像技术已经由传统的强度、彩色成像发展进入计算光学成像时代。计算光学成像基于几何光学、波动光学等理论对场景目标经光学系统成像再到探测器采样这一完整图像生成过程建立精确的正向数学模型,再求解该正向成像模型所对应的"逆问题",以计算重构的方式来获得场景目标的高质量图像或者传统技术无法直接获得的相位、光谱、偏振、光场、相干度、折射率、三维形貌等高维度物理信息。然而,计算成像系统的实际成像性能也同样极大程度地受限于"正向数学模型的准确性"以及"逆向重构算法的可靠性",实际成像物理过程的不可预见性与高维病态逆问题求解的复杂性已成为这一领域进一步发展的瓶颈问题。近年来,人工智能与深度学习技术的飞跃式发展为计算光学成像技术开启了一扇全新的大门。不同于传统计算成像方法所依赖的物理驱动,深度学习下的计算成像是一类由数据驱动的方法,它不但解决了许多过去计算成像领域难以解决的难题,还在信息获取能力、成像的功能、核心性能指标(如成像空间分辨率、时间分辨率、灵敏度等)上都获得了显著提升。基于此,首先概括性介绍深度学习技术在计算光学成像领域的研究进展与最新成果,然后分析了当前深度学习技术在计算光学成像领域面临的主要问题与挑战,最后展望了该领域未来的发展方向与可能的研究方向。
- 左超冯世杰张翔宇韩静陈钱
- 关键词：成像系统光学成像光信息处理
- 分辨率、超分辨率与空间带宽积拓展——从计算光学成像角度的一些思考被引量：2
- 2022年
- 传统光学成像实质上是场景强度信号在空间维度上的直接均匀采样记录与再现的过程。在此过程中,成像的分辨率与信息量不可避免地受到光学衍射极限、探测离散器采样、成像系统空间带宽积等若干物理条件制约。如何突破这些物理限制,获得分辨率更高,视场更宽广的图像信息,是该领域的永恒课题。本文概括性地介绍了分辨率、超分辨率与空间带宽积拓展的相关基础理论,核心机理及其在计算光学成像中的若干实例。通过将这些具体个案置入“计算光学成像”这个更高维度的体系框架去分析与探讨,揭示了它们大多数都可以被理解为一种可称作“空间带宽积调控”策略,即利用成像系统的可用自由度,在成像系统有限空间带宽积的限制下,以最佳方式进行编解码和传递信息的过程,或者形象地说——“戴着脚镣跳舞”。这实质上是一种在物理限制下,在“得”与“失”之间所作出的符合规律的权衡与选择。本文的结论有望为设计和探索面向各类复杂现实成像应用的新型成像机理与方法提供有益启示。
- 左超左超
- 关键词：分辨率超分辨率衍射极限亚像素
- 基于可编程LCD的莱茵伯格照明显微原理与系统设计被引量：1
- 2016年
- 莱茵伯格照明是显微成像中光学染色的一种方式,照明光源通过特殊的滤色片使样品与背景产生色差,有效提高无色透明样品的对比度。基于可编程液晶显示器(LCD)的莱茵伯格照明显微系统将传统显微镜中聚光镜光阑替换成低成本的薄膜晶体管液晶显示器只需改变其照明图案,就能够实现明场、暗场、相位差、倾斜成像以及莱茵伯格照明等多种显微成像功能。并且由于LCD面板的颜色与光强灵活可调,系统可以衍生出彩虹暗场、彩虹相差等全新的光学染色方法。采用该系统对未染色的肺癌细胞、纺织纤维、小鼠肾脏切片等无色透明样品进行显微观察,验证了系统的多样性与可靠性。
- 林飞张闻文范瑶左超陈钱
- 关键词：光学系统
- 远场合成孔径计算光学成像技术:文献综述与最新进展
- 2023年
- 传统光学成像实质上是目标场景的光强信号在空间维度上的直接均匀采样记录与再现的过程。因此,其成像分辨率与信息量不可避免地受到光学衍射极限、成像系统空间带宽积等若干物理条件制约。如何突破这些物理制约,获得更高分辨率、更宽广的图像信息,一直是该领域的永恒课题。计算光学成像通过前端光学调控与后端信号处理相结合,为突破成像系统的衍射极限限制,实现超分辨成像提供了新思路。本文综述了基于计算光学合成孔径成像实现成像分辨率的提升以及空间带宽积拓展的相关研究工作,主要包括基于相干主动合成孔径成像与非相干被动合成孔径成像的基础理论及关键技术。本文进一步揭示了当前“非相干、无源被动、超衍射极限”成像的迫切需求及其现阶段存在的瓶颈问题,并展望了今后的研究方向以及解决这些问题可能的技术途径。
- 李晟王博文管海涛梁坤瑶胡岩胡岩张许陈钱左超
- 关键词：超分辨
- 计算光学成像:何来,何处,何去,何从?被引量：19
- 2022年
- 计算光学成像是一种通过联合优化光学系统和信号处理以实现特定成像功能与特性的新兴研究领域。它并不是光学成像和数字图像处理的简单补充,而是前端(物理域)的光学调控与后端(数字域)信息处理的有机结合,通过对照明、成像系统进行光学编码与数学建模,以计算重构的方式获取图像与信息。这种新型的成像方式将有望突破传统光学成像技术对光学系统以及探测器制造工艺、工作条件、功耗成本等因素的限制,使其在功能(相位、光谱、偏振、光场、相干度、折射率、三维形貌、景深延拓,模糊复原,数字重聚焦,改变观测视角)、性能(空间分辨、时间分辨、光谱分辨、信息维度与探测灵敏度)、可靠性、可维护性等方面获得显著提高。现阶段,计算光学成像已发展为一门集几何光学、信息光学、计算光学、现代信号处理等理论于一体的新兴交叉技术研究领域,成为光学成像领域的国际研究重点和热点,代表了先进光学成像技术的未来发展方向。国内外众多高校与科研院所投身其中,使该领域全面进入了“百花齐放,百家争鸣”的繁荣发展局面。作为本期《红外与激光工程》——南京理工大学专刊“计算光学成像技术”专栏的首篇论文,本文概括性地综述了计算光学成像领域的历史沿革、发展现状、并展望其未来发展方向与所依赖的核心赋能技术,以求抛砖引玉。
- 左超左超
- 关键词：光学成像
- 基于全局优化的实时高精度模型重建
- 2023年
- 三维形貌测量在先进制造、航空航天、生物医学等领域发挥着重要的应用。凭借高精度、全视场、非接触等优点,条纹投影轮廓术是目前使用最广泛的一种光学三维测量手段。为了获得物体全局三维信息,通常需要将待测物置于转台之上,通过不断地扫描和拼接来获得物体的全局信息。然而,传统的扫描和拼接是以离线的方式进行的,导致整个三维模型的重建速度缓慢。现有的实时点云配准方法虽然能够有效提高点云扫描与拼接的速度,但实时点云拼接的精度依然受待测物的运动状态影响。本文针对上述问题进行优化改进,提出一种基于全局优化的实时高精度模型重建方法。首先,介绍了一种由粗配准到精配准的快速点云配准算法并提出了基于点云法向量约束的点云初始化算法,能够提升粗配准过程中点云初始位姿计算的稳定性与精度。其次,在精配准阶段引入了图优化算法以获得全局点云位姿的最优解,进一步提升了全局点云配准的精度。实验结果表明,所提方法相比于现有实时模型重建方法,能够实现更高精度且稳定的全局点云配准。特别地,针对动态场景中由于抖动等因素引起的被测物体速度突变等情况,本方法依然能够鲁棒地完成三维模型重建,全方位模型重建的精度达84μm。
- 许新傲李艺璇钱佳铭冯世杰冯世杰
- 关键词：三维重建点云配准
- 基于光强传输方程的非干涉相位恢复与定量相位显微成像:文献综述与最新进展被引量：31
- 2016年
- 相位恢复与定量相位成像是光学测量与成像技术领域的一个重要课题。传统干涉测量法依赖高度相干光源的干涉叠加,干涉装置复杂,测量环境要求苛刻,引入的散斑噪声极大地限制了传统干涉测量法在显微成像领域的应用。光强传输方程(TIE)作为最具代表性的相位恢复方法之一,为定量相位成像提供了一种新的非干涉手段。近些年来,该方法在国内外得到广泛研究与关注,发展迅速,成果显著,在自适应光学、X射线衍射光学、电子显微学、光学显微成像等领域展现了巨大的应用潜力。从光强传输方程的基本原理、方程求解、光强轴向微分的差分估计、部分相干成像与光场成像等几方面综述了光强传输方程在光学成像领域,特别是定量相位显微成像领域的研究现状与最新进展,并针对现存问题以及今后的研究方向提出了建议。
- 左超陈钱孙佳嵩Anand Asundi
- 关键词：成像系统相位恢复显微成像
- 基于光强传输方程的多模式成像
- 2017年
- 在显微成像中,对于相位的恢复和定量相位的成像,基于光强传输方程的定量相位成像是一种有效的方法。在沿光轴分布的光强中采集一系列强度图像,利用数值差分估计光强在聚焦面处的一阶轴向微分并通过求解光强传输方程直接得到相位信息。该方法不需要复杂的干涉装置和参考光束,且能够在传统的明场显微镜下实现定量相位成像。近年来,光强传输方程在国内外得到广泛研究和关注,在自适应光学、X射线衍射光学、电子显微学、光学显微成像等领域中显现出巨大的应用前景。本文提出了一种基于光强传输方程的多模式成像系统,将传统的显微镜和计算成像结合起来,赋予了传统显微镜获得定量相位的能力。采用该系统对未染色的花粉粒以及海拉细胞的有丝分裂过程进行了显微观察,验证了系统的多样性与可靠性。
- 张赵李加基孙佳嵩张佳琳左超
- 关键词：相位恢复
