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基于全介质一维光子晶体的平面拓扑微分器（特邀）

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光学学报 2024年第10期 330-335页

作者：刘洋黄明川陈钱坤张斗国中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系先进激光技术安徽省实验室

提出一种拓扑荷数为2的全介质一维光子晶体拓扑微分运算器件。通过优化设计光子晶体的透射率与入射角度的依赖关系以及出/入射光的偏振状态，该拓扑器件可以对入射光场进行各向同性的二维二阶光学微分运算，进而实现图像边缘增强成像和... 详细信息

提出一种拓扑荷数为2的全介质一维光子晶体拓扑微分运算器件。通过优化设计光子晶体的透射率与入射角度的依赖关系以及出/入射光的偏振状态，该拓扑器件可以对入射光场进行各向同性的二维二阶光学微分运算，进而实现图像边缘增强成像和图像边缘信息高效提取。该平面型拓扑微分运算器件具有轻量化、高通量、高速度、易于大规模集成、低成本制备等特点，在光学计算、光学成像与传感等领域具有潜在的应用价值。

关键词：物理光学光学拓扑微分运算边缘检测全介质一维光子晶体光学成像与传感

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基于全介质一维光子晶体的平面拓扑微分器

光学学报 2024年

作者：刘洋黄明川陈钱坤张斗国中国科学技术大学物理学院光学与光学工程系先进激光技术安徽省实验室

基于光学模拟微分运算的边缘增强技术被广泛地应用于显微成像、数据处理、机器视觉等领域。近年来随着微纳加工技术的发展，利用超表面和超构材料实现的多种光学模拟微分器件，极大地减小了成像系统所需的空间。本文提出了一种拓扑荷为... 详细信息

基于光学模拟微分运算的边缘增强技术被广泛地应用于显微成像、数据处理、机器视觉等领域。近年来随着微纳加工技术的发展，利用超表面和超构材料实现的多种光学模拟微分器件，极大地减小了成像系统所需的空间。本文提出了一种拓扑荷为2的全介质一维光子晶体拓扑微分运算器件。通过优化设计光子晶体的透射率与入射角度的依赖关系以及出/入射光的偏振状态，该拓扑器件可以对入射光场进行各向同性的二维、二阶光学微分运算，进而实现图像边缘增强成像和图像边缘信息高效提取。该平面型拓扑微分运算器件具有轻量化、高通量、高速度、易于大规模、低成本制备等特点，在光学计算、光学成像与传感等领域具有潜在的应用价值。

关键词：光学拓扑微分运算边缘检测全介质一维光子晶体光学成像与传感

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先进夜视成像技术发展探讨

红外与激光工程 2022年第2期51卷 1-8页

作者：陈钱南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室江苏南京210094

夜视成像技术是在低照度条件下,将不可见辐射加以转换或将微弱的夜天光进行增强,以实现人眼夜间隐蔽观察的一种成像技术,在夜间侦查瞄准、辅助驾驶、导航制导等现代军事应用中发挥着重要作用。为了确保“单向透明”,充分发挥“拥有黑夜... 详细信息

夜视成像技术是在低照度条件下,将不可见辐射加以转换或将微弱的夜天光进行增强,以实现人眼夜间隐蔽观察的一种成像技术,在夜间侦查瞄准、辅助驾驶、导航制导等现代军事应用中发挥着重要作用。为了确保“单向透明”,充分发挥“拥有黑夜”的技术优势,世界军事强国都投入大量人力、物力开展先进夜视成像技术研究,使夜视装备性能得以迅速发展。本文作为本期《红外与激光工程》——“南京理工大学”专刊的引子,概要地介绍了夜视成像技术当前的进展与所面临的挑战,并对未来先进夜视成像技术的发展趋势——基于光电转换的光强直接成像与基于计算成像的信号反演成像分别进行了探讨与展望。

关键词：夜视成像光电成像计算成像反演成像

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

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中国光学（中英文） 2022年第6期15卷 1105-1166页

作者：左超陈钱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(SCILab) 江苏南京210094 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室江苏南京210094 南京理工大学智能计算成像研究院(SCIRI) 江苏南京210019

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... 详细信息

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。

关键词：分辨率超分辨率衍射极限亚像素空间带宽积计算光学计算成像计算摄像

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飞行器变后掠过程非定常气动特性形成机理

力学学报 2013年第3期45卷 307-313页

作者：陈钱白鹏李锋中国航天空气动力技术研究院北京100074 清华大学航天航空学院北京100084

可变体飞行器变后掠过程中的时变气动力与力矩特性对于飞行安全具有重要意义,是亟待深入研究的基础问题.通过风洞实验对其开展了研究,揭示了可变体飞行器变后掠引起的气动特性动态迟滞现象及滞回环大小与方向的影响因素.基于风洞实验结... 详细信息

可变体飞行器变后掠过程中的时变气动力与力矩特性对于飞行安全具有重要意义,是亟待深入研究的基础问题.通过风洞实验对其开展了研究,揭示了可变体飞行器变后掠引起的气动特性动态迟滞现象及滞回环大小与方向的影响因素.基于风洞实验结果和力学中一些重要概念,提出了3种物理效应:流场迟滞效应、附加运动效应、固壁牵连效应,以此定性与定量论证了可变体飞行器变后掠过程中非定常气动特性的形成机理.除了能解释实验现象,这一机理研究亦可用于后续可变体飞行器变后掠过程中的气动特性建模.

关键词：可变体飞行器变后掠非定常气动特性流场迟滞附加运动固壁牵连

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计算光学成像:何来,何处,何去,何从?

红外与激光工程 2022年第2期51卷 150-330页

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... 详细信息

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。

关键词：计算成像计算摄像光学成像光学传感

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滑动蒙皮变后掠气动力非定常滞回与线性建模

力学学报 2011年第6期43卷 1020-1029页

作者：白鹏陈钱刘欣煜李锋中国航天空气动力技术研究院北京100074

针对低速不可压条件下滑动蒙皮方式变后掠过程中非定常动态气动特性开展了3方面的研究工作:(1)飞行器变形过程中非定常动态气动特性风洞试验技术研究;(2)变形过程中滞回效应研究和机理分析;(3)基于风洞试验结果开展变形过程中非定常动... 详细信息

针对低速不可压条件下滑动蒙皮方式变后掠过程中非定常动态气动特性开展了3方面的研究工作:(1)飞行器变形过程中非定常动态气动特性风洞试验技术研究;(2)变形过程中滞回效应研究和机理分析;(3)基于风洞试验结果开展变形过程中非定常动态气动力线性建模.初步研究表明:(1)采用强迫振荡法可以有效地获取变形过程中非定常动态气动力滞回效应;(2)造成变形过程中气动滞回效应的机理有两个,即"动边界效应"和"流场结构滞回效应",造成滞回效应的机理可能主要在于后者;(3)引入升力系数和俯仰力矩系数随后掠角变化率的动导数概念,可以建立变形过程中非定常动态气动力线性模型.

关键词：可变形飞行器非定常动态滞回效应气动力建模

改进的联合概率数据关联算法(JPDA)对红外目标与诱饵的辨别

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红外与激光工程 2013年第2期42卷 305-310页

作者：耿利祥陈钱钱惟贤南京理工大学近程高速目标探测技术国防重点学科实验室江苏南京210094

红外诱饵干扰作为常见的影响红外跟踪能力的干扰手段发展的越来越先进,如何有效的排除红外诱饵的干扰一直是红外目标跟踪的难题。文中在研究了红外目标与诱饵干扰的特征差异的基础上,首次提出了将多目标跟踪策略应用于红外抗干扰跟踪中... 详细信息

红外诱饵干扰作为常见的影响红外跟踪能力的干扰手段发展的越来越先进,如何有效的排除红外诱饵的干扰一直是红外目标跟踪的难题。文中在研究了红外目标与诱饵干扰的特征差异的基础上,首次提出了将多目标跟踪策略应用于红外抗干扰跟踪中,建立了一种可以融合多个特征的改进型联合概率数据关联(JPDA)的数据关联算法。最后,利用该算法对抗干扰过程进行了仿真,仿真结果表明:与现有的抗干扰手段相比,该数据关联方法对解决红外干扰形成的假目标、目标遮挡等红外目标识别的难题,不仅实时性好,而且准确率高。

关键词：红外目标跟踪红外诱饵联合概率数据关联目标识别

计算光学相位成像:从干涉数字全息到光强衍射层析

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科学通报 2023年第25期68卷 3240-3243页

作者：左超陈钱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南京210094 南京理工大学智能计算成像研究院南京210019 江苏省光谱成像与智能感知重点实验室南京210094

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... 详细信息

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.

关键词：诺贝尔物理学奖诺贝尔化学奖衍射极限荧光显微技术数字全息相位成像相差显微镜探测手段