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基于压缩感知的菲涅尔孔径编码无透镜成像(特邀)

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光子学报 2022年第7期51卷 261-270页

作者：吴佳琛曹良才清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

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... 详细信息

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。

关键词：无透镜成像压缩感知菲涅尔波带片编码掩膜图像重建

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基于数字衍射的单幅眼底图像增强

光学精密工程 2024年第15期32卷 2429-2438页

作者：张书赫曹良才清华大学精密仪器系北京100084

彩色眼底图像是分析与监控眼底疾病的重要工具。由于照明不均匀的问题,眼底图像视觉质量不足,图像对比度有待提高。为此,基于数字衍射提出了一种兼顾颜色保真与亮度增强的单幅眼底图像光强校正算法。将彩色RGB眼底图像转换到LCH色彩空... 详细信息

彩色眼底图像是分析与监控眼底疾病的重要工具。由于照明不均匀的问题,眼底图像视觉质量不足,图像对比度有待提高。为此,基于数字衍射提出了一种兼顾颜色保真与亮度增强的单幅眼底图像光强校正算法。将彩色RGB眼底图像转换到LCH色彩空间进行基于L通道的光强校正,以解决眼底图像亮度的平衡问题。对C通道进行相同操作使得处理后的彩色眼底图像颜色保真性较好。在Messidor眼底图像数据集的1200组眼底图像上进行分析,并与Gamma校正、Retinex等眼底图像光强校正方法进行对比。本算法不仅具有更好的图像增强效果,改善了彩色眼底图像的颜色失真及对比度低的问题,还可进一步结合自适应直方图均衡化(CLAHE)以提升图像对比度。实验结果表明,在图像多尺度对比度和图像噪声评价指标方面优于传统算法3%~4%。经算法增强后眼底图像亮度分布更加均匀、对比度提升,为后期眼底图像病理位点的识别、血管与病灶分割和分类提供了一种性能更好的预处理方法。

关键词：医学图像处理眼底图像增强对比度增强数字衍射

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面向高通量的多通道复用数字全息成像技术

中国光学（中英文） 2022年第6期15卷 1182-1193页

作者：黄郑重曹良才清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

光学成像已成为跨尺度表征生物系统信息的主要方法之一,近年来生物样本的快速、无损且全面表征对成像系统的可解析量提出了更高的要求。数字全息通过干涉成像方式,可准确重构光波前的振幅和相位信息,具有快速、无损、三维成像等优势,在... 详细信息

光学成像已成为跨尺度表征生物系统信息的主要方法之一,近年来生物样本的快速、无损且全面表征对成像系统的可解析量提出了更高的要求。数字全息通过干涉成像方式,可准确重构光波前的振幅和相位信息,具有快速、无损、三维成像等优势,在数字病理诊断、细胞无标记观察和实时监测等方面得到了广泛的研究和应用。本文首先介绍了实现高通量成像的主要方式,并分析了数字全息的优势及空间带宽变化,展示了基于希尔伯特变换的面向高通量多通道复用数字全息技术的理论框架,并介绍了基于该理论框架设计的拓展视场双通道复用数字全息显微成像系统。该系统在不牺牲空间和时间分辨率的情况下,可实现超越传统离轴全息显微镜8倍的空间带宽积。所介绍的数字全息复用技术可充分利用单幅强度图像的冗余空间带宽,可用于高通量多通道复用数字全息成像。

关键词：数字全息多通道复用高通量希尔伯特变换空间带宽积

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可抑制生物组织散射效应的光学聚焦技术研究进展

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中国激光 2015年第9期42卷 1-13页

作者：杨强曹良才金国藩清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

生物组织对光的散射使得光束通过透镜后无法在组织的深层(大于1 mm处)聚焦,制约了需要光能聚焦的成像技术(如共聚焦显微、双光子显微)在生物医学领域的应用。为了抑制生物组织的散射效应,将光聚焦到深层组织,需要对入射光的波前进行调... 详细信息

生物组织对光的散射使得光束通过透镜后无法在组织的深层(大于1 mm处)聚焦,制约了需要光能聚焦的成像技术(如共聚焦显微、双光子显微)在生物医学领域的应用。为了抑制生物组织的散射效应,将光聚焦到深层组织,需要对入射光的波前进行调制。基于此要求,以下三种光学聚焦技术得以提出并发展:用待聚焦区的光强作为反馈信号的波前整形技术;将声光调制和时间反演(或光学相位共轭)技术相结合进而在散射介质内部实现光学聚焦的技术;对散射介质传输矩阵进行测量的光学聚焦技术。本文对上述光学聚焦技术的研究进展进行了综述,比较并展望了其在生物医学领域中的应用前景。

关键词：散射介质光学聚焦波前整形时间反演光学相位共轭传输矩阵

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“光场智能成像”专题前言

激光与光电子学进展 2024年第16期 4+3页

作者：方璐曹良才曹汛清华大学电子工程系清华大学信息认知与系统智能研究所清华大学精密仪器系南京大学电子科学与工程学院

一千多年前，李白以“月下飞天镜，云生结海楼”的诗句，捕捉了海市蜃楼这一自然界的光学奇观，不仅展现了光的神奇魅力，也映射出人类对光的不懈追求。跨越千年，现代科学家们对光开展了系统研究，建立了“光场”这一物理量，来描述光...

一千多年前，李白以“月下飞天镜，云生结海楼”的诗句，捕捉了海市蜃楼这一自然界的光学奇观，不仅展现了光的神奇魅力，也映射出人类对光的不懈追求。跨越千年，现代科学家们对光开展了系统研究，建立了“光场”这一物理量，来描述光在空间和时间上的分布特性，包含光的振幅、相位、方向、波长、偏振等高维度多尺度信息。光场成像技术，作为国际交叉学科的前沿领域，融合了光学、计算与人工智能等领域的尖端技术，旨在突破经典成像模型和现有图像传感器的局限，实现对多维度多尺度光场信息的耦合感知、解耦重建和智能处理。

关键词：

近化学计量比高掺铁铌酸锂晶体的红光全息存储性能

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硅酸盐学报 2010年第5期38卷 820-824页

作者：范叶霞夏士兴徐超徐玉恒关承祥曹良才哈尔滨理工大学材料科学与工程学院哈尔滨150040 哈尔滨工业大学化工学院哈尔滨150001 哈尔滨师范大学物理系哈尔滨150080 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

采用提拉法生长了掺质量分数分别为0.01%,0.05%和0.10%Fe2O3的近化学计量比掺铁铌酸锂晶体(near stochiometric Fe:LiNbO3,Fe:NSLN)。采用633nm波长的激光作为光源,利用二波耦合实验和光斑畸变法研究了晶体的红光全息性能。结果显示:当... 详细信息

采用提拉法生长了掺质量分数分别为0.01%,0.05%和0.10%Fe2O3的近化学计量比掺铁铌酸锂晶体(near stochiometric Fe:LiNbO3,Fe:NSLN)。采用633nm波长的激光作为光源,利用二波耦合实验和光斑畸变法研究了晶体的红光全息性能。结果显示:当铁含量小于0.05%时,随着铁含量的增加,晶体的写入时间和擦除时间变短,灵敏度增加,动态范围增大,最大衍射效率增强,抗光损伤能力降低。但当铁含量为0.10%时,最大衍射效率减小,抗光损伤能力急剧降低。结合晶体的结构缺陷模型对此现象进行了解释。

关键词：掺铁铌酸锂晶体全息存储性能抗光损伤能力提拉法生长

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大视场高分辨率数字全息成像技术综述

红外与激光工程 2019年第6期48卷 94-110页

作者：张文辉曹良才金国藩清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室

数字全息作为一种干涉成像方式,能够准确记录物体的相位信息,具有快速、无损、三维成像等优势,被广泛应用于生物成像与材料科学等领域。与其他光学成像方式相同,数字全息也面临分辨率与成像视场互为限制而导致空间带宽积受限的问题。研... 详细信息

数字全息作为一种干涉成像方式,能够准确记录物体的相位信息,具有快速、无损、三维成像等优势,被广泛应用于生物成像与材料科学等领域。与其他光学成像方式相同,数字全息也面临分辨率与成像视场互为限制而导致空间带宽积受限的问题。研究人员提出了计算照明、计算调制与计算探测等方法,通过牺牲成像系统的时间、偏振等自由度来扩展其空间带宽积。文中分析了光学系统信息承载能力的理论基础,总结了近年来大视场高分辨率的数字全息成像技术,介绍了倾斜照明、结构光照明、随机调制照明、多位置综合孔径探测和像素超分辨等方法实现分辨率增强,以及基于角度复用的视场扩展的原理及具体实现,对不同方法进行了比较和分析,并对提高分辨率以及扩大视场的途径进行了展望。

关键词：数字全息超分辨/高分辨视场扩展

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用二值空间光调制器实现多灰阶全息存储

光学学报 2010年第7期30卷 2080-2083页

作者：顾华荣赵瑱曹良才何庆声金国藩清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

为了利用二值空间光调制器实现多灰阶全息存储,将待存储数据页分解成一系列等价二值数据页,并将记录时间分割成与二值数据页对应的一系列递减时间段,每个时间段使用二值空间光调制器加载相应的二值数据页与参考光在存储介质内部干涉记... 详细信息

为了利用二值空间光调制器实现多灰阶全息存储,将待存储数据页分解成一系列等价二值数据页,并将记录时间分割成与二值数据页对应的一系列递减时间段,每个时间段使用二值空间光调制器加载相应的二值数据页与参考光在存储介质内部干涉记录一系列全息图。从理论上证明了再现所得数据页的灰阶分布与待存储的数据页一致,并从实验上验证了用二值空间光调制器实现四灰阶存储的可行性。多灰阶全息存储提高了每幅数据页的信息量,更加充分地利用了存储介质的动态范围,提高了存储密度与读出数据传输速率。

关键词：信息光学全息存储二值空间光调制器数据页分解记录时间分割

基于LiNbO_3晶体的透射式共光轴体全息存储技术

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光学学报 2012年第4期32卷 76-82页

作者：李建华曹良才谭小地何庆声金国藩清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

共光轴体全息存储是体全息存储技术实用化的一个发展方向。为了选择合适的参数以搭建基于晶体的透射式共光轴体全息存储系统,对该系统的存储容量、串扰特性和晶体在共光轴存储结构中的存储特性等进行了研究。从理论上分析了共光轴体全... 详细信息

共光轴体全息存储是体全息存储技术实用化的一个发展方向。为了选择合适的参数以搭建基于晶体的透射式共光轴体全息存储系统,对该系统的存储容量、串扰特性和晶体在共光轴存储结构中的存储特性等进行了研究。从理论上分析了共光轴体全息存储系统的存储密度、物镜的参数、空间光调制器的像素尺寸、有效像素数目和移位复用间隔等之间的关系,给出了点扩展函数表达式的物理解释,并根据点扩展函数分析了系统的串扰特性,优化了存储偏振光方向以使晶体表现出最大的动态范围。根据分析优化结果搭建了基于LiNbO3晶体的透射式共光轴体全息存储实验系统,实现了高分辨图像的记录与再现。与传统的双轴系统相比,所搭建的共光轴系统具有光路结构紧凑的特点。

关键词：全息共光轴系统透射式结构数据存储 LiNbO3晶体