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无透镜成像系统中的无重建目标识别技术

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 145-151页

作者：陈凯余李颖李政岱郭友明中国科学院自适应光学重点实验室四川成都610209 中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 光场调控科学技术全国重点实验室四川成都610209

无透镜成像系统使用掩模板替代镜头,在降低成本的同时使设备更加轻巧,然而在进行目标识别前需通过计算重建图像,涉及参数调优和计算耗时问题。基于此,提出一种无重建的目标识别方案,直接在无透镜相机拍摄的编码图像上训练网络识别目标,... 详细信息

无透镜成像系统使用掩模板替代镜头,在降低成本的同时使设备更加轻巧,然而在进行目标识别前需通过计算重建图像,涉及参数调优和计算耗时问题。基于此,提出一种无重建的目标识别方案,直接在无透镜相机拍摄的编码图像上训练网络识别目标,在节约计算资源的同时还提供隐私保护。使用具有相位掩模板和振幅掩模板的无透镜相机,仿真生成MNIST与Fashion MNIST数据集和实采MNIST数据集,然后在这些数据集上训练ResNet-50与Swin_T网络进行目标识别。结果表明,在仿真MNIST、Fashion MNIST和真实MNIST数据集上,所提方案的最高识别准确率达99.51%、92.31%和98.06%,与先重建目标后识别方案的准确率相当,证明所提方案是一种高效的、具有隐私保护的端到端方案,且在两种掩模板和两类常规骨干分类网络上得到了验证。

关键词：计算成像目标识别深度学习无透镜成像

基于波前传感器残差约束的成像光路静态像差检测方法

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激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 111-123页

作者：张赐宝钟立波饶长辉中国科学院自适应光学重点实验室中国科学院光电技术研究所中国科学院大学中国科学院大学电子电气与通信工程学院光场调控科学技术全国重点实验室

非共光路静态及准静态像差是限制大型地基天文望远镜高分辨力高对比度成像的关键因素，该静态像差不能被望远镜自适应光学（AO）系统波前传感器探测且严重影响成像性能。传统非共光路静态像差检测方法存在计算量大、复杂度高、迭代收敛... 详细信息

非共光路静态及准静态像差是限制大型地基天文望远镜高分辨力高对比度成像的关键因素，该静态像差不能被望远镜自适应光学（AO）系统波前传感器探测且严重影响成像性能。传统非共光路静态像差检测方法存在计算量大、复杂度高、迭代收敛慢、像差符号模糊性等问题。基于焦面畸变图像，建立了AO系统波前传感器残余像差约束的成像光路静态像差检测模型，开展了相关实验，使用随机并行梯度下降（SPGD）迭代算法对静态像差进行离线检测。实验结果表明，该方法在成像光路静态像差检测中的精度较高，且在不同噪声影响下的鲁棒性与稳定性较好。该研究结果为大型地基自适应光学望远镜成像光路静态像差检测提供了新思路，并为后续系统静态像差补偿与校正提供了理论依据与算法指导。

关键词：自适应光学非共光路静态像差检测图像处理随机并行梯度下降算法

基于倾斜透镜将拉盖尔-高斯光束阵列转换为厄米-高斯光束阵列的位置映射关系

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激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 215-222页

作者：熊光昀唐奥兰斌沈锋中国科学院大学自适应光学重点实验室四川成都610209 中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院大学北京100049

倾斜透镜可以将拉盖尔-高斯光束转换为厄米-高斯光束。因此,推导了基于倾斜透镜的拉盖尔-高斯光束阵列与厄米-高斯光束阵列相互转换的位置映射关系。当倾斜透镜绕任意轴旋转一定角度时,两光束阵列的位置将会关于该轴对称。实验中,利用... 详细信息

倾斜透镜可以将拉盖尔-高斯光束转换为厄米-高斯光束。因此,推导了基于倾斜透镜的拉盖尔-高斯光束阵列与厄米-高斯光束阵列相互转换的位置映射关系。当倾斜透镜绕任意轴旋转一定角度时,两光束阵列的位置将会关于该轴对称。实验中,利用空间光调制器生成了1×1、2×2、3×3、3×1、1×3的拉盖尔-高斯光束阵列,并用倾斜透镜将其转换为厄米-高斯光束阵列,通过对比两光束阵列的光场分布,验证了上述理论分析结果。实验结果与理论分析完全一致。该工作为拉盖尔-高斯光束阵列的轨道角动量测量提供了更明确的理论指导。

关键词：拉盖尔-高斯光束阵列轨道角动量测量倾斜透镜位置映射关系厄米-高斯光束阵列

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压电变形镜驱动器迟滞快速辨识与补偿研究

压电与声光 2024年第1期46卷 67-72页

作者：汪寒肖习郭友明黄林海鲜浩中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室四川成都610209

采用压电陶瓷作为促动机构的主动光学系统。为了对压电陶瓷驱动器固有的迟滞非线性进行有效抑制校正,以提高系统性能,该文对带变形镜镜面负载结构的压电陶瓷驱动器非线性迟滞动态进行了高效辨识建模,实现了带镜面负载的压电陶瓷驱动器... 详细信息

采用压电陶瓷作为促动机构的主动光学系统。为了对压电陶瓷驱动器固有的迟滞非线性进行有效抑制校正,以提高系统性能,该文对带变形镜镜面负载结构的压电陶瓷驱动器非线性迟滞动态进行了高效辨识建模,实现了带镜面负载的压电陶瓷驱动器相对误差1.8867%的迟滞参数辨识与建模,降低了辨识算法所需时间90%以上,同时克服了负载结构导致辨识信号信噪比低的问题。实验证明,所用方法得到的压电陶瓷迟滞模型能够有效地用于补偿校正压电陶瓷驱动器迟滞非线性动态带来的误差,通过前馈控制器可将压电陶瓷驱动器迟滞引起的镜面面形定位误差降低56.21%,有效地提升了系统性能。

关键词：压电陶瓷驱动器主动光学 Preisach模型迟滞补偿前馈控制

基于模块化降噪自编码器的视网膜OCT图像降噪方法

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光学学报 2023年第1期43卷 50-57页

作者：代豪杨亚良岳献陈燊中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院自适应光学重点实验室四川成都610209 中国科学院大学北京100049

针对光学相干层析成像(OCT)过程中,光线散射、目标微动和硬件抖动等原因引起的噪声干扰,尤其是视网膜OCT图像中存在的严重噪声干扰问题,提出了一种基于模块化降噪自编码器的渐进式OCT图像降噪方法。使用多层卷积和反卷积构建自编码器,... 详细信息

针对光学相干层析成像(OCT)过程中,光线散射、目标微动和硬件抖动等原因引起的噪声干扰,尤其是视网膜OCT图像中存在的严重噪声干扰问题,提出了一种基于模块化降噪自编码器的渐进式OCT图像降噪方法。使用多层卷积和反卷积构建自编码器,以模块化深度神经网络的架构为基础搭建了具有多个自编码器模块的神经网络,每个自编码器模块可依次输出降噪程度逐渐升高的过程结果,以满足不同的使用需求。以均方误差、峰值信噪比和结构相似度作为降噪结果的评价指标,对编码器模块数量T的研究结果表明,所设计的编码器在T=4时具有最佳性能。利用所提方法和各种主流方法对正常眼和病眼的视网膜OCT图像进行降噪处理,结果表明所提方法在各项指标上均取得最优结果,可以有效地对视网膜OCT图像进行降噪处理和大幅提升图像的质量。

关键词：图像处理视网膜光学相干层析图像图像降噪降噪自编码器深度学习

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远心补偿像面稳定的共心多尺度系统设计

光学学报 2022年第14期42卷 162-172页

作者：李京宸张坤王思沫刘吉潇杨聚圃严伟中国科学院光电技术研究所环境光学研究院四川成都610209 中国科学院大学北京100049

目前的共心多尺度系统普遍存在子相机像面不稳定的问题,这一问题直接导致了在后续的图像拼接中易于出现图像拼接错位,严重影响系统成像质量。针对这一问题,提出了一种基于像方远心光路的方法,该方法提高了子相机像面的稳定性,为后续的... 详细信息

目前的共心多尺度系统普遍存在子相机像面不稳定的问题,这一问题直接导致了在后续的图像拼接中易于出现图像拼接错位,严重影响系统成像质量。针对这一问题,提出了一种基于像方远心光路的方法,该方法提高了子相机像面的稳定性,为后续的图像拼接减轻了压力。首先对错位现象出现的原因进行了理论分析,从理论层面分析了引入像方远心光路对改善成像系统的作用,最终设计了成像性能优异的基于像方远心光路的共心多尺度成像系统,其焦距为60 mm,F数为3,远心度小于0.2 mrad,总视场为70°,各视场弥散斑半径小于所选探测器的像元尺寸,在奈奎斯特频率为108 lp/mm处各视场的调制传递函数均大于0.6。像方远心结构的共心多尺度成像系统可以从光学结构部分改善子相机像面不稳定的问题,从而提高后端图像拼接的拼接质量和拼接效率,为后续的共心多尺度系统设计提供了更多的思路和技术途径,具有重要的理论和实践意义。

关键词：光学设计像面稳定补偿像方远心光路共心多尺度成像系统

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自适应光学系统最优模式增益的快速估计方法

物理学报 2023年第13期72卷 294-301页

作者：陈克乐周家辉韩文雨饶学军郭友明饶长辉中国科学院自适应光学重点实验室成都610209 中国科学院光电技术研究所成都610209 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 光场调控科学技术全国重点实验室成都610209

在自适应光学系统中,最优模式控制方法首先通过对波前像差进行模式分解,再分别施加不同带宽的比例积分控制以实现较统一带宽模式控制更优的闭环效果.最优模式增益通常需要基于自适应光学系统的传递函数模型、实测的扰动和噪声的功率谱... 详细信息

在自适应光学系统中,最优模式控制方法首先通过对波前像差进行模式分解,再分别施加不同带宽的比例积分控制以实现较统一带宽模式控制更优的闭环效果.最优模式增益通常需要基于自适应光学系统的传递函数模型、实测的扰动和噪声的功率谱密度进行遍历求解获取,这一过程通常需要较长的时间.由于大气湍流统计特性的时变性,所求解的最优模式增益的时效性难以保证.为此,本文提出了一种基于二次曲线拟合的最优模式增益快速估计方法,仅通过3个数据点的闭环残差计算来估计单项模式的最优增益.仿真和实验结果表明,所提方法可以较准确地求解最优模式增益,有效抑制高阶波前像差.同时,由于算法的时间复杂度降低,相比于基于参数遍历的方法,最优模式增益估计过程所花费的时间缩短了约95.3%,有利于保证最优模式增益的时效性.

关键词：自适应光学波前控制最优模式增益

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Φ510mm SiC超轻量化反射镜的设计与有限元分析

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光学精密工程 2012年第8期20卷 1718-1724页

作者：张媛媛敬畏程云涛胡桂涛方敬忠中国科学院光电技术研究所四川成都610209

针对Φ510mmSiC超轻量化反射镜的研制,提出了一剖面为船型、内部为正三角形、面板加密呈正六边形的轻量化结构。当设计重量为1.85kg时,通过调整各个结构参数与另外两种相同重量的轻量化结构进行了比较。结果表明,在同样背部6点支撑作用... 详细信息

针对Φ510mmSiC超轻量化反射镜的研制,提出了一剖面为船型、内部为正三角形、面板加密呈正六边形的轻量化结构。当设计重量为1.85kg时,通过调整各个结构参数与另外两种相同重量的轻量化结构进行了比较。结果表明,在同样背部6点支撑作用下,该超轻量化结构在光轴指向天顶时由自重引起的面形(RMS)具有较大优势。利用Patran\Nastran有限元软件模拟计算了该超轻量化反射镜在光轴水平状态下的自重镜面变形,并对其进行了热力学及动力学特性分析。分析结果显示,该超轻量化反射镜各项指标均能满足使用要求。最终,根据设计结果试制加工了一块镜坯,初步加工后的重量约为2.2kg,面密度约为10.8kg/m2,已达到目前SiC超轻量化反射镜的先进水平。

关键词：超轻量化反射镜碳化硅反射镜反应烧结 Patran/Nastran

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大型非球面主镜细磨中的一种在线检测技术

光电工程 2005年第1期32卷 1-4页

作者：万勇建范斌袁家虎杨力郑耀曾志革中国科学院光电技术研究所

提出了一种在大型非球面镜细磨加工阶段使用的低成本在线检测技术。该技术将高精度测长装置集成在普通数控加工机床上,构成在线测量系统。通过测量工件面形上的各点空间坐标,并将测量数据经过坐标变换、误差补偿等处理,实现在线面形测... 详细信息

提出了一种在大型非球面镜细磨加工阶段使用的低成本在线检测技术。该技术将高精度测长装置集成在普通数控加工机床上,构成在线测量系统。通过测量工件面形上的各点空间坐标,并将测量数据经过坐标变换、误差补偿等处理,实现在线面形测量。与 Leize 三坐标测量机对比测量同一个面形,二者的测量结果误差 P-V为 4.0ìm,RMS 为 0.8ìm。在普通数控细磨机床上实现了在线面形测量且测量精度优于 5ìm。利用此系统,实现了细磨加工过程的镜面面形在线检测。

关键词：在线检测细磨非球面镜数控机床