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基于方向感知网络的场景偏振三维成像技术(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 415-424页

作者：张俊杰刘飞王鑫何飘樊昭邵晓鹏西安电子科技大学光电工程学院陕西西安710071 西安电子科技大学杭州研究院浙江杭州311231

针对场景偏振三维成像中光照不均匀、色彩、材料复杂和大视场下观测方向变化等原因造成的偏振法线梯度不准确和真实三维信息获取困难的问题,提出一种基于方向感知卷积神经网络的场景偏振三维成像新方法。首先,搭建具有方向感知能力的场... 详细信息

针对场景偏振三维成像中光照不均匀、色彩、材料复杂和大视场下观测方向变化等原因造成的偏振法线梯度不准确和真实三维信息获取困难的问题,提出一种基于方向感知卷积神经网络的场景偏振三维成像新方法。首先,搭建具有方向感知能力的场景深度估计网络结构;其次,利用卷积神经网络所估计的场景深度对偏振法线梯度进行校正;最后,利用校正后的梯度通过基于梯度的积分算法进行三维重建。实验结果表明,所提方法解决了偏振固有的方位角模糊,提高了在光照不均匀、大视场范围场景条件下获取的法线梯度的准确性,最终在恢复场景真实三维形状的同时保留了丰富的纹理细节信息。实验结果证明了所提技术的有效性与优越性。

关键词：偏振三维成像深度估计梯度场校正神经网络

面向大气颗粒物干扰的图像清晰化算法研究与展望(特邀)

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红外与激光工程 2024年第8期53卷 18-39页

作者：罗熙媛相萌刘严严王姬杨奎韩平丽王鑫刘峻成刘倩倩刘金鹏刘飞西安电子科技大学光电工程学院陕西西安710071 西安市计算成像重点实验室陕西西安710071 电磁空间安全全国重点实验室天津300308

在恶劣天气条件下,大气中的颗粒物会造成图像失真,为光学成像应用带来挑战。图像去雾技术应运而生,成为了解决这一难题的关键。文中对近年来的去雾方法按照基于非物理模型、物理模型和深度学习的方法进行分类,并对每类方法中流行的去雾... 详细信息

在恶劣天气条件下,大气中的颗粒物会造成图像失真,为光学成像应用带来挑战。图像去雾技术应运而生,成为了解决这一难题的关键。文中对近年来的去雾方法按照基于非物理模型、物理模型和深度学习的方法进行分类,并对每类方法中流行的去雾方法进行了阐述。非物理模型算法试图通过增强、融合等方式改善图像质量,但在复杂情境下表现不佳;物理模型算法通过对大气特性建模来复原图像,然而对气象条件的适应性仍有待提高;深度学习方法以其端到端的学习能力,为图像去雾带来了新的可能性,但面临数据和计算资源的挑战。通过对算法优缺点的比较,文中为未来去雾研究提供总结与帮助,预示着去雾技术在数字图像处理领域的重要性将不断增强。

关键词：图像去雾物理模型深度学习

基于方向感知网络的场景偏振三维成像技术（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第2期 435-444页

作者：张俊杰刘飞王鑫何飘樊昭邵晓鹏西安电子科技大学光电工程学院西安电子科技大学杭州研究院

针对场景偏振三维成像中光照不均匀、色彩、材料复杂和大视场下观测方向变化等原因造成的偏振法线梯度不准确和真实三维信息获取困难的问题，提出一种基于方向感知卷积神经网络的场景偏振三维成像新方法。首先，搭建具有方向感知能力的... 详细信息

针对场景偏振三维成像中光照不均匀、色彩、材料复杂和大视场下观测方向变化等原因造成的偏振法线梯度不准确和真实三维信息获取困难的问题，提出一种基于方向感知卷积神经网络的场景偏振三维成像新方法。首先，搭建具有方向感知能力的场景深度估计网络结构；其次，利用卷积神经网络所估计的场景深度对偏振法线梯度进行校正；最后，利用校正后的梯度通过基于梯度的积分算法进行三维重建。实验结果表明，所提方法解决了偏振固有的方位角模糊，提高了在光照不均匀、大视场范围场景条件下获取的法线梯度的准确性，最终在恢复场景真实三维形状的同时保留了丰富的纹理细节信息。实验结果证明了所提技术的有效性与优越性。

关键词：偏振三维成像深度估计梯度场校正神经网络

基于散斑光场偏振共模抑制性的宽谱散射成像技术

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物理学报 2021年第22期70卷 74-83页

作者：孙雪莹刘飞段景博牛耕田邵晓鹏西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071 西安电子科技大学西安市计算成像重点实验室西安710071 西安电子科技大学先进光学成像前沿交叉研究中心西安710071

针对透过随机散射介质成像中由于光源谱宽导致目标信息被淹没于背景噪声中,无法清晰复原隐藏目标信息的问题,提出基于散斑光场偏振共模抑制特性的宽谱散射成像方法.该方法深入分析散斑光场的偏振特性,利用散斑光场中目标与背景的偏振信... 详细信息

针对透过随机散射介质成像中由于光源谱宽导致目标信息被淹没于背景噪声中,无法清晰复原隐藏目标信息的问题,提出基于散斑光场偏振共模抑制特性的宽谱散射成像方法.该方法深入分析散斑光场的偏振特性,利用散斑光场中目标与背景的偏振信息差异性与独立性,结合光场的偏振共模抑制特性,有效去除光源谱宽所带来的背景噪声影响,重建高对比度、高信噪比的隐藏目标图像,实现透过随机散射介质的宽谱成像.实验结果表明,该成像方法不仅能够在宽谱光源照明下实现目标与背景信息的分离,而且能够大幅提高重建图像的信噪比、对比度和结构相似度,在散射成像领域具有普适性及良好应用前景.

关键词：宽谱散射成像偏振差分成像

全息技术在散射成像领域中的研究及应用进展(特邀)

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红外与激光工程 2022年第8期51卷 73-87页

作者：刘金鹏冯怡刘蕾相萌刘飞邵晓鹏西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071 西安电子科技大学西安市计算成像重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学前沿交叉研究院陕西西安710071

散射是光学成像中普遍存在的现象,成像路径中存在的烟雾、水体、生物组织等散射介质导致光束发生随机散射效应,使得像面处目标信息以杂乱无章的散斑形式存在,如何应对散射介质对成像的限制是当前光学成像领域的研究热点。全息技术能够... 详细信息

散射是光学成像中普遍存在的现象,成像路径中存在的烟雾、水体、生物组织等散射介质导致光束发生随机散射效应,使得像面处目标信息以杂乱无章的散斑形式存在,如何应对散射介质对成像的限制是当前光学成像领域的研究热点。全息技术能够记录和重建物体全部信息,是获取和解译光场信息的有力工具之一。近年来,传统全息以及相关全息理论被推广应用至散射成像领域,取得了一系列突破性成果,文中主要介绍与归纳了散射成像领域中应用全息技术的理论原理、发展历史及最新进展,并展望其发展前景。

关键词：散射成像计算成像相位共轭全息合成波长全息相关全息

基于稀疏低秩特性的水下非均匀光场偏振成像技术研究

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物理学报 2021年第16期70卷 154-160页

作者：刘飞孙少杰韩平丽赵琳邵晓鹏西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071 西安电子科技大学西安市计算成像重点实验室西安710071 中国科学院光电技术研究所中国科学院光束控制重点实验室成都610209 西安电子科技大学前沿交叉研究院西安710071

针对浑浊水体偏振成像时由于强散射作用导致的背景散射光分布不均匀且目标信息被淹没,无法有效解译,难以实现清晰化成像的问题,提出基于稀疏低秩特性的水下非均匀光场偏振成像技术.该技术利用散射光场中偏振信息的共模抑制特性消除非均... 详细信息

针对浑浊水体偏振成像时由于强散射作用导致的背景散射光分布不均匀且目标信息被淹没,无法有效解译,难以实现清晰化成像的问题,提出基于稀疏低秩特性的水下非均匀光场偏振成像技术.该技术利用散射光场中偏振信息的共模抑制特性消除非均匀性,结合水下散射光场中背景信息纹理单一、信息相关性高以及目标信息空间占比小的特点,建立偏振域的稀疏-低秩信息分析处理模型,有效分离目标和背景信息,重建高对比度清晰目标图像.实验结果表明,基于稀疏低秩特性的水下非均匀光场偏振成像技术不仅能够有效地提升浑浊水下图像的对比度,复原细节信息,而且能够有效地抑制非均匀强散射,在水下偏振成像领域具有良好的应用前景.

关键词：水下成像偏振共模抑制散射

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基于全局性优化的极简光学系统设计

光学学报 2021年第24期41卷 237-246页

作者：李江勇吴晓琴刘飞魏雅喆邵晓鹏西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071 西安市计算成像重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学前沿交叉研究院陕西西安710071

针对传统光电成像设备存在体积大、质量重和成本高的问题,基于计算成像全局性优化的思想将光电成像全链路上的光学系统设计和图像复原两个独立设计的"节点"进行一体化考虑。首先深入分析不同几何光学像差的图像复原难度,然后通过光学-... 详细信息

针对传统光电成像设备存在体积大、质量重和成本高的问题,基于计算成像全局性优化的思想将光电成像全链路上的光学系统设计和图像复原两个独立设计的"节点"进行一体化考虑。首先深入分析不同几何光学像差的图像复原难度,然后通过光学-图像全局性自动优化迭代的方式来设计易于图像复原算法处理的光学传递函数,最后对全局优化单透镜和三透镜的光学系统输出模糊图与其复原质量进行分析评价。结果表明,相比于光学输出模糊图,复原图像的对比度、清晰度和边缘保持系数均有一定提升,说明利用全局性优化的思想恢复光学模糊图像的思路是可行的,可将光学像差的校正压力分配给图像复原过程,降低光学系统的设计压力,从而简化光学系统结构。

关键词：光学设计光学系统设计全局性优化像差校正图像复原

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基于方向感知网络的场景偏振三维成像技术

激光与光电子学进展 2023年

作者：张俊杰刘飞王鑫何飘樊昭邵晓鹏西安电子科技大学杭州研究院西安电子科技大学光电工程学院

针对场景偏振三维成像中由于光照不均匀、色彩、材料复杂和大视场下观测方向的变化等原因造成的偏振法线梯度不准确和真实三维信息获取困难的问题，研究了一种基于方向感知卷积神经网络的场景偏振三维成像新方法。首先，搭建具有方向感... 详细信息

针对场景偏振三维成像中由于光照不均匀、色彩、材料复杂和大视场下观测方向的变化等原因造成的偏振法线梯度不准确和真实三维信息获取困难的问题，研究了一种基于方向感知卷积神经网络的场景偏振三维成像新方法。首先，搭建具有方向感知能力的场景深度估计网络结构，其次，利用卷积神经网络所估计的场景深度对偏振法线梯度进行校正，最后利用校正后的梯度通过基于梯度的积分算法进行三维重建。实验结果表明所提方法解决了偏振固有的方位角模糊性问题，提高了在光照不均匀、大视场范围场景条件下获取的法线梯度的准确性，最终在恢复场景真实三维形状的同时保留了丰富的纹理细节信息。实验结果证明了所提技术的有效性与优越性。

关键词：偏振三维成像深度估计梯度场校正神经网络

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水下偏振成像技术研究及进展

激光与光电子学进展 2021年第6期58卷 1-18页

作者：刘飞孙少杰韩平丽杨奎邵晓鹏西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071 西安市计算成像重点实验室陕西西安710071 中国科学院光束控制重点实验室四川成都610209

受水体自身吸收和悬浮颗粒强散射的作用,水下光学成像存在严重的“帷幔效应”,造成场景中目标细节信息被淹没在背景散射光中,图像对比度大幅降低。由于目标和背景信息所具有的唯一性和差异性,从光场的偏振特性发展出的水下偏振成像技术... 详细信息

受水体自身吸收和悬浮颗粒强散射的作用,水下光学成像存在严重的“帷幔效应”,造成场景中目标细节信息被淹没在背景散射光中,图像对比度大幅降低。由于目标和背景信息所具有的唯一性和差异性,从光场的偏振特性发展出的水下偏振成像技术可以对水下背景散射光进行有效抑制,利用目标信息光与背景散射光的偏振差异特性将二者有效分离,实现清晰化成像。目前,水下偏振成像技术发展迅猛,已在众多领域具有广泛应用和全新的研究成果。系统地介绍了水下偏振成像技术的基本原理、实现算法和成像效果,并依据现有技术的优缺点对水下偏振成像技术的未来发展进行分析展望。

关键词：物理光学偏振水下成像散射图像清晰度