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期刊信息/Journal information
光学学报
光学学报

曹健林

月刊

0253-2239

aos@siom.ac.cn

021-69918427

201800

上海市嘉定区清河路390号（上海800-211信箱）

光学学报/Journal Acta Optica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是国内外公开发行的光学学术刊物，反映中国光学科技的新概念、新成果、新进展。内容主要包括量子光学、非线性光学、适应光学、纤维光学、激光与物质相互作用、激光器件、全息和信息处理、光学元件和材料等。为我国光学科技人员与国内外同行进行学术交流、开展学术讨论以跟踪学科前沿和发展我国光学事业服务。
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    融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示系统设计

    杨通王永东吕鑫程德文...
    1-24页
    查看更多>>摘要：光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力;全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中，将自由曲面与全息光学元件相融合，可以获得较为优秀的系统指标和系统性能，使系统形态更加紧凑、轻便，且得到离轴非对称的新型系统结构。简要介绍了自由曲面光学与全息光学元件的基本原理、光线追迹特性、应用领域等，阐述了自由曲面光学与全息光学元件的融合设计方法，基于对全息光学元件的分类，总结了融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示光学系统的设计与应用，讨论了两类元件融合设计的限制因素并对未来的发展趋势进行了展望。

    自由曲面光学全息光学元件融合设计成像与显示系统

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    一种低暗计数率P-I-N结构的单光子雪崩二极管探测器

    李峥刘丹璐董杰卞大井...
    25-30页
    查看更多>>摘要：基于180 nm BCD工艺制备出一种P型注入增强型P-I-N结构的单光子雪崩二极管(SPAD)探测器。采用P型漂移区与高压N+埋层之间的低掺杂浓度P型外延层作为I层深结雪崩区，提高了近红外波段的光子探测概率(PDP)。利用低掺杂浓度的P型外延层作为虚拟保护环，防止了器件横向击穿，降低了暗计数率(DCR)。测试结果表明，虚拟保护环宽度(GRW)为5 μm时，器件雪崩电压为56 V。在5 V过偏压下600 nm处的峰值PDP为41％，在901 nm的近红外波段下PDP大于6％，DCR为0。56s-1·µm-2，后脉冲率小于1。2％，表现出良好的电学和光学特性。所提出的SPAD器件为硅基高灵敏度近红外单光子探测器设计提供了一种可选的解决方案。

    探测器单光子雪崩二极管(SPAD)P-I-N结构光子探测概率(PDP)暗计数率(DCR)

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    基于噪声差异性的光谱全息重构图像的降噪方法

    贺佳雪娄树理林超
    31-44页
    查看更多>>摘要：将傅里叶变换光谱技术与数字全息技术相结合，基于噪声差异性原理，利用不同波长重构图像实现降噪，提出了基于波段优选的加权求和平均算法:分析不同波长重构图像的噪声水平，在给定波长范围内分别选取RGB三分量的中心波长，选择合适的区间半径，使用二值化权重因子来实现波长优选，并将三维块匹配(BM3D)算法与加权求和平均算法相结合，以进一步降低噪声。以光学密码系统的解密过程为例，分析降噪效果。结果表明，当RGB三分量中心波长分别为621、549、449 nm，区间半径为26，BM3D算法中噪声水平参数sigma为3时，降噪效果最优，此时降噪图像与原始彩色图像真值之间的彩色峰值信噪比(C-PSNR)为91。11 dB，所提算法在优选波段的基础上有效地降低了噪声，为彩色全息重构图像降噪提供了新思路。

    傅里叶光学光谱全息技术图像降噪加权求和平均算法三维块匹配算法

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    二值编码相位掩模交替迭代优化的无干涉非相干全息术

    潘立辉于雪莲程绪坤孙彦乾...
    45-53页
    查看更多>>摘要：提出基于交替策略的随机轨迹直接二进制搜索法。数值仿真结果表明，该方法有效抑制了迭代过程中直流偏置的增加并提高迭代速度。实验结果证明，在同样的迭代次数下，该方法显著降低了重建图像的相关重建噪声。该方法推动了无干涉编码孔径相关全息术(I-COACH)系统在可见光范围外成像的应用。

    图像处理非相干全息术无干涉编码孔径相关全息术二值编码相位掩模直接二进制搜索法

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    基于模糊模式识别和敏感场优化的ECT图像重建

    黄国兴李超吴振华王静文...
    54-66页
    查看更多>>摘要：提出了一种基于模糊模式识别和敏感场优化的电容层析成像(ECT)图像重建方法，以提高重建的精度与质量。首先，提出了一种基于模糊模式的ECT流型识别方法，通过流型识别，选择与输入信号所属相对应的变化敏感场，完成敏感场的优化;然后，提出了一种基于特征提取的敏感场扩充方法，从输入信号中提取特征信息进行数据融合，并通过零填充和随机重组将优化后的敏感场扩展为新的敏感场分布矩阵，进一步优化敏感场;最后，提出一种稀疏图像重建方法，通过构造综合观测方程，求解介电常数分布矢量，并进行图像重建。通过COMSOL软件对ECT系统进行三维仿真建模，仿真实验结果表明，本文方法在图像误差、相关系数等成像指标上优于现有方法，具有更好的成像效果。

    成像系统电容层析成像模糊模式识别灵敏度场优化流型识别图像重建

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    基于首光子时间的被动单光子点目标检测

    李昌恒刘璠王小庆朱露洁...
    67-76页
    查看更多>>摘要：针对暗弱点目标检测需求，提出一种基于首光子时间的点目标检测方法。在压缩感知单光子成像系统中，通过测量调制信号的首光子到达时间并采用阈值法获得估计目标是否存在的检测结果，利用压缩感知算法实现对点目标的快速高灵敏度检测。针对运动点目标的连续检测提出一种相邻帧差分算法，在有效去除成像结果中噪声点的同时，完美保留了待检测的点目标信息。相较于传统的压缩感知单光子成像需要进行大量光子才能实现目标重建，所提出的方法在每次调制时间内仅需要测量一个光子，并且在2。2％的采样率下就可以完成对暗弱点目标图像的获取，显著提高了点目标检测的灵敏度，加快了检测速度。仿真和实验结果表明，所提方法能够以极高的准确度实现对多个点目标的同时检测。

    成像系统单光子成像压缩感知点目标检测首光子时间

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    基于双螺旋相位板的单目三维编码成像

    张越蔡怀宇盛婧汪毅...
    77-92页
    查看更多>>摘要：提出一种能够同时获得场景深度信息并实现景深拓展的成像方法。通过在相机的光瞳处引入双螺旋相位调制，将深度信息编码在图像中，使用端到端的深度学习技术对成像过程进行反演，最终得到景深拓展的图像和深度图。分析了相位板参数和物距对成像性能的影响，讨论了在给定的深度范围内合理选择相位板参数的方法。在NYU Depth V2数据集的深度范围内进行了仿真，深度估计相对误差最低可达8。3％，景深拓展后图像的峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)最高分别可达35。254 dB和0。960，所提方法与传统光学系统相比景深可拓展数十倍以上，并且结果证明了缩小探测范围和增大物距可提升平均深度估计精度。针对闸机人脸识别等潜在的应用场景，以1。1～1。32m为探测范围搭建了实物系统，在真实场景中深度估计的相对误差为2。2％，所提方法相比传统光学系统景深拓展约10倍。本文方法仅需在传统成像系统中加入一块相位板即可同时实现场景的深度估计和景深拓展功能，在低成本三维成像和检测领域具有一定的应用潜力。

    成像系统计算成像单目深度估计景深拓展双螺旋相位板点扩散函数

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    基于双向条纹投影的复杂纹理物体三维测量

    张巍陈玉翀姚鹏程盖绍彦...
    93-104页
    查看更多>>摘要：针对结构光系统中复杂纹理的反射率不连续会引起测量误差这一问题，分析并构建了其误差模型，指出了相位误差与相位梯度及灰度梯度之间的相关性，并由此提出了一种基于双向条纹投影的高精度复杂纹理物体测量方法。该方法通过投影横、纵光栅获取双向相位信息，并利用提出的映射方法将横向相位映射至纵向，与原纵向相位进行线性运算从而得到平均相位。然后，计算提取的物体纹理边缘切线和校正后相位梯度的夹角，采用相应的误差补偿算法对平均相位进行补偿，最终重建得到校正后点云。对比实验的结果表明，在同等测量效率下，所提方法能够以更高的精度重建复杂纹理物体，相较传统方法，其平均绝对误差和均方根误差最高可降低45。4％和50。1％。

    测量三维测量相移技术双向条纹复杂纹理误差校正

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    基于1/6周期查找表的相移条纹非线性误差补偿法

    王子龙徐洪志杨玲玲侯文慧...
    105-113页
    查看更多>>摘要：在利用查找表(LUT)降低相位误差的同时，考虑到相位误差具有周期性和对称性，提出一种基于1/6周期LUT(sLUT)的误差补偿方法，极大地缩短了误差补偿的计算时间，实现了快速相位误差补偿。实验结果表明，在查找表的参数量降低83％的基础上，sLUT的误差补偿效果不受影响，同时sLUT的误差校正时间仅为LUT的1/8。

    测量相移轮廓术伽马非线性查找表相位误差补偿三维测量

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    共路移相干涉单像素波前成像用于透镜相位检测

    陶星伏翟爱平冀文静赵文静...
    114-122页
    查看更多>>摘要：传统的透镜相位测量技术很大程度上依赖于二维面阵探测器，其应用范围受限于面阵探测器的性能。单像素波前成像为此提供了一种新途径。本文提出将共路移相干涉单像素波前成像方法用于实际光学透镜的相位测量。以Hadamard基调制目标透镜波前，采用棋盘格参考方式，将空间传输光场分为信号光场和参考光场，构建共路移相干涉，单像素探测器采集相应的光强，由二阶相关方法重建被测透镜的波前信息，进而检测透镜相位。实验结果表明，对于名义焦距为1000 mm的透镜，以128 pixel× 128 pixel重建相位图，拟合得到的透镜焦距的平均相对误差仅为0。0298％。该方法具有装置简单、成本低、计算量小等优点。此外，得益于单像素探测器自身优势，有望用于弱光环境，以及极紫外和远红外等特殊波段的透镜或透明物体的波前检测。

    单像素波前成像透镜相位检测移相干涉共路干涉

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