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融合光声技术的生物医学成像研究进展
1
作者 于音什 高杨 +1 位作者 左超 马海钢 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期32-53,共22页
光声成像结合了光学成像的高对比度和超声成像的深层穿透力,是一种高效的非侵入式生物医学影像方法。由于减少光学散射的影响,光声成像提供了更清晰的生物组织成像。本文探讨了传统光声成像技术,包括光声断层成像、光声显微成像、光声... 光声成像结合了光学成像的高对比度和超声成像的深层穿透力,是一种高效的非侵入式生物医学影像方法。由于减少光学散射的影响,光声成像提供了更清晰的生物组织成像。本文探讨了传统光声成像技术,包括光声断层成像、光声显微成像、光声内窥成像以及光声功能分子成像。进一步分析了4种新型光声成像技术,包括光声黏弹性成像、光声引导的波前整形、偏振光声成像技术和光声信号的光学检测方法。相较于传统技术,这些新方法引入了高级光学控制和信号处理技术,以提升成像的准确性和分辨率;但新型光声成像技术面临提升成像速度、增强信号的可检测性及优化系统的用户友好性等挑战。在此基础上,本文总结了光声成像在实现高分辨率和深层成像的主要方法。未来,光声成像技术有望通过进一步的硬件创新和算法优化,以实现成像的实时性、系统的易用性和检测的安全性。随着多模态成像系统的发展,光声成像可能与其他成像技术(如磁共振成像、CT或正电子发射断层成像)结合,提供更全面的生物医学成像方案。 展开更多
关键词 光声成像 生物医学光学 医学影像技术
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远场合成孔径计算光学成像技术:文献综述与最新进展 被引量：8
2
作者 李晟 王博文 +6 位作者 管海涛 梁坤瑶 胡岩 邹燕 张许 陈钱 左超 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1-27,共27页
传统光学成像实质上是目标场景的光强信号在空间维度上的直接均匀采样记录与再现的过程。因此,其成像分辨率与信息量不可避免地受到光学衍射极限、成像系统空间带宽积等若干物理条件制约。如何突破这些物理制约,获得更高分辨率、更宽广... 传统光学成像实质上是目标场景的光强信号在空间维度上的直接均匀采样记录与再现的过程。因此,其成像分辨率与信息量不可避免地受到光学衍射极限、成像系统空间带宽积等若干物理条件制约。如何突破这些物理制约,获得更高分辨率、更宽广的图像信息,一直是该领域的永恒课题。计算光学成像通过前端光学调控与后端信号处理相结合,为突破成像系统的衍射极限限制,实现超分辨成像提供了新思路。本文综述了基于计算光学合成孔径成像实现成像分辨率的提升以及空间带宽积拓展的相关研究工作,主要包括基于相干主动合成孔径成像与非相干被动合成孔径成像的基础理论及关键技术。本文进一步揭示了当前“非相干、无源被动、超衍射极限”成像的迫切需求及其现阶段存在的瓶颈问题,并展望了今后的研究方向以及解决这些问题可能的技术途径。 展开更多
关键词 光学合成孔径探测 计算成像 超分辨 傅里叶叠层 非相干合成孔径 远场成像
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计算光学成像:何来,何处,何去,何从? 被引量：63
3
作者 左超 陈钱 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期150-330,共181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... 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。 展开更多
关键词 计算成像 计算摄像 光学成像 光学传感
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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 被引量：15
4
作者 左超 陈钱 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1105-1166,共62页
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... 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。 展开更多
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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光场表征及其分辨率提升技术:文献综述及最新进展(特邀) 被引量：1
5
作者 张润南 周宁 +3 位作者 周子豪 杜和恒 陈钱 左超 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期116-158,共43页
自高斯时代以来,成像系统的设计和开发便始终致力于透镜的持续迭代和优化,以收集来自物平面上某点向不同方向发射的光线,并尽可能完美地将其汇聚到像平面上的一个点。然而,成像传感器仅能捕捉并记录下光线的空间位置信息,导致角度信息... 自高斯时代以来,成像系统的设计和开发便始终致力于透镜的持续迭代和优化,以收集来自物平面上某点向不同方向发射的光线,并尽可能完美地将其汇聚到像平面上的一个点。然而,成像传感器仅能捕捉并记录下光线的空间位置信息,导致角度信息的丢失,并完全丧失了对三维场景的视角变换与深度感知能力。为了弥补这一缺陷,计算光场成像技术应运而生,它能够记录空间光辐射场的完整分布,联合记录空间位置和角度信息,突破了经典成像的局限性,正逐渐被应用于生命科学、国防安全、虚拟现实/增强现实、环境监测等领域,具有重要的学术研究价值和广阔的应用潜力。然而,光场成像技术仍然受到数字成像器件和图像传感器的联合制约,成像系统的有限空间带宽积致使光场成像在实际应用中往往需要在空间分辨率和角度分辨率之间做出权衡,导致难以达到传统成像技术的高空间分辨率。自光场成像技术诞生以来,如何赋予其更高的自由度,即在保持高分辨率成像的前提下,提高时间分辨率和角度分辨率,从而实现更清晰、更立体的成像性能是光场成像技术亟需解决的关键问题,也一直是该领域的研究热点。该综述全面回顾了光场成像技术的发展历程,阐述了全光函数和四维光场的基本概念,并总结了在时间、空间和角度这三个维度上实现高分辨率成像的关键方法,最后还对光场成像技术的未来发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 光场成像 计算成像 超分辨率成像 显微成像
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基于邻域几何质心的深度学习点云配准(特邀)
6
作者 汤洁 陈文武 +4 位作者 周昕然 孙煌乐 陈钱 冯世杰 左超 《光子学报》 北大核心 2025年第9期232-244,共13页
三维点云配准是实现多视角三维重建与复杂场景空间理解的关键技术,然而在重叠区域有限、局部遮挡显著及点云质量受扰等非理想条件下,现有方法仍面临配准精度与鲁棒性难以兼顾的挑战。提出了一种基于邻域几何质心编码的点云配准网络,通... 三维点云配准是实现多视角三维重建与复杂场景空间理解的关键技术,然而在重叠区域有限、局部遮挡显著及点云质量受扰等非理想条件下,现有方法仍面临配准精度与鲁棒性难以兼顾的挑战。提出了一种基于邻域几何质心编码的点云配准网络,通过构建邻域质心空间参考和多维几何结构编码,显著增强了局部结构建模与匹配判别能力。具体而言,采用邻域加权质心策略提取多尺度局部几何特征,在自注意力机制中融合几何偏置信息,通过跨点云交叉注意力模块实现高效的局部对局部匹配与全局对齐。实验结果表明,所提方法在ModelNet40数据集及基于结构光测量的真实点云数据集上均实现了较现有主流方法更高的配准精度与稳定性,特别是在低重叠率和噪声干扰条件下展现出显著优势。该研究可为多视角点云拼接与结构光测量系统中的三维重建提供新的方法思路,并为复杂环境下点云配准算法的设计与实现提供有效支持。 展开更多
关键词 点云配准 深度学习 质心特征 几何结构编码 三维重建 结构光三维测量
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基于全局优化的实时高精度模型重建 被引量：5
7
作者 许新傲 李艺璇 +2 位作者 钱佳铭 冯世杰 左超 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期748-758,I0002,共12页
三维形貌测量在先进制造、航空航天、生物医学等领域发挥着重要的应用。凭借高精度、全视场、非接触等优点,条纹投影轮廓术是目前使用最广泛的一种光学三维测量手段。为了获得物体全局三维信息,通常需要将待测物置于转台之上,通过不断... 三维形貌测量在先进制造、航空航天、生物医学等领域发挥着重要的应用。凭借高精度、全视场、非接触等优点,条纹投影轮廓术是目前使用最广泛的一种光学三维测量手段。为了获得物体全局三维信息,通常需要将待测物置于转台之上,通过不断地扫描和拼接来获得物体的全局信息。然而,传统的扫描和拼接是以离线的方式进行的,导致整个三维模型的重建速度缓慢。现有的实时点云配准方法虽然能够有效提高点云扫描与拼接的速度,但实时点云拼接的精度依然受待测物的运动状态影响。本文针对上述问题进行优化改进,提出一种基于全局优化的实时高精度模型重建方法。首先,介绍了一种由粗配准到精配准的快速点云配准算法并提出了基于点云法向量约束的点云初始化算法,能够提升粗配准过程中点云初始位姿计算的稳定性与精度。其次,在精配准阶段引入了图优化算法以获得全局点云位姿的最优解,进一步提升了全局点云配准的精度。实验结果表明,所提方法相比于现有实时模型重建方法,能够实现更高精度且稳定的全局点云配准。特别地,针对动态场景中由于抖动等因素引起的被测物体速度突变等情况,本方法依然能够鲁棒地完成三维模型重建,全方位模型重建的精度达84μm。 展开更多
关键词 条纹投影轮廓术 图优化 实时 三维重建 点云配准
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3D真的来了吗?——三维结构光传感器漫谈 被引量：76
8
作者 左超 张晓磊 +5 位作者 胡岩 尹维 沈德同 钟锦鑫 郑晶 陈钱 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期1-45,共45页
三维成像与传感技术作为感知真实三维世界的重要信息获取手段,为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。近年来,计算机视觉和光电成像技术的发展以及消费电子与个人身份验证对3D传感技术日益增长的需... 三维成像与传感技术作为感知真实三维世界的重要信息获取手段,为重构物体真实几何形貌及后续的三维建模、检测、识别等方面提供了数据基础。近年来,计算机视觉和光电成像技术的发展以及消费电子与个人身份验证对3D传感技术日益增长的需求促进了三维成像与传感技术的蓬勃式发展。2D摄像头向3D传感器的转变也将成为继黑白到彩色、低分辨率到高分辨率、静态图像到动态影像后的"第四次影像革命"。《红外与激光工程》本期策划组织的"光学三维成像与传感"专题,共包含高水平稿件20篇,其中综述论文15篇,研究论文5篇。这些论文系统介绍了光学三维成像传感领域热点专题的研究进展与最新动态,主题全面涵盖了当前三维光学成像领域的前沿研究方向:结构光三维成像、条纹投影轮廓术、干涉测量技术、相位测量偏折术、三维立体显示技术(全息显示、集成光场显示等)、三维成像传感技术与计算成像相关交叉领域(如三维鬼成像)等。而此文作为本期专栏的引子,概括性地综述了典型的三维传感技术,并着重介绍了三维结构光传感器技术的发展现状、关键技术、典型应用;讨论了其现存问题、并展望了其未来发展方向,以求抛砖引玉。 展开更多
关键词 结构光 三维成像 三维测量 三维结构光传感器
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基于深度学习的散斑投影轮廓术 被引量：9
9
作者 钟锦鑫 尹维 +2 位作者 冯世杰 陈钱 左超(指导) 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期73-83,共11页
针对传统的单幅散斑图像匹配算法测量精度低且无法测量复杂面型物体等问题,提出了一种基于深度学习的散斑投影轮廓术,即通过深度学习的方法实现散斑图像的逐像素匹配。设计利用孪生卷积神经网络结构,将目标散斑图像和参考散斑图像以图... 针对传统的单幅散斑图像匹配算法测量精度低且无法测量复杂面型物体等问题,提出了一种基于深度学习的散斑投影轮廓术,即通过深度学习的方法实现散斑图像的逐像素匹配。设计利用孪生卷积神经网络结构,将目标散斑图像和参考散斑图像以图像块的形式输入神经网络。通过卷积层运算提取散斑图像块的特征信息,进而将子网络得到的特征信息融合为两个图像块之间的匹配系数,以获得散斑图像的视差数据,并最终可将视差数据转化为物体的三维信息。实验结果表明,该方法可以通过单幅散斑图像实现精度约为290μm的三维轮廓测量。 展开更多
关键词 散斑投影 深度学习 三维测量 孪生网络
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