小型全Stokes矢量分孔径偏振相机的图像处理技术与精度提升研究

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作者 窦文涛 马菲雅 +2 位作者 王芳 梁健 任立勇 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期54-66,共13页

为提升小型全Stokes矢量分孔径偏振相机的测量精度,提出并建立了一系列偏振图像处理技术,具体包括:暗电流校正、双边滤波去噪、图像畸变校正、偏振参数校正与通道图像配准等步骤,并进行了偏振成像实验研究。结果表明:相关技术能够有效... 为提升小型全Stokes矢量分孔径偏振相机的测量精度,提出并建立了一系列偏振图像处理技术,具体包括:暗电流校正、双边滤波去噪、图像畸变校正、偏振参数校正与通道图像配准等步骤,并进行了偏振成像实验研究。结果表明:相关技术能够有效降低诸多非理想因素对相机成像过程产生的影响。经图像处理后4个偏振通道的重投影误差均小于0.2像素,4幅偏振子图像间的结构相似性指数平均提升15.2%。研究提出的偏振图像处理技术能够有效提高偏振信息测量的准确度。 展开更多

关键词 偏振成像 分孔径偏振相机 相机标定 图像配准 计算成像

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基于锁模技术的光纤脉冲激光研究 被引量：1

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作者 李晓辉 杨昌兴 +2 位作者 赵阳 王亚民 王鹏 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期86-90,共5页

利用环腔结构的非线性偏振旋转(nonlinear polarization rotation,NPR)锁模掺铒光纤激光器实现了高阶束缚态的谐波锁模脉冲输出。在1568.4 nm波段,获得了脉冲宽度为675 fs、3 dB带宽为10 nm、基频重复频率为27.8 MHz的孤子锁模脉冲输出... 利用环腔结构的非线性偏振旋转(nonlinear polarization rotation,NPR)锁模掺铒光纤激光器实现了高阶束缚态的谐波锁模脉冲输出。在1568.4 nm波段,获得了脉冲宽度为675 fs、3 dB带宽为10 nm、基频重复频率为27.8 MHz的孤子锁模脉冲输出;进一步增加泵浦功率,获得了脉冲持续时间为535 fs、中心波长位于1570 nm处的四阶束缚态的五次谐波锁模输出,其相邻脉冲间隔为7.2 ns,与此相匹配的重复频率为139 MHz。 展开更多

关键词 超短光脉冲 光纤激光器 谐波锁模 非线性偏振旋转

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偏振光学成像:器件,技术与应用(特邀) 被引量：8

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作者 任立勇 梁健 +5 位作者 屈恩世 张文飞 杜博军 马菲雅 郭少犇 张进 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期90-125,共36页

偏振是强度、波长和相位之外描述电磁波基本属性的第四个重要的“信息维度”参量,物体反射光或辐射光的偏振特性与其材质、几何形状、纹理结构和表面粗糙度、理化特性等本身性质密切相关。偏振光学成像是基于对光的偏振信息进行探测的... 偏振是强度、波长和相位之外描述电磁波基本属性的第四个重要的“信息维度”参量,物体反射光或辐射光的偏振特性与其材质、几何形状、纹理结构和表面粗糙度、理化特性等本身性质密切相关。偏振光学成像是基于对光的偏振信息进行探测的新型光学成像手段,其利用目标反射光和背景杂散光的偏振特性差异,以达到改善目标成像质量、提高作用距离、提升探测能力和增强识别概率的目的。作为对强度、光谱和红外成像方式的有效补充手段,偏振光学成像对低信噪比复杂背景环境、强散射环境、低照度环境下的目标探测,具有重要的应用价值。结合作者多年来在偏振光学成像探测方面的研究工作基础,围绕相关的器件、技术和应用发展状况,对偏振光学成像研究领域进行了较为详细的介绍。包括偏振光学成像技术及偏振相机的国内外研究、发展和应用状况,与偏振光学成像密切相关的偏振光Stoke矩阵表示及偏振光学成像基本原理,以及研究团队在偏振相机研制及偏振光学成像探测方面开展的研究工作,主要涉及分孔径偏振光学成像系统的设计及关键器件和技术,偏振图像的信息处理技术及算法和应用。最后,对偏振光学成像研究目前需要解决的技术问题和发展方向给出了思考和建议。 展开更多

关键词 偏振光学成像 偏振相机 偏振去雾 偏振3D重构成像 图像配准 偏振度 偏振角 图像融合分孔径 全偏振态

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BiOI光催化性能的调控机制 被引量：5

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作者 孔婷 张金牛 +2 位作者 姜紫赫 魏秀梅 李金萍 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期43-52,共10页

由于特殊的层状结构及良好的光催化性能,BiOI作为新型的半导体光催化剂被广泛研究,但由于其带隙较小,电子和空穴容易复合,需要各种调控策略以改善BiOI材料的光催化活性。基于半导体光催化原理,综述了BiOI光催化剂的主要调控机制,详细讨... 由于特殊的层状结构及良好的光催化性能,BiOI作为新型的半导体光催化剂被广泛研究,但由于其带隙较小,电子和空穴容易复合,需要各种调控策略以改善BiOI材料的光催化活性。基于半导体光催化原理,综述了BiOI光催化剂的主要调控机制,详细讨论了空位缺陷、掺杂缺陷、面调控、异质构建和贵金属修饰等改性方法对BiOI光催化性能的影响。揭示了由增强的光吸收和电荷载流子的分离效率增强,进而调控BiOI的电子结构和光学性质,最终改善其光催化活性。对光和BiOI微纳结构相互作用机理的探讨,可为开发新型高性能的半导体光催化技术提供有益参考。 展开更多

关键词 光催化 半导体 空位 掺杂 载流子

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等离激元纳米光腔增强光与物质的相互作用 被引量：2

5

作者 郭晓君 陈环 +2 位作者 郭蕾 张正龙 郑海荣 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期21-31,共11页

利用等离激元纳米光腔将电磁场限制在亚波长范围,可在纳米尺度上增强光与物质相互作用,实现超衍射极限的光信号增强。从等离激元纳米光腔的基本原理出发,综述了等离激元纳米光腔与量子发射体间相互作用的理论框架,分析了不同光腔结构在... 利用等离激元纳米光腔将电磁场限制在亚波长范围,可在纳米尺度上增强光与物质相互作用,实现超衍射极限的光信号增强。从等离激元纳米光腔的基本原理出发,综述了等离激元纳米光腔与量子发射体间相互作用的理论框架,分析了不同光腔结构在增强光与物质耦合作用的优势;归纳了纳米光腔增强光与物质相互作用机制,着重讨论了增强拉曼光谱、增强非线性效应和增强量子效应的物理机制;展望了等离激元纳米光腔在量子信息领域的潜在应用。 展开更多

关键词 表面等离激元 等离激元纳米光腔 光与物质相互作用 增强

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基于超像素分割算子的高分辨率多光谱图像重构方法 被引量：1

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作者 杨瑞 马菲雅 +3 位作者 王芳 梁健 魏寒月 任立勇 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期57-66,共10页

针对分焦平面多光谱相机在成像过程中存在的图像空间分辨率较低问题,提出了分焦平面马赛克图像的高分辨率重构方法。该方法首先通过拍摄漫反射白板对分焦平面马赛克式传感器进行定标,获得了无马赛克的场景反射率图像;之后将场景反射率... 针对分焦平面多光谱相机在成像过程中存在的图像空间分辨率较低问题,提出了分焦平面马赛克图像的高分辨率重构方法。该方法首先通过拍摄漫反射白板对分焦平面马赛克式传感器进行定标,获得了无马赛克的场景反射率图像;之后将场景反射率图像和分焦平面马赛克图像代入多光谱图像与高光谱图像的融合模型进行高分辨率重构。分析了基于超像素分割算子的2种重构方法(最小二乘-多光谱数据融合法和正则化最小秩-多光谱数据融合法)的重构结果。结果发现:最小二乘-多光谱数据融合法的求解过程简单,求解速度较快,针对反射率较为均一的场景可以取得较好的重构结果;正则化最小秩-多光谱数据融合法求解过程复杂,求解速度较慢,针对复杂场景可以取得较好的重构结果。研究提出的2种重构方法的平均像素误差约为0.12,小于其他典型重构方法,且重构评价参数也具有明显优势,表明这2种重构方法在光谱图像高分辨率融合模型的迁移上取得了较好的结果,实现了待重构图像在空间信息和光谱信息上的高度还原。 展开更多

关键词 分焦平面马赛克图像 反射率图像 高分辨率重构 正则化算子

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基于低秩近似与多重虚拟曝光融合的偏振去雾算法

7

作者 周逸夫 魏寒月 +3 位作者 马菲雅 杨瑞 梁健 任立勇 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期24-37,共14页

偏振去雾成像算法中的偏振参数图像极易受噪声干扰并且去雾后图像的亮度不稳定,这导致算法无法普遍适应不同的光照条件。针对此问题,提出了一种新的偏振去雾算法,其中引入基于低秩近似的新型偏振参数图像用于降低噪声干扰,并且采用多重... 偏振去雾成像算法中的偏振参数图像极易受噪声干扰并且去雾后图像的亮度不稳定,这导致算法无法普遍适应不同的光照条件。针对此问题,提出了一种新的偏振去雾算法,其中引入基于低秩近似的新型偏振参数图像用于降低噪声干扰,并且采用多重虚拟曝光融合方法来压缩图像动态范围。对比实验表明:该方法能够有效地去除图像中的雾霾,具有较强的鲁棒性,显著提高不同环境下拍摄到的含雾霾图像的整体质量。在标准差、图像信息熵、自然图像质量评估器评分、基于感知的图像质量评估器评分4项图像质量指标上,所提方法相对于Schechner等的方法与暗通道方法分别平均提升了22.99%、4.06%、17.42%、32.89%与33.33%、2.80%、12.31%、76.14%。 展开更多

关键词 偏振去雾 低秩近似 多重虚拟曝光融合

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中波红外亚波长单层增透膜金属线栅偏振器件设计

8

作者 王佩瑶 刘洹庚 任立勇 《应用光学》 北大核心 2025年第1期186-193,共8页

针对3μm~5μm中波红外波段,设计了一种硅(Si)基底上的金(Au)金属线栅偏振器件,提出了在Au线栅和Si基底间引入MgF_(2)介质层,以提高金属线栅的TM波透过率和偏振消光比ER。利用COMSOL仿真软件模拟优化Si基底上的Au金属线栅的相关结构参数... 针对3μm~5μm中波红外波段,设计了一种硅(Si)基底上的金(Au)金属线栅偏振器件,提出了在Au线栅和Si基底间引入MgF_(2)介质层,以提高金属线栅的TM波透过率和偏振消光比ER。利用COMSOL仿真软件模拟优化Si基底上的Au金属线栅的相关结构参数,计算结果表明,TM波平均透过率为93%、平均偏振消光比为39.3 dB。同时,还提出了采用金属钨(W)作为新的金属材料来提高线栅偏振器偏振性能的方法,仿真结果表明,TM波平均透过率为92.7%、平均偏振消光比为64.4 dB。然而,金属钨的硬度较高,对蚀刻工艺要求更高,我们期待通过工艺和技术手段的进步,制作出性能优越的中波红外金属线栅偏振器件。 展开更多

关键词 金属线栅偏振器 Si基底 金(Au)线栅 钨(W)线栅 偏振消光比

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稀土掺杂微纳光波导的发光特性综述 被引量：1

9

作者 樊佳伟 李金萍 +1 位作者 付正坤 郑海荣 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期75-85,共11页

随着光通信、集成电路以及光电器件的飞速发展,对微纳光波导的性能提出了更高的要求,因而寻找更加合适的光波导制作材料成为光学材料领域的热点问题。由制作光波导材料的分类出发,分别介绍了由聚合物、有机晶体分子、半导体等材料制作... 随着光通信、集成电路以及光电器件的飞速发展,对微纳光波导的性能提出了更高的要求,因而寻找更加合适的光波导制作材料成为光学材料领域的热点问题。由制作光波导材料的分类出发,分别介绍了由聚合物、有机晶体分子、半导体等材料制作的光波导的优势及应用。重点分析了影响稀土掺杂微纳光波导性能的因素:一方面,通过改变激发功率、调整光传输距离等手段,在对发射光红绿比调控的同时,有效提升光的耦合效率;另一方面,讨论了不同形貌的稀土掺杂光波导的传导模式,通过改变激发方式(激发光入射角度等)分析其特有的发射模式。最后展望了稀土掺杂微纳光波导在降低光损耗、提升耦合效率、调控发射模式等方面的前景。 展开更多

关键词 微纳波导 颜色调控 稀土掺杂 传导模式 上转换发光

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局域表面等离激元诱导的光催化机制 被引量：2

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作者 芦一瑞 严蕾 +2 位作者 张成云 孔婷 张正龙 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期32-42,共11页

等离激元弛豫产生的热载流子以及局域热效应能有效地驱动材料的化学反应,将光能转化为化学能,从而实现等离激元诱导的光催化。对等离激元诱导分子化学反应和晶体结构转变的相关理论和实验进展进行了综述,重点讨论了等离激元驱动分子反... 等离激元弛豫产生的热载流子以及局域热效应能有效地驱动材料的化学反应,将光能转化为化学能,从而实现等离激元诱导的光催化。对等离激元诱导分子化学反应和晶体结构转变的相关理论和实验进展进行了综述,重点讨论了等离激元驱动分子反应和驱动纳米结构变化诱导光催化的物理和化学机制,包括等离激元增强电磁场、热载流子、局域热效应等诱导过程,并指出了等离激元催化微观理论模型的不足和实现大规模工业生产的技术瓶颈。 展开更多

关键词 表面等离激元 光催化 热载流子 局域热效应

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全自动穆勒矩阵显微成像系统在组织微阵列鉴别中的应用 被引量：1

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作者 魏寒月 周逸夫 +3 位作者 马菲雅 杨瑞 梁健 任立勇 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期48-56,共9页

为实现对组织微阵列无损且迅速地鉴别,利用穆勒矩阵的偏振成像原理,构建了全自动穆勒矩阵显微成像系统。通过集成自动控制的偏振光学组件及成像设备,该系统能够进行自动成像。对收集的偏振图像数据,采用穆勒矩阵极分解与穆勒矩阵变换算... 为实现对组织微阵列无损且迅速地鉴别,利用穆勒矩阵的偏振成像原理,构建了全自动穆勒矩阵显微成像系统。通过集成自动控制的偏振光学组件及成像设备,该系统能够进行自动成像。对收集的偏振图像数据,采用穆勒矩阵极分解与穆勒矩阵变换算法进行处理,以提取描述样本的关键偏振特征参数。结果发现:在区分宫颈癌组织样本与正常宫颈组织样本的实验中,等效波片快轴方位角θ和线相位延迟δ是有效的偏振参数;利用统计分析、灰度共生矩阵分析和Tamura图像处理方法对偏振参数图像进行处理,可以获得诊断宫颈癌的明确指征。全自动穆勒矩阵显微成像系统通过整合多个样本,无需频繁更换切片,且不需要切换到高倍物镜,从而达到对癌症的快速诊断。 展开更多

关键词 穆勒矩阵显微成像 偏振测量 无损鉴别

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双半环型腔MIM波导法诺共振研究 被引量：1

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作者 郝祥祥 霍义萍 +3 位作者 何倩 宋美娜 王蕴岩 崔鹏飞 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期12-20,共9页

为克服等离子体波导系统存在结构复杂、可利用波段范围小以及可调性差的缺点,提出了一种简单的双半环型腔金属-绝缘体-金属等离子激元波导结构(double semi-ring,DSR)。利用有限元法(finite element method,FEM)对其进行了模拟计算,并... 为克服等离子体波导系统存在结构复杂、可利用波段范围小以及可调性差的缺点,提出了一种简单的双半环型腔金属-绝缘体-金属等离子激元波导结构(double semi-ring,DSR)。利用有限元法(finite element method,FEM)对其进行了模拟计算,并通过调整结构的几何参数和介质折射率,研究了该结构的透射特性和传感特性。结果发现:DSR结构能够产生2个典型的法诺共振,并且窄的离散态对法诺共振的形成起主导作用。改变共振腔的宽度和耦合距离可以实现对法诺共振的独立调控,该结构的最大折射率灵敏度和品质因数分别为1260 nm/RIU和17473 RIU^(-1)。通过在DSR结构的基础上添加共振腔可以实现四重法诺共振和法诺共振的半独立调控。提出的等离子激元波导结构简单且能产生透射率大、可调性好和灵敏感度高的多重法诺共振,可用于滤波器、光开关和传感器等领域。 展开更多

关键词 表面等离子激元 金属-绝缘体-金属波导 多重法诺共振 传感器

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一种基于颜色编码滤波的同时偏振成像方法 被引量：8

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作者 梁健 任立勇 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期91-96,共6页

为克服现行的偏振成像系统普遍存在时间-空间分辨率损失的缺陷,提出了一种基于颜色编码滤波的同时偏振成像方法。首先,采用颜色滤波片和偏振片组合方式制作了三通道偏振颜色滤波片;之后,将该滤波片放置在成像镜头的孔径光阑处,对入射光... 为克服现行的偏振成像系统普遍存在时间-空间分辨率损失的缺陷,提出了一种基于颜色编码滤波的同时偏振成像方法。首先,采用颜色滤波片和偏振片组合方式制作了三通道偏振颜色滤波片;之后,将该滤波片放置在成像镜头的孔径光阑处,对入射光进行颜色编码和偏振调制,并利用普通彩色相机成像;最后,利用彩色相机不同颜色通道的拍摄图解码出偏振图像,最终实现同时偏振光学成像。实验结果表明,该方法有效消除偏振图像间存在的失配和畸变缺陷,保留系统的时间/空间分辨率,可为偏振成像方法研究提供新的思路。 展开更多

关键词 偏振成像 同时成像 颜色编码滤波

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基于单幅图像的水下伪偏振去散射成像方法

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作者 刘一锟 梁健 任立勇 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 2025年第4期24-31,共8页

在水下光学成像中,水体中的散射粒子对反射光具有强散射作用,会导致成像效果不佳。为此,在水下偏振差分成像的基础上提出了基于单幅图像的水下伪偏振去散射成像方法。通过对水下浑浊图像频谱信息进行分离,构造出一对虚拟的正交偏振图像... 在水下光学成像中,水体中的散射粒子对反射光具有强散射作用,会导致成像效果不佳。为此,在水下偏振差分成像的基础上提出了基于单幅图像的水下伪偏振去散射成像方法。通过对水下浑浊图像频谱信息进行分离,构造出一对虚拟的正交偏振图像,并通过偏振去散射处理得到清晰的水下图像。结果表明:该方法在复杂水体环境和不同距离条件下均具有良好的去散射能力。与原始图像相比,处理后图像的自然图像质量值提高了50%,均方根对比度提高了1.5倍,信息熵提高了10%。随着水体环境浑浊度的增加,该方法的去散射效果更强。该方法相较于传统的水下偏振去散射成像方法具有处理迅速、应用范围广等优点。 展开更多

关键词 水下成像 偏振成像 图像复原 频谱 傅里叶变换

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