JOPT编辑优选：镜面反射场景的自适应强度照明计算鬼成像
文章介绍
Jiahao Xiong (熊家豪), Xuan Zhang (张玄), Ai Fu (付爱) and Hong-Chao Liu (刘宏超)
通讯作者：
- 刘宏超，澳门大学应用物理与材料工程研究院
研究背景：
现实场景通常包含复杂的表面结构，在利用反射光信号重建目标场景的图像时，通常会同时观察到漫反射和镜面反射两种信号成分。其中，漫反射源于目标表面下的微小凹凸结构，具有均匀反射性，能够直接反映物体的形状。镜面反射则具有明显的方向性和高强度，会在重建图像中形成高光区域，从而导致局部空间信息的丢失。传统成像方案通常将目标视为朗伯物体，在成像时，漫反射成分占据主导地位。但在一些场景下不可避免地会出现镜面反射成分占主导地位的情况。强烈的镜面反射分量会极大地压缩重建图像的动态范围，影响计算鬼成像的重建结果。因此，为了扩展应用场景，提高其实际应用能力，有必要针对具有镜面反射的目标场景，设计一种新型的计算鬼成像方案。
研究内容：
受到计算鬼成像固有的编码特性的启发，本文提出了一种针对具有镜面反射表面的目标场景的自适应强度照明计算鬼成像方案。该方法无需额外的光学元件，仅通过两轮测量就可以实现对带有镜面反射表面的目标场景的有效成像。在成像过程中，将基于第一轮测量获取的镜面区域像素的位置和强度信息，自适应调整第二轮测量中的结构照明图案的像素强度。仿真和实验结果均表明，利用该方案，可有效降低成像过程中镜面反射分量的干扰，从而使重建图像呈现出更多有意义的信息。值得一提的是，所提出的自适应强度调制方案也可以应用于其他类型的结构照明图案。如果镜面区域没有精细的轮廓形状，在第一轮测量中采用低分辨率的照明图案可进一步缩短成像时间，而不会影响重建图像的质量。
与已有的高光去除方案对比，所提出的方案直接利用计算鬼成像的重建算法来恢复图像，无需复杂的高光分离算法，降低了计算成本。同时，该方法也无需在多图像序列中进行精确的特征匹配。此外，它还不需要额外元件，避免了复杂的调整过程。该工作为镜面场景的图像重建提供了一个便捷高效的解决方案，同时拓宽了计算鬼成的实际应用范围，为工业制造中镜面零件的检测提供了一个经济可行的解决方案。
作者介绍
刘宏超 助理教授
澳门大学
- 刘宏超，澳门大学应用物理及材料工程研究院助理教授，长期从事鬼成像与单像素成像、超表面成像、拓扑材料等方向的研究。目前已在Science，Science Advances, Nature Communications, Light: Science & Applications, Physical Review Letters, ACS Nano, Advanced Optical Materials等权威期刊发表文章100余篇。欢迎感兴趣的同学申请刘老师课题组博士，请将简历发至邮箱hcliu@um.edu.mo。
期刊介绍
- 2023年影响因子：2.0 Citescore: 4.5
- Journal of Optics（JOPT）出版光学方面的实验和理论研究论文，研究领域包括：纳米光子学和等离激元光子学；超构材料和结构化光子材料；量子光子学；生物光子学；光与物质的相互作用；非线性和超快光学；光的传播、衍射和散射；信息和通信光学；集成光学；光伏和能量收集。除原创性研究外，JOPT还出版专题综述，为研究人员带来高质量的内容。所有JOPT文章还提供HTML阅读模式，方便研究人员使用手机或平板进行阅读。