作者簡(jiǎn)介
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劉正君,教授/博導(dǎo),哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理學(xué)院光電信息科學(xué)與工程系副主任。2007年7月于哈工大物理系獲理學(xué)博士學(xué)位。入選光學(xué)學(xué)會(huì)全息專委會(huì)常務(wù)委員、美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、黑龍江省物理學(xué)會(huì)理事、黑龍江省光學(xué)學(xué)會(huì)理事,擔(dān)任《Optics Express》《Applied Sciences》《應(yīng)用光學(xué)》《激光與光電子學(xué)進(jìn)展》編委,擔(dān)任期刊《紅外與激光工程》和《光學(xué)技術(shù)》青年編委。主要從事計(jì)算光學(xué)成像、光信息處理、圖像處理等方面的研究工作。出版教材/專著8部,發(fā)表SCI論文230篇,被累計(jì)他引4472次,H因子為42。入選Elsevier高被引學(xué)者、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃、哈工大青年拔尖人才計(jì)劃、哈工大基礎(chǔ)研究杰出人才培育計(jì)劃。獲全國(guó)優(yōu)秀博士論文提名和哈工大優(yōu)秀博士論文。主持國(guó)家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目20余項(xiàng),獲黑龍江省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)(自然類二等獎(jiǎng))2項(xiàng)。黑龍江省高校科學(xué)技術(shù)成果獎(jiǎng)勵(lì)(一等獎(jiǎng))3項(xiàng)。申請(qǐng)/授權(quán)專利17項(xiàng)、軟件著作權(quán)2項(xiàng)。
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劉樹(shù)田,教授/博導(dǎo),1990年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系獲博士學(xué)位。1993~1994年,在芬蘭約恩蘇大學(xué)物理系任訪問(wèn)研究員。多年來(lái)主要從事光學(xué)變換與圖像處理、光學(xué)物理以及量子光學(xué)等方面的研究工作,特別是在光學(xué)分?jǐn)?shù)傅里葉變換的基礎(chǔ)理論、光學(xué)模式識(shí)別以及光學(xué)信息安全技術(shù)等研究中取得多項(xiàng)突出研究成果。聚焦于光學(xué)圖像處理和計(jì)算光學(xué)成像,提出基于分?jǐn)?shù)傅里葉變換和隨機(jī)變換圖像研究、鬼成像/單像素成像研究等,圖像處理的研究涉及圖像重建、灰度/彩色圖像加密等。發(fā)表SCI論文442篇,累計(jì)他引8000余次,H因子為50。出版學(xué)術(shù)著作3部。時(shí)任國(guó)際著名期刊Optics Express編委(Associate Editor),任美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、黑龍江省物理學(xué)會(huì)常務(wù)理事、黑龍江省光學(xué)學(xué)會(huì)常務(wù)理事。所指導(dǎo)的博士研究生中有兩名獲得全國(guó)百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名獎(jiǎng)。
近年來(lái),計(jì)算技術(shù)為光學(xué)領(lǐng)域科研工作帶來(lái)了極大便利,如計(jì)算成像、計(jì)算測(cè)量學(xué)、計(jì)算光學(xué)、計(jì)算攝像學(xué)等新概念不斷涌現(xiàn)。隨著高性能圖像探測(cè)器的廣泛應(yīng)用,圖像測(cè)量實(shí)現(xiàn)了離散化、數(shù)字化、自動(dòng)化,圖像多以離散數(shù)據(jù)形式記錄(幾乎取代了用于圖案記錄的連續(xù)介質(zhì))。于是,計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)成為人們研究顯微成像的有效途徑。當(dāng)前,不同成像系統(tǒng)由連續(xù)型(如透鏡和棱鏡等)或離散型(如空間光調(diào)制器或 數(shù)字微鏡器件 等)光學(xué)元件構(gòu)成,隨著更智能、精確的計(jì)算技術(shù)不斷地對(duì)成像系統(tǒng)各環(huán)節(jié)進(jìn)行滲透,光學(xué)成像系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化”。計(jì)算光學(xué)成像是融合了計(jì)算機(jī)、光學(xué)、數(shù)學(xué)、控制等多學(xué)科的新興研究領(lǐng)域。
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計(jì)算光學(xué)成像系統(tǒng)
計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)多用于間接成像系統(tǒng),使用衍射 斑或者 投影圖像計(jì)算目標(biāo)圖像,通過(guò)算法輔助使原本不能成像的系統(tǒng)具備成像功能。相位恢復(fù)、強(qiáng)度傳輸方程、快速傅里葉變換等是計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)的核心工具。待測(cè)目標(biāo)的成像可視為一個(gè)超高維線性反問(wèn)題,通過(guò) 光學(xué)逆源問(wèn)題求解 方法可得到目標(biāo) 的光場(chǎng)信息 ,如振幅、相位、偏振分布、形貌信息等。由于待測(cè)算信息多,很多計(jì)算方法在迭代計(jì)算中難以快速收斂,這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)光學(xué)元件物理參數(shù)改變以獲取不同的投影圖像在數(shù)學(xué)上可視為增加定解條件。因此,為了改善重構(gòu)圖像質(zhì)量,發(fā)展更快、更精確的計(jì)算方法對(duì)于計(jì)算光學(xué)成像尤為重要。
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相位恢復(fù)算法的應(yīng)用與發(fā)展
相位恢復(fù)算法是求解光學(xué)衍射模型中 光場(chǎng)信息 的重要數(shù)學(xué)工具。如圖所示,相位恢復(fù)算法已經(jīng)應(yīng)用于很多光信息處理系統(tǒng)中,推動(dòng)了計(jì)算成像與計(jì)算測(cè)量的發(fā)展
在計(jì)算光學(xué)成像領(lǐng)域,新成果不斷涌現(xiàn),本書(shū)僅吸納了目前相對(duì)成熟的研究成果,相信未來(lái)會(huì)有更多精彩的研究成果出現(xiàn)。計(jì)算技術(shù)在成像領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用,它既是銜接光學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的“黏合劑”,又推動(dòng)著研究工作向更全面、更深入的方向發(fā)展,其高重復(fù)性、靈活性、強(qiáng)大算力、低成本等優(yōu)勢(shì)尤為突發(fā)。由于計(jì)算光學(xué)成像具有極強(qiáng)的專業(yè)交叉性,很多計(jì)算機(jī)、光學(xué)、信息等專業(yè)的科研人員由于學(xué)科相近而轉(zhuǎn)入這一領(lǐng)域開(kāi)展前沿研究工作。該技術(shù)匯集了多領(lǐng)域的學(xué)術(shù)思想,使其得以全面發(fā)展。
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計(jì)算光學(xué)成像
劉正君, 劉樹(shù)田著
北京: 科學(xué)出版社, 2025. 11
ISBN 978-7-03-080770- 0
《 計(jì)算光學(xué)成像 》 介紹光學(xué)成像中的計(jì)算方法,側(cè)重講述計(jì)算光學(xué)成像方法的原理和數(shù)值計(jì)算方法。 本書(shū)共 15 章,第 1 章簡(jiǎn)要介紹光學(xué)傅里葉變換、計(jì)算光學(xué)成像方法、相位恢復(fù)算法的發(fā)展與分類。第 2 ~ 4 章闡述計(jì)算光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),是開(kāi)展計(jì)算光學(xué)成像研究的基礎(chǔ),包括衍射建模與離散計(jì)算、相位恢復(fù)算法、強(qiáng)度傳輸方程等。第 5 ~ 12 章著重闡述計(jì)算光學(xué)成像技術(shù),包括疊層成像、傅里葉疊層成像、單次曝光成像、單像素成像、相干衍射成像、結(jié)構(gòu)光照明成像、散射成像、超分辨成像等。第 13 ~ 15 章內(nèi)容對(duì)于提高計(jì)算光學(xué)成像質(zhì)量有重要作用,包括數(shù)字定位方法、自動(dòng)聚焦、降噪方法等。本書(shū)內(nèi)容能為從事計(jì)算光學(xué)成像領(lǐng)域研究的有關(guān)專業(yè)的研究生和科技工作者提供便利,這也是作者撰寫(xiě)本書(shū)的初衷。
感謝國(guó)家自然科學(xué)基金(10674038、11104049、11047153、10974039、61377016、61575053、61575055、69577006、11874132、61975044、12074094、12374271、62375065、62405079、62575091)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)研究杰出人才培育計(jì)劃(HIT.BRETTIII. 201406)、中國(guó)博士后科學(xué)基金(2013M540278、2015T80340)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)醫(yī)工理交叉基金(IR2021237)、MWorks 軟件項(xiàng)目驗(yàn)證課題(M202308)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)“強(qiáng)盛計(jì)劃”項(xiàng)目、哈爾濱工業(yè)大學(xué)原創(chuàng)前沿探索基金( HIT.OCEF.2024055 )、自適應(yīng)光學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(FNLAO-24-MS-O07)、貴州省先進(jìn)醫(yī)學(xué)成像與智能計(jì)算全省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(AMIIC250204)等科研項(xiàng)目的資助,本書(shū)相關(guān)研究成果得益于以上項(xiàng)目的長(zhǎng)期支持。
本文摘編自《 計(jì)算光學(xué)成像》(劉正君, 劉樹(shù)田著. 北京: 科學(xué)出版社, 2025. 11)一書(shū)“前言”,有刪減修改,標(biāo)題為編者所加。
ISBN 978-7-03-080770-0
責(zé)任編輯:姜 紅 崔慧嫻
本書(shū)介紹光學(xué)成像中的計(jì)算方法,包括傅里葉變換、菲涅耳衍射、相位恢復(fù)、柯林斯公式、強(qiáng)度傳輸方程、計(jì)算成像方法等,并介紹近年來(lái)關(guān)于計(jì)算光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域的新成果,如疊層成像、傅里葉疊層成像、單次曝光成像、單像素成像、相干衍射成像、結(jié)構(gòu)光照明成像、散射成像、超分辨成像等,側(cè)重講述計(jì)算光學(xué)成像方法的原理和數(shù)值計(jì)算方法。
本書(shū)可作為計(jì)算光學(xué)、計(jì)算光學(xué)成像原理與技術(shù)、計(jì)算光學(xué)成像等課程的教材,也可供信息光學(xué)、計(jì)算光 學(xué)成像、光學(xué)圖像處理等領(lǐng)域的研究人員參考。
(本文編輯:劉四旦)
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