研制的2台可编程孔径成像系统样机及相应的成像结果标志成果

针对传统成像搜索/跟踪系统成像分辨率低，难以满足远距离弱小目标精准探测的需求，探索实现新一代“大面阵小像元，大视场高分辨，高灵敏快帧频”军用光电成像系统的关键理论与技术。设计并构建了2套可编程孔径光电成像系统样机及配套的应用成像软件，成像波段分别为可见光（550nm）与长波红外（8-14um），创新地采用“编码孔径”的思想来实现图像超分辨率成像，通过利用孔径编码掩膜对光强进行调制，利用不同的系统点扩散函数获得原始场景的多次采样，最后采用稀疏优化迭代算法重构出原始图像。最终使小规模面阵探测成像器件实现3倍以上的超像素分辨率探测，并完成光机电算一体化集成，实现大视场高分辨成像，有效提升光电成像系统对远距离弱小目标的探测精度与作用距离实现超像素分辨成像，实现“看的更清、望的更远、探的更精”。

在条纹投影轮廓术中，从单帧光栅图像中恢复出用于重构物体三维形貌的绝对相位是一个巨大挑战。基于几何约束的立体相位展开（SPU）技术可在无需额外辅助投影的情况下消除相位模糊性，从而极大提升相位展开效率；但传统SPU技术仅能在有限的深度范围内展开频率较低的包裹相位。为克服该问题，提出一种基于深度学习的单帧绝对三维面型测量的几何约束与相位展开技术。将相位提取、几何约束和相位展开有机地综合统一到深度学习框架中，仅通过单帧光栅图像投影，利用由大量训练数据驱动的深度卷积神经网络实现了高质量相位提取和鲁棒的相位歧义性消除，将单次三维重构所需条纹图像降低至物理极限——1幅，最大化三维成像效率，从根本上克服了运动对三维成像的影响。与传统SPU相比，该技术可在更大的测量范围内、以更少的视角、更稳定地恢复稠密条纹图像的绝对相位。本工作已发表于AIP旗下期刊 APL Photonics, 并收录于APL Photonics专刊Photonics and AI，发表至今已被引用22次。

针对传统明场三维折射率层析技术难以突破显微系统成像通量极限，在使用高数值孔径物镜以获得高轴向分辨率的同时成像视场严重受限的问题，提出了一种基于傅里叶叠层成像的三维衍射层析成像技术。该方法利用二维傅里叶叠层成像技术中LED阵列产生的可编程准相干倾斜平面波照射样品，从而在三维傅里叶频域使用一个Ewald球冠来扫描物体的三维散射势频谱。此外，区别于传统多角度扫描的三维衍射层析技术，利用傅里叶叠层成像技术中大角度倾斜照明下暗场图像对应的三维频谱轴向扫描特性，在10倍物镜的大视场下实现了横向分辨率达390nm，轴向分辨率达899nm高通量三维层析成像，能够同时清晰分辨约4千个HeLa细胞中每一个细胞器的三维结构。相比传统明场三维层析技术，傅里叶叠层衍射层析技术的横向分辨率提升了1.63倍，轴向分辨率提升了6.75倍。该技术为实现大视场、高通量、高轴向分辨率的未染色细胞内细胞器高精度三维定位提供了技术支撑。相关研究成果发表于2020年发表在著名光学SCI期刊Optics and Lasers in Engineering上，发表至今已被引用41次，并入选OLEN Top Cited Article。