直播開講，精彩不停

2025年3月27日，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院胡偉教授課題組蘇李彤博士做客追光智匯直播間，帶來了一場關(guān)于光學(xué)邊緣檢測技術(shù)的精彩之旅。

光學(xué)邊緣檢測是一種利用光學(xué)原理來識(shí)別圖像或物體邊界的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理和模式識(shí)別等領(lǐng)域。

本次追光智匯直播間，南京大學(xué)蘇李彤同學(xué)為我們帶來了一場有關(guān)”光學(xué)邊緣檢測技術(shù)”新范式的研究分享，報(bào)告介紹了邊緣提取的基本原理、實(shí)現(xiàn)方法、技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用場景，展望了邊緣提取在檢測行業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展方向。本次分享回顧了光學(xué)邊緣檢測的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，總結(jié)了課題組在渦旋相襯成像等領(lǐng)域的研究成果，展示了多模式、可調(diào)諧渦旋器件在光場控制方面的重要應(yīng)用。

彈幕答疑 實(shí)時(shí)互動(dòng)

Q：在邊緣檢測過程，精確定位邊緣和高計(jì)算效率是如何實(shí)現(xiàn)？透射式和反射式邊緣檢測如何實(shí)現(xiàn)？反射式邊緣檢測的優(yōu)勢具體有哪些？

A：通過二階邊緣檢測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)邊緣的精確定位，因?yàn)樵摷夹g(shù)的特征表現(xiàn)為兩個(gè)峰值，利用這兩個(gè)峰值的中心點(diǎn)來確定邊緣的具體位置；在追求高計(jì)算效率方面，光學(xué)邊緣檢測作為一種模擬光學(xué)計(jì)算手段，已經(jīng)表現(xiàn)出卓越的效率。若要進(jìn)一步提升計(jì)算速度，可以采用多通道并行處理的策略。透射式和反射式邊緣檢測主要是根據(jù)檢測器件的調(diào)制方式而定，具體而言，透射式一般通過介質(zhì)超表面、向列相液晶等實(shí)現(xiàn)，而反射式一般通過膽甾相液晶、鏡面反射等實(shí)現(xiàn)；反射式邊緣檢測相對(duì)于透射邊緣檢測能夠折疊光路，能夠應(yīng)用在一些空間有限的檢測場景。

Q：分享中介紹了渦旋相襯成像的基本原理，渦旋相位對(duì)應(yīng)的PSF是甜甜圈形狀，那么復(fù)振幅疊加是否相消該如何判斷？

A：渦旋相位對(duì)應(yīng)的PSF是甜甜圈形狀，沿每一個(gè)徑向具有振幅對(duì)稱分布和相位反對(duì)稱分布的特點(diǎn)，根據(jù)卷積的原理，可以發(fā)現(xiàn)在檢測對(duì)象光強(qiáng)平坦區(qū)域能夠發(fā)生相消干涉，而在不對(duì)稱邊緣區(qū)域，無法發(fā)生相消干涉，因此保留下邊緣部分的光強(qiáng)。

Q：非相干照明的邊緣檢測可以通過使用兩個(gè)正值的PSF合成雙極性的PSF實(shí)現(xiàn)，這個(gè)實(shí)現(xiàn)過程具體如何實(shí)現(xiàn)？在非相干照明邊緣檢測場景中，波長復(fù)用和偏振復(fù)用同時(shí)實(shí)現(xiàn)存在什么問題？目前有哪些比較好的解決辦法？

A：對(duì)于非相干邊緣檢測，PSF的值始終為正值，這就導(dǎo)致了OTF的最大值在k=0處，不滿足邊緣檢測要求。因此需要兩個(gè)不同的非相干PSF相減，實(shí)現(xiàn)在k=0處的傳遞函數(shù)值為0。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中就是用具有不同PSF的成像系統(tǒng)拍攝兩張圖片，最終數(shù)字相減實(shí)現(xiàn)非相干邊緣檢測。對(duì)于波長復(fù)用和偏振復(fù)用，每次檢測都需要拍照兩張圖片，主要問題在于在拍攝動(dòng)態(tài)物體時(shí)幀率相對(duì)于一般的拍攝會(huì)降低一半。

南京大學(xué)在讀博士生蘇李彤介紹邊緣是物體基本的幾何特征，通過提取這些重要特征可以保留檢測對(duì)象的重要幾何特征，對(duì)圖像進(jìn)行一階微分可以快速提取特征，通過二階微分進(jìn)行精準(zhǔn)定位，以此顯著減少后處理計(jì)算量，在自動(dòng)駕駛、自動(dòng)檢測等領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用潛力。相干照明和非相干照明領(lǐng)域的邊緣提取存在眾多方向需要關(guān)注，胡偉教授課題組長期從事液晶光子學(xué)領(lǐng)域的研究，如液晶光場調(diào)控技術(shù)、基于液晶的多層級(jí)結(jié)構(gòu)，開發(fā)液晶多自由度光場調(diào)控技術(shù)和新型液晶平面光學(xué)元件等，未來將繼續(xù)推動(dòng)理論研究取得突破，探索更多液晶光子學(xué)產(chǎn)品的制備方式及應(yīng)用領(lǐng)域，為實(shí)時(shí)檢測、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

智慧凝集 攜手同行

晶萃光學(xué)JCOPTIX自2023年底啟動(dòng)了“追光計(jì)劃”系列活動(dòng)，旨在打造一個(gè)促進(jìn)學(xué)術(shù)與技術(shù)交流、推動(dòng)學(xué)科建設(shè)、培養(yǎng)光電領(lǐng)域人才的優(yōu)質(zhì)平臺(tái)，致力于構(gòu)建無界限、多元化的互動(dòng)生態(tài)，渴望讓參與者們在“追光智匯”找到專屬自己的光芒。該計(jì)劃還包含了追光者講壇、論文激勵(lì)方案等一系列活動(dòng)，鼓勵(lì)光電行業(yè)從業(yè)的伙伴在光電領(lǐng)域不懈探索與創(chuàng)新。

晶萃光學(xué)JCOPTIX誠摯地向所有新老朋友發(fā)出邀請(qǐng)，無論您是光電領(lǐng)域的資深專家，還是懷揣夢想、初出茅廬的青年學(xué)者，我們都渴望聽到您最新的研究成果分享，也期待與每一位熱愛光電行業(yè)的伙伴不期而遇，探討科研道路上的心得體會(huì)。追光智匯欄目將持續(xù)凝集智慧與靈感之光，照亮追光路上的每一個(gè)夢想。在這個(gè)充滿無限可能的舞臺(tái)上，讓我們攜手并進(jìn)，共同感受光電科技的神秘魅力，創(chuàng)造產(chǎn)學(xué)研深度融合的美好未來！