【直播回顾】光学边缘检测技术

直播开讲，精彩不停

2025年3月27日，南京大学现代工程与应用科学学院胡伟教授课题组苏李彤博士做客追光智汇直播间，带来了一场关于光学边缘检测技术的精彩之旅。

光学边缘检测是一种利用光学原理来识别图像或物体边界的技术，广泛应用于计算机视觉、图像处理和模式识别等领域。

本次追光智汇直播间，南京大学苏李彤同学为我们带来了一场有关”光学边缘检测技术”新范式的研究分享，报告介绍了边缘提取的基本原理、实现方法、技术优势和应用场景，展望了边缘提取在检测行业中的应用发展方向。本次分享回顾了光学边缘检测的发展历程和现状，总结了课题组在涡旋相衬成像等领域的研究成果，展示了多模式、可调谐涡旋器件在光场控制方面的重要应用。

弹幕答疑 实时互动

Q：在边缘检测过程，精确定位边缘和高计算效率是如何实现？透射式和反射式边缘检测如何实现？反射式边缘检测的优势具体有哪些？

A：通过二阶边缘检测技术可以实现对边缘的精确定位，因为该技术的特征表现为两个峰值，利用这两个峰值的中心点来确定边缘的具体位置；在追求高计算效率方面，光学边缘检测作为一种模拟光学计算手段，已经表现出卓越的效率。若要进一步提升计算速度，可以采用多通道并行处理的策略。透射式和反射式边缘检测主要是根据检测器件的调制方式而定，具体而言，透射式一般通过介质超表面、向列相液晶等实现，而反射式一般通过胆甾相液晶、镜面反射等实现；反射式边缘检测相对于透射边缘检测能够折叠光路，能够应用在一些空间有限的检测场景。

Q：分享中介绍了涡旋相衬成像的基本原理，涡旋相位对应的PSF是甜甜圈形状，那么复振幅叠加是否相消该如何判断？

A：涡旋相位对应的PSF是甜甜圈形状，沿每一个径向具有振幅对称分布和相位反对称分布的特点，根据卷积的原理，可以发现在检测对象光强平坦区域能够发生相消干涉，而在不对称边缘区域，无法发生相消干涉，因此保留下边缘部分的光强。

Q：非相干照明的边缘检测可以通过使用两个正值的PSF合成双极性的PSF实现，这个实现过程具体如何实现？在非相干照明边缘检测场景中，波长复用和偏振复用同时实现存在什么问题？目前有哪些比较好的解决办法？

A：对于非相干边缘检测，PSF的值始终为正值，这就导致了OTF的最大值在k=0处，不满足边缘检测要求。因此需要两个不同的非相干PSF相减，实现在k=0处的传递函数值为0。在实际实验中就是用具有不同PSF的成像系统拍摄两张图片，最终数字相减实现非相干边缘检测。对于波长复用和偏振复用，每次检测都需要拍照两张图片，主要问题在于在拍摄动态物体时帧率相对于一般的拍摄会降低一半。

南京大学在读博士生苏李彤介绍边缘是物体基本的几何特征，通过提取这些重要特征可以保留检测对象的重要几何特征，对图像进行一阶微分可以快速提取特征，通过二阶微分进行精准定位，以此显著减少后处理计算量，在自动驾驶、自动检测等领域中具有广泛应用潜力。相干照明和非相干照明领域的边缘提取存在众多方向需要关注，胡伟教授课题组长期从事液晶光子学领域的研究，如液晶光场调控技术、基于液晶的多层级结构，开发液晶多自由度光场调控技术和新型液晶平面光学元件等，未来将继续推动理论研究取得突破，探索更多液晶光子学产品的制备方式及应用领域，为实时检测、医学成像等领域的发展贡献力量。

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