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摘要

對硅基二氧化硅陣列波導光柵解復用器(AWG DEMUX)的偏振相關損耗(PDL)進行了優化。理論分析了引起AWG偏振相關性的物理因素以及消除偏振相關性的工藝方法和條件。利用化學氣相沉積、光刻和刻蝕等半導體工藝制備了AWG DEMUX芯片,并結合理論分析對包層材料中的硼(B)、磷(P)含量進行了優化調整,成功地將芯片的PDL降低至0.12 dB,使PDL參數滿足芯片的商用化需求。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(01):0106003
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摘要

針對激光深熔焊接過程的監控問題,基于小孔內部壓力平衡條件分析了小孔振蕩和小孔深度的關系。在此基礎上基于小孔行為與等離子體行為的耦合性,以及等離子體振蕩特征與等離子體電信號波動特征的一致性,利用短時自相關分析方法分析了A304不銹鋼和Q235碳鋼在激光深熔焊接過程中等離子體電信號振蕩周期與焊縫熔深之間的關系。結果表明,等離子體電信號振蕩周期隨焊縫熔深的增加而增大,并且不同焊接材料的等離子體電信號振蕩周期與焊縫熔深之間的關系不同。最后,在可變熱輸入連續焊接驗證實驗中,在焊接過程穩定的條件下,等離子體電信號的短時自相關分析結果與焊縫熔深之間有比較好的對應關系,與所分析的小孔振蕩特征方程具有一致性。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(01):0102006
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摘要

報道了一種基于非線性光纖環形鏡(NOLM)、工作在耗散孤子共振(DSR)區的長腔被動鎖模摻鐿光纖激光器,該激光器諧振腔的總長度約為1502 m,可以輸出重復頻率為133.18 kHz的高能量方波脈沖,且輸出脈沖的寬度和單脈沖能量均隨泵浦功率的增大而呈線性增大。當泵浦功率增大到414.47 mW時,輸出的方波脈沖具有最大寬度(761.6 ns),同時單脈沖能量達到了最大值(60.2 nJ)。通過改變NOLM中單模光纖的長度,進一步研究了諧振腔長度對輸出方波脈沖特性的影響,結果表明:諧振腔越長,所得DSR方波脈沖越寬,脈沖峰值功率越低。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(01):0101003
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摘要

提出并演示了一種基于聲光調制器(AOM)主動調Q的環形腔雙包層光纖激光器獲得窄線寬、窄脈寬和高重復頻率激光脈沖的方法。通過在腔內采用以雙包層增益光纖作為輸入尾纖的泵浦剝離器來縮短腔長,可以降低增益光纖正向放大自發輻射(ASE)的反射,抑制其ASE的增益自飽和效應,使腔內有效增益增大,窄線寬調Q脈沖可在環形腔中快速建立,從而不僅可使調Q脈沖脈寬變窄,還允許其重復頻率大幅提升。在7 W泵浦功率下,所提出的調Q光纖激光器獲得了線寬和脈寬分別窄至0.16 nm和10.4 ns、重復頻率高達150 kHz的調Q激光脈沖。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(01):0101002
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摘要

激光剝離技術通過脈沖激光輻照致材料燒蝕實現器件向終端基底的轉移,具有一定的材料適用性和工藝兼容性,已成為近年來柔性電子器件制造的新興關鍵技術。從激光剝離技術的基本機制和工藝特點出發,對激光剝離技術在不同柔性電子器件制造中的研究現狀進行調研和介紹,重點闡述激光剝離技術應用中的新工藝與新理論。對激光剝離技術今后的發展方向,特別是超快激光在技術中的應用可能性進行了總結和展望。

PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(01):0100001
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摘要

等離子體鏡是一種有效提升高功率超短脈沖激光信噪比的方法,但在一部分實驗中使用等離子體鏡后焦斑出現了退化現象。為了定量研究等離子體鏡的焦斑退化問題,提出基于等離子體膨脹和衍射傳輸的時空聚焦多步傳輸算法,通過光束質量評價函數定量分析等離子體膨脹時間、波前誤差幅值和空間頻率對焦斑退化的影響。仿真結果表明,等離子體鏡引起的遠場焦斑退化主要是由等離子體膨脹時間和波前誤差引起的等離子體膨脹不均勻所致,其中,等離子體膨脹時間是主導因素。并且波前誤差的幅度越大、空間頻率越低,對聚焦能力的影響相對越大。從高信噪比、高功率激光系統輸出能力的角度考慮,對于使用等離子體鏡的高功率超短脈沖激光系統提出時空上的光束質量要求,以避免遠場焦斑的退化問題。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(02):0232001
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摘要

為了實時探測運動場景、迅變目標的圖像與光譜,提出了一種微小型快照式傅里葉變換成像光譜儀,利用多級微反射鏡對微透鏡陣列形成的多重像場進行分布式相位調制,實現了干涉圖譜信息的實時獲取。根據微透鏡陣列與多級微反射鏡對光場的相位調制特性,建立了多重干涉成像的理論模型,計算表明,不同視場的干涉像點位于探測平面的不同區域,但大視場情況下相鄰通道之間的干涉圖像單元會發生串擾,并導致復原光譜失真。分析表明,為了抑制相鄰干涉成像通道間發生串擾,視場角應控制在微透鏡陣列和多級微反射鏡的衍射與離焦效應所限定的極限視場角之內。同時,視場角還會引入相位誤差,并導致歸一化光譜誤差隨視場角的增大而單調遞增。根據歸一化光譜誤差關系曲面可以對系統的視場角進行合理的設計,從而實現對目標場景中特定區域的有效探測。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(02):0230001
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摘要

基于描述超材料中超短脈沖傳輸的高階非線性薛定諤方程,采用行波法得到一種精確的飛秒準亮孤子解及其存在條件。研究發現,在群速度色散、三階色散、三次-五次非線性、自陡峭和二階非線性色散效應的精確平衡下,超材料中可存在該飛秒準孤子;當三階色散和二階非線性色散不存在時,該準孤子無法存在。基于Drude模型,詳細討論了不同非線性超材料中該飛秒準亮孤子存在的不同折射區域。結果表明,該飛秒準孤子可存在于自散焦非線性超材料的負折射區和自聚焦非線性超材料的正折射區,而且在不同區域具有不同的脈沖強度和寬度。這意味著,通過選擇不同非線性超材料和輸入電磁波的頻率,使其位于相應的存在區域,可以實現對孤子特性的調控。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(02):0219001
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摘要

熔融石英光學元件的亞表面缺陷直接影響著其成像質量及激光損傷閾值等指標。相比缺陷的二維截面大小以及深度信息,亞表面缺陷三維輪廓及缺陷體積的定量檢測結果可以用來更準確地評估熔融石英光學元件的加工質量。結合共聚焦顯微鏡的成像原理,使用共聚焦顯微鏡進行了熔融石英樣品層析掃描實驗。通過對亞表面缺陷圖像特點的分析,提出了適用熔融石英元件亞表面缺陷的三維重建算法。提出的算法在亞表面缺陷重建效率與精度上均優于其他三維重建方法。根據重建后缺陷的統計結果,定量獲得了熔融石英樣品亞表面缺陷的完整三維信息。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(02):0216001
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摘要

針對傳統色散透鏡的色散線性度很難保證為絕對線性,測量范圍很窄的問題,且為了盡量減小球差尤其是對測量影響最大的軸向球差,提出一種將二元光學透鏡引入到光譜共聚焦微小間距測量的方法。該方法中二元光學透鏡的色散只與入射光的波長有關,且嚴格與入射光的波長成反比。二元光學透鏡不存在球差問題且可以補償校正測量系統中其他光學組件的未知色差。實驗中選擇510~690 nm范圍內的光譜,利用分辨率為0.5 nm的光譜儀接收光譜信息,測得該方法的測量量程為13.95 mm,測量誤差為0.6 μm,并通過對光盤上的刻錄間距進行測量,驗證了該方法的有效性。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(02):0212003
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摘要

利用高分辨率傅里葉變換紅外光譜(FTIR)技術探測合肥地區大氣硝酸(HNO3)的濃度,基于最優估算法由中紅外太陽吸收光譜反演出HNO3的垂直廓線和柱總量。獲得了2017年大氣HNO3的垂直廓線和柱總量的時間序列,分析了HNO3的季節變化、濃度探測敏感性高度、反演平均核和自由度等特征。不同季節大氣HNO3的垂直廓線表明,HNO3在20~30 km的大氣平流層濃度較高,在對流層濃度較低。HNO3的柱濃度顯示出明顯的季節變化,春季出現最大值,冬季出現最小值,季節變化幅值為9.82×10 15 molecule/cm 2。為了對地基FTIR的觀測進行比對,選取Aura MLS衛星數據產品與地基測量數據進行比對。比對結果表明,地基遙感觀測與衛星數據顯示出的季節變化一致;盡管衛星偏柱量整體小于地基遙感的柱總量,但兩者的相關系數為0.83,表明兩者具有較好的一致性。地基觀測結果驗證了地基FTIR技術觀測大氣中HNO3時空分布的可靠性和準確性。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(02):0201003
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摘要

光學成像技術極大地拓展了人類的視覺極限,提高了人們觀察和理解現實世界的能力。越多地獲得目標的光學信息,對其的認識越充分。數字全息術是一種可以將樣本的三維信息以二維全息圖的形式編碼記錄下來的一種成像技術。通過獲得由攜帶物體信息的物光波和參考光波疊加產生的干涉圖案,可以以數字化的方式實現多種重建模態,例如圖像恢復、相位成像和切片成像等。光學掃描全息術是一種獨特的數字全息成像技術,通過主動式二維化掃描對三維物體進行成像,其完整的波前信息可以被單像素探測器記錄,并基于光外差檢測進行信號解調,從而恢復出復數全息圖。對光學掃描全息術的最新進展進行介紹。首先,基于雙光瞳成像系統,通過特殊的硬件和算法設計,提高光學成像系統的性能,如提高空間分辨率、縮短掃描時間。其次,基于計算成像原理,通過改進和優化全息像重建算法,實現高質量的圖像恢復,主要涉及切片成像和三維成像等重建模態。第三,介紹光學掃描全息術的其他研究方向,并討論該領域未來可能的發展方向。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(01):0111009
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摘要

光場為三維世界中光線集合的完備表示。通過記錄更高維度的光線數據,光場能夠準確感知周圍復雜多變的動態環境,支撐智能系統對環境的理解與決策。計算光場成像技術圍繞光場及全光函數表示,旨在結合計算、數字傳感器、光學系統和智能光照等技術,以及硬件設計、軟件計算能力,突破經典成像模型和數字相機的局限性,建立光在空域、視角、光譜和時域等多個維度的關系,實現耦合感知、解耦重建與智能處理,具備面向大范圍動態場景的多維多尺度成像能力。光場成像技術正逐漸被應用于生命科學、工業探測、國家安全、無人系統和虛擬現實/增強現實等領域,具有重要的學術研究價值和廣闊的產業應用前景。然而,伴隨著高維數據的離散化采樣,光場成像面臨空間分辨率與視角分辨率的維度權衡挑戰,如何對稀疏化的采樣數據進行光場重建成為計算光場成像及其應用的基礎難題。與此同時,受制于光場信號的高維數據感知量,光場處理面臨有效數據感知與計算高效性的矛盾。如何用光場這一高維信息采集手段,取代傳統二維成像視覺感知方法,并結合智能信息處理技術實現智能化高效感知,是實現光場成像技術產業化應用的巨大挑戰。對過去20年來計算光場成像裝置與算法的研究進行概述和討論,內容涵蓋光場表示和理論、光場信號采集、空間與視角維度重建等。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(01):0111001
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摘要

近年來,深度學習被廣泛應用于計算成像中,并取得了令人矚目的成果,已成為該領域的研究熱點。為了深入了解現有基于深度學習的方法是如何解決眾多計算成像問題的,主要介紹了該方法的基本理論和實施步驟,然后以散射成像、數字全息及計算鬼成像中的應用為例具體介紹該方法的有效性和優越性。匯總對比了一些典型應用,并對基于深度學習的計算成像方法進行了總結和展望。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(01):0111002
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摘要

近年來,光學成像技術已經由傳統的強度、彩色成像發展進入計算光學成像時代。計算光學成像基于幾何光學、波動光學等理論對場景目標經光學系統成像再到探測器采樣這一完整圖像生成過程建立精確的正向數學模型,再求解該正向成像模型所對應的“逆問題”,以計算重構的方式來獲得場景目標的高質量圖像或者傳統技術無法直接獲得的相位、光譜、偏振、光場、相干度、折射率、三維形貌等高維度物理信息。然而,計算成像系統的實際成像性能也同樣極大程度地受限于“正向數學模型的準確性”以及“逆向重構算法的可靠性”,實際成像物理過程的不可預見性與高維病態逆問題求解的復雜性已成為這一領域進一步發展的瓶頸問題。近年來,人工智能與深度學習技術的飛躍式發展為計算光學成像技術開啟了一扇全新的大門。不同于傳統計算成像方法所依賴的物理驅動,深度學習下的計算成像是一類由數據驅動的方法,它不但解決了許多過去計算成像領域難以解決的難題,還在信息獲取能力、成像的功能、核心性能指標(如成像空間分辨率、時間分辨率、靈敏度等)上都獲得了顯著提升。基于此,首先概括性介紹深度學習技術在計算光學成像領域的研究進展與最新成果,然后分析了當前深度學習技術在計算光學成像領域面臨的主要問題與挑戰,最后展望了該領域未來的發展方向與可能的研究方向。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(01):0111003
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摘要

散射光學成像恢復是光學成像領域最重要的研究課題之一。科學家已經提出各種技術實現不同散射環境下的成像恢復。其中,散斑相關性的解卷積技術具有成像質量高、恢復速度快和易于集成等優點。簡要綜述了散斑相關成像的進展,從光學記憶效應和解卷積原理出發,介紹點擴展函數新物理特性及其在成像恢復中的應用,總結點擴展函數的間接獲取方法,最后提出光場全要素(plenoptics)的概念。光場的全要素探索有望在更復雜散射環境中提供更全面的信息,使散射光學成像技術在生物、醫療、海洋、軍事和日常生活等場景中更具應用前景。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(01):0111004
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摘要

散射在光的成像過程中無法避免,傳統的光學成像技術很難解決散射引起的光波前畸變及圖像失真等問題。近年來,大量的研究成果表明充分利用散射效應的成像技術可以實現透過散射介質或復雜介質成像,且具有超分辨的特性。本文在介紹散射成像基本原理的基礎上,重點介紹了透過散射介質成像方法以及相關技術的研究進展,分析了散射成像尚存在的問題,最后對散射成像未來的研究方向進行了展望。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(01):0111005
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摘要

早期壓縮感知在光學成像領域的應用主要集中在空域壓縮成像。近年來,更多的空域壓縮成像采用陣列式探測器取代單元探測器采集測量值。同時,壓縮成像的研究也從二維空間拓展到三維測距、高速成像、多光譜成像、關聯成像和全息成像等方向。本文針對空域高分辨率壓縮成像、壓縮感知測距和時域高速壓縮成像進行詳細分析,結合空域壓縮成像總結了測量矩陣設計的研究進展,討論研究中遇到的困難以及未來可能發展的機遇,并對壓縮感知在多光譜、關聯成像、和全息成像中的應用研究進行了討論。此外,本文也總結了近幾年深度學習技術在各應用方向上對系統目標恢復性能的改善。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(01):0111006
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摘要

鬼成像是一種與傳統成像方式不同的通過光場漲落的高階關聯獲得圖像信息的新型成像方式。近年來,相比傳統成像方式,鬼成像所擁有的一些優點如高靈敏度、超分辨能力、抗散射等,使其在遙感、多光譜成像、熱X射線衍射成像等領域得到廣泛研究。隨著對鬼成像的廣泛研究,數學理論和方法在其中發揮的作用愈顯突出。例如,基于壓縮感知理論,可以進行鬼成像系統采樣方式優化、圖像重構算法設計及圖像重構質量分析等研究工作。本文旨在探索鬼成像中的一些有趣的數學問題,主要包括:系統預處理方法、光場優化及相位恢復問題。對這些問題的研究既可以豐富鬼成像理論,又能推動它在實際應用中的發展。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(01):0111007
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摘要

近場是指局域在物體表面附近亞波長范圍內的空間區域。倏逝波存在于近場區域,可利用其與物質的相互作用特性對位于近場區域的某些介質樣品進行高分辨率成像,及對樣品物性變化進行高靈敏度測量,其中,基于全內反射和表面等離子體共振的近場成像與測量方法已在許多領域獲得廣泛應用。將數字全息術與這類近場測量方法相結合,可進一步有效解決自近場區域反射光波的相位分布的高精度全場動態測量問題。重點介紹基于全內反射數字全息術和表面等離子體共振全息顯微術的近場成像方法與測量應用研究進展。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(01):0111008
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摘要

We report supercontinuum generation in nitrogen-rich (N-rich) silicon nitride waveguides fabricated through back-end complementary-metal-oxide-semiconductor (CMOS)-compatible processes on a 300 mm platform. By pumping in the anomalous dispersion regime at a wavelength of 1200 nm, two-octave spanning spectra covering the visible and near-infrared ranges, including the O band, were obtained. Numerical calculations showed that the nonlinear index of N-rich silicon nitride is within the same order of magnitude as that of stoichiometric silicon nitride, despite the lower silicon content. N-rich silicon nitride then appears to be a promising candidate for nonlinear devices compatible with back-end CMOS processes.

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    摘要

    The vacuum Rabi splitting, which stems from a single photon interaction with a quantum emitter (a single atom, molecule, or quantum dot), is a fundamental quantum phenomenon. Many reports have claimed that using J aggregates coupling to highly localized plasmon can produce giant Rabi splitting (in scattering spectra) that is proportional to N, where N is the number of excitons in J aggregates, and this splitting originates purely from quantum interaction between excitons and plasmons. In this work, we show that the scattering spectra are very sensitive to the surrounding matter, and the giant spectral splitting stems both from the quantum interaction of a single molecule with plasmons (Rabi splitting) and from the classical optical interaction of multiple molecules with plasmons. We develop a Lorentzian model to describe molecules and plasmon and find that the collective optical interaction is dominant in generating the giant splitting (in scattering spectra), which is also proportional to N, upon the quantum interaction of single-molecule Rabi splitting. Simply speaking, the observed giant spectral splitting is not a pure quantum Rabi splitting effect, but rather a mixture contribution from the large spectral modulation by the collective optical interaction of all molecules with plasmons and the modest quantum Rabi splitting of a single molecule strongly coupled with plasmons.

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      摘要

      We report an 8-channel wavelength-mode optical pulse interleaver on a silicon photonic chip. Wavelength- and mode-division multiplexing techniques are combined to increase the repetition rate of the pulses without adding the complexity of a single dimension. The interleaver uses a cascaded Mach–Zehnder interferometer architecture as a wavelength-division (de)multiplexer, an asymmetric directional coupler as a mode (de)multiplexer, and various lengths of silicon waveguides as delay lines. A pulse sequence with a time interval of 125 ps is implemented with the repetition rate being eight times that of the initial one. The demonstrated wavelength-mode multiplexing approach opens a new route for the generation of high-speed optical pulses.

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        摘要

        A type of scalable self-imaging capable of variable magnification or minification of periodic objects is demonstrated in the focal plane of a lens illuminated by a point source. The theory and the experimental results show that the self-imaging phenomenon can also be realized in the focal plane of a lens regardless of whether the distances satisfy the lens formula or not. The particular property of this scalable self-imaging effect is that the images in the focal plane can be controlled with different scaling factors only when the distances between the point source and the periodic object satisfy a certain condition. This discovery should open a new field of diffraction imaging and new application opportunities in precision measurement.

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          摘要

          非接觸式心沖擊描記術(BCG)通過測量血液循環過程中血液對血管壁產生的周期性壓力來測量心率。這種壓力會引起包括頭部在內的身體各部位周期性弱機械運動,這種運動十分微弱,并且從身體運動中提取的BCG信號有著較低的信噪比,限制了其心率的測量精度。利用光學杠桿放大頭部運動(Optical lever amplified BCG,OLA-BCG),提出了一種非接觸式高精度心率檢測算法。該方法以激光作為主動光源,結合附著在頭部的平面鏡,實現頭部運動的放大;同時利用加權質心跟蹤算法提取頭部運動軌跡并采用獨立成分分析過濾掉干擾噪聲,得到BCG信號。最后,對提取的BCG信號進行頻譜分析,計算出心率值。實驗結果表明,OLA-BCG方法可以有效提高從頭部運動中提取的BCG信號的信噪比和心率的測量精度。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207042
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          摘要

          為了獲取眼科激光手術中規劃手術部位的深度空間信息,搭建了雙光纖環形器結構的掃頻光相干斷層成像(SS-OCT)系統。在樣品臂中加入二向色鏡,將其與互補金屬氧化物半導體(CMOS)相機系統進行整合。對OCT坐標系與相機圖像坐標系的幾何關系進行匹配,設計了多角度線性掃描、環形掃描等模式,實現了相機視頻圖像下任意指定位置的多模式掃描成像。該成像系統的縱向分辨率為13.68 μm,橫向分辨率為29.8 μm,在空氣中的成像深度為17.25 mm,測量的最大橫向偏差為275 μm,最大縱向偏差為70 μm,能夠滿足手術的定位要求。該研究初步實現了眼內指定部位深度信息的快速獲取,有望應用于眼科疾病診斷和白內障手術導航。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207041
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          摘要

          考慮到腫瘤的形狀特征以及激光間質熱療時激光的傳輸方式為內置光源,首先建立了內插光纖的雙層球體生物組織模型,然后假設光子從球體中心發射,建立了光子在組織內、球體邊界及內插光纖表面的傳輸方式,最后采用Visual Studio軟件編程,基于蒙特卡羅法對光在該組織模型中的傳輸進行仿真。仿真結果表明:光纖主要對光子出射端面附近的光子的運動產生影響;位于光子出射面下方的組織對光子能量的吸收大于出射面上方組織對光子能量的吸收;內層球體的半徑越小,內邊界的吸收值越大。與傳統的蒙特卡羅方法相比,所建模型更接近于激光間質熱療的實際情況,對后續準確預估激光間質熱療的熱毀損范圍具有重要的實際意義。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207040
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          摘要

          采用一種基于光學相干層析成像(OCT)技術的深度分辨散射系數計算方法來量化表征細胞分布特性。該方法基于單散射模型獲取深度分辨散射系數分布圖,并通過散射系數直方圖統計發現細胞分布規律。通過多層散射介質模型驗證了該方法的有效性。實驗結果表明:根據散射系數分布圖可以深度分辨細胞分布特性,相比OCT強度圖像,細胞和背景的對比更明顯;不同濃度細胞懸浮液的OCT強度信號直方圖無明顯區別,散射系數直方圖則出現了表征細胞濃度的特征峰,且該特征峰與背景散射特征峰的偏離程度與細胞濃度呈線性關系。利用OCT散射系數分布圖檢測到生物三維打印水凝膠支架內細胞分布與H&E染色結果有較好的對應關系,且相應的散射系數直方圖分布中出現了表征細胞濃度的特征峰。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207039
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          摘要

          提出一種光透過散射介質的散斑恢復算法,可實現大視場任意位置的聚焦。通過仿真模擬光路測量散射介質的傳輸矩陣并進行二值化處理,再利用數字微鏡器件對入射光進行二值振幅調制,實現透過散射介質的單點或多點聚焦。由于不同聚焦位置的獨立性,所提算法能夠實現大視場任意位置聚焦。仿真結果表明:聚焦位置的光強增強因子隨著采樣數目的增加而增加;與傳統三步相移法相比,在采樣數目減少1/3的情況下,所提算法能夠獲得55%的增強比,比三步相移法高12%。所提算法對透過散射介質實現大視場范圍掃描聚焦有重要意義,在生物醫學成像領域具有廣闊應用前景。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207038
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          摘要

          癲癇治療手術往往依靠對致癇灶的準確定位,目前各種定位方式都存在著一定限制。臨床上使用的腦皮層電位圖(ECoG)具有很高的時間分辨率,但是其空間分辨率不能滿足要求。基于人腦中存在的神經血管偶聯機制,提出一種利用微型光極與微型超聲探頭,通過探測腦微血管血流量來進行癲癇致癇灶定位檢測的新方法。動物模型實驗結果表明:腦皮層表面檢測到的光極信號與癲癇發作期ECoG電信號有著良好的對應關系;在腦皮層以下1 mm深度內,超聲回波功率譜與ECoG電信號同樣具有較好的對應關系。因此,該方法有望為臨床癲癇致癇灶檢測與定位提供一種新的有效手段。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207037
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          摘要

          報道了一種用于神經外科手術立體定向導航的原位同軸投影技術。該技術可以自動完成圖像與患者位置的配準,并將術前重建的手術靶點和規劃入路實時原位地投射到手術部位,指導術者按照預定靶點和入路進行精準手術。同軸標定實驗表明該系統在工作距離下的平均投影儀重投影誤差為0.4 mm,具有較高的攝影-投影同軸度。立體定向投影精度實驗表明該系統在不同投射角度下的靶點平均投影誤差為1.2 mm,具有較高的立體定向導航精度。仿體實驗表明該系統在不同的模擬手術條件下可達到0.3 mm到3.1 mm的平均投影誤差,具備良好的臨床應用可行性。 跟其他立體定向導航系統相比,原位同軸投影技術擯棄了屏幕顯示,可以避免術者視角在顯示器和術野之間頻繁切換帶來的不便和操作誤差,提升了手術效率,在腦腫瘤及腦血腫手術導航中具有廣闊的臨床應用前景。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207036
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          摘要

          在光聲顯微成像中,系統的探測靈敏度是決定成像質量和探測深度的關鍵因素,也將進一步影響光聲成像在生物醫學領域中的應用范圍。通過將微型放大芯片集成至換能器單元,實現信號的前置放大和輸出阻抗的匹配,提高了探測靈敏度和信噪比;基于制備的原型換能器搭建了光聲顯微成像系統,并通過仿體和大鼠耳部血管的三維成像實驗,驗證了該系統進行高靈敏光聲顯微成像的可行性。實驗結果表明:基于集成放大芯片換能器的光聲顯微成像技術可使光聲信號的信噪比提升10 dB以上,具有應用于微弱生理、病理變化檢測和定量分析的潛力。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207035
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          摘要

          光學相干斷層血管造影術(OCTA)是研究微血管網絡和微循環的重要工具。采用高靈敏度和高分辨率的光學相干斷層血管成像技術對細菌誘導的裸鼠耳朵炎癥模型進行監測和評估。成像結果表明:光學相干斷層血管造影術可以高靈敏度和高分辨率地監測細菌誘導性炎癥過程中,小鼠耳朵免疫血管反應誘發的微血管網絡密度差異和血管形態變化;細菌感染之后,小鼠耳朵的OCT(optical coherence tomography)血管信號明顯增強,這是由于細菌誘導的血管發炎促進了血管中紅細胞的增多,從而增強了OCT信號。最后,健康被試者手掌處的高密集血管網絡圖像,證明了光學相干斷層血管造影術用于臨床評估炎癥的可能性。該方法有助于進一步認識炎癥的病理機制,為臨床評估炎癥開辟了新途徑。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207034
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          摘要

          光聲成像作為一種新型的生物醫學成像技術,其成像過程結合了光學成像的高分辨率以及聲學成像的深層組織穿透性能,突破了傳統生物醫學成像的“軟極限”。然而,大多數的腫瘤,尤其是在早期階段,并無明顯的光聲對比度,因此,開發出有效的外源性光聲成像造影劑至關重要。基于此,研究了一種新型二維材料——銻烯納米層片(AMNFs),它在300~900 nm波段范圍內具有較好的光學吸收性,且具備優異的光熱轉換效率和光聲性能。用此材料作為對比劑,可以實現活體小鼠體內小腫瘤的高質量光聲成像。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207033
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          摘要

          搭建了一套多角度掃描的高靈敏度光聲介觀(OPAM)實驗系統,可同時實現高靈敏度測量和多角度信息獲取,并利用該系統對小動物腫瘤的結構信息與功能信息進行了初探。通過仿體實驗驗證了所搭建系統的空間分辨能力,滿足OPAM成像需求;通過對兩種小動物腫瘤模型進行OPAM實驗,可獲得腫瘤的結構圖像以及兩種腫瘤較為明顯的類型特征;之后利用該系統在雙波長測量條件下獲得了腫瘤的血氧飽和度值。實驗表明,該OPAM系統可以為腫瘤學研究提供一定的參考與指導,在生物醫學研究領域具有較好的應用前景。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207032
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          摘要

          提出了一種基于光楔的全新的并行熒光擦除圖案產生方法,使用光楔及配套反光鏡來調控損耗光束入射輔助物鏡時的物方傾斜角,可充分利用顯微物鏡的數值孔徑,產生出周期更小的并行熒光擦除圖案。仿真結果顯示:當使用數值孔徑為1.4的顯微物鏡且損耗光波長為760 nm時,所提方法能產生出周期為282.0 nm×283.6 nm的正方形網格狀并行熒光擦除圖案,能實現更高的成像分辨率。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207031
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          摘要

          食源性致病菌的快速檢測是解決食品安全問題最有效的途徑之一。為了實現對食源性致病菌的快速、高效、無標記檢測和分類,提升了原有的光纖共聚焦后向散射光譜系統的性能,將其光場直徑減小到適合較小生物樣品的水平,即達到單菌水平檢測。在無標記條件下,測定了三種常見的形態相近的食源性致病菌(腸炎沙門氏菌、大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌)的后向散射光譜。選取500~800 nm范圍的特征波段,將主成分分析和模糊聚類分析相結合,建立多元分析模型。主成分分析結果表明,所得的前5個主成分已經包含80.41%的特征區光譜信息。將前5個主成分分量作為模糊聚類分析的變量。由所求得的隸屬度矩陣可知,三種細菌聚類結果的準確率均為100%。該結果說明光纖共聚焦后向散射光譜方法結合主成分分析和聚類分析法能夠快速、高效、無標記地對單個細菌進行分析和分類。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207030
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          摘要

          由β-淀粉樣蛋白(Aβ)生成的Aβ斑塊是阿爾茲海默癥(AD)產生的重要病理特征之一。在阿爾茲海默癥治療的相關研究中,實現對Aβ斑塊的有效檢測和降解是需要解決的重要科學問題。由于Aβ單體聚集成斑塊后具有較強的自體熒光,因此本研究利用非線性光學成像方法實現對Aβ斑塊的無標記成像,同時利用光敏劑的光動力效應對Aβ斑塊進行降解。比較了不同濃度下光敏劑對Aβ斑塊的降解效果,制備了相應的脂質體并成功地將其用于對Aβ斑塊的降解。探討了無標記光學成像及光動力療法在阿爾茲海默癥研究中的潛在應用價值,為優化阿爾茲海默癥的診斷和治療提供了新的途徑。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207029
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          摘要

          回音壁模式是光子在一個準二維平面內運動,并不斷地在微腔邊界發生全反射而不折射出腔的一種光學模式,具有高的Q值和小的模式體積,對外部環境的變化極其敏感。利用回音壁模式可以使寬帶熒光實現窄光譜的激光輸出。利用摻雜DG(dragon green)熒光染料的聚苯乙烯微球作為回音壁模式光學微腔,通過細胞的吞噬功能,使熒光微球到達細胞內部,利用納秒脈沖激光進行泵浦,實現了細胞內的回音壁模式激光輸出。與在純水環境中的激光輸出相比,細胞內熒光微球回音壁模式的諧振峰發生了紅移,且紅移量與細胞類型有關,說明可以用回音壁模式實現細胞種類的無標記識別。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207028
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          摘要

          切倫科夫激發的熒光掃描成像(CELSI)作為一種新興分子成像技術,具有空間分辨率高和成像深度深的優點,在監測放療過程中腫瘤的生理變化方面具有巨大潛力。前期工作基于Tikhonov方法成功實現了CELSI斷層成像,但該方法無法對位置深度超過3 cm或低對比度的熒光目標進行準確重建。為克服這一問題,提出了一種基于近似信息傳遞算法的斷層CELSI稀疏重建方法。為說明該算法的優點,將其與傳統的Tikhonov正則化算法以及3種基于稀疏的重建算法進行比較。實驗結果表明,就均方誤差和對比噪聲比而言,本文算法可以獲得最優的重建結果。

          PDF全文HTML全文 中國激光 | 2020,47(02):0207027
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          摘要

          近年來,如何消除量子通信中集體噪聲的影響成為一個亟待解決的問題。針對目前免疫集體噪聲的量子密鑰協商協議的量子比特效率偏低問題,本文分別提出了兩個改進的免疫集體相位噪聲和集體旋轉噪聲的量子密鑰協商協議。這兩個協議主要利用邏輯量子態、延遲測量技術、幺正操作和多粒子糾纏態的相關性,確保通信雙方能夠公平地建立一個共享密鑰。協議的量子比特效率高達 ,是現有免疫集體噪聲的量子密鑰協商協議中

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          摘要

          航空發動機葉片長期工作在高溫高壓的涵道中,導致其易發生斷裂、劃道、形變等損傷。損傷葉片的三維數字建模一直是其增材修復的關鍵步驟,模型的精度直接影響到熔覆制造的質量。鑒于航天發動機葉片的空間扭轉特征,提出了一種非接觸式的激光交疊式三維重建方法。該方法利用掃描策略中線激光測頭與葉片相對位置的特征矩陣初始化點云配準參數,并通過權值的分配縮小源點云規模對迭代最近點(ICP)算法進行優化,最

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          摘要

          本文介紹了一種基于Vernier效應的高靈敏光纖溫度傳感器。該傳感器有由陶瓷插芯、光纖和石英玻璃片構成兩個級聯FP(Fabry Perot)腔。兩個FP腔的光程差接近時,它們的光譜具有相近的自由光譜區,從而產生Vernier效應,傳感器靈敏度顯著提高。溫度實驗表明,該傳感器在300℃、500℃以及800攝氏度的溫度靈敏度分別為2.646nm/℃、2.018 nm/℃和1.958 nm/℃,遠高于其他類型的光纖溫度傳感器。該傳感器結構簡單、成

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          摘要

          隨著合成孔徑雷達(SAR)技術的發展,SAR所獲取的數據量迅速增加。但是利用SAR圖像對目標識別的過程,具有計算量大、耗時長的特點。因此,快速、準確地對目標進行識別的需求日益迫切。為了對目標實現快速、有效的識別,本文提出了一種基于幾何模型的目標快速分類方法。該方法選擇二值目標區域和陰影區域為特征,首先利用目標幾何模型的光學可見信息進行正向特征預測,然后從實測SAR圖像中提取的二值區域與預測

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          摘要

          量子衛星通信是量子通信與衛星通信相結合的新的通信方式,具有信息安全性高、覆蓋面廣、系統容量大等優勢,是當前本領域的研究熱點和前沿。2016年,我國發射了第一顆量子通信衛星“墨子號”,經過一系列實驗測試,中科院宣布“墨子號”圓滿完成了實驗任務,達到了預期目的。因此,“墨子號”衛星為構建未來空地一體、全球覆蓋的量子安全通信網絡奠定了基礎。 在量子衛星通信過程中,量子衛星與地面接收機之間

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          摘要

          本文利用波長532 nm,脈寬90 ns的納秒激光器、精密五軸運動系統和自主研發的計算機輔助制造(CAM)程序,通過精確控制機械運動和激光輻照參數, 實現了在平面和自由曲面上制備周期性亞波長條紋。研究了不同激光功率和掃描速率對條紋形成的影響,發現激光功率P = 340 mW和掃描速率v = 7 mm/s時,形成條紋最佳。結合偏振控制器件,發展了一種同步偏振控制技術,實現對激光偏振方向的同步控制,從而實現對條紋方向

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          摘要

          成像光譜技術可以獲取所觀測目標的空間和光譜信息,能有效辨別目標表面的物質組成,在軍民領域應用廣泛。近年來,基于濾光片陣列的成像光譜設備由于其結構緊湊、成像速度快、覆蓋波段范圍大等優勢受到廣泛關注。而濾光片陣列作為確定該類設備光譜性能的核心元件,其結構設計是一直以來的研究熱點。本文通過總結光譜濾光片陣列的主要進展,分析不同結構光譜濾光片陣列的優缺點及適用范圍,并給出光譜濾光片陣列

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          摘要

          土地利用變化檢測在土地資源管理、國土資源監測和可持續發展中發揮著重要的基礎作用。針對2013-2017年共五期江西省南昌市GF-1號多光譜遙感影像,利用支持向量機的圖像分類方法對遙感影像進行分類,生成了該地區這五年的土地利用變化圖,并分析其土地利用變化特征。結果表明,研究區土地類型主要以林地、草地、水體和建筑用地為主,這五年,植被面積變化最大,減少了54.74 km2,其次是水體面積,增加了22.12 km

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          摘要

          針對Retinex算法在去霧時會出現光照不均勻彩色失真等情況,提出了一種低照度下有霧彩色圖像增強算法。該算法首先將RGB圖像轉換為HSV空間區域,對V分量進行提取,將單尺度Retinex作用于V分量后對V分量進行伽馬校正;將MSRCR 算法中的高斯濾波器改為引導濾波進行低通濾波;最終將改進的SSR算法、MSRCR算法、基于拉普拉斯金字塔的Retinex算法得到的圖像進行加權融合。該算法能夠得到很好的去霧效果,能夠有效地抑

          PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(16):161021
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          摘要

          針對廢舊有色金屬碎料來源復雜、分選難度大、識別準確率低等問題,提出一種基于機器視覺的有色金屬碎料分選方法,通過設計顏色矩與Tamura紋理特征,建立基于PCA的SVM優化分選方法。結果表明,基于顏色、紋理特征的SVM模型能夠有效的對金屬碎料進行快速識別和分類,準確率達到93.89%,并且提升識別速度滿足了廢金屬的大規模高效分選要求。

          PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(16):161017
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          摘要

          太赫茲波輻射因其特有的感測能力及其無創和非電離特性而備受關注。DNA分子間的振動模式(扭轉、集體振動、氫鍵和骨架振動)大多處于太赫茲波段。相比紅外,DNA在太赫茲波段體現出很多獨特的吸收特性。系統地分析了太赫茲時域光譜技術在DNA分子領域的研究進展,闡述了包括單個堿基、堿基對和DNA的鑒定與識別,吸收光譜及振動模式,生物安全性及其潛在應用。根據當前的研究現狀,歸納了DNA分子在太赫茲光譜研究

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          摘要

          針對現有方法在肺結節檢測中準確率低及存在過擬合現象的問題,在簡單全卷積網絡模型的基礎上,提出了一種基于改進YOLACT模型的肺結節檢測方法。在模型的主體結構上,采用DetNet替代原始的殘差網絡,解決了原始模型在小型結節檢測上的局限性。在模型訓練上,針對原模型在少量肺結節數據上學習困難而引起的過擬合問題,引入遷移學習機制,幫助新模型得到更好的檢測結果。在模型參數上,提出使用RReLU激活函數代

          PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(16):161015
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          摘要

          針對霧天圖像存在信息丟失,區域不清晰以及有霧氣遮擋等問題,提出一種改進雙邊濾波的高斯金字塔變換的Retinex圖像增強算法,以提高此類圖像的對比度。該算法首先基于空間域核函數和像素差參數,推導出改進雙邊濾波函數的數學模型。其次,對輸入圖像進行HSI空間轉換,利用改進雙邊濾波函數代替原算法中的高斯函數,對亮度圖像(I色彩空間)進行反射分量的提取,以獲得邊緣保持且不受亮度影響的反射圖像。然后

          PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(16):161019
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          摘要

          本文針對海上目標紅外圖像采集工作中,硬件噪聲與海面背景雜波帶來的影響,以海上無人船視頻 導航避障系統為背景,對海上紅外目標跟蹤工作系統噪聲進行分析,設計了一種相關去噪算法,完成了系統建模,對參數進行了改進。而后對海上紅外視頻進行逐幀采樣,對采樣所得紅外圖像序列進行濾波,將 濾波前后跟蹤位置與目標真實位置的中心坐標進行對比,最后將本算法處理結果與其他類似算法進行對 比。實驗結果表明

          PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(10):101023
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          摘要

          針對深度相機受環境光干擾大而導致立木深度圖獲取困難的問題,提出一種基于小運動短視頻圖像的立木深度圖生成算法。該算法對短視頻首幀進行立木分割,提取首幀圖像、立木分割圖像的亞像素角點;對獲取的亞像素角點跟蹤匹配,利用光束法平差估計相機參數;根據畸變參數對視頻各幀畸變矯正,結合平面掃描法進行密集立體匹配,去噪得到精細的深度圖。為驗證該算法的有效性,使用智能手機采集1~2秒小運動的立木短

          PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(16):161011
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          摘要

          偏振分束旋轉器(PSR)是解決基于絕緣襯底上的硅(SOI)平臺光波導器件偏振敏感問題的關鍵性器件。SOI波導材料的折射率差大,使橫電模(TE)和橫磁模(TM)的有效折射率差值很大,導致器件對偏振態敏感。偏振分束旋轉器可有效解決這一問題,光波經過PSR,以兩束同偏振態的模式光輸出。本文根據模式轉換機制的不同,分基于模式耦合和基于模式演化兩類,介紹器件的研究進展。基于模式耦合原理的PSR,模式轉換過

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          摘要

          將延遲/中斷容忍網絡架構中束協議/利克里德傳輸協議(BP/LTP)的數據交付機制與排隊模型進行結合,通過計算更為準確的重發回合數,提出中繼節點存儲空間保管隊列的平均長度模型。借由該模型衡量節點存儲空間的變化趨勢,并針對LTP 數據塊所聚合的協議數據單元bundle數目與LTP數據段長度提出聯合優化方案。理論分析和仿真結果表明,在不影響數據正常傳輸的前提下,該優化方案可以使節點存儲空間獲得最短的保管

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          摘要

          針對含弓網燃弧可見光圖像存在泊松噪聲干擾、日光照射下存在光照不均勻現象的特點,提出一種包含降噪、區域分割的圖像處理算法。首先通過二維Gabor小波變換算法濾除弓網燃弧圖像中的泊松噪聲,然后根據改進的均勻性度量法判斷是否光照均勻,對于受光不均勻情景下的圖像,則須先使用二維伽馬函數進行光照分量修正,然后再使用均勻性度量法進行分割。仿真實驗結果表明,所提算法在有效地抑制泊松噪聲的基礎上,

          PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(16):161018
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          摘要

          針對經典的雙邊濾波算法對深度圖像修復效果較差,且無法準確調整核函數參數等問題,本文提出基于形態學和改進雙邊濾波的深度圖像修復算法。首先,利用形態學算法對輸入的深度圖像進行空洞優化,以達到填充部分細小空洞和濾除隨機噪聲的目的;然后,運用改進的雙邊濾波算法,引入概率分布函數和最大似然函數計算每個空洞鄰域內的核函數參數值,以自適應調整核函數參數實現對大面積空洞的修復;最后,采用中值濾

          PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(16):161020
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          摘要

          針對傳統關鍵點檢測算法對噪聲敏感以及依賴于物體模型的形狀特征等問題,本文提出了一種基于正態加權的多尺度關鍵點提取算法。首先,在每個尺度上,建立局部鄰域的協方差矩陣來計算點落在前兩個坐標軸的比率大小,根據比率大小來確定候選關鍵點。然后計算基于正態加權的形狀索引值,以此來度量點云的局部最大相異性測度值。最后,在不同尺度下,選取具有局部最大相異性度量值的極大值點作為最終關鍵點。實驗結

          PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(16):161016
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