张换换 1王慧琴 1,*王可 1王展 2[ ... ]贺章 3
作者单位
摘要
1 西安建筑科技大学 信息与控制工程学院,陕西 西安 710055
2 陕西省文物保护研究院,陕西 西安 710075
3 陕西省考古研究院,陕西 西安 710054
使用现有边缘检测方法提取古代壁画的线稿,存在噪声干扰大且丢失信息较多的问题。本文提出一种融合像素差卷积的壁画最优波段线稿提取方法,利用最小噪声分离方法将壁画多光谱数据的有效信息和噪声分离,选择最优主成分波段进行线稿的提取。针对传统卷积提取图像梯度信息的问题,引入像素差卷积提高边缘检测的图像梯度信息。在侧输出网络加入尺度增强模块(SEM)丰富多尺度特征,同时针对像素级别不平衡引起的像素错误分类问题,设计了基于图像相似度的Dice损失函数策略,逐级最小化像素距离获得清晰图像边缘,并利用壁画数据集先验知识微调模型解决数据集不足的问题。实验结果表明,本文方法可以在壁画褪色和噪声较多的场景下提取出较为清晰的线稿,线稿图像的SSIM和RMSE均优于其他算法,分别提高了2%~10%和2%~4%;在公开数据集BIPED上对模型进行验证,所提方法的ODS和OIS较PiDiNet分别提高0.005和0.007。该方法对褪色及具有病害的壁画可以提取出清晰完整的线稿图像。
线稿提取 光谱成像 像素差卷积 像素级平衡 壁画 sketch extraction spectral imaging pixel difference convolution pixel-level balancing mural 
液晶与显示
2024, 39(2): 146
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Optoelectronic Devices, and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060 P. R. China
Measurement of blood flow velocity is key to understanding physiology and pathology in vivo. While most measurements are performed at the middle of the blood vessel, little research has been done on characterizing the instantaneous blood flow velocity distribution. This is mainly due to the lack of measurement technology with high spatial and temporal resolution. Here, we tackle this problem with our recently developed dual-wavelength line-scan third-harmonic generation (THG) imaging technology. Simultaneous acquisition of dual-wavelength THG line-scanning signals enables measurement of blood flow velocities at two radially symmetric positions in both venules and arterioles in mouse brain in vivo. Our results clearly show that the instantaneous blood flow velocity is not symmetric under general conditions.
1700nm-Window third-harmonic generation imaging blood flow velocity 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2024, 17(1): 2350011
作者单位
摘要
1 西安建筑科技大学信息与控制工程学院,陕西 西安 710055
2 陕西省文物保护研究院,陕西 西安 710075
3 西安博物院,陕西 西安 710074
针对传统城墙病害检测采用人工勘测方法,检测效率较低且易受到主观因素干扰等问题,提出一种基于卷积神经网络的城墙多光谱成像病害无损检测方法,利用最小噪声分离方法对城墙多光谱成像数据进行预处理,降低数据维度的同时保留原始数据特征,减少数据噪声;为解决城墙不同病害类型的像素混杂多样造成分类准确率较低的问题,利用卷积操作对城墙病害进行特征提取,保留最重要的特征并去除无关特征,稀疏网络模型;通过全连接层对提取到的特征进行整合梳理和分类,并加入两次dropout防止过拟合问题的出现。最后在城墙多光谱数据集上,使用训练后的卷积神经网络分类模型对城墙病害进行像素级分类检测,并将预测结果进行可视化展示。实验结果表明:总体精度和Kappa系数分别为93.28%和0.91,表明所提方法是有效的,该方法对提高城墙病害检测准确率、掌握城墙病害分布具有重要意义。
光谱学 卷积神经网络 多光谱成像 像素级分类 城墙病害 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0437006
罗雄 1,2史悦 1,3范琪 1,2尹微 1,2[ ... ]周鼎富 1,2,*
作者单位
摘要
1 西南技术物理研究所,四川 成都 610041
2 激光雷达与器件技术四川省国防科技重点实验室,四川 成都 610041
3 中国民用航空飞行学院 理学院,四川 广汉 618307
相干激光测风雷达具有体积小、探测效率高、信噪比强等特点,在气象、航空保障以及风电等行业得到了广泛的应用,但是目前雷达数据产品大多是利用回波多普勒频移信息反演的风场数据产品,未对雷达回波信号强度信息进行数据挖掘。针对当前相干激光测风雷达数据产品开发不足的问题,介绍了一种新型基于相干探测的激光雷达数据产品生成技术,该技术在探测风场的同时,实现云高、消光系数及能见度等多种气象要素数据产品的生成。首先,通过分析回波信号特性,推导出雷达回波信号功率的计算方法,获取探测范围内各距离位置的回波信号强度信息。在此基础上,利用阈值法和微分零叉法反演出云底高度,同时采用改进型Klett算法实现大气消光系数的反演,继而实现能见度的测量。最后,与气象站能见度仪、激光云高仪以及532 nm气溶胶激光雷达进行数据对比验证试验,试验数据结果显示:云高对比精度可达5.0%,能见度对比精度可达12.2%,消光系数对比有较好的一致性,并可长期在多种气象环境下连续测量。
激光雷达 气象探测 相干探测 消光系数 能见度 云高 lidar meteorological detection coherent detection extinction coefficient visibility cloud height 
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230138
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province College of Physics and Optoelectronic Engineering Shenzhen University Shenzhen 518060, P. R. China
2 Laser Institute, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Qingdao Shandong 266000, P. R. China

Multiphoton microscopy (MPM) is a powerful imaging technology for brain research. The imaging depth in MPM is partly determined by emission wavelength of fluorescent labels. It has been demonstrated that a longer emission wavelength is favorable for signal detection as imaging depth increases. However, there has been no comparison with near-infrared (NIR) emission. In order to quantitatively analyze the effect of emission wavelength on 3-photon imaging of mouse brains in vivo, we utilize the same excitation wavelength to excite a single fluorescent dye and simultaneously collect NIR and orange-red emission fluorescence at 828nm and 620nm, respectively. Both experimental and simulation results show that as the imaging depth increases, NIR emission decays less than orange-red fluorescent emission. These results show that it is preferable to shift the emission wavelength to NIR to enable more efficient signal collection deep in the brain.

3-Photon microscopy emission fluorescence FM4-64 Monte Carlo 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(6): 2340002
作者单位
摘要
山东师范大学物理与电子科学学院山东省光场调控工程技术研究中心,山东 济南 250358
利用分数涡旋光束进行信息传输,可以大大提高通信系统的容量。但在接收端准确测定分数涡旋光束的模态,尤其在信道中存在湍流的情况下,存在一定的困难。本文提出了改进的残差网络(I-ResNet)以提高模态检测的正确率。实验结果表明,本文构建的网络能够准确地识别光束模态,且具有较好的泛化性。在传输距离为1500 m、弱湍流(Cn2=10-16m-2/3)、模态分辨率Δl0.05时,准确率可以达到100%;强湍流(Cn2=10-14m-2/3)、Δl=0.15时,准确率可以达到96.5%。随着湍流强度或传输距离的增加,正确识别率下降。这些结果对自由空间光通信系统设计具有一定的指导意义。
分数阶涡旋光束 模态分辨率 改进的残差网络 大气湍流 
光学学报
2023, 43(23): 2326001
作者单位
摘要
1 西安建筑科技大学 信息与控制工程学院,陕西 西安 710055
2 中国社会科学院 考古研究所,北京 100101
3 陕西省文物保护研究院,陕西 西安 710075
骨签是记载西汉时期地方工官向中央上缴产品的重要文物,准确检测其文字内容具有重要意义。针对复杂纹理背景下骨签文字特征难以提取及文字密集、粘连导致检测框冗余的问题,提出融合自注意力卷积和改进损失函数的骨签文字检测算法。首先,在YOLOv5特征提取端加入自注意力卷积模块,增强网络对骨签文字特征的注意,同时使模型捕捉更丰富的全局信息,抑制裂痕对文字特征提取的干扰。其次,使用Focal-EIOU损失函数替换原网络的CIOU进行优化,Focal-EIOU使用宽高损失降低预测框与真实框的宽高差距,剔除大于真实框的预测框,解决文字密集与粘连产生的检测框冗余问题,进而提高模型精准预测能力。实验结果表明,本文算法的平均精确率达到93.35%,相比YOLOv5提高了3.08%,对于复杂纹理背景下的密集粘连骨签文字检测任务更为适用。
文字检测 骨签 注意力机制 YOLOv5 损失函数 text detection bone stick attention mechanism YOLOv5 loss function 
液晶与显示
2023, 38(9): 1293
王珂 1,2宋海声 1,*方芳 2,3,**余玉洪 2,3[ ... ]张永杰 2,3
作者单位
摘要
1 西北师范大学 物理与电子工程学院兰州 730070
2 中国科学院近代物理研究所兰州 730000
3 中国科学院大学 核科学与技术学院北京 100049
4 兰州大学 核科学与技术学院兰州 730000
中高能区中完全运动学测量是研究丰中子奇异核结构与性质的常用实验方法。反符合(Veto)探测器是CSR-RIBLLII(Cooling Storage Ring - Radioactive Ion Beam Line in Lanzhou)外靶实验终端(External Target Facility,ETF)开展丰中子测量的关键设备之一,其功能是消除带电粒子干扰以提高丰中子的有效事例数。然而,原有的Veto探测器存在探测效率低、均匀性差等缺点,可能导致实验与理论计算结果出现偏差。为了解决原有探测器的问题,设计了一种新的Veto探测器单元构型,即采用在Veto探测器单元中嵌入波长位移转换光纤(Wave Length Shifter Fiber,WLS),并使用硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)读出的方案。搭建了专门的测试平台并对新型Veto探测器单元进行细致研究,其关键性能参数反符合效率可大于99.9%,相比于原有的Veto探测器提升了22.74%。这一研究结果为CSR-RIBLLII外靶实验终端提供了有效的升级方案,为下一步丰中子奇异核的实验研究奠定了良好的基础。
外靶实验终端 反符合探测器 波长位移光纤 硅光电倍增管 探测效率 External target facility Anticoincidence detector Wave length shifter fiber Silicon photomultiplier Detection efficiency 
核技术
2023, 46(7): 070401
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, P. R. China
The skin is heterogeneous and exerts strong scattering and aberration onto excitation light in multiphoton microscopy (MPM). Shifting to longer excitation wavelengths may help reduce skin scattering and aberration, potentially enabling larger imaging depths. However, previous demonstrations of skin MPM employ excitation wavelengths only up to the 1700nm window, leaving an open question as to whether longer excitation wavelengths are suitable for deep-skin MPM. Here, in order to explore the longer-wavelength territory, first, we demonstrate characterization of the broadband transmittance of excised mouse skin, revealing a high transmittance window at 2200nm. Then, we demonstrate third-harmonic generation (THG) imaging in mouse skin in vivo excited at this window. With 9mW optical power on the skin surface operating at 1MHz repetition rate, we can get THG signals of 250μm below the skin surface. Comparative THG imaging excited at the 1700nm window shows that as imaging depth increases, THG signals decay even faster than those excited at 2200nm. Our results thus uncover the 2200nm window as a new, promising excitation window potential for deep-skin MPM.
Third-harmonic generation 2200nm 1700nm skin 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(4): 2243004
作者单位
摘要
1 西安建筑科技大学信息与控制工程学院,陕西 西安 710055
2 中国社会科学院考古研究所,北京 100101
3 陕西省文物保护研究院,陕西 西安 710075
汉长安城遗址出土骨签数量庞大,基于数字图像技术的骨签尺寸自动测量方法能够提高工作效率。针对骨签纹理繁多、边缘对比度低导致测量精度不高的问题,提出一种基于分区域自适应阈值Zernike矩的骨签图像尺寸测量方法。首先,利用Canny算子进行像素级定位;然后,对称设定边缘有效分区域,以欧氏距离为比例系数计算各个分区域像素点与中心点的加权灰度值,作为各区域Zernike矩提取边缘的判定阈值,提取骨签亚像素级边缘;其次,引入边缘轮廓判别条件剔除无效纹理,获取骨签图像精确轮廓;最后,使用最小外接矩算法计算骨签不规则轮廓,结合相机标定完成骨签尺寸测量。实验结果表明,与其他方法相比,该方法测量的骨签长宽的均方根误差分别降低1.3 mm和1.2 mm,平均相对误差分别降低3%和6.3%,平均绝对误差分别降低1.23 mm和1.08 mm,能够有效提高复杂边缘轮廓的骨签尺寸测量精度。
测量 尺寸检测 Zernike矩亚像素边缘检测 自适应阈值 边缘提取 最小外接矩算法 
激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1412001

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