1 安徽工程大学计算机与信息学院，安徽 芜湖 241000
2 计算机网络和信息集成教育部重点实验室（东南大学），江苏 南京 210096
3 东南大学影像科学与技术实验室，江苏 南京 210096
提出一种基于多通道交叉卷积UCTransNet（MC-UCTransNet）的图像域双材料分解方法。该网络以UCTransNet为基础架构，采用通道交叉融合转换器和通道交叉注意模块来提高基材料分解性能，实现双输入双输出的端到端映射。网络中通道交叉融合模块和通道交叉注意模块可更好地捕捉复杂的通道信号相关性，以更充分地进行特征提取与融合，实现基材料生成路径之间的信息交换。为进一步提高模型的拟合性能，网络训练时采用混合损失及Sigmoid函数的归一化方法。实验结果表明，在骨骼基材料及软组织碘基材料分解任务中，所提方法能获得优质的基材料图像，与对比方法相比，其分解后的基材料图像在准确度及噪声伪影抑制上表现更好。
机器视觉 双能计算机断层成像 基材料分解 多通道交叉卷积 注意力 噪声抑制
Author Affiliations
Abstract
Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research, 10 Xibeiwang East Road, Haidian, Beijing 100094, China
Matter and Radiation at Extremes
2023, 8(6): 063001
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
在基于近红外光谱法的无创血糖测量领域, 受人体皮肤状态波动的影响, 血糖预测模型无法长时间使用, 极大地限制了该方法在临床上的应用。 皮肤血流灌注是与人体生理状态密切相关的参数, 直接影响着皮肤中水分的流动, 它还难以像温度、 压力那样借助外部手段进行控制。 在皮肤光谱的测量中, 血流灌注会通过水分的迁移间接影响真皮层的厚度, 并使得光谱产生较大变化。 借助蒙特卡洛模拟方法仿真了在1 000~1 700 nm波段真皮层厚度变化±30 μm时三层皮肤的漫反射光强、 光子穿透深度与平均光程, 研究了真皮层厚度变化后的光谱变化规律。 对两个光源-探测器距离下的衰减度进行差分, 用于消除真皮层厚度变化的影响, 对1 000~1 700 nm的波长均给出了适宜的差分测量距离。 发现1 200 nm波长附近, 当真皮层厚度变化时, 漫反射衰减度在每个测量距离下的变化都非常小, 因此是较适宜的测量波长。 而对于水的吸收峰1 450 nm附近的波长而言, 漫反射衰减度随着光源-探测器距离的增加而变大, 且在一定范围内急剧变化; 因此, 应避免选择这些光源-探测器距离。 对于常用的血糖测量波长1 200、 1 300及1 600 nm波长而言, 光源-探测器距离可选在小于0.1 cm或大于0.4 cm的范围, 此处漫反射衰减度变化随着光源-探测器距离变化较缓慢, 采用差分处理可较好地消除真皮层厚度变化对光谱的影响。 考虑到不同光源-探测器距离下对应的真皮层光子百分比不同, 可选择主要对应于真皮层的光源-探测器距离, 该工作采取80 %真皮光子百分比为界限。 综上, 综合现有仪器能达到的测量精度水平, 对于1 200、 1 300和1 600 nm波长, 可选择0.03~0.1 cm范围内的两个光源-探测器距离进行差分测量, 可以较好地抑制真皮层厚度变化的影响, 从而有效减小皮肤血流灌注变动的影响。
近红外漫反射光谱法 无创血糖测量 蒙特卡洛模拟 皮肤血流灌注 三层皮肤模型 真皮层厚度 差分测量 Near-infrared diffuse reflectance spectroscopy Non-invasive blood glucose measurement Monte Carlo simulation Cutaneous blood perfusion Three-layered skin model Dermal thickness Differential measurement 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2699
1 上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201620
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
3 中国科学院 空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
为了提高泊松表面重建算法效率并改善重建结果细节表现，采用一种基于混合树的点云搜索方法，平衡了八叉树和二叉树技术关于时间复杂度和空间复杂度的冲突; 并在点云搜索阶段通过引入多个能量项对点云进行密度评估与滤波等，针对点云稀疏部分进行自适应的点云稠密化以保证重建模型的细节与准确度。结果表明，混合树重建算法与泊松表面重建算法及屏蔽泊松算法相比，速度分别平均提升了33%和15%，且能更好地保持重建模型的细节，误差最小。该研究为点云的表面重建提供了参考。
图像处理 泊松表面重建 八叉树 法向估计 能量函数 image processing Poisson reconstruction octree normal estimation energy function
1 湖南大学信息科学与工程学院, 湖南 长沙 410082
2 武汉科技大学信息科学与工程学院, 湖北 武汉 430081
太阳是太阳系中唯一的能量源, 拥有着极为宽阔的连续谱以及数以万计的吸收线和发射线, 是一个非常丰富的光谱信息宝藏。 太阳电磁辐射的能量主要集中在可见光区和红外光区, 其中, 具有多普勒红移特征的太阳红外光谱可作为天文测速导航的信息源。 太阳光谱多普勒红移测速是天文测速导航的重要环节, 它通过计算接收太阳光谱相对于标准太阳光谱的多普勒红移反推出航天器和太阳之间的相对径向速度。 然而, 太阳黑子、 日冕、 耀斑等太阳活动引发的光谱畸变会造成太阳光谱的不稳定, 这将影响着太阳光谱的测速精度, 进而影响导航精度。 为了提高太阳光谱测速导航性能, 依据太阳光谱测速原理, 探索改进太阳光谱多普勒红移测速的信号处理方法。 提出了一种面向太阳光谱测速导航的自适应 EMD-NDFT多普勒红移测速方法, 该方法针对太阳光谱的多普勒效应计算得到红移, 进而反推得到航天器相对于光源的径向速度。 该方法由EMD处理、 NDFT变换、 相关匹配三部分构成。 即： 首先运用EMD算法对非平稳的接收太阳光谱信号进行自适应分层, 再根据每一层本征模态信号进行自适应阈值滤波降噪, 以获得平稳的重构信号; 然后根据太阳光谱非均匀采样的特点, 对标准太阳光谱和接收光谱分别进行NDFT变换将光谱由时域转换到频域, 再选择两者的低频特征谱线进行泰勒匹配以获得相位差, 从而得到航天器相对于太阳的径向速度。 该方法将信号的时域降噪和频域稀疏相结合, 可更快速、 更准确地得到径向速度。 分析了太阳黑子活动的一个周期中, 不同年份的光谱变化情况, 并分别对其进行多普勒红移测速计算和分析。 仿真实验结果表明, 针对不同时间段和不同噪声下的太阳光谱数据, 采用自适应EMD-NDFT方法可以有效提高测速精度, 并能较大程度地降低计算复杂度。
自适应 经验模态分解 傅里叶变换 红移测速 导航 Adaptive Empirical mode decomposition Fourier transform Redshift velocity measurement Navigation 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3475
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic and Electrical Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China
2 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
3 Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Shanghai 201315, China
4 Collaborative Innovation Center of Light Manipulation and Applications, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
Optical frequency conversion based on the second-order nonlinearity () only occurs in anisotropic media (or at interfaces) and thus is intrinsically polarization-dependent. But for practical applications, polarization-insensitive or independent operation is highly sought after. Here, by leveraging polarization coupling and second-order nonlinearity, we experimentally demonstrate a paradigm of TE/TM polarization-independent frequency upconversion, i.e., sum frequency generation, in the periodically poled lithium niobate-on-insulator ridge waveguide. The cascading of quasi-phase-matched polarization coupling and nonlinear frequency conversion is exploited. With a proper transverse electric field, TE and TM mode fundamental waves can be frequency-upconverted with an equal efficiency in the frequency converter. The proposed method may find ready application in all-optical wavelength conversion and upconversion detection technologies.
frequency upconversion polarization coupling lithium niobate on insulator ridge waveguide cascading process Chinese Optics Letters
2023, 21(12): 121901
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
2 State Key Laboratory for Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
Microcavities constructed from materials with a second-order nonlinear coefficient have enabled efficient second-harmonic (SH) generation at a low power level. However, it is still technically challenging to realize double resonance with large nonlinear modal overlap in a microcavity. Here, we propose a design for a robust, tunable, and easy coupling double-resonance SH generation based on the combination of a newly developed fiber-based Fabry–Perot microcavity and a sandwich structure, whose numerical SH conversion efficiency is up to 3000% W-1. This proposal provides a feasible way to construct ultra-efficient nonlinear devices for generation of classical and quantum light sources.
microcavity double resonance second-harmonic generation Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 111901
1 北京城建集团有限责任公司，北京 100088
2 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083
以石英粉作为参照，通过监测水化热、悬浮液pH值及凝结时间变化研究了粉煤灰和矿渣粉（GGBS）对磷酸镁水泥水化进程的影响，并测定了砂浆的抗压强度及硬化浆体的孔结构。结果表明，粉煤灰和矿渣粉对磷酸镁水泥的水化具有较强的延缓作用，且矿渣粉的缓凝效果更强。粉煤灰和矿渣粉能够改善硬化浆体的孔结构，其中矿渣粉的改善效果更为显著。在15%(质量分数)掺量下，单掺粉煤灰和矿渣粉的磷酸镁水泥砂浆2 h抗压强度都略高于纯磷酸镁水泥砂浆。掺粉煤灰的磷酸镁水泥砂浆后期抗压强度等于或略高于纯磷酸镁砂浆，掺矿渣粉的磷酸镁水泥砂浆后期抗压强度显著高于纯磷酸镁水泥砂浆。
粉煤灰 矿渣粉 磷酸镁水泥 水化进程 抗压强度 孔结构 fly ash GGBS magnesium phosphate cement hydration process compressive strength pore structure
1 武汉科技大学 信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081
2 湖南大学 信息科学与工程学院，湖南 长沙 410082
3 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
VGGNet能提供高精度的火星图像分类，但需消耗大量内存资源。鉴于器载计算机内存资源有限，为解决这一矛盾，本文提出了基于迭代剪枝VGGNet的火星图像分类方法。首先，采用迁移学习训练网络的连通性，以便评估神经元的重要性；其次，通过迭代剪枝方法修剪不重要的神经元，以便将全连接层的参数量和内存占用量减少；最后，采用K-means++聚类实现权重参数的量化，利用霍夫曼编码压缩迭代剪枝与量化后的VGGNet权重参数，达到减少存储量和浮点数运算量的作用。此外，通过5种数据增强方法进行数据扩充，目的是解决类别不平衡的问题。实验结果表明，压缩后的VGGNet模型的所占内存、Flops和准确率分别为62.63 Mb、150.6 MFlops和96.15%。与ShuffleNet、MobileNet和EfficientNet等轻量级图像分类算法相比，所提模型具有更好的性能。
图像分类 卷积神经网络 迭代方法 聚类算法 VGGNet image classification convolutional neural networks iterative methods clustering algorithms VGGNet
1 上海工程技术大学 电子电气工程学院, 上海 201620
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了提高非接触式测量的数据处理精度, 采用一种分阶段配准的方法, 先将缺损叶片分为4个部分, 采用自配准算法对每部分进行配准; 再对相邻两部分采用改进的完全配准算法进行整体配准。结果表明, 自配准算法与传统算法相比, 在配准误差均小于0.005 mm的前提下, 配准时间可以缩短到1 s以内; 完全配准与传统算法相比, 速度较快, 并通过0级的标准量块测量实验得出系统的测量误差小于0.010 mm, 满足叶片测量的精度要求。该分阶段配准方法对测量航空叶片具有一定的应用价值。
激光技术 航空发动机叶片 分阶段配准 降维配准 laser technique aero-engine blades staged registration dimensionality reduction registration
