强激光与粒子束
2024, 36(1): 101004
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院，江苏南京20023
2 江苏北方湖光光电有限公司，江苏无锡14035
3 南京邮电大学 自动化学院，江苏南京21002
为了提高基于深度学习的图像降噪效率，提出了一种基于Res2-Unet-SE的多阶段监督深度残差（Multi-stage Supervised Deep Residual，MSDR）降噪神经网络。首先基于该神经网络，将图像降噪分为多阶段处理过程；然后在各处理阶段，将不同分辨率图像块输入到Res2-Unet子网络中获取不同尺度特征信息，并通过通道注意力机制将自适应学习的特征融合信息传递到下阶段；最后将不同尺度特征信息叠加，完成高质量的图像降噪。实验选择BSD400数据集用于训练，通过Set12数据集进行高斯噪声的降噪测试；通过SIDD数据集完成真实噪声的降噪测试。通过与常见的降噪神经网络对比表明，对图像添加σ=15，25，50的高斯噪声时，经本文算法降噪后的图像PSNR比对高斯噪声消除性能较好的DNCNN分别提高0.03 dB，0.05 dB，0.14 dB；在σ=25，50时，相较于MPRNET分别提高了0.02 dB， 0.06 dB。对含真实噪声的图像，经本文算法降噪后的图像PSNR比CBDNET算法提高0.48 dB。实验分析表明，本文算法在图像降噪上具有较高的鲁棒性，不仅能从噪声中有效恢复图像细节，还能充分保持图像的全局依赖关系。
图像降噪 真实噪声 残差网络 通道注意力机制 监督注意力机制 image denoising real noise residual network channel attention mechanism supervisory attention mechanism
1 上海健康医学院上海市分子影像学重点实验室，上海 201318
2 上海健康医学院医学影像学院，上海 201318
3 海军军医大学第一附属医院，上海 200433
4 上海交通大学医学院附属瑞金医院核医学科，上海 200020
核医学成像设备中的探测器是整个设备的核心部件。基于闪烁体探测器的核医学成像设备存在光电转换效率低和能量分辨率差等关键问题，短期内难以有效解决。而近年来碲锌镉半导体探测器的发展使得核医学成像设备在能量分辨率和空间分辨率等方面取得了很大的提高。本文以单光子发射计算机断层成像(SPECT)技术为例，首先介绍了核医学成像原理及设备组成，然后从碲锌镉探测器的工作原理及基本结构出发，综述了碲锌镉探测器的新技术及其在临床核医学的应用，最后结合核医学领域应用的需求展望了碲锌镉探测器的研究重点和技术发展趋势。
碲锌镉 探测器 核医学 单光子发射计算机断层成像 能量分辨率 光电转换效率 cadmium zinc telluride detector nuclear medicine SPECT energy resolution photoelectric conversion efficiency
周国伟 1,2,3,*刘德法 1,2,3李华鹏 1,2,3白硕杰 1,2,3孙彬 1,2,3
1 齐鲁工业大学(山东省科学院)化学与化工学院, 济南 250353
2 山东省高校轻工精细化学品重点实验室, 济南 250353
3 济南市多尺度功能材料工程实验室, 济南 250353
MXene作为一种新型的二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物, 具有良好的金属导电性、较高的载流子迁移率和表面端基可调控能带结构等特性, 适合在光催化材料体系中作为助催化剂来提高光催化性能。本综述概述了零维、一维、二维和三维半导体光催化材料与MXene复合材料的可控构筑及其在污染物脱除、制氢、CO2还原和固氮等光催化领域的最新研究进展, 重点介绍了二维MXene基复合光催化材料的构筑方法及其光催化性能增强机制, 并对其未来的研究方向进行了展望。
二维材料 光催化 污染物脱除 制氢 二氧化碳还原 固氮 two-dimensional material photocatalysis pollutant removal hydrogen production carbon dioxide reduction nitrogen fixation
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
调焦机构是空间相机获得良好成像质量的重要保障。由于调焦机构焦平面两端的同步性误差不可避免, 会对成像质量造成影响, 因此对双凸轮和丝杠螺母调焦机构同步性误差进行了分析。介绍了两种调焦机构工作原理; 分析了两种调焦机构同步性误差的来源并对其同步性误差进行了计算; 对两种调焦机构的同步性进行了测试验证。两种调焦机构采用统计法和蒙特卡罗法计算同步性误差, 验证结果与之相符。满足调焦机构同步性误差的最大允许值±20μm, 完全满足现阶段使用要求。
空间相机 调焦机构 同步性误差 统计法 蒙特卡罗法 space camera focusing mechanism synchronous error Statistical Method Monte Carlo Method
1 电子科技大学航空航天学院，四川成都 611731
2 飞行器集群感知与协同控制四川省重点实验室，四川成都 611731
红外和可见光图像融合广泛应用于目标跟踪、检测和识别等领域。为了保留细节的同时增强对比度，本文提出一种基于潜在低秩表示的红外和可见光图像融合方法。潜在低秩分解将源图像分解为基层和显著层，其中基层包含主要内容和结构信息，显著层包含能量相对集中的局部区域。进一步利用比例金字塔分解得到低频和高频的基层子带，并针对不同层的特点设计对应的融合规则。利用稀疏表示表达低频基层较分散的能量，设计 L1范数最大和稀疏系数最大规则，加权平均融合策略保留不同的显著特征；绝对值最大增强高频基层的对比度信息；而显著层则利用局部方差度量局部显著性，加权平均方式突出对比度较强的目标区域。在 TNO数据集上的定性和定量实验分析表明方法具有良好的融合性能。基于低秩分解的方法能够增强红外和可见光融合图像中目标对比度的同时保留了丰富的细节信息。
潜在低秩表示 显著性分解 稀疏表示 图像融合 latent low-rank representation, saliency decomposi
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院，江苏南京20023
2 南京邮电大学 自动化院，江苏南京1003
为恢复低照度场景图像的原有色彩信息和细节信息，本研究提出自适应亮度调节的低照度彩色图像增强方法。该方法首先对低照度场景连续拍摄多帧图像，并对其进行自适应伽马亮度校正；然后将多帧亮度校正后图像转换到YUV色彩空间并行两种处理，一种是提取Y通道分量分组进行基于权值调整二阶盲辨识的盲源分离降噪，一种是进行帧平均后提取Y通道分量与多个盲源分离降噪的Y通道分量依次进行结构匹配，并选出匹配最佳Y通道分量；再将最佳Y通道分量进行基于皮尔生长曲线的亮度调整后与经帧平均处理的U、V通道分量重新组合；最后将重组图像转换回RGB空间，即可得到视觉效果显著提升的彩色图像。本文提出的图像增强方法满足实时处理要求，可将原彩色图像的极低亮度提高54.4倍、中等亮度提高3.5倍；并将图像信息熵提高1.3~2.9倍。与典型的图像增强算法相比，本文提出的方法对低照度彩色图像在降低噪声、均衡光照和恢复细节方面有较大改善。
低照度 伽马校正 色彩空间 盲源分离 皮尔生长曲线 dim-lightening gamma correction color space blind source separation peel growth curve
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
针对高精度调频连续波光纤压力传感器对温度和压力交叉敏感的问题，从理论和实验分析该压力传感器的温度特性，并通过优化设计压力传感器的结构，以及采用最小二乘法对温度进行实时补偿。经过理论计算可知，当温度从25 ℃到65 ℃变化时，温度对Fabry-Perot （F-P）腔腔长的形变量为1000 μm。通过优化设计F-P腔，可以使温度对F-P腔的影响降至50 μm。通过实验测试结构优化后的F-P腔腔长的形变量与温度的关系，并采用最小二乘法对温度进行实时补偿。温度补偿后，F-P腔腔长的形变量从50 μm降至4.5 μm，有效降低对温度敏感，提高调频连续波光纤压力传感测量的可靠性和实用性。
传感器 调频连续波激光干涉 F-P腔干涉仪 膜片压力测量 温度补偿 结构优化设计 最小二乘法 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0928002
提出一种基于调频连续波干涉测量技术的膜片式法布里-珀罗（F-P）腔液位传感器。根据调频连续波干涉技术液位测量体系理论制作液位传感器，搭建液位测量系统，并对其进行线性度、灵敏度和分辨率等测试。实验结果表明，调频连续波液位传感器液位测量的线性度为0.99998，液位测量的灵敏度为465 nm/mm，分辨率约为33.998 nm，对应的液位值为0.0731 mm，而且具有很好的稳定性、重复性和迟滞性。因此，所设计的调频连续波光纤液位传感器可以实现高精度且稳定的液位测量。
激光光学 调频连续波激光干涉 法布里-珀罗（F-P）腔干涉仪 膜片压力原理 光纤液位传感头 液位测量 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0714009
1 西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
针对传统调频连续波激光干涉位移传感器存在谐波串扰和动态测量范围较小的问题，研制一种具有三个独立法布里-珀罗干涉仪探测光路的三通道位移测量系统，该系统包含三个芯片，使用多芯片处理可以提高运算速度。通过信号线等长和软件来控制各芯片的同步测量，可以解决各独立通道测量不同步的问题。实验结果表明，各通道对速度为1 mm/s的运动目标的同步性测量误差仅为0.46 nm，600 mm行程的位移测量误差的标准差小于3 nm，线性拟合系数在0.99997以上，说明该系统可以实现三维运动目标的位移测量。
测量 调频连续波 位移测量 三通道 同步采样 法布里-珀罗干涉仪 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0312004
