1 徐州医科大学研究生院, 徐州 221000
2 徐州医科大学附属医院, 徐州 221000
为了探究铜死亡相关基因在宫颈癌( CC)中的预后价值, 从 TCGA数据库下载 CC患者的临床资料, 随机分为训练组和验证组。通过单因素 Cox、LASSO-Cox和多因素 Cox分析筛选出铜死亡相关基因, 构建风险模型。通过 Kaplan-Meier曲线分析两个亚组和整个队列的总生存期( OS)、受试者工作特征曲线( ROC)和主成分分析(PCA)验证模型的预后价值。通过单因素和多因素分析来评价临床特征和风险评分的独立预后价值。利用基因本体( GO)和京都基因与基因组百科全书( KGEE)富集分析两个亚组间的生物学功能和途径, 并进一步分析了两个亚组对药物的敏感性。最终构建了 5个与铜死亡相关基因( FXD1、ARF1、APP、HSF1、MT1A)的预后模型。从风险评分的生存曲线来看, 低风险组的 OS远超过高风险组, 且预后良好( P<0.05)。单因素和多因素 Cox分析表明, 风险评分是独立的预后因素( P<0.001)。根据 ROC和 PCA证明了预后模型的预测能力。利用 ROC曲线分析评估风险评分和其他临床特征(如年龄、分级和分期)的敏感性和特异性, 结果表明, 风险评分的预后价值优于其他临床特征。富集分析结果表明, 基因功能主要富集于细胞外基质、细胞外结构。根据肿瘤免疫功能障碍与排斥(TIDE)算法, 低风险组患者的免疫治疗疗效优于高风险组。此外还发现 24种药物的敏感性在两个亚组中的显著差异。本研究建立了 5个铜死亡相关基因组成的预后风险模型, 并证明了该模型可以准确预测患者的预后, 且低风险评分的患者更易从免疫治疗中获益, 为临床个体化治疗提供理论依据。
宫颈癌 铜死亡相关基因 风险模型 免疫治疗 预后
1 北京理工大学光电学院，北京 100081
2 北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
红外偏振成像系统快速发展且应用广泛，但评估其性能的成像系统性能模型发展不足。迫切需要能够与先进的偏振成像系统相匹配的性能模型。利用深度学习网络的训练过程与人脑提取认知信息过程的相似性，本文首次将深度学习方法引入系统性能模型领域，提出了一种基于二维图像的可自动评估系统性能的红外偏振成像系统性能模型。该模型主要包含两个主要模块：退化模块、性能感知模块。在评估一个新的系统时，需要输入高质量的原始图像，并根据系统的硬件参数量身定制成像系统退化模块，退化完成后输入性能感知模块，从而得到最终的目标获取性能。为验证模型有效性，本文基于红外辐射理论自建了面向海面场景的红外偏振数据集，训练网络并进行测试。应用该模型对红外偏振成像系统的性能进行评估，评估结果与主观感知具有较好的一致性。
红外偏振成像 性能模型 深度学习 海面场景数据集 infrared polarization imaging, performance model,
1 航天工程大学， 北京 101416
2 中国人民解放军63920部队， 北京 100094
3 北京跟踪与通信技术研究所， 北京 100094
随着“2020 SO身份之谜”的落幕， 空间目标的光谱表征及识别技术在空间领域感知中的地位再次凸显。 光谱表征及识别技术的突出优点是能够通过空间目标表面反射的光谱识别出其材料， 进而确认空间目标的身份及类型。 该技术在图像不具备空间分辨率的前提下， 仍然能够较准确地识别出材料， 因此通过低成本小口径望远镜进行空间目标材料表征的可行性得到验证。 在这一点上， 传统的观测手段很难做到的。 2000年， Jorgensen的博士论文在该领域内引起了广泛的关注， 从此开启了空间目标光谱表征的研究热潮。 然而， 经历了20余年的发展， 空间目标的光谱表征及识别技术在实际应用中仍然受到了较大的限制， 这与空间目标的光谱表征方式以及空间环境的复杂性和未知性有着较大的关系。 研究者们通常以地面实验室内的测量数据为依据对实际在轨目标进行表征和识别， 而空间环境的作用却导致了两种测量结果之间存在着无法被描述的差异。 光谱解混法是空间目标材料识别的主流方法， 对其原理和应用情况进行了详细的介绍， 并指出实验室测量结果与实测结果之间的差异是造成解混不成功的主要原因。 解混识别的准确率很大程度上取决于光谱数据库的完善程度， 因此在建立光谱数据库时需要重点考虑空间环境和观测几何对空间目标光谱特性的影响。 同时， 人工智能算法的引入也将大大提高空间目标光谱表征及识别的能力。 从空间目标光谱特性及分类研究、 空间目标材料表征及识别研究、 空间目标光谱的红化现象、 光谱数据库的发展情况四个方面进行了详细的综述及讨论， 分析了其中的难点和重点问题， 凝练出了一些具有参考价值的建设性意见， 希望能够给广大研究者提供便利。
空间目标 光谱表征 材料识别 红化 解混 Space object Spectral characterization Material identification Reddening Unmixing 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1329
1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
2 北京理工大学珠海学院，广东 珠海 519085
3 天临空地海”复杂环境智能探测重点实验室，广东 珠海 519085
非视域成像是指被测目标在相机探测视场外部，被测目标的光信号需要通过中介面反射后被相机采集，进而实施计算成像的一种技术。针对退化的非视域图像，去除中介面影响而获得清晰目标的过程属于一种光学逆问题。因此，中介面的光学散射特性在逆问题中的模型是一个关键。本文采用光子飞行时间测距（TOF）相机，提出一种非朗伯散射特性中介面的近似数值模型，并通过遗传算法求取，基于所求近似数值解，通过Lucy-Richardson（LR）反卷积实现非视域目标的三维重建。实验中，采用了打磨过的聚丙烯塑料（PP）板和亚克力（PMMA）板作为反射中介面，被测目标为表面形状复杂的石膏雕像、抛光塑料面板和多个目标的自然场景等常见实物，应用所提遗传-反卷积算法对非视域目标进行重构，通过重构前后的主观对比以及均方差的客观数据对比，得出重构后深度图像的均方误差是原始图像均方误差的1/7~1/2，表明了该算法的有效性。
光学数据处理 图像重构 散射后测量 相位测量 光学学报
2023, 43(21): 2111002
北京理工大学光电学院，光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
热成像技术具有广泛的应用领域，随着红外焦平面探测器及数字图像处理技术的发展，新型热成像模式及其图像处理技术成为国内外发展的重要方向。介绍了近年来研究的几个典型进展，其中改进的基于场景特征的时域高通与空域低通滤波结合的非均匀性校正方法能够有效滤除制冷热成像系统观察低温天空场景时的水波纹固定图案噪声，并在FPGA 硬件平台上实现了算法移植；研制出红外分焦平面偏振片阵列，实现了中波制冷和长波非制冷红外焦平面探测器的耦合成像，并通过考虑偏振片效应的偏振成像模型，滤除光路中偏振片的辐射影响；研制出基于常规制冷长波红外焦平面探测器的超频高动态热成像系统，在FPGA实现了多积分时间图像融合-细节增强级联的HDR图像融合方法，实现了对高动态场景的实时成像；研究了“田”字型四孔径和“十”字型四/五孔径等三类紧凑型视场部分重叠仿生复眼热成像模式，研制了2套实验系统来验证该方法的有效性；提出一种基于双生成对抗网络的非配对热红外-可见光图像转换算法TIV-Net，该方法能够将热图像有效地转化为类彩色可见光图像，并在无人机等平台实现了不低于20 Hz的实时处理。以上具有创新性的技术突破或已获得应用或展现良好的应用前景，将是进一步研究完善的重要方向。
图像处理 热成像 高动态范围 偏振成像 仿生复眼 彩色化 光学学报
2023, 43(15): 1510001
北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
计算成像是集光学、计算科学、信息科学于一体的新兴交叉领域技术。该技术基于多维光场调控与解调的信息传输原理，利用前端光电成像系统与后端数据处理的“一体化设计”，解决光场信息维度与探测维度不匹配的问题，从而有效提升感知能力和探测性能，目前已成为光电成像领域的前沿方向。其中，散斑成像能够通过调控散斑场来实现强散射光成像，打破了光散射妨碍成像的传统观点；空域和时域压缩计算成像通过对光场信号的编码，能够突破半导体工艺、大量数据传递与处理对高分辨率、高速探测器的限制；压缩计算光谱成像结合光学调制、复用探测与计算重构，解决了传统光谱成像中系统复杂、数据采集效率低和分辨率受限的问题。详细介绍这3类计算成像模式的原理方法和最新研究进展，分析当前尚存的问题，并对这类技术的未来发展方向进行了展望。
计算成像 散斑成像 压缩成像 压缩光谱成像 多维光场调控 光学学报
2023, 43(15): 1511001
1 北京理工大学 光电学院， 北京0008
2 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心 （国家空间天气监测预警中心）， 北京100081
3 许健民气象卫星创新中心， 北京100081
为了提高风云三号D星（FY-3D）上搭载的高光谱红外大气探测仪（HIRAS）的辐射定标精度，对HIRAS数据预处理中使用的相位校正模块做了改进。相位校正是预处理流程中的基本处理步骤之一，用于确定干涉图的零光程差位置（ZPD），ZPD是傅里叶变换的中心同时也是傅里叶变换的前提，对反演光谱具有重要影响，但目前业务中使用的相位校正方法只能将ZPD精确到整数采样点，本文基于仪器相位方法将对地观测、黑体观测和冷空观测的光谱相位相互比较，提取出线性相位分量，从而将ZPD精度提升到亚采样级。HIRAS与JPSS-1/CrIS比对结果显示，改进后的相位校正方法使三波段的平均偏差分别下降约0.1 K，0.4 K和0.8 K，三波段的偏差标准差分别下降约0.06 K，0.2 K和1.5 K，同时偏差对目标温度的依赖性也有所降低。改进后的相位校正方法弥补了原相位校正模块的缺点，有效减小HIRAS的辐射不确定度。
高光谱 相位校正 零光程差 仪器相位 hyperspectral phase correction zero optical path difference phase of instrument 光学 精密工程
2023, 31(10): 1419
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System of Ministry of Education of China, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist), Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
Non-line-of-sight (NLOS) imaging is an emerging technique for detecting objects behind obstacles or around corners. Recent studies on passive NLOS mainly focus on steady-state measurement and reconstruction methods, which show limitations in recognition of moving targets. To the best of our knowledge, we propose a novel event-based passive NLOS imaging method. We acquire asynchronous event-based data of the diffusion spot on the relay surface, which contains detailed dynamic information of the NLOS target, and efficiently ease the degradation caused by target movement. In addition, we demonstrate the event-based cues based on the derivation of an event-NLOS forward model. Furthermore, we propose the first event-based NLOS imaging data set, EM-NLOS, and the movement feature is extracted by time-surface representation. We compare the reconstructions through event-based data with frame-based data. The event-based method performs well on peak signal-to-noise ratio and learned perceptual image patch similarity, which is 20% and 10% better than the frame-based method.
non-line-of-sight imaging event camera event-based representation Chinese Optics Letters
2023, 21(6): 061103
1 安徽医科大学生物医学工程学院，安徽 合肥 230009
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽省生物医学光学仪器工程技术研究中心，安徽省医用光学诊疗 技术与装备工程实验室，安徽 合肥 230031
偏振光学成像是一种非标记、无损伤的检测技术，对亚波长微观结构的变化比较敏感，可以提供丰富的组织结构和光学信息。然而，在可见波段范围内，生物组织是强散射介质，光在组织中传播时会经历多次散射，失去原本携带的相位和偏振信息，从而影响光学成像的对比度和分辨率。本团队结合空间频域成像和偏振光学成像方法，搭建了偏振空间频域成像系统。通过高频空间频域成像控制照明光的穿透深度，利用穆勒矩阵表征样品浅层的偏振参数，进而反映样品浅层的微观结构信息。实验结果显示：偏振空间频域成像系统测得的灰阶板漫反射率与标准值线性相关（R2=0.99988）；退偏系数与脂肪乳体积分数成正比关系，二向衰减系数随二向衰减器导致的二向衰减增大而增大；该系统可以准确测量四分之一波片和全波片的相位延迟，表明该系统可以准确测量样品的偏振参数。对比传统偏振光成像和偏振空间频域成像结果可以发现，偏振空间频域成像可以有效控制成像深度，精确测量样品浅层的穆勒矩阵。采用该系统对烧伤猪皮进行检测，测量结果显示：猪皮组织内部的胶原蛋白结构被破坏，相位延迟降低。本研究结果预期能够有效提升浅层组织偏振特性检测的准确性，促进肿瘤的早期检测。
生物光学 偏振光学成像 空间频域成像 穆勒矩阵 组织仿体
