兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州 730070
目前,红外与可见光图像融合算法依然存在着对复杂场景适用性低、融合图像细节纹理信息大量丢失、对比度与清晰度不高等问题,针对上述存在的问题,本文结合非下采样剪切波变换( Non-Subsampled Shearlet Transform, NSST)、残差网络( Residual Network, ResNet)与生成对抗网络(Generative Adversarial Network, GAN)提出一种 N-RGAN模型。通过 NSST变换将红外与可见光图像分解为高频子带和低频子带;对高频子带进行拼接并输入由残差模块改进过的生成器,并将源红外图像作为判决标准,以此提升网络融合性能与融合图像细节刻画以及目标凸显能力;对红外图像与可见光图像进行显著性特征提取,通过自适应加权对低频子带进行融合,提升图像对比度与清晰度;对高频子带的融合结果与低频子带的融合结果进行 NSST逆变换,从而得到红外与可见光图像的融合结果。通过与各类算法的融合结果进行对比,本文所提方法在峰值信噪比( Peak Signal to Noise Ratio, PSNR)、平均梯度( Average Gradient, AVG)、图像熵( Image Entropy, IE)、空间频率( Spatial Frequency, SF)、边缘强度( Edge Strength, ES)、图像清晰度( Image Clarity, IC)等多个客观指标上均有提高,可提升复杂场景下的红外与可见光图像融合效果,改善图像细节纹理信息损失严重的问题,同时提升图像对比度与清晰度。
图像融合 红外与可见光图像 显著性特征提取 非下采样剪切波变换 残差网络 生成对抗网络 image fusion, infrared and visible images, salient
Author Affiliations
Abstract
1 Frontiers Science Center for Flexible Electronics, Xi’an Institute of Flexible Electronics (IFE) and Xi’an Institute of Biomedical Materials & Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, P. R. China
2 Key Laboratory of Flexible Electronics (KLOFE) & Institute of Advanced Materials (IAM), Nanjing Tech University (NanjingTech), Nanjing 211816, P. R. China
3 Department of Outpatient, PLA Rocket Force Characteristic Medical Center, Beijing 100088, P. R. China
4 The Institute of Flexible Electronics (IFE, Future Technologies), Xiamen University, Xiamen 361005, Fujian, P. R. China
Peroxynitrite (ONOO contributes to oxidative stress and neurodegeneration in Parkinson’s disease (PD). Developing a peroxynitrite probe would enable in situ visualization of the overwhelming ONOO − flux and understanding of the ONOO − stress-induced neuropathology of PD. Herein, a novel -ketoamide-based fluorogenic probe (DFlu) was designed for ONOO − monitoring in multiple PD models. The results demonstrated thatDFlu exhibits a fluorescence turn-on response to ONOO − with high specificity and sensitivity. The efficacy ofDFlu for intracellular ONOO − imaging was demonstrated systematically. The results showed thatDFlu can successfully visualize endogenous and exogenous ONOO − in cells derived from chemical and biochemical routes. More importantly, the two-photon excitation ability ofDFlu has been well demonstrated by monitoring exogenous/endogenous ONOO − production and scavenging in live zebrafish PD models. This work provides a reliable and promising -ketoamide-based optical tool for identifying variations of ONOO − in PD models.
α-Ketoamide two-photon fluorogenic probe bioimaging peroxynitrite Parkinson’s disease Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(4): 2250039
1 上海大学机电工程与自动化学院精密机械工程系,上海 200072
2 上海瑞立柯信息科技有限公司,上海 200233
3 宁波维真显示科技股份有限公司,浙江 宁波 315105
全息技术是实现空间悬浮真三维(3D)显示的重要方法。空间光调制器(SLM)作为当前唯一的实时动态全息真3D图像投射仪器,像素量、分辨率等不足限制了其在空间悬浮真三维显示领域的应用。研究多SLM拼接实现高分辨低噪声的空间悬浮真3D显示,首先通过菲涅耳层析法结合空间坐标变换技术,计算获得3D物体360°视角的高分辨率全息图;然后将每张全息图分为相同分辨率的4幅图,加载到阵列式拼接的4个SLMs上,滤除一阶之外的光束后,再现出完整的具有高信息容量高分辨率的全息3D实像;最后利用超声雾化介质进行承载,实现实时动态空间悬浮真3D显示。另外,利用时间平均法对重建像进行噪声抑制研究,实验结果证明该方法可有效地提升空间悬浮全息显示图像的质量。
全息真三维显示 空间悬浮动态显示 多空间光调制器拼接 超声雾化介质 时间平均法 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811021
目标定位精度是评判机载光电系统性能的一项重要指标。对于高空机载光电系统,目标定位精度除受传感器、测距仪、载荷平台稳定精度、飞行平台稳定精度和位置精度等综合因素影响外,还受大气折射的影响,对于高空机载光电系统远距离对地观测,大气折射对目标定位的影响尤为严重。该文从大气折射对目标定位的影响机理出发,给出大气模型,分析大气折射的影响因素,并基于介于圆球体和参考旋转椭球体之间的地球模型给出了大气折射误差模型;基于该文提出的近似参考旋转椭球体地球模型,仿真分析了大气折射对目标定位的影响结果。分析结果对于机载光电系统远距离目标定位大气折射修正具有重要指导意义。
1 中国科学院 理化技术研究所 固体激光重点实验室, 北京
2 中国科学院 理化技术研究所 功能晶体与激光技术重点实验室, 北京
3 齐鲁中科光物理与工程技术研究院, 济南
基于新型激光消融/切除机理, 中红外6.45 μm激光用于生物组织消融/切除时不但效率高, 而且附带损伤仅为微米量级, 其附带损伤区域与细胞尺寸相当, 是目前附带损伤最小的激光刀技术, 在精准医疗领域具有重要应用前景。文中对低附带损伤6.45 μm激光消融/切除机理、生物医学应用及6.45 μm激光国内外研究现状进行了综述, 并对其发展前景进行了展望。
6.45 μm激光 固体激光 精准医疗仪器 新型激光刀 高精度肿瘤手术 6.45 μm laser solid state laser precision medicine instrument new laser scalpel minimally invasive tumor surgery
1 北京理工大学 光电学院 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
2 中国科学院理化技术研究所, 北京 100000
透明激光陶瓷以其特有的优越性能, 有望继单晶材料后成为新型高功率固体激光器的工作材料。制备高光学质量、高激光效率, 高输出功率的透明陶瓷是目前的研究重点和热点。烧结而成的多晶陶瓷存在一定量的晶界以及气孔缺陷。文章介绍了气孔率与陶瓷激光器性能的关系及控制陶瓷材料气孔率的最新研究进展。研究发现, 气孔率对激光陶瓷的散射系数、透过率、激光阈值、激光斜效率等性能影响较大。对陶瓷制备流程加以控制, 优化制备工艺可降低激光陶瓷材料气孔率, 进而提高激光陶瓷材料光学性能。
光学材料 激光材料 陶瓷 气孔率 光学性能 制备 optical material laser material ceramic porosity optical properties preparation
兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对近红外与彩色可见光图像融合后对比度低、 细节丢失和颜色失真等问题, 提出一种基于多尺度变换和自适应脉冲耦合神经网络(PCNN-pulse coupled neural network, PCNN)的红外与彩色可见光图像融合的新算法。 首先将彩色可见光图像转换到HSI(hue saturation intensity)空间, HSI色彩空间包含亮度、 色度和饱和度三个分量, 并且这三个分量互不相关, 因此利用这个特点可对三个分量分别进行处理。 将其亮度分量与近红外图像分别进行多尺度变换, 变换方法选择Tetrolet变换。 变换后分别得到低频和高频分量, 针对图像低频分量, 提出一种期望最大的低频分量融合规则; 针对图像高频分量, 采用高斯差分算子调节PCNN模型的阈值, 提出一种自适应的PCNN模型作为融合规则。 处理后的高低频分量经过Tetrolet逆变换得到的融合图像作为新的亮度图像。 然后将新的亮度图像和原始的色度和饱和度分量反向映射到RGB空间, 得到融合后的彩色图像。 为了解决融合带来的图像平滑化和原始图像光照不均的问题, 引入颜色与锐度校正机制(colour and sharpness correction, CSC)来提高融合图像的质量。 为了验证方法的有效性, 选取了5组分辨率为1 024×680近红外与彩色可见光图像进行试验, 并与当前高效的四种融合方法以及未进行颜色校正的本方法进行了对比。 实验结果表明, 同其他图像融合算法进行对比分析, 该方法在有无CSC颜色的情况下均能保留最多的细节和纹理, 可见度均大大提高, 同时本方法的结果在光照条件较弱的情况下具有更多的细节和纹理, 均具有更好的对比度和良好的色彩再现性。 在信息保留度、 颜色恢复、 图像对比度和结构相似性等客观指标上均具有较大优势。
彩色图像融合 Tetrolet变换 期望最大算法 自适应脉冲耦合神经网络 Color image fusion Tetrolet transform Expected maximum algorithm Adaptive Pulse Coupled Neural Network 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2023
兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
针对图像风格迁移时出现前后景边界模糊造成风格化图像主要目标模糊的问题,提出了目标边缘清晰化的图像风格迁移算法。通过将用于提取内容图像轮廓的深度抠图神经网络与风格迁移网络合并,形成透明遮罩约束风格迁移过程,凸显风格化图像中主要目标的轮廓;通过对迁移网络中最大池化层进行替换,保留图像的背景信息,细化风格化图像的整体结构;通过替换迁移网络中较大卷积核,减少网络模型参数,减少风格迁移计算量;通过对常规卷积层的归一化,实现相似风格迁移之间的参数共享,提升风格迁移速度。用VGG-19神经网络作为特征提取器对输入的内容图像和风格图像提取特征图,把输入图像到输出图像的变换约束在色彩空间局部仿射中,在输入图像RGB通道上合并目标遮罩,使得风格化图像的主要目标在遮罩约束中实现纹理合成。实验表明,与传统方法比较,该方法产生的迁移结果前后景边缘明显,内容结构保留较好,解决了风格化图像主要目标边缘模糊的问题。
图像处理 风格迁移 神经网络 抠图算法 深度学习 结构约束 激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1210021
1 中国科学院理化技术研究所固体激光重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院理化技术研究所功能晶体与激光技术重点实验室, 北京 100190
自行研制出一种基于多程腔(MPC)技术的长纳秒脉冲532 nm Nd∶YAG调Q激光器。在重复频率为10 kHz时,采用MPC技术,将激光脉冲宽度从可调范围110~260 ns扩展到460~600 ns。在最短脉冲宽度为460 ns时,532 nm激光的输出功率为6.5 W。理论模拟了532 nm激光输出功率和脉冲宽度随基频激光功率的变化曲线,理论值与实验数据较好地吻合。这种长纳秒脉冲532 nm 绿光激光器对于工业和科学研究具有重要意义,如一些新材料的激光损伤特性研究。
激光器 多程腔 长纳秒脉冲 中国激光
2020, 47(12): 1201003