1 上海海洋大学 信息学院, 上海 201306
2 国家海洋局东海勘察中心, 上海 200137
基于深度学习的无参考图像质量评价方法目前存在语义关联性不足或模型训练要求高的问题，为此，本文提出了一种基于语义特征符号化和Transformer的无参考图像质量评价方法。首先使用深层卷积神经网络提取图像的高层语义特征；然后将语义特征映射成视觉特征符号，并基于Transformer自注意力机制对视觉特征符号之间的关系进行建模，提取图像的全局特征，同时使用浅层神经网络提取底层局部图像特征，捕捉图像低级失真信息；最后结合全局图像信息与局部图像信息，对图像质量进行预测。为了验证模型的精度和鲁棒性，以相关系数PLCC和SROCC作为评价指标，在5个主流的图像质量评价数据集和1个水下图像质量评价数据集上进行了实验，并将本文提出的方法与15种传统和基于深度学习的无参考图像质量评价方法进行了对比。实验结果表明，本文方法以较少的参数量（大约1.56 MB）在各类数据集上均取得了优越的性能，尤其在多重失真数据集LIVE-MD上将SROCC提升到了0.958，证明在复杂的失真情况下仍能准确评估图像质量，本文网络结构能满足实际应用场景。
图像质量 无参考图像质量评价 Transformer 自注意力 特征符号 image quality no-reference quality assessment Transformer self-attention feature tokens
1 上海海洋大学信息学院，上海 201306
2 上海电力大学，上海 201306
3 中国科学院深海科学与工程研究所，海南 三亚 572000
目前光学成像技术已经在深海探测中发挥重要的作用，但仍缺少深海视频质量主观评价研究，尤其是缺少公开的深海视频质量评价数据集。为此，构建了一个公开的、带有主观质量标签的深海视频质量评价数据集，该数据集包括5类代表性的真实深海场景视频。为了实现数据增广，使用基于深度学习和基于融合的水下图像增强方法进行视频质量增强，使用高斯模糊和高斯噪声进行视频质量退化；采用单激励绝对等级主观质量评价方法对深海视频进行视频质量评价，主观评价实验人数为20，得到总数量为142的深海视频质量评价数据集。在该数据集上验证了8种图像/视频质量客观评价模型的性能，结果显示当前视频质量客观评价模型用于深海视频质量评价还需提升性能。数据集公开在http：//ieee-dataport.org/documents/deep-sea-video-quality-dataset，有助于深海视频质量客观评价和增强技术的优化和改进。
视觉 深海视频数据集 视频质量主观评价 数据增广 视频质量客观评价模型 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1733001
1 河北省激光研究所, 石家庄 050081
2 河北普莱斯曼金刚石科技有限公司, 石家庄 050081
3 南京电子器件研究所, 微波毫米波单片和模块电路重点实验室, 南京 210016
4 南京大学电子科学与工程学院, 南京 210093
采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术, 通过改变气源中的氮含量, 得到不同结晶质量的单晶金刚石, 通过激光切割以及抛光控制样品尺寸为5 mm×5 mm×0.5 mm, 然后对样品进行表面氢化处理并研制了金刚石射频器件, 系统研究了氮含量对金刚石材料晶体质量和金刚石射频器件性能的影响。随着氮含量的增加, 虽然单晶金刚石生长速率有所增加, 但是其拉曼半峰全宽(FWHM)、XRD摇摆曲线半峰全宽也逐渐增加, 光致发光光谱中对应的NV缺陷逐渐增多, 晶体结晶质量逐渐变差, 不仅导致沟道载流子的迁移率出现退化, 而且也使金刚石射频器件出现了严重的电流崩塌和性能退化问题。通过降低氮浓度, 提升材料的结晶质量, 沟道载流子迁移率得到显著提升, 金刚石射频器件的电流崩塌得到有效抑制, 电流增益截止频率fT和功率增益截止频率fmax分别从17 GHz和22 GHz大幅度提升至32 GHz和53 GHz。
氮含量 微波等离子体化学气相沉积 晶体质量 氢终端金刚石 沟道载流子迁移率 电流崩塌 金刚石射频器件 频率特性 nitrogen content MPCVD crystalline quality hydrogen-terminal diamond channel carrier mobility current collapse diandimond RF transistor frequency performance
1 河北省激光研究所, 石家庄 050081
2 河北普莱斯曼金刚石科技有限公司, 石家庄 050081
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200080
本文研究制备了可应用于高功率CO2激光器的CVD金刚石窗口。首先使用环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置沉积制备直径2英寸(1英寸=2.54 cm)金刚石自支撑膜, 然后将膜片双面抛光, 激光切割成矩形基片, 再采用蒸镀法在基片表面制备中心波长在10.6 μm的增透膜, 最终制备得到金刚石光学窗口。采用傅里叶红外透射谱、热导仪、爆破试验台测试了金刚石基片镀膜前后的红外透过率、热导率和爆破强度。利用自行搭建的光学平台, 测试了CVD金刚石基片增透膜能承受的激光功率密度。结果显示CVD金刚石基片在10.6 μm处的透过率为70.9%, 利用光谱计算的吸收系数为0.06 cm-1, 热导率＞19.5 W/(cm·K), 爆破强度＞5.62 MPa, 镀膜后的透过率为99.2%, 增透膜可承受的激光功率密度＞995 W/mm2。
CVD金刚石 增透膜 光学窗口 高功率CO2激光器 CVD diamond antireflective coating optical window high power CO2 laser
1 北京石油化工学院 光机电装备技术北京市重点实验室, 北京 102617
2 北京化工大学 机电学院, 北京 100029
在以正弦波为测量基准信号的激光脉冲飞行时间测距系统中, 由于高频信号之间的串扰或器件非线性等因素的影响, 将产生脉冲飞行时间周期误差, 导致测距精度降低。为此提出了一种利用测距仪在一定距离条件下的测量数据计算定时误差的方法, 通过最小二乘法拟合构造出一条含误差补偿功能曲线, 并将该曲线进行离散化处理, 将离散化数据存入单片机内, 在距离测量时以含误差补偿功能曲线作为测量基准, 实现对脉冲飞行时间周期误差的补偿。该方法具有原理简单、数据可靠、操作方便等优点。所研制的激光脉冲测距仪经过误差补偿后, 测距误差小于±3 mm。
脉冲飞行时间 激光测距 周期误差 误差补偿 pulse time-of-flight laser ranging periodic error error compensation 红外与激光工程
2018, 47(3): 0317004
清华大学物理系, 低维量子物理国家重点实验室, 北京 100084
为观测神经营养因子对胞内Ca2+浓度的影响, 将牛视网膜神经细胞内的Ca2+用Fluo-3标记, 用搭建的活细胞实时成像荧光显微系统对其成像, 并观测在脑源性神经营养因子BDNF等四种神经营养因子的作用下细胞内游离Ca2+浓度(［Ca2+］i)随时间的变化的规律。 由于荧光分子有自发衰减效应, 故对得到的细胞内荧光强度采用“去衰减效应修正”的处理方法, 再现了较真实地代表［Ca2+］i的荧光强度。 修正后的数据显示, 加入四种神经因子后, ［Ca2+］i皆有不同程度的升高, 与相关文献所描述的类似实验具有相似结果, 说明此种对活细胞内荧光标记物的实时动态成像的实验方法可行, 去衰减效应修正的数据处理方法可靠。
实时荧光显微成像 神经细胞 游离钙离子浓度 神经营养因子 去衰减效应修正 Real-time fluorescence microscopy Neurons Intracellular free calcium concentration Neurotrophins Decay removal correction
1 北京科技大学 材料科学与工程学院 材料物理与化学系，北京100083
2 大连医科大学 化学教研室，大连116044
利用紫外光吸收染料诱导胆甾相液晶体系形成螺距梯度，制备了具有宽波反射特性的胆甾相液晶聚合物薄膜。研究表明，由于紫外光吸收染料的存在，在紫外光诱导聚合的过程中,在复合材料中将形成紫外光强度梯度，进而形成手性单体的浓度梯度，最终制备了可反射可见光区红蓝绿三色光的胆甾相液晶聚合物薄膜。扫描电镜测试结果表明，胆甾相液晶聚合物薄膜的断面形貌具有螺距的梯度分布。该类材料在可调控光的智能玻璃和光学元器件等领域具有应用潜力。
胆甾相液晶 螺距梯度 宽波反射 紫外光吸收染料 cholesteric liquid crystals pitch gradient broadband reflection UV absorbing dye
1 地表过程与资源生态国家重点实验室(北京师范大学), 北京100875
2 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室, 北京100875
3 首都师范大学资源环境与旅游学院, 北京100048
4 湖南师范大学资源与环境学院, 湖南 长沙410081
地下煤火燃烧在地表和近地面形成温度高于其周围环境的区域， 可用热红外遥感技术监测地下煤火高温度区及热异常区。 以内蒙古自治区乌达煤田火区为例， 探索了利用不同季节夜间ASTER热红外光谱进行地下煤火监测方法。 采样TES-ADE算法反演地表温度， 阈值分割法提取煤火区， 分析地表温度的季节变化规律、夜间与白天地表温度差异、煤火区分布格局及变化趋势。 结果表明: (1)相对白天来说， 夜间热红外光谱能够有效反演煤火区的地表温度， 而且能够避免沙地、裸地与建筑物的干扰， 提取的高温区基本都是煤火区；(2)相对其他季节来说， 冬季热红外光谱是反演煤火区地表温度及提取煤火区的最佳时相， 能有效区分煤火区与背景区；(3)冬季夜间热红外光谱能够有效监测煤火区的变化与分布格局。
地下煤火 地表温度 热红外 遥感 Underground coal fire Land surface temperature Thermal infrared Remote sensing ASTER ASTER
1 清华大学物理系, 原子分子纳米科学教育部重点实验室, 北京100084
2 北京大学医学部人体解剖与组织胚胎学系分子细胞生物学与肿瘤生物学实验室, 北京 100191
在像增强型电荷耦合器件(ICCD)荧光显微成像装置上用双通道成像方法观察了非洲绿猴肾细胞(COS-7)中由EGFP转染的肌球蛋白Myosin 15a, 以及Rhodamine标记的细胞微丝。 为观察微丝尖端的肌球蛋白Myosin 15a, 采用了高灵敏、 低损伤的全内反射激发荧光显微成像技术, 并在双通道中选用合适滤光片组合消除两种荧光染料间的光谱串扰。 实验观测到非洲绿猴肾细胞内过表达的肌球蛋白Myosin 15a和伸长的微丝的分布情况, 尤其是清晰观察到Myosin 15a在微丝上的分布。 为全内反射双通道荧光成像技术在生命科学中的应用展示了广阔的前景。
全内反射荧光(TIRF) 双通道 肌球蛋白 微丝 Total internal reflection fluorescence (TIRF) Double-channel Myosin Filopodia 光谱学与光谱分析
2010, 30(10): 2676
1 清华大学物理系原子分子纳米科学教育部重点实验室, 北京100084
2 深圳大学光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室, 广东 深圳518060
全内反射荧光(TIRF)成像技术利用穿透深度仅200 nm左右的隐失波来激发诱导荧光, 探测灵敏度和图像信噪比大大提高, 成为单分子研究的有力工具。 分子梳技术利用DNA末端与固体表面的结合力和周围流体流动产生的侧向力将DNA分子拉伸并平铺在表面上。 结合这两种技术, 对分子梳拉直的单个DNA分子进行了清晰的实时荧光成像, 发现TIRF成像条件下DNA分子与荧光探针YOYO-1组成的复合体可自然避免发生光敏断裂现象; 实时监测了单个DNA-YOYO-1复合体的光漂白过程, 通过对激发光照射时间与探测器曝光时间进行同步控制, 可大幅降低光漂白程度, 为拉直的单个DNA分子的长时间实时观察和成像研究优化了实验条件, 为实时、 可视化地研究其与蛋白质相互作用的动力学过程奠定了基础。
全内反射荧光(TIRF) 实时 单分子 分子梳 Total internal reflection fluorescence (TIRF) Real-time Single molecule DNA DNA Molecular combing 光谱学与光谱分析
2010, 30(5): 1266
