1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 高端生物医学成像省部共建重大科技基础设施，湖北 武汉 430074
显微镜的光学孔径和测量带宽的有限性限制了生物应用中的信息获取，包括在观测生物体系的精细亚细胞结构动力学过程、活体超快瞬态生物学过程，以及介观离体组织的高效三维成像等，这一问题成为多领域生物医学研究的制约因素。传统荧光显微镜的局限性促使研究人员着手探索新型荧光显微成像原理和方法。研究者们引入了人工智能手段，以提高荧光显微成像的速度和精度，从而增加信息获取的通量。本文以细胞生物学、发育生物学和肿瘤医学为视角，详细分析了在这些领域中通量限制带来的挑战。结合深度学习，突破了传统荧光显微成像的通量限制问题，为物理光学和图像处理领域的进一步发展提供了契机。这一创新助力于生物医学研究的推进，使科学家能够更全面、深入地理解生命和健康领域的复杂现象。因此，本研究不仅对生物医学领域具有重要意义，而且为未来的研究和应用提供了崭新的可能性。
荧光显微 深度学习 超分辨成像 超快成像 高通量成像 激光与光电子学进展
2024, 61(16): 1600001
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 湖北省高端生物医学成像重大科技基础设施，湖北 武汉 430074
近几十年来，光片荧光显微镜作为荧光显微技术的一种革新，显著提升了生命科学研究中对组织与细胞结构和功能的高时空分辨率成像能力。相较于传统的落射荧光显微技术，光片显微镜通过选择性逐层照明生物样本，大大提高了光子利用效率，降低了光毒性，并显著提升了成像速度。光片显微镜问世以来，其在生命科学研究中的应用范围逐渐拓宽，从胚胎学、神经科学到肿瘤研究等多个领域均有所涉及，不仅可用于观察细胞和组织的基本结构，还可用于实时监测生物过程中的动态变化。同时，其跨尺度的特点使其适用于从宏观到微观的多个尺度上的观察。本文综述了光片显微镜在高通量成像、超分辨成像以及易用性方面的应用及发展，旨在为生命科学研究人员提供全面的了解和参考，推动光片显微镜在更多领域的应用和发展。
荧光显微成像 光片荧光显微镜 高通量成像 超分辨成像 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618019
陕西科技大学 电子信息与人工智能学院，陕西 西安 710021
针对高光谱图像数据分布不均匀、空谱特征提取不够充分以及随着网络层数增加而导致的网络退化等问题，提出一种基于多尺度混合卷积网络的高光谱图像分类方法。首先，使用主成分分析对高光谱数据进行降维处理；接着，利用邻域提取将邻域内的像素点作为一个样本，补充相应的空间信息；然后，使用多尺度混合卷积网络对预处理后的样本数据进行特征提取，并加入混合域注意力机制来加强空间和光谱维中有用的信息；最后，使用Softmax分类器对每个像素样本进行类别划分。实验结果表明：将所提出的模型在Indian Pines和Pavia University两个高光谱数据集中进行实验，其总体分类精度、平均分类精度、Kappa系数分别能达到0.987 9、0.983 3、0.986 2和0.999 0、0.996 9、0.998 6。该算法能够更加充分地提取高光谱图像的特征信息，与其他分类方法相比取得了更好的分类效果。
高光谱图像 混合卷积网络 多尺度特征 注意力机制 hyperspectral image hybrid convolutional network multi-scale features attention mechanism
1 中国煤炭地质总局勘查研究总院, 北京 100039
2 中国矿业大学矿业工程学院, 徐州 221116
煤矸石浆液的流变性能影响注浆的可泵性, 可通过调节粒径和水矸比对流变性能进行调控。本文测试了新鲜煤矸石浆液的流变性能、流动度及流动时间, 研究了不同粒径(100目、150目、200目、250目、300目, 分别对应150 μm、106 μm、74 μm、58 μm和48 μm)及水矸比(1.0、1.5、2.0)对煤矸石浆液流变性能的影响, 探讨了流变参数、流动度及流动时间的变化规律, 并提出了注浆建议。结果表明: 水矸比是煤矸石浆液流变性能的主控因素, 煤矸石浆液在水矸比为1.0时, 符合Herschel-Bulkley模型, 颗粒粒径会影响浆液的屈服应力和塑性黏度, 屈服应力为2.5~3.6 Pa; 在水矸比为1.5、2.0时, 符合Bingham模型, 颗粒粒径只影响浆液的屈服应力, 屈服应力为0.1~0.7 Pa。不同粒径煤矸石浆液的流动度均不低于365 mm, 流动时间在27~31 s。为提高浆液的可泵性, 可考虑采用较大的水矸比(≥1.5)和较长的搅拌时间(>800 s)。
煤矸石 粒径 流变性能 屈服应力 流动度 流动时间 coal gangue particle size rheological property yield stress degree of fluidity flow time
1 昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南 昆明 650504
2 云南大学工商管理与旅游管理学院，云南 昆明 650504
超材料吸波体的性能受电磁波入射角度的影响，具有宽角度稳定性的吸波体一直是吸波体设计的难点之一。传统设计方式依赖于人工设计和优化，存在设计困难且周期长的缺陷。针对设计目标的特点，基于改进粒子群优化算法设计了宽角度高吸收率超材料吸波体。通过添加动态权值和高斯误差解决二进制粒子群优化算法后期局部搜索能力弱的问题，用改进的二进制粒子群优化算法优化吸波体表层0、1编码的离散金属块结构实现高吸收率和宽入射角吸收特性。仿真结果表明，设计的超材料吸波体在9.4~13.3 GHz频段的吸收率大于90%，在11.6~12.6 GHz频段内可实现完美吸收（吸收率大于99%），横电、横磁极化波60°斜入射情况下超材料吸波体在带宽内的吸收率大于80%。该设计方法有效弥补了传统设计方法的缺陷，展现出按需设计和设计过程无需人为干预的独特优势，在相关领域具有广泛的应用前景。
光学器件 超材料 吸波体 宽角度 二进制粒子群优化算法 编码 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1123002
上海理工大学, 教育部光学仪器与系统工程中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
以喷洒不同浓度杜邦万灵的香梨作为研究对象, 探讨了应用高光谱成像技术检测香梨表面农药残留的方法。运用376~1051nm高光谱成像系统采集200个香梨的高光谱图像, 其中120个香梨为建模集, 80个香梨为预测集。运用多元散射校正(MSC)对光谱数据进行预处理, 然后采用连续投影算法(SPA)提取了11个特征波长。基于处理后的光谱数据, 分别运用多元线性回归法(MLR)和主成分回归法(PCR)两种算法分别建立农药残留检测的模型, 比较两种模型的结果。通过比较, 采用MLR建立的农药残留检测模型效果较优, 其校正集相关系数(Rc)为0.973, 校正均方根误差(RMSEC)为0.260, 预测的正确率可以达到91.7%, 对较低浓度残留的预测正确率达到80%。研究表明, 应用高光谱成像技术可以成功地检测香梨表面农药残留, 并且对低浓度检测也有很好的效果。
光谱学 农药残留 低浓度 高光谱成像 可见-近红外 无损 连续投影算法 香梨 spectroscopy pesticide residue low concentration hyperspectral imaging visible-near infrared non-destructive SPA pears
1 上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
2 上海理工大学教育部光学仪器与系统工程中心, 上海 200093
为无损检测辣椒粉中苏丹红一号浓度 (C), 本文运用高光谱成像检测技术得到 120个含有不同 C的辣椒粉高光谱图像, 其中 60个作为校正集剩余为预测集, 采用连续投影算法(SPA)从校正集的海量光谱数据中优选出 45个特征波长, 再通过偏最小二乘回归法 (PLSR)、多元线性回归法 (MLR)和主成分回归法 (PCR)建立预测模型。结果表明, MLR模型较优, 其校正集相关系数为 0.998, 校正均方根误差为 0.737 3 μg/ml, 预测集相关系数为 0.987, 预测均方根误差为 1.921 3 μg/ml, 该方法可以实现辣椒粉中 C的无损检测。
高光谱成像技术 无损检测 辣椒粉 苏丹红一号浓度 hyper-spectral imaging technique non-destructive detection chili powders concentration of Sudan red No. 1
重庆邮电大学 重庆市移动通信技术重点实验室, 重庆 400065
LTE-A(改进的长期演进)上行支持一种基于Clustered DFT-S-OFDM(集合式离散傅里叶变换扩展正交频分复用)的非连续频域资源分配方式, 而为了在PUSCH(物理上行共享信道)中实现这种分配方式, 求解组合索引成了一个关键问题。针对这个问题, 文章提出一种基于组合数系统的贪婪算法, 以查表的方式取代传统的全搜索算法, 查找次数从O(N4)降到了O(N)。最后通过在DSP(数字信号处理器)中实现该算法, 证实了该算法具有更强的可行性和有效性。
改进的长期演进 物理上行共享信道 资源分配 组合索引 数字信号处理器实现 LTE-A PUSCH resource allocation combinatorial index DSP realization
重庆邮电大学 重庆市移动通信技术重点实验室, 重庆 400065
软球形译码算法虽然能接近ML(最大似然)算法的误码性能, 但其计算复杂度很高。文章提出了一种降低计算复杂度的SSD(软球形译码)算法, 该算法在QR(正交三角)分解算法的反向迭代上三角矩阵R中引入减弱噪声部分以缩小初始搜索半径, 然后利用最小距离准则对搜索树进行有效地删减, 缩小树搜索空间。MATLAB仿真结果表明, 该算法在获得接近传统SSD性能的条件下, 能够很大程度地降低系统的计算复杂度。
LTE-A系统 信号检测 软球形译码 LTE-A system signal detection soft sphere decoding
