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
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 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
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
对于无星上定标系统的大视场大气探测载荷,利用广阔的海洋无监测定标场(SNES)进行基于统计方法的在轨替代定标,是国际上公认和推荐的方法。基于大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)的载荷工作原理和一级数据产品的特点,在确定反射率基定标的基础上,通过海表双向反射率分布函数(BRDF)的大气传输仿真计算确定了合适的角度阈值,以降低非大气分子散射的干扰;同时对定标场的环境参量进行了统计分析,解决了统计定标中数据筛选与误差评估的核心问题,最终实现了DPC可见光波段在轨定标系数变化的精确评估。在考虑定标源和仪器实验室定标误差合成后,绝对辐射定标系数的最终定标误差在1.24%~4.76%之间。
遥感 瑞利散射 大气辐射传输 在轨定标 误差合成 光学学报
2020, 40(23): 2328001
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
为实现云相机控制系统的模块化设计、提高系统集成度,提出了基于FPGA(field programmable gate array)的在轨实时云判系统硬件平台的设计方法。在对系统各功能模块进行划分的基础上,确立了片内双核CPU软件架构,其中一个CPU独立处理云判算法以保证所提算法运行的实时性,另一个CPU用于与卫星进行数据交互和部分数据预处理,通过自定义IP (intellectual property)核实现CCD成像和外围接口的时序控制。以CCD图像采集与存储模块为例,重点讨论了CCD驱动电路、模拟前端电路、数据存储电路的设计和时序,并对该模块IP核的设计方法进行了说明。最后对云相机的成像性能参数进行测试,实验结果表明:设定积分时间内,随着积分时间的推移,相机暗电流噪声变化较小;中心视场处,输出非线性度为1.29%;在信号达到饱和光强的80%时,信噪比为128.1,满足云相机工作要求。
大气光学 云相机 片上可编程系统 CCD成像系统 性能测试 光学学报
2020, 40(20): 2001001
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
高分五号卫星多角度偏振探测仪(DPC)是国内首台具备业务化多光谱多角度偏振探测能力的星载遥感器。发展了一套针对DPC观测数据的处理算法,可获取观测区域上空云检测结果、相态分布和云光学厚度。利用670 nm、865 nm反射率、490 nm几何归一化偏振辐亮度和865 nm线偏振度进行云检测;利用865 nm归一化偏振辐亮度进行相态识别;利用670 nm、865 nm反射率以及相态识别结果反演云光学厚度。由于尚未获取可反演的DPC L1级观测数据,仅将算法应用于地球反射率多角度偏振观测仪(POLDER)数据,以验证算法有效性。对比POLDER云产品,得到判云一致性和判晴一致性分别为93.3%和92.9%;水云、冰云和混合相态判别一致性分别为87.4%,76.6%和22.8%;云光学厚度的相关系数为0.89,故该算法可行有效。该算法为DPC发展业务化云产品提供参考。
大气光学 多角度偏振观测 云检测 云相态 云光学厚度 多角度偏振探测仪(DPC) 地球反射率多角度偏振观测仪(POLDER) 光学学报
2020, 40(11): 1101002
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 210023
2 南京邮电大学 自动化学院, 江苏 南京 210023
为降低泊松噪声对X射线图像质量的影响, 本研究提出一种采用非线性主分量分析(NLPCA)对X射线图像序列进行盲源分离的降噪方法。该降噪方法首先采样一序列X射线图像, 并通过Anscombe变换将图像中泊松噪声转化为高斯噪声; 然后将每张含噪声图像视为噪声分量和信号分量的组合, 进而采用NLPCA将信号分量和噪声分量分离达到降噪目的; 最后通过Anscombe逆变换获取最终降噪图像。研究结果表明: 当序列中含噪声图像张数从2增加到50时, 提出的降噪方法可以将Shepp-Logan头模型含噪声图像的PSNR值由28.289 4 dB提高到37.267 8 dB、SSIM值由0.700 7提高到0.963 8。相比较常用的降噪算法, 提出的降噪方法在有效消除X射线图像中泊松噪声的同时, 使图像中细节轮廓保留更完整。
X射线图像 泊松噪声 Anscombe变换 非线性主分量分析 盲源分离 X-ray image poisson noise anscombe transform nonlinear principal component analysis blind source separation
遵义师范学院物理与机电工程学院, 贵州 遵义 563006
采用有限元法, 研究了基于石墨烯/金属混合纳米光栅的太赫兹(THz)滤波器。混合光栅可构成纳米腔阵列, 利用腔中磁场法布里-珀罗谐振效应, 制作了THz滤波器。该滤波器对波长的选择不易受外界环境的影响, 而且其滤波波长可动态调控; 另外, 可通过增加石墨烯的层数增强其滤波能力。
表面光学 表面等离子体激元 波长滤波器件 太赫兹频谱 电光材料 纳米结构 激光与光电子学进展
2017, 54(10): 102401
