1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院，上海 201620
2 复旦大学附属眼耳鼻喉医院 眼科，上海 200031
视网膜微动脉瘤的检测对于早期发现糖尿病视网膜病变等重要疾病至关重要，但该病灶尺寸相对较小，属于眼底图像中的微小目标，现有的微动脉瘤检测算法难以实现该病灶的精准检测，为此提出了基于多特征尺度融合的改进Faster-RCNN微动脉瘤自动检测算法。该算法在Faster-RCNN网络模型的基础上，首先采用多特征尺度融合对特征提取网络与RPN结构进行改进以提高网络对于微小目标特征的利用；然后，通过感兴趣区域齐平池化以消除感兴趣区域池化过程中引入的量化误差；最后，通过对损失函数中的smooth L1损失函数进行重新设计得到平衡L1损失函数以实现损失函数优化，从而有效降低大梯度难学样本与小梯度易学样本间的不平衡问题，进而使得模型能够得到更好地训练。针对眼底图像中微动脉瘤的自动检测，将优化后的Faster-RCNN网络模型在Kaggle数据集上进行训练及测试，并与其他方法进行对比。实验结果表明，与其他各种结构的Faster-RCNN网络模型相比，所提出的基于多特征尺度融合的改进Faster-RCNN算法能显著提高检测结果（F-score与原始Faster-RCNN相比提升了9.36%）；与其他网络模型以及方法相比，所提出的基于多特征尺度融合的改进Faster-RCNN的自动检测精度明显更优。故所提出的基于多特征尺度融合的改进Faster-RCNN算法性能较优，能准确、有效地检测出眼底图像中的微动脉瘤。
眼底图像 微动脉瘤 Faster-RCNN 多特征尺度融合 深度学习 Fundus image Microaneurysms Faster-RCNN Multi feature scale fusion Deep learning
1 北京创盈光电医疗科技有限公司, 北京 1001762
2 哈尔滨医科大学, 人体自身免疫疾病诊疗技术国家地方联合工程研究中心, 哈尔滨 150081
通过分析红光/近红外LED光照射治疗(LED光疗)对外周血单核细胞中疼痛相关炎症因子及趋化因子的表达影响, 研究红光/近红外光生物治疗对疼痛的抑制作用。在用人单核细胞THP-1评价红光/红外光的安全剂量的基础上制备健康成年人外周血单核细胞(PBMC), 进行红光/红外光照射处理后, 用荧光定量PCR法检测疼痛相关炎症因子及趋化因子的表达变化。结果显示, 经过红光/近红外LED光疗后, 与对照组相比, PBMC的CXCL12、CXCL13、CX3CL1、CCL4、CCR2、IL-4、IL-6和MMP2基因表达水平明显下调, 表明红光/近红外LED光疗可通过抑制PBMC中疼痛相关趋化因子及炎症因子表达发挥抗疼痛作用。此研究可为疼痛辅助治疗提供新的思路。
红光/近红外LED光照射治疗 外周血单核细胞 趋化因子 炎症因子 疼痛 red/near infrared light irradiation therapy peripheral blood monocytes chemokines inflammatory factors pain
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 长春长光格瑞光电技术有限公司，吉林长春13010
3 长春国科医工科技发展有限公司，吉林长春10102
为了实现超宽谱段与高分辨率特点兼具的中阶梯光栅光谱仪系统，提出了一种光路结构设计，并针对其深紫外波段的有效探测方法进行了研究及验证。该光路结构结合准Littrow结构与C-T结构的优势，保证了色散光路具备高衍射效率，同时很好地抑制了杂散光。在有限可选光学材料下，采用多重评价优化方式获得中阶梯光栅光谱仪的光学结构参数。通过加入由球透镜及柱透镜组成的校正结构，有效地校正了像差，提高了光谱分辨率。最后，针对深紫外波段探测的解决方案进行模态分析，验证了所设计方案的可行性。最终在160~1 000 nm的超宽波段范围内，成像光斑的RMS值优于12.1 µm，在257.61 nm处的光谱分辨率优于0.009 nm，能够满足超宽谱段、高分辨率检测系统的色散分光需求。
光学设计 中阶梯光栅光谱仪 超宽谱段 高分辨率 optical design echelle spectrometer ultra-wide wavelength range high resolution
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
高光谱成像(HSI)是一种新兴的快速、 安全的现代医学检测技术。 将自行研制的高光谱成像仪与显微镜相结合, 对人源脑胶质瘤小鼠和H&E染色病理切片进行成像光谱研究。 通过对脑胶质瘤与正常脑组织的高光谱数据进行分析和处理, 获取二者之间的光谱差异以实现对脑胶质瘤与正常脑组织的区分。 实验结果表明, 无论是病理切片还是在体脑组织数据, 脑胶质瘤与正常脑组织反射光谱中特定光谱范围内的反射率均存在一定差异, 可据此对二者进行区分, 为今后临床实验与脑胶质瘤术中辅助诊断提供依据和参考。
高光谱成像 反射光谱 脑胶质瘤 Hyperspectral imaging Reflectance spectrum Glioma 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3784
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了保证中阶梯光栅光谱仪能够具有足够的波段范围, 设计了一套校正装置,对该校正装置的校正原理、波段校正范围、校正分辨率等问题进行了讨论和研究。首先, 对中阶梯光栅光谱仪的光学元件进行了公差分析, 并介绍了自动光谱校正的原理和流程。选定聚焦镜作为调整环节并根据CCD接收器像面的利用情况给出了调整分辨率要求, 然后设计了校正装置, 并对校正装置的分辨率进行了理论计算。最后, 对校正装置的校正效果进行了实验验证。实验结果表明: 校正装置在方位方向的校正分辨率可达0.006 25°、俯仰方向的分辨率可达0.006 25°、前后方向的分辨率可达0.005 mm。校正装置可以将10像素的波段偏移调整回CCD正常接收范围内, 从而保证光谱仪器的全谱段波段范围。
中阶梯光栅光谱仪 自动光谱校正 波段范围 echelle spectrometer auto spectrum calibration band range
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
由于大型衍射光栅刻划机刻划系统的双拉杆结构不能使其满足精度指标要求,本文设计了一套单拉杆结构.讨论了石英导轨分度方向弯曲误差产生的原因及其减小该误差的方法,分析和比较了两种拉杆结构的鞍型滑块的受力情况.基于材料力学弯曲变形理论,建立了石英导轨分度方向弯曲误差模型.在该模型的基础上仿真了双、单拉杆结构下刻划系统的石英导轨在分度方向上的弯曲变形误差.最后,使用双频激光干涉仪对石英导轨上的两个特征测量点进行了测量.测量结果显示:改进后的拉杆结构使得石英导轨在两特征测量点处的位移误差由50.36 nm降低到小于10 nm,满足大型衍射光栅刻划机刻划系统在分度方向上5~10 nm的精度指标要求.
光栅刻划机 衍射光纤 双拉杆结构 单拉杆结构 石英导轨 grating ruling engine diffraction optical fiber double-rod structure single-rod structure quartz guide rail
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
尝试在大型衍射光栅刻划机中使用气浮导轨承载金刚石刻划刀具系统运行。气浮导轨同时承担刀具系统的承重与导向任务，由于使用气体作为润滑剂而接近零摩擦状态，可以避免触点磨损及低速爬行现象。分析了气浮导轨工作过程中产生的误差及该误差对刻划刀具运动轨迹的影响，并使用双频激光干涉仪测量刻划过程中刻划刀具运动的直线度误差。测量结果表明，金刚石刀具系统单向行程400 mm 时，该误差约为200 nm，小于使用石英导轨承载刀具系统时的误差，同时在高频振动方面有明显改善。刻制一段79 gr/mm，400 mm×500 mm 的中阶梯光栅，观察其衍射光斑并使用照度计检测得其不同位置杂散光强度为0.2‰~5‰，实验结果表明使用气浮导轨承载刻划刀具可以满足光栅刻划精度要求。
光栅 衍射光栅 光栅刻划机 气浮导轨 双频激光干涉仪 刀架系统
1 吉林大学电子科学与工程学院，集成光电子学国家重点实验室
2 吉林大学吉林大学通信工程学院，长春 130012
在满足气体检测要求的前提下，为了能够使气体检测仪器的小型化以及低功耗，设计了袖珍式红外瓦斯检测仪.以集光源、光路、红外探测器于一体的红外传感模块为核心，修正了传统的气体吸收理论，采用差分式气体吸收技术设计出一种具有低成本、低功耗、低检测下限、高信噪比的袖珍式非线性甲烷检测仪.集成后的仪器采用干电池单电源供电，工作时总电流在150 mA以内、总功耗小于0.9 W，检测仪的电路增益为43.3 dB.实验中进行了单、双通道气体检测实验，采用新配气方法在甲烷爆炸限内进行双通道气体检测实验，得到低检测下限和高灵敏度测试实验，最低检测下限都能够达50 ppm.与传统的壁挂式检测仪器相比，该仪器以手持式的形式完全可以满足检测有害气体的需求.
光电检测 红外探测器 气体吸收 甲烷 袖珍式 非线性系统 单电源 电路 Photoelectric detection Infrared detector Gas absorption Methane Pocket Nonlinear systems Single power Circuits
集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区, 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
基于中红外光谱吸收技术, 利用一氧化碳(CO)气体分子在4.6 μm处的基频吸收带, 采用新脉冲的红外光源和双通道的热释电探测器, 研制了一种CO浓度检测系统。 该系统主要由脉冲调制式宽带热光源、 开放式椭球聚光镜/气室、 双通道探测器、 主控及信号处理模块构成。 通过优化开放式椭球聚光镜/气室, 气体吸收光程达到40 cm, 探测器输出电信号的幅度增加约为原来的2~3倍。 因此, 采用椭球聚光镜后, 将在一定程度上提高系统的信噪比从而改善系统的性能指标。 利用配备的CO气体样品, 研究了该系统对CO气体的传感特性。 实验结果显示, 该系统的最小检测下限为10 ppm, 在该浓度点的测量误差约为14%; 在20~25 000 ppm范围内的测量误差小于7.8%; 对0 ppm气体样品的连续50分钟测量结果的最大偏差约为3 ppm, 标准差约为0.18 ppm。 同基于量子级联激光器和分布反馈激光器的CO检测系统相比, 该系统具有性价比高、 光路结构简单等优势, 从而在煤矿、 环保等场合下的CO检测方面具有较好应用前景。
红外传感器 光电检测 光谱吸收 Infrared sensor Optoelectronic detection Spectral absorption 光谱学与光谱分析
2014, 34(10): 2839
