1 中国科学技术大学生物医学工程学院（苏州）生命科学与医学部，江苏 苏州 215163
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医用光学技术研究室，江苏 苏州 215163
在显微成像过程中，受系统景深限制，沿光轴方向不同层面之间聚焦位置存在显著差异，同时不同层面的显微图像存在部分聚焦区域重叠，现有多聚焦融合算法往往无法并行提取和融合多幅显微图像中最清晰的聚焦部分。提出一种多聚焦显微图像融合算法，首先构造了一种类高斯四邻域梯度算子并结合快速引导滤波，实现高频聚焦信息的提取；同时针对大视场显微图像序列中存在聚焦信息重叠、像素数量大的情况，引入了一种小区域聚焦度量方法，提高了对聚焦清晰区域高频信息提取的能力，实现了多图最佳聚焦点的融合。拍摄3组包括4 mm和2 mm对角线视场的多聚焦显微图像序列进行测试，相较5种常用多聚焦图像融合算法，所提算法的峰值信噪比平均提高了2.4772，结构相似性指数达0.9400以上，对聚焦清晰区域有更好的融合效果，融合图像细节丰富且清晰度高，能够满足大视场多聚焦显微图像融合的准确性要求。
图像处理 多聚焦显微图像 引导滤波 聚焦信息检测 多图融合 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618022
1 广西碳酸钙资源综合利用重点实验室（贺州学院）， 材料与化学工程学院， 广西 贺州 542899
2 生物资源与生态环境教育部重点实验室（四川大学）， 四川大学生命科学学院， 四川 成都 610064
3 贺州学院食品与生物工程学院， 广西 贺州 542899
4 四川大学机械工程学院， 四川 成都 610064
植物修复是一种绿色有吸引力的重金属污染修复技术。 了解重金属在植物体内不同部位的分布， 有助于深入了解重金属植物修复的分子机制。 激光诱导击穿光谱技术（LIBS）在元素原位快速分析时拥有突出的技术优势， 尤其是具备无需复杂样品前处理、 可对固体样品直接分析的突出特点， 目前元素扫描成像是LIBS技术的重要研究及应用方向。 设计并搭建了基于纳秒脉冲激光器的元素成像LIBS装置， 系统光斑分辨率50 μm， 样品移动步距为100 μm， 成像分析速度为6.25 mm2·min-1， 装置可实现自动化扫描， 满足实际分析需求， 系统采用多通道平面光栅光谱仪， 光谱范围180～800 nm， 目标元素光谱经基线扣除， 峰面积拟合及归一化处理后绘制分布热图， 并以伪彩呈现样品不同区域的元素分布。 以豌豆为水培植物模型， 利用所搭建的元素成像LIBS装置开展豌豆植株的在体原位元素成像分析， 分析了Ni、 Cu、 Cr及Pb重金属在植物体内的差异性分布， 并研究了上述四种重金属的吸收途径。 结果显示， 该元素成像装置可以对植物体内存在的C、 Mg、 Fe、 Ca、 Na、 K等主要基体元素进行有效分析， 经过重金属胁迫后， 豌豆植物体内存在明显的重金属累积且不同重金属在植株中呈现不同的分布趋势， 镍离子在胚轴、 胚芽部位大量存在， 与镍离子分布不同的是， 植株大量吸收铜离子并富集在根部初生结构中; 重金属铬在豌豆根的中部和胚芽、 胚轴大量积累， 而重金属铅则大量富集在胚轴、 胚芽中， 根尖的含量最少。 该研究表明， 元素成像LIBS技术可实现对植物体内多种重金属的在体同时分析， 这对辅助研究环境水体重金属污染植物修复的机理有意义， 同时可为植物生理学和生态毒理学等领域的相关研究提供装置和新方法。
重金属污染 生物积累 空间分布 元素成像 Heavy metal Laser-induced breakdown spectroscopy LIBS Bioaccumulation Spatial distribution Element imaging 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1485
哈尔滨工程大学 纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
3~5 μm波段包含了大气的传输窗口和许多气体分子的吸收带，因而3~5 μm中红外光纤激光器在大气遥感、生物医学、材料加工等领域具有广阔的应用前景。近年来，中红外光纤激光器的输出波长不断向长波长扩展，而实现中红外光纤激光输出的关键在于增益光纤材料的选择。氟铟基玻璃具有较宽的中红外透过窗口和较低的声子能量，因而氟铟基玻璃可以作为增益光纤材料应用于中红外光纤激光器领域。文中综述了从20世纪80年代至今，稀土离子掺杂氟铟基玻璃及氟铟基光纤激光器的代表性研究成果，回顾了氟铟基玻璃组分和玻璃结构的研究历程，介绍了氟铟基光纤的制备工艺，简述了稀土离子掺杂氟铟基玻璃和稀土离子掺杂氟铟基光纤激光器的最新研究进展。2018年，加拿大拉瓦尔大学的Maes等人利用Ho3+掺杂氟铟基光纤作为增益介质，在中红外光纤激光器研究领域取得突破性进展，在室温下获得了输出功率接近200 mW的3.92 μm光纤激光输出。最近，利用1150 nm激光作为泵浦源以及自研的Ho3+/Pr3+共掺杂氟铟基光纤作为增益介质，实现了~2.9 μm波段中红外光纤激光输出，其最大输出功率为1.075 W，相应斜率效率为17.6%。未来，通过制备双包层氟铟基光纤和氟铟基光纤光栅，有望搭建全光纤化中红外光纤激光器，实现更高功率的3~4 μm波段中红外光纤激光输出。
中红外激光 氟铟基玻璃 氟铟基光纤 Ho3+掺杂 mid-infrared laser fluoroindate glass fluoroindate fiber Ho3+ doped 红外与激光工程
2023, 52(5): 20230149
华中科技大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074
针对航空航天、交通运输等领域对高吸能抗冲击构件的需求，具备超高吸能特性的力学超材料被广泛研究，主要包括晶格、板格、三周期极小曲面和仿生超材料。吸能的力学超材料通常具有极其复杂的空间结构，传统制造工艺难以成形。增材制造(Additive Manufacturing, AM)技术基于离散切片、逐层堆积的原理对构件进行快速成形，具有较高制造自由度，上述技术特点使其成为制造具有复杂微结构吸能的力学超材料的有效途径。系统地综述了吸能的力学超材料设计及其不同增材制造工艺的研究现状，并展望了吸能的力学超材料的设计与增材制造的发展趋势，揭示了仿生智能的可回复设计将成为具备吸能效果的力学超材料设计的发展方向。
激光技术 超材料 力学性能 能量吸收 增材制造 仿生设计 中国激光
2022, 49(14): 1402301
光子学报
2021, 50(11): 1112003
1 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学）, 四川 成都 610059
2 地学空间信息技术国土资源部重点实验室, 四川 成都 610059
3 成都理工大学地球科学学院, 四川 成都 610059
4 成都理工大学旅游与城乡规划学院, 四川 成都 610059
为解决传统的土壤地球化学测量方法成本高、 效率低等问题, 研究了利用可见-近红外光谱技术检测土壤重金属含量的简易方法。 研究对西范坪矿区土壤反射光谱进行微分、 连续统去除等六种变换, 利用逐步回归法和皮尔逊相关系数选出对土壤铜含量敏感的特征波段, 组成综合特征变量集, 再应用不同的特征变量选取方法和参数建立估算模型并检验。 结果表明: 不同的光谱变换方法对土壤铜含量信息提取能力不同, 每种光谱变换都对应特定的敏感波谱区间; 基于综合光谱变换信息建立的土壤铜含量反演模型精度优于基于单种光谱变换信息建立的模型; 利用综合光谱变换信息建立土壤铜含量反演模型, 后向剔除法优于前向引入法和逐步回归法, 当Removal取0.20时得到最优回归模型, 其模型决定系数R2和预测模型决定系数R2pre分别达到了0.851和0.830, 建模均方根误差RMSEC和预测均方根误差RMSEP分别为0.349和0.468 mg·kg-1, 能较好地检测土壤铜含量, 同时为其他土壤重金属元素的光谱检测提供了思路。
土壤地球化学 光谱变换 特征变量选取 高光谱反演模型 西范坪矿区 Soil geochemistry Spectral transformation Characteristic variable selection Hyperspectral inversion model Xifanping mining area 光谱学与光谱分析
2016, 36(11): 3637
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
充分考虑鱼眼相机应用的空间环境特点，设计了一款基于1/3 inch(1 inch=25.4 mm)CCD的航天鱼眼相机光学系统，系统焦距2.1 mm，F数为4，视场角为210°，工作温度-40 ℃-+60 ℃。重点研究了环境因素对鱼眼相机光学系统成像质量的影响，分别从抗空间带电粒子、抗紫外辐照、温度和气压适应性方面进行了分析和研究，给出了相应的解决思路和方法。相机在严峻的空间环境下具有良好的环境适应性，为在轨获得超广角空域信息提供了保证。
光学设计 鱼眼镜头 抗辐射 空间相机 超广角镜头 光学学报
2011, 31(10): 1022004
国防科技大学电子科学与工程学院,长沙 410073
针对高光谱图像目标识别与分类的应用背景，提出了一种基于快速独立成分分析的高光谱图像目标分割算法.通过引入虚拟维数对图像中的目标端元数量进行估计，利用基于非监督正交子空间投影的异常端元提取算法自动获取目标端元光谱，并将其作为快速独立成分分析的初始混合矩阵.采用最小噪声分量变换对原始数据进行降维，利用快速独立成分分析从降维后的主成分中依次提取出图像中的独立分量.最后，对各独立分量进行恒虚警率检测与形态学滤波，从而得到最终的目标分割结果.对AVIRIS型高光谱图像的实验结果表明，该方法可有效探测出图像中的目标，并可获得较好的分割结果.
高光谱图像 独立成分分析 虚拟维数 目标分割 Hyperspectral imagery Independent component analysis Virtual dimensionality Target segmentation
