1 上海理工大学医疗器械与食品学院, 生物医学光学与视光学研究所, 上海 200093
2 同济大学物理科学与工程学院声学研究所, 上海 200092
动脉粥样硬化与各类心血管疾病密切相关,动脉粥样硬化会直接导致动脉血管壁变硬,产生一系列血管生理功能异常,诱发各类心血管疾病。检测动脉粥样硬化特征在心血管医学方面具有十分重要的意义。为了检验光声平台检测活体组织动脉粥样硬化的能力以及探索光声频谱分析在外周血管检测中的应用前景,本课题组开展了仿真和在体动物实验。采用K-wave仿真从理论上证明了光声频谱分析的可行性。本课题组建立了高脂饲料喂养的动脉粥样硬化小鼠模型,搭建了一套光声检测系统,收集了相应的信号数据进行光声频谱分析。动脉粥样硬化模型小鼠和正常小鼠光声信号频谱数据经方差分析后显著分离,实验数据的频谱分析结果与K-wave理论分析结果具有较好的一致性。频谱分析技术在检测小动脉血管粥样硬化方面具有一定的潜力,光声频谱分析技术有望成为小动脉血管硬化检测的有效手段之一。
医用光学 光声频谱分析 K-wave 动脉粥样硬化 激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1217001
1 上海理工大学 生物医学光学与视光学研究所 医用光学技术与仪器教育部重点实验室, 上海 200093
2 教育部光学仪器与系统工程研究中心 上海理工大学现代光学系统重点实验室, 上海 200093
血管形态的变化与疾病密切相关, 血管直径是血管形态的主要参数之一, 测量血管直径有助于疾病的筛查与预防。提出一种基于聚类算法的血管直径测量方法, 对微血管进行测量。大多数显微血管图像(如光学显微成像或光声显微成像)中存在噪声, 通过非线性变换函数对显微图像进行增强; 使用训练后的U-Net网络模型进行图像分割; 利用结合聚类算法以及射线算法的测量方法对分割得到的血管进行测量, 得到血管直径。实验表明, 算法与传统测量结果一致（P＞0.05）, 与传统算法相比, 本算法的测量精度得到提升, 将测量误差由4.21%降低至2.27%, 满足血管测量的准确度需求。
图像处理 血管宽度 图像分割 聚类算法 image processing vessel width image segmentation U-Net U-Net clustering algorithm
长沙理工大学公路工程教育部重点实验室, 湖南 长沙 410114
针对移动曲面滤波算法的种子点粗差问题,提出了一种基于多级种子点优化的移动曲面滤波算法。首先直接剔除雷达点云数据中的异常值。然后通过格网化建立格网索引,并将点云数据分为两级格网,确定一级格网的种子点,利用一级种子点对二级备选种子点进行筛选。当种子点数量达不到要求时,以一级种子点为参考点进行种子点的表面生长。最后利用选取的种子点进行曲面拟合,计算雷达点云数据真实高程和拟合高程的高差,并采用顾及地形起伏的自适应高差阈值判断地面点和非地面点。与经典滤波算法比较,结果表明该滤波算法能有效减少三类误差。Ⅰ类误差、Ⅱ类误差、总误差精度的平均值分别提高7.30%、4.67%、5.57%。同时将该算法与国际摄影测量与遥感学会公布的8种算法进行比较,结果表明该方法具有较高的精度,自适应性强。
遥感 雷达点云 多级种子点 移动曲面 滤波 自适应高差阈值 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 172801
1 上海理工大学生物医学光学与视光学研究所, 医用光学技术与仪器教育部重点实验室, 上海 200093
2 复旦大学上海医学院附属中山医院肾病科, 上海市肾病与透析研究所, 上海市肾脏疾病与血液净化重点实验室,上海市重中之重肾脏疾病临床医学中心, 上海 200030
3 上海理工大学医疗器械与食品工程学院食品微生物研究所, 上海 200093
4 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海理工大学现代光学系统重点实验室, 上海 200093
食源性致病菌的快速检测是解决食品安全问题最有效的途径之一。为了实现对食源性致病菌的快速、高效、无标记检测和分类,提升了原有的光纤共聚焦后向散射光谱系统的性能,将其光场直径减小到适合较小生物样品的水平,即达到单菌水平检测。在无标记条件下,测定了三种常见的形态相近的食源性致病菌(肠炎沙门氏菌、大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌)的后向散射光谱。选取500~800 nm范围的特征波段,将主成分分析和模糊聚类分析相结合,建立多元分析模型。主成分分析结果表明,所得的前5个主成分已经包含80.41%的特征区光谱信息。将前5个主成分分量作为模糊聚类分析的变量。由所求得的隶属度矩阵可知,三种细菌聚类结果的准确率均为100%。该结果说明光纤共聚焦后向散射光谱方法结合主成分分析和聚类分析法能够快速、高效、无标记地对单个细菌进行分析和分类。
生物光学 后向散射显微光谱 食源性致病菌 主成分分析 模糊聚类分析 分类
长沙理工大学交通运输学院测绘工程系, 湖南 长沙 410004
经典移动曲面滤波算法可以对多种地形取得较好的滤波效果,但是该算法取格网内最低点作为地面点时仍存在粗差问题。基于此,提出一种置信区间检验方法,利用残差、均方根误差和置信概率作为参考值,选择最佳的初始种子点。采用格网重叠方式解决相邻格网间板块化问题,同时应用分层聚类自适应阈值确定方法确定高差阈值。对特殊种子点不足、难以拟合曲面的特殊格网,建立平面,设置阈值判断平面是否满足条件。对改进型移动曲面滤波算法与经典移动曲面滤波算法进行定性和定量实验对比,结果证明改进型移动曲面算法对粗差地形可以获得更佳的滤波效果。
遥感 激光雷达 移动曲面 置信区间 滤波 阈值 聚类分析
长沙理工大学交通运输工程学院测绘工程系, 湖南 长沙 410004
形态学滤波算法的提出,在很大程度上提高了雷达点云的滤波效果。准确高效地分离地面点和地物点,是滤波算法的关键,其中滤波阈值的确定更是学者研究的重点。等值线是空间分析中重要的研究内容。基于渐进形态学滤波算法,利用等值线生成法快速实现了对滤波算法关键阈值的获取。相较于传统人工确定阈值的方式,等值线确定阈值的方法比较直观,可以快速确定合适的阈值。为了检验等值线-形态学滤波算法的效率和精度,将其与渐进型三角网滤波算法进行对比,并通过实验证实本文算法的优势。
遥感 激光雷达 点云滤波 形态学 等值线 阈值 激光与光电子学进展
2019, 56(16): 162802
1 长沙理工大学计算机与通信工程学院，湖南长沙 410114
2 长沙理工大学综合交通运输大数据智能处理湖南省重点实验室，湖南长沙 410114
目标跟踪过程中，目标的尺度变大会引入更多的背景噪声，而在目标尺度变小时却采样不足，导致算法鲁棒性不强。为了实现复杂背景环境下可视目标的稳健跟踪，本文提出一种增强尺度估计的特征压缩跟踪算法，单独设置一个判别相关滤波器用于尺度估计，在线学习更新样本尺度，实时匹配最佳目标尺寸并更新特征采样块尺寸，对样本特征压缩降维并在线学习更新分类器参数，减小计算开销，提高跟踪稳健性。实验结果显示，算法可以适应目标的姿态及尺度变化，与已有类似算法相比，本文提出的算法具有更强的鲁棒性。
相关滤波 尺度估计 特征压缩 目标跟踪 correlation filtering scale estimation feature compression object tracking
为了能高灵敏度地检测CO2气体的体积分数, 基于红外光谱吸收原理, 设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO2气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO2在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明, 气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化, 与比尔-朗伯定律一致; 传感器的灵敏度可达4.389×10-5W。可通过加长光子晶体光纤的长度, 来增加气体吸收的有效距离, 使传感系统获得较高灵敏度。
传感器技术 灵敏度 红外光谱吸收 光子晶体光纤 sensor technique sensitivity infrared spectrum absorption photonic crystal fiber
