1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院，广东 佛山 528000
2 清华大学深圳国际研究生院 海洋工程研究院，广东 深圳 518055
3 清华大学深圳国际研究生院 广东省偏振光学检测与成像工程技术中心，广东 深圳 518055
水中悬浮颗粒是水体物质的重要成分，因此监测它们的种类和浓度对研究和保护水生态系统具有重要科学意义和实用价值。文中研制了一种水中悬浮颗粒分类仪（Suspended Particle Classifier, SPC），旨在现场检测野外采集的水样，快速得出水中悬浮颗粒的种类、数量和比例。SPC采用引流管将颗粒输送至散射体积内，通过同时探测单个颗粒的散射光偏振态和荧光信号，结合机器学习算法对颗粒分类。对沉积物、微塑料和微藻的标准样品做了数据集并训练分类器，SPC能以大于95%的预测正确率对它们进行分类。接着，将SPC和商业水质多参数监测仪（QWA）同时在崖门水道连续布放25个小时。SPC能快速测量现场采集的水样，获取不同水层的沉积物、微塑料和微藻的数量随时间的变化情况。SPC给出的微藻数量与QWA测得的叶绿素a浓度以及藻红蛋白浓度之间存在显著的相关性；此外，SPC给出的沉积物等效时间截面和QWA测得的浊度值也呈现出明显的相关性，由此可以证明SPC分类结果的可靠性。结果表明：SPC能够对水中的悬浮颗粒进行现场快速分类检测，有望成为探索水生态系统的关键技术。
偏振光散射 荧光 悬浮颗粒 现场 快速分类 polarized light scattering fluorescence suspended particles field rapid classification 红外与激光工程
2023, 52(9): 20230030
佛山科学技术学院物理与光电工程学院, 广东 佛山 528200
提出一种结合卷积神经网络(CNN)和改进的图搜索来分割光学相干断层扫描成像(OCT)图像中的7个视网膜层边界的方法。首先利用CNN自动提取每个边界的特征并训练相应的分类器,由此将获得的每个边界的概率图作为分割的感兴趣区域;其次,提出一种改进的图搜索方法,该方法在垂直梯度的基础上添加了横向约束,当遇到血管阴影时,分割线可以横向穿过阴影。使用所提方法对正常图像进行分割,并对得到的结果和图搜索方法、基于CNN的方法得到的结果进行比较。实验结果表明,所提方法能精确分割7个视网膜层边界,平均层边界误差为(4.31±5.87) μm。
医用光学 光学相干断层扫描 视网膜分割 卷积神经网络 改进的图搜索 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 241702
1 清华大学 深圳国际研究生院 广东省偏振光无损成像与检测工程研究中心，广东 深圳 518055
2 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院，广东 佛山 528000
3 中华人民共和国公安部 物证鉴定中心，北京 100038
爆炸犯罪杀伤群众，破坏公私财产，对公共安全造成危害。为快速侦破爆破案件，需要在爆炸现场众多残留物中识别金属，找出爆炸装置碎屑。针对在复杂背景中快速识别金属碎屑的需求，提出了一种基于线偏振成像增强金属对比的方法。基于偏振光成像的原理，搭建了两种多波长偏振图像采集装置。针对多种非金属和金属材料进行实验，发现调整入射光的线偏振角度和入射角，多波长偏振成像方法在复杂现场中可以对金属与非金属快速识别和分类。通过模拟研究了多波长下金属表面反射光的线偏振度和偏振角随入射角度变化的情况，给出识别不同金属的最佳角度和照明偏振光。进一步实验结果显示：多波长线偏振成像方法有区分不同种类金属的潜力。
复杂现场 爆炸物 金属 识别 偏振成像 complicated scenes explosive medal debris identification polarization imaging 红外与激光工程
2020, 49(6): 20201012
1 华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
2 佛山科技学院电子与信息工程学院, 广东 佛山 528000
3 华南师范大学国家级物理学科基础课实验教学示范中心, 广东 广州 510006
在光学相干层析成像(OCT)技术中引入激光散斑的处理方法。首先在同一位置多次采集得到光谱信号,再对每个时刻所得光谱信号沿波矢方向进行傅里叶变换,解析得到同一位置每个时刻的OCT结构信息。然后对OCT结构信号沿时序方向进行傅里叶变换,得到散斑的频谱分布,最后在频谱区域中将动态散斑与静态散斑的比值定义为成像参数,以该比值构建的图像可以将样品图像中的流动区域凸显出来。仿体实验充分验证了该方法的可行性,将该方法用于鼠耳的血管区域提取并得到了鼠耳的三维血管图。
成像系统 光学相干层析成像 动态散斑 三维血管构建 散斑频谱
1 华南师范大学物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
2 佛山科技学院电子与信息工程学院, 广东 佛山 528000
3 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广东 广州 510006
传统的光学投影层析受相机感光元件动态范围及曝光时间的限制, 难以对具有复杂空间结构分布的样品获取其完整且精细的三维结构信息。针对传统光学投影层析三维成像系统存在的问题, 提出了在传统光学投影层析技术中引入朗伯体光源以及线性化动态范围变换的新方法。使用朗伯体光源照射样品, 通过多次曝光分别对样品进行图像采集, 获取相机实际响应曲线, 线性化处理曲线中非线性响应区域以解决传统多次曝光动态范围变换存在的非线性失真和假象问题, 然后应用图像融合技术对多次曝光获取的原始图像数据进行融合, 运用反投影算法重构样品三维成像, 从而获得具有复杂空间结构样品的精细三维结构信息。理论分析与成像结果表明, 这种基于光学投影层析的三维结构成像新方法可以获得复杂空间结构样品更多的信息。
成像系统 光学投影层析 朗伯体光源 线性化动态范围变换 三维结构成像
华南师范大学激光生命科学研究所,广州,510631
根据超声衰减理论,研究了光声信号不同频率成份随距离的衰减差异,及其对光声图像重建的影响;提出了对光声信号不同频率成份进行衰减矫正的成像方法,此方法增强了光声信号的高频成份,突出了吸收体的边界变化和细微的结构特征,提高了成像系统分辨率,实验结果显示系统分辨率由0.3 mm提高到0.2 mm.实验所用的光源为YAG激光器,波长为1064 nm,重复频率为20 Hz,脉宽为6 ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收面积的直径为1 mm.
光声成像 光声信号 衰减 矫正 Photoacoustic imaging Photoacoustic signal Attenuation Rectification
华南师范大学激光生命科学研究所, 广东 广州 510631
报道了采用滤波反投影的光声层析成像的信号处理方法,为了还原空间位置的光声信号,声探测器接收到的光声信号和探测器的脉冲响应在频域进行逆卷积处理;由于光声信号相对于触发时刻的延迟时间就是光声源到探测器的走时,重建时根据光声信号的延迟时间以及声速的距离,把速度势信号反投影到与探测器等距离的圆弧上。通过多个角度的反投影,能够重建出光声源的图像,但是由于反投影时光声信号投影到没有光声源的地方产生伪迹信号,模糊了光声源图像的边界,降低了图像的分辨率和对比度。因此在反投影之前采用CT成像中的R-T空间滤波函数与光声速度势信号进行卷积处理,然后再进行反投影成像;这种方法降低了由反投影带来的伪迹。应用这些处理方法,获得了埋藏深度为12 mm的四个光吸收体的二维光声层析成像。
激光技术 光声成像 滤波反投影 速度势
华南师范大学激光生命科学研究所, 广州 510631
报道了一种基于相控聚焦的多元线性阵列探测器进行快速光声层析成像的方法和装置，并实现了模拟组织的光声层析成像。实验中采用波长为532 nm脉宽为7 ns的倍频Q-YAG激光器作为激发光源。多元线性阵列探测器由320个振元组成，采用相控聚焦的方法成像，每次由11个振群的探测器接受信号并合并1路，一幅图像由64路这样的信号组成。实验结果能够正确反映样品中的光学吸收分布。与现有的方法比较，本系统具有快速方便的特点，它有望成为一种组织功能在体成像的新方法，发展成为一种低成本的实用的临床诊断装置。
成像系统 光声成像 线性阵列探测器 相控聚焦
华南师范大学激光生命科学研究所, 广州 510631
研究了不同尺寸吸收体产生的光声压的频谱特性
信息光学 光声成像 超声换能器 带宽 脉冲响应
