1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 甘肃康视达科技集团有限公司，甘肃 白银 730900
针对传统图像处理算法在检测隐形眼镜表面缺陷时存在精度低、耗时长、算法鲁棒性差、漏检多等问题，提出一种基于改进Faster R-CNN的隐形眼镜表面缺陷检测算法。首先，对比了3种特征提取网络的性能，选取ResNet50作为骨干网络；然后，引入特征金字塔网络（FPN），通过融合多层次的特征信息，提高Faster R-CNN的多尺度检测能力；最后，基于构建的隐形眼镜表面缺陷数据集，使用K-means++算法改进锚框的尺度和数量。实验结果表明：改进后的Faster R-CNN算法在测试集上的平均精度均值（mAP）达到了86.95%，相比于改进前的Faster R-CNN算法，提高了9.45个百分点，可以有效地检测出气泡、车削亮点、划痕、模具亮点等多种隐形眼镜典型缺陷。
智能检测 表面缺陷 Faster R-CNN 特征金字塔网络 聚类标注 激光与光电子学进展
2023, 60(20): 2015004
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 齐鲁工业大学(山东科学院)海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266061
荧光猝灭法是快速测量污水、 地表水以及渔业养殖水环境中溶解氧含量的先进技术之一, 氧敏感膜是荧光猝灭法检测技术的核心, 高荧光发射效率的氧敏感膜具有灵敏度高、 特异性强、 信噪比高的优点, 检测结果更为准确。 高效率是优选氧敏感膜的依据, 也是溶解氧检测元器件、 检测电路和检测光路优化设计的关键。 现有溶解氧荧光检测装置中未有对氧敏感膜进行质量评估的标准方法, 基于对已有传感器探头光路和电路的研究, 该研究分析了全波段的荧光发射效率, 选用大功率氙灯作为激发光源, 基于连续单波长逐级扫描进行单色分光, 构建了氧敏感膜的激发光-荧光光谱扫描装置, 然后通过扫描测定氧敏感膜的激发光光谱和荧光光谱, 提出并建立了荧光发射效率计算方法, 提出的方法能客观地评估荧光发射能力, 准确寻找最佳激发波长。 为验证该方法的可行性, 对来自国内外的多个氧敏感膜样品进行了实验测定, 测试结果表明: 单张氧敏感膜荧光发射效率随波长变化, 呈多峰分布, 同一型号的样品荧光效率曲线相似, 但荧光发射效率差异较大, 同一激发波长下荧光发射效率最大者较最小者高出14.5%, 三张氧敏感膜的最大峰值波长均不同, 分别为: 401, 543和435 nm, 但发射峰值波长均为650 nm; 不同型号的氧敏感膜相比较, 最大荧光发射效率可相差1~2个数量级; 实测传感器中使用的激发波长, 其所选用的激发波长并非最大发射峰值波长, 其荧光发射效率仅为最大荧光发射效率的1/2, 表明传感器光源可以进一步优化选型。 综上所述, 本文建立了一种溶解氧敏感膜荧光发射效率检测系统, 提出了以荧光发射效率评估氧敏感膜的方法, 并开展了相关实验测定。 本文工作可望用于新型氧敏感膜材料、 工艺的研究及传感器优化设计与制造。
氧敏感膜 激发光谱 发射光谱 荧光发射效率 质量评估 Sensitive membrane Excitation spectrum Emission spectrum Fluorescence efficiency Quality assessment 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3486
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 重庆理工大学 自动化学院, 重庆 400054
不同光源因光谱功率分布差异, 具有不同色温、显色指数, 测色差异很大。D65标准光源最接近日光光色, 是国际照明委员会(CIE)推荐测色标准光源。但其价格昂贵、工作条件苛刻且不易得, 实际测色中常用非标准光源代替。为了研究非标准光源的测色差异, 设计了一套溶液比色系统, 分别采用高压脉冲氙灯、LED灯、卤钨灯作为光源, 亚硝酸盐显色实验为基础, 以色度学原理计算3种光源的测色差异。结果显示, 氙灯、LED灯光谱分布较为均匀, 色度坐标接近等能白光E(0.33,0.33),测色比较接近真实颜色, 而卤钨灯测色误差较大。氙灯与LED灯在L*a*b*空间测色平均色差ΔEab在10 NBS以内, 两者与卤钨灯测色平均色差ΔEab在20 NBS以上。
颜色测量 非标准光源 色度坐标 色差 color measurement non-standard light source chromaticity coordinates color difference
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 重庆理工大学电子信息与自动化学院, 重庆 400054
利用紫外光谱分析水中有机污染物已成为水质实时在线监测的重要方法之一, 水样组分复杂且不稳定是影响其测量结果的主要因素。 利用主成分分析法（PCA）结合欧氏距离分析水样紫外吸收光谱, 对水样分类, 效果良好。 分别用主成分分析结合偏最小二乘法回归（PCA-PLSR）和直接利用多波长吸光度结合偏最小二乘法回归（MWA-PLSR）建立分析模型, 并对比分析了不同浓度的COD标准液的实验数据。 结果表明, 采用第一、 二主成分作为回归参数的PLSR模型的测量误差在5%以内, 偏差最小。 利用本文方法可同时实现水样分类和水质参数的精确定量。
紫外吸收光谱 水质分析 水样分类 UV absorption spectrum Water quality analysis PCA PCA PLSR PLSR Sample classification 光谱学与光谱分析
2016, 36(11): 3592
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
作为分析仪器和医疗仪器光源, 脉冲氙灯的光谱特性直接影响着仪器的整体性能。 为了研究脉冲氙灯放电回路参数及几何参数对其光谱特性的影响, 利用气体放电理论分析了脉冲氙灯发光过程, 设计了光谱检测系统, 实验测定了脉冲氙灯在不同放电参数下的光谱特性。 结果表明: 脉冲氙灯光谱由连续谱和线状谱组成, 连续谱有离子复合和韧致辐射产生, 线状谱由电子能级跃迁产生。 相对光谱辐射能量随着放电电压升高呈近似线性增长、 并随着储能电容的变大而变大。 在放电电压较低时, 弧长较短时相对光谱辐射能量较大; 在放电电压较大时, 弧长越长相对光谱辐射能量越大。 对于脉冲氙灯工作参数选取以及应用生产具有重要的意义。
光源 脉冲氙灯 光谱特性 相对光谱辐射能量 放电回路参数 Light source Xeon flash lamp Spectral characteristic The relative spectral intensity Discharge loop parameters 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2674
天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
线阵CCD广泛用于弱光的检测,但设置不当容易使器件工作进入非线性区.本文就其光电响应的两个因数-光强和积分时间,分别设计了实验并验证了CCD 工作的非线性效应.利用LED 的光通量?电流响应特性,研究了用LED 发光来测定CCD 输出与光强之间的关系;用标准灯照明,通过改变积分时间研究CCD 输出与积分时间之间的关系.观察两个实验结果,采用晶体管模型来分析CCD 的光电响应特性,分别对线性区和非线性区做了对比.结果表明,线阵CCD 的非线性效应明显,实际应用中应充分利用其优异的线性响应特性.
光电响应特性 积分时间 非线性 photoelectric response characteristics LED LED integration time nonlinearity
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
针对脉冲氙灯发光过程中光斑面积小、亮度高、脉冲闪烁的特性，提出了一种基于光学成像法捕捉氙灯发出的光脉冲。通过中性滤光片组衰减光脉冲，建立了基于电荷耦合元件(CCD)成像的光脉冲检测平台。利用脉冲氙灯控制器输出信号，触发控制连续脉冲成像，分析了脉冲氙灯发光的稳定性。通过控制脉冲高压驱动能量获得了光脉冲变化曲线。结果显示光脉冲强度随驱动回路中输入电能增加而增大，得到了与理论分析相吻合的结果。提出的光斑法可较好地应用于脉冲氙灯的光电工作特性的测试、生产质量检测和电极材料的优选。
成像系统 光电子学 发光特性 光斑成像 光脉冲 脉冲氙灯 激光与光电子学进展
2015, 52(6): 061101
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
脉冲氙灯是一种新型光源, 利用量子理论以及气体放电理论分析了脉冲氙灯放电过程, 设计了放电测试系统, 实验测定了放电过程中的电压、 电流和光脉冲信号。 结果表明: 在预电离阶段自由电子浓度较低, 能量较低; 气体放电阶段灯内形成电子崩, 使得自由电子浓度的增大, 放电电流迅速上升, 电压下降; 离子复合时释放出光子形成光脉冲, 氙灯脉冲的光能量输出和光谱特性与复合电子能量、 氙气复合能级相关, 而当输入能量与氙灯的能耗不一致的时候, 将导致充电电容反复充放电, 而使电路产生振荡。 对于分析脉冲氙灯放电过程, 优化放电回路参数设计和脉冲氙灯的生产具有重要意义。
光源 脉冲氙灯 放电过程 量子理论 实验测定 Light source Xeon flash lamp Discharge process Quantum theory Experimental determination 光谱学与光谱分析
2014, 34(7): 1978
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津300072
石油的开采和运输过程中时常伴随着石油的泄漏和污染, 当前矿物油的泄漏问题日益严重, 已经引起了人们的高度关注。 水中油类物质会破坏水体的生态平衡, 漂浮在水面以油膜形式存在的油会影响空气和水的气体交换, 危害水生物的生存。 分散于水中以乳化状态存在的油被微生物分解时, 将消耗水中的溶氧, 容易使水质进一步恶化。 因此, 对于水中油类污染物含量的检测显得尤为重要。 水中油类物质含量的在线检测是一个技术难题, 目前水中油的检测技术以红外分光光度法、 紫外荧光法和气相色谱法为主, 难以满足水中油在线检测的要求。 本文提出了一种新型的水中油类物质含量的在线检测方法, 创造性地将颗粒光散射技术引入到水中含油量的在线分析领域。 通过分析油滴颗粒在空间中的光散射分布, 建立了散射信号与含油量之间的相关关系, 实验证明, 光散射法与红外分光光度法测定的结果一致, 相关系数R2>0.98。 光散射法具有快速、 无污染的优点, 可用于海洋、 河流等水体中油类污染的在线检测。
光散射 水中油 在线检测 红外分光光度法 Light scattering Oil in water Online detection Infrared spectrophotometry 光谱学与光谱分析
2013, 33(11): 2949
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 南开大学 现代光学研究所 光学信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300071
血液微循环的测量研究有着非常重要的临床诊断价值。现有的可用于血液微循环测量的光学多普勒技术可分为三大类: 激光多普勒技术、相干层析多普勒技术和光声多普勒技术。在介绍这三类技术的基本工作原理和主要特点的基础上, 简要分析了各类中最具代表性的前沿技术, 分别为激光多普勒宽场实时成像技术、光学相干层析多普勒微血管造影术和光声多普勒流速测量技术。对这些前沿技术的进一步发展和实际应用进行了展望。
光学测量 生物光学 血液微循环测量 光学多普勒 激光多普勒 光学相干层析多普勒 光声多普勒 optical measurement biological optics microcirculation measurement optical Doppler laser Doppler optical coherence tomography Doppler photoacoustic Doppler
