1 北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室, 北京 100048
2 中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081
为无损探究种子成分分布与种子活力变化的内在关系, 以玉米种子主要成分淀粉为研究对象, 将太赫兹时域反射成像技术与移动窗口相关系数法相结合, 无损可视化构建不同活力程度的玉米种子淀粉空间分布图。 以郑单958玉米品种为例, 实验通过人工老化方式(40 ℃, 100%RH)制备老化0、 18、 36、 54、 72 h的种子样本, 采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件扫描获取不同老化程度的样本和纯玉米淀粉样品的太赫兹光谱图像。 以16.35 cm-1下THz图像为基准, 采用阈值分割法精确提取种子胚乳、 种胚区域, 通过对比不同组织区域内THz平均吸光度可得胚乳和种胚光谱明显差异, 且胚乳和淀粉纯物质在51.96 cm-1附近存在明显的共同吸收峰。 应用移动窗口相关系数法(窗口宽度为20, 移动步长为10), 逐像素点计算种子太赫兹时域光谱与纯玉米淀粉光谱的-相关系数, 并根据相关系数值以及坐标信息绘制伪彩色热力图, 可视化构建玉米种子淀粉分布图。 实验统计5个老化阶段、 6个谱区窗口的淀粉分布图中相关系数>0.8的像素点占比可得: 在29.83~67.36 cm-1区间内, 种子胚乳和种子区域内的淀粉含量在种子活力下降过程中呈现总体下降趋势, 即种子淀粉含量与活力呈现正相关关系。 实验结果表明: 太赫兹时域光谱反射成像技术结合移动窗口相关系数伪彩色成像分析方法可以初步实现种子活力变化过程中玉米种子淀粉空间分布特性的无损探测, 该技术可为深入研究种子化学成分与其自身活力之间的制约关系, 无损解析种子生命活动与自身生理生态规律变化提供崭新的视角和方法。
玉米种子 太赫兹时域光谱反射成像 相关系数成像法 移动窗口 淀粉 Corn seeds Terahertz time-domain spectral reflection imaging Correlation coefficient imaging method Moving window Starch 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2722
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 南京理工大学理学院,江苏 南京 210094
3 南京理工大学计算机科学与工程学院,江苏 南京 210094
全聚焦方法(TFM)具有成像分辨率高、缺陷表征能力强的优点,但其存在数据需求量大、计算复杂、耗时过长等问题。针对上述问题,并结合激光超声检测技术,进行了基于ZYNQ平台加速的激光超声全聚焦技术研究。首先建立了基于激光超声的全聚焦算法,并引入激光超声方向性系数进行优化;进一步,搭建了激光超声扫描检测装置进行实验验证,使用线激光源激发超声信号,利用多普勒测振仪探测回波信号;然后使用形成的激光超声全聚焦成像算法进行内部缺陷的检测和定位,并与合成孔径聚焦算法获得的结果进行比较,从而验证了算法的正确性和可行性;最后将形成的激光超声全聚焦成像算法移植到ZYNQ平台上,对激光超声全聚焦成像算法进行了并行优化及双核设计,实现了算法加速。研究结果表明:激光超声全聚焦技术相比于合成孔径聚焦技术,成像信噪比更高、定位更准确;基于ZYNQ加速的激光超声全聚焦成像算法不会降低成像质量,且耗时相比于计算机缩短了86%。
测量 激光超声 全聚焦成像算法 ZYNQ平台 无损检测 中国激光
2023, 50(18): 1804002
强激光与粒子束
2023, 35(3): 034003
江南大学 电子工程系 物联网技术应用教育部工程研究中心, 江苏 无锡 214122
分别研究了脉冲电流法、微小电流法和光学成像法测量氮化镓基LED结温的基本原理,并对比了不同方法的结果可靠性。结果表明: 在大脉冲电流下,串联电阻效应不可忽略,脉冲电流法得到的平均结温偏低; 微小电流法能够减小加热电流和测试电流的切换时间和串联电阻效应,提高测量准确性; 光学成像法基于发光强度与结温的依赖关系,能够获得器件温度的空间分布,有助于制备高性能的LED。
氮化镓基LED 结温 脉冲电流法 微小电流法 光学成像法 GaN-based LED junction temperature pulse current method small current method optical imaging method
中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
光阴极注入器为X射线自由电子激光提供高品质电子束团,其中,阴极面上电子发射的均匀性在很大程度上影响着电子束团的束流品质,实验中常通过测量光阴极量子效率分布来评估电子发射的均匀性。成像法测量光阴极量子效率分布时具有实时、高分辨的特点,目前,此方法只在电磁分离型光阴极注入器中有所应用。探索成像法在电磁叠加型光阴极注入器中应用的可行性,采用理论分析结合数值模拟的方法,研究结果显示成像法适用于电磁叠加型光阴极注入器,且由此获得的量子效率分布具有阴极面中心位置处分辨率优于外层的特点。此外,针对成像法在初始束团横向动量分布测量中的应用进行模拟计算分析,并在此基础上提出一种判断阴极面剩余磁场是否为零的方法。
量子效率 成像法 叠加场 注入器 quantum efficiency imaging method overlapping field injector 强激光与粒子束
2022, 34(10): 104017
1 国防科技大学自动目标识别重点实验室,湖南 长沙 410000
2 北京跟踪与通信技术研究所,北京 100000
为了提高海量空间碎片天基光学成像仿真的计算速度,提出了一种海量空间碎片天基光学观测图像快速仿真方法。首先,阐述了天基光学观测图像的成像原理,设计了成像仿真流程,给出了各流程的计算方法,分析出了多约束条件下关于空间碎片可见性的计算是限制成像仿真速度的主要原因。接着,以提升计算速度为出发点,建立了各约束条件对空间碎片可见性求解速度影响的评价指标。最后,根据建立的评价指标与实际观测任务的特点,提出了多约束条件下海量空间碎片的可见性快速求解策略。仿真实验结果表明,所提方法在保证仿真图像逼真度的同时,成像仿真速度明显优于传统成像仿真算法,对天基可见光观测平台的研制与效能评估具有重要意义。
空间光学 成像方法 仿真流程 空间碎片 可见性 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1611006
南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
激光雷达系统采用主动照明的方式,激光发射脉冲周期信号至目标场景,激光脉冲经目标表面漫反射,由单光子雪崩二极管(Single-Photon Avalanche Diode, SPAD)探测器记录回波光子的到达时间,获得场景的深度信息。然而在探测过程中,测量结果往往会遭到环境光的干扰。传感器融合是进行单光子成像的有效方法之一。最近提出的基于LiDAR和强度相机融合的数据驱动方法大多采用扫描式激光雷达,深度获取速度慢。SPAD阵列的出现打破了帧率的限制。SPAD阵列允许同时收集多个回波光子,加速了信息采集,但分辨率较低,在探测过程中还会受到环境光的干扰,因此需要通过算法打破SPAD阵列的固有限制,从噪声中分离深度信息。针对分辨率为32×32 pixel的SPAD阵列探测器,提出了一种卷积神经网络结构,旨在强度图的引导下,将低分辨率TCSPC直方图映射至高分辨率深度图。该网络采用多尺度方法提取输入特征,并基于注意力模型融合深度数据和强度数据。另外,设计了一个损失函数组合,适用于处理TCSPC直方图数据的网络。在采集数据上进行了验证,提出方法能成功将深度数据的空间分辨率提升4倍,并在质量和数据指标上都优于其他算法。
激光雷达 单光子成像方法 传感器融合 SPAD阵列 卷积神经网络 LiDAR single-photon imaging method sensor fusion SPAD array convolutional neural network 红外与激光工程
2022, 51(2): 20210871
1 国防科技大学自动目标识别重点实验室,湖南 长沙 410073
2 北京跟踪与通信技术研究所,北京 100094
针对天基光学观测过程中存在杂散光干扰成像的问题,提出一种受杂散光影响的天基光学观测图像的仿真算法。首先通过分析天基光学观测图像的成像原理来设计天基光学观测图像的仿真流程,并给出各流程的计算方法。接着分析地气光干扰成像的原理,建立地气光成像仿真的数学模型,采用微元法实现地气光的成像仿真。最后阐述月光干扰成像的原理,建立月光成像仿真的数学模型,采用扩展截取法实现月光的成像仿真。仿真结果表明,采用所提算法仿真图像,图像的逼真度较高,而且较真实地实现杂散光的成像仿真,并且通过相关文献证明所提算法的正确性与合理性。
散射 杂散光 成像方法 仿真流程 微元法 扩展截取法 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0229001
西安石油大学 机械工程学院,陕西 西安 710065
提出以针孔成像调制传递函数面积(MTFA)和MTFA相对变化率作为像面参数,定量评价单板机镜头的显微成像质量。采用针孔法获取不同视场位置的光斑图像,以提取单板机镜头显微成像系统的调制传递函数(MTF);建立单板机镜头透镜组的MTF数学模型,提取边缘视场弧矢方向与子午方向的MTFA和MTFA相对变化率,用于度量被测镜头显微成像清晰度与像面平整度。开展了单板机镜头测试实验,采用论文提出的模型方法定量评价被测镜头显微成像性能,结果表明,Lens2镜头可获得最佳显微成像质量。计算被测镜头RGB点阵图像的平均功率谱(APSV)、灰度平均梯度(GMG)及拉普拉斯算子和(LS),结果显示Lens2点阵图像的APSV、GMG及LS参数值最大分别为2.7202、17.0244及94.9212,且点阵图像清晰度最高,与像面参数评价结果相符,表明论文提出的方法用于定量评价单板机镜头显微成像性能是准确有效的,对提高在线图像可视铁谱(OLVF)探头设计具有重要意义和工程价值。
单板机镜头 针孔法 显微成像 调制传递函数面 board lens pinhole imaging method microscopic imaging modulation ransfer function area
强激光与粒子束
2021, 33(3): 031001