1 中国科学技术大学生物医学工程学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）整形外科，安徽 合肥 230001
3 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230027
4 中国科学技术大学苏州高等研究院，江苏 苏州 215123
5 中国科学技术大学电子科学与技术系，安徽 合肥 230026
远程皮肤病学是缓解偏远地区皮肤专科医生缺乏问题的有效手段，但目前的方法存在适用范围有限、严重依赖远程医学专家及显示不够直观等缺陷。为弥补当前研究不足，设计并搭建了一套皮肤肿瘤智能远程会诊系统，该系统兼具无网络环境下的皮肤肿瘤自动筛查和有网络环境下的远程会诊及术前规划功能。性能量化实验结果表明，系统可将虚拟的标注高精度原位投射到成像区域。实验对照结果显示，部署于该系统的深度学习模型在诊断能力上与皮肤科专家相当，并且能够辅助专家更迅速、更精确地做出医疗决策。临床试验进一步证实了该系统的实用性。该系统旨在为医疗资源有限的地区提供帮助，使得当地患者能够进行皮肤肿瘤等多种疾病的早期筛查及治疗。
医用光学 生物技术 远程皮肤病学 人工智能 增强现实 原位投影成像
上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海 201620
传统基于圆阵列标靶的相机标定方法通常把椭圆中心作为控制点坐标，忽略了透视投影造成的畸变，给相机标定引入了系统性误差。针对此，提出了一种基于透视畸变矫正的高精度相机标定方法。首先，利用椭圆中心进行相机粗标定；其次，用粗标定参数求相机纯旋转对应的射影变换，直接对椭圆参数进行变换，求取真实的圆心投影；最后，用真实的圆心投影进行相机精标定。仿真和实验结果证明，所提方法有效降低了相机标定的重投影误差与参数标准差，能满足工业视觉测量对相机标定的简便、高精度的要求。
相机标定 透视畸变 圆阵列标靶 射影变换 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1615004
江苏大学物理与电子工程学院，江苏 镇江 212013
细胞内液‐液相分离现象与细胞内的多种生物过程有关，分析研究相分离的现象及机理可为调控细胞生理过程和药物研发提供参考和策略。相位成像技术因在无色透明物体的非接触、免标记定量化观测方面具有巨大优势而被用于液‐液相分离的研究中；但是，在该技术中，样本厚度与其折射率耦合一起，形态分布需经相应算法反演获得，其分析效率较大程度上取决于数据采集量、计算处理时间和精度等。为满足生命科学研究领域对实时获取相分离凝聚物形态信息的需求，本文提出了一种仅需两幅相位图的三维形态快速反演方法，相应设计了一种由单个图像传感器实现双路光信息采集的干涉相位成像系统。提出的形态重构算法对数据采集要求宽泛，通过布置控制点，运用数学变换解算其沿两个非正交方向投影的平面像素坐标与其三维空间坐标的映射关系，由此计算反演得到像素点对应的三维坐标从而实现凝聚物形态的分离重建。
生物光学 干涉成像 液‐液相分离 边缘提取 投影映射 三维空间坐标
Author Affiliations
Abstract
1 University of Technology and Applied Sciences, P.O. Box 14, Ibri 516, Oman
2 Department of Mathematics, Sultan Qaboos University, P.O.Box 36, Al-Khod 123, Muscat, Oman
3 Department of Mathematics and Physics, Grambling State University, Grambling, LA 71245, USA
4 Mathematical Modeling and Applied Computation (MMAC) Research Group, Department of Mathematics, King Abdulaziz University, Jeddah 21589, Saudi Arabia
5 Department of Applied Mathematics, National Research Nuclear University, 31 Kashirskoe Hwy, Moscow 115409, Russian Federation
6 Department of Applied Sciences, Cross-Border Faculty, Dunarea de Jos University of Galati, 111 Domneasca Street, Galati 800201, Romania
7 Department of Mathematics and Applied Mathematics, Sefako Makgatho Health Sciences University, Medunsa 0204, Pretoria, South Africa
The objective of this study is to investigate miscellaneous wave structures for perturbed Fokas–Lenells equation (FLE) with cubic-quartic dispersion in polarization-preserving fibers. Based on the improved projective Riccati equations method, various types of soliton solutions such as bright soliton, combo dark–bright soliton, singular soliton and combo singular soliton are constructed. Additionally, a set of periodic singular waves are also retrieved. The dynamical behaviors of some obtained solutions are depicted to provide a key to understanding the physics of the model. The modulation instability of the FLE is reported by employing the linear stability analysis which shows that all solutions are stable.The objective of this study is to investigate miscellaneous wave structures for perturbed Fokas–Lenells equation (FLE) with cubic-quartic dispersion in polarization-preserving fibers. Based on the improved projective Riccati equations method, various types of soliton solutions such as bright soliton, combo dark–bright soliton, singular soliton and combo singular soliton are constructed. Additionally, a set of periodic singular waves are also retrieved. The dynamical behaviors of some obtained solutions are depicted to provide a key to understanding the physics of the model. The modulation instability of the FLE is reported by employing the linear stability analysis which shows that all solutions are stable.
Perturbed Fokas–Lenells equation Optical solitons Cubic-quartic dispersion Improved projective Riccati equations method Modulation instability Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2022, 18(2): 2022008
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室, 四川 自贡 643000
为实时准确地测量两平面之间的夹角值,根据射影变换原理,提出一种基于同心圆标志的空间平面夹角测量的方法。首先拟合出获取的图像中同心圆标志对应的曲线方程;再依据交比不变及调和比原理,先计算多个消隐点,拟合出同心圆所在平面的消隐线方程,以此确定两平面法线的消隐点;最后,结合已知的相机内部参数解算出两法线间的夹角值,对其取补即可得到两平面间的夹角值。仿真结果说明该方法真实可行。真实图像实验表明,该方法测量的绝对误差小于1°,相对误差不超过1%。该方法仅需已知相机内部参数,对同心圆标志尺寸及拍照位置无特殊要求,具有较高的灵活性,能为夹角测量提供便捷高效的技术方案。
机器视觉 射影变换 消隐线 夹角测量 激光与光电子学进展
2019, 56(15): 151504
岭南师范学院物理科学与技术学院, 广东 湛江 524048
基于空气折射率梯度测量的原理,采用投影式背景纹影技术,设计了非接触式火焰温度场测量仪。测量仪以半导体激光器作为光源,采用CCD快速成像,结合粒子图像速度场仪技术,获取了图像上粒子的偏移量以量化偏折角。采用Radon变化求得折射率梯度,利用空气折射率对温度的非线性曲线拟合方程直接得出流场各区域的温度场,采用反投影重建技术对火焰的不均匀温度流场进行了三维重构,实现了火焰温度场的可视化测量。
传感器 背景纹影技术 投影式 粒子图像速度场仪技术 反投影重建 火焰温度场 激光与光电子学进展
2019, 56(5): 052803
1 中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学未来技术学院, 北京 100049
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 401122
研究了一种基于数字微镜器件 (DMD)的数字掩模投影光刻 (DMPL)技术,以400 nm飞秒激光作为光源, 结合高缩放比投影系统,来缩小光刻胶与光子束的反应区域,通过调控不同DMD像素投影光场强度分布,将投影光刻的线宽分辨率推进至亚微米 尺度,实现了具有跨尺度加工能力(单次曝光面积在百微米以上,曝光精度在百纳米)的DMPL技术,同时详细对比分析了DMPL 中存在的几何和 物理光学模型,阐明了像素个数与加工结构尺寸的关系,并进一步基于物理光学模型分析了DMPL中极限分辨率的关键科学问题。
激光技术 仪器数字掩模投影光刻 数字微镜器件 跨尺度 飞秒激光 分辨率 laser technology instrument digital-mask projective lithography digital micromirror device cross-scale femtosecond laser resolution
1 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
2 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000
3 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳471000
在李萨如模式的激光扫描显示系统(LSDS)中, 由于李萨如扫描模式与传统光栅扫描的差异性, 重建基于李萨如扫描模式的激光调制像素数据流成为系统实现的关键。提出了基于像素的方法和扫描线等间隔采样两种激光调制像素数据流的重建方法。等间隔采样的方法具有实现简单的特点, 而基于像素的方法可以通过改变查找表校正系统投影畸变。通过仿真和工程实现, 验证了理论分析的结果。
激光扫描显示系统 李萨如模式 像素数据流重建 投影畸变 laser scanning display system lissajous pattern pixel data stream reconstruction projective distortion
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种基于数字微镜器件(Digital Micro-mirror Device, DMD)的高功率激光远场焦斑大动态测量方法。采用DMD对焦斑主瓣和旁瓣区域进行分离, 用两路CCD分别测量, 通过图像拼接实现两路测量结果的融合, 获得大动态焦斑数据。DMD由数字信号控制, 通过改变控制信号模板, 可以快速适应不同形态焦斑的测量。具体分析了DMD焦斑分割原理及DMD控制信号模板的获取, 说明了焦斑重构时所需的图像校正和对准方法, 实验验证了新方法的可行性。结果表明: 文中方法的测量动态范围可以达到3 000: 1以上。
远场焦斑测量 数字微镜器件 大动态 投影变换 far-field focal spot measurement digital micro-mirror device high dynamic range projective transformation 红外与激光工程
2018, 47(12): 1217001
中国船舶重工集团公司 第七一三研究所, 河南 郑州 450015
系统参数的标定是结构光三维测量系统工作的基础, 且参数标定的精度直接影响测量的精度, 其中投影仪目前还存在标定过程复杂、精度较低等问题。为解决该问题, 通过投影一组圆阵图案到一块本身带有特征圆的平板上, 并由摄像机拍摄; 基于二维射影变换理论, 通过误差补偿法建立投影仪图像坐标和摄像机图像坐标的对应关系, 利用该对应关系计算获取标定点的投影仪图像坐标; 以标定点的两组图像坐标和世界坐标为初始值, 使用非线性算法对系统进行全参数整体优化, 完成系统的标定。实验验证了系统标定误差最大值小于0.05 mm, 误差均方根小于0.03 mm, 结果表明该方法标定过程简单, 能够有效地提高标定精度, 具有较广的适用性。
三维测量 系统标定 射影变换 全参数优化 3D measurement system calibration projective transformation all parameters optimization
