1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室，天津 300072
生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学（NIRS）研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中，时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力，而且近年来该技术的性价比显著提高，获得了更多关注，但其针对分层组织的参数反演在准确性、稳定性和反演速度等方面尚存在一定的局限性。为此，本文提出了一种时域蒙特卡罗模型支持的Nelder-Mead单纯形算法，该算法利用双源探距下的时间分辨漫反射光信号，以循环迭代方式设置不同的基向量，经线性变换后无须求导便可启发式搜索目标函数的最优值，从而实现了高信效度的分层光学参数反演。模拟实验与仿体实验均表明：在组织光学参数反演方面，所提算法的精度优于传统算法，而且该算法具有良好的噪声鲁棒性和临床适应性，为生物组织光学参数的在体测量提供了新方法。
医用光学 吸收系数 约化散射系数 蒙特卡罗模拟 单纯形算法 时域测量
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来科技）学院，江苏 南京 210023
提出了一种基于二维光子晶体的波导型宽带光子晶体1×3分束器，通过在波导分支处引入一个调控介质柱并优化其半径和偏移量，可以调控分束器各输出端口的透过率；通过在两分支波导内侧引入三组带宽优化介质柱并优化其半径，可以实现分束器的宽带特性。为了提高优化效率，获得性能优良的宽带分光比可设计的分束器，利用下山单纯形算法，根据特定的分光比目标，对提出的1×3分束器进行逆向设计和研究。结果表明，不仅提高了光子晶体分束器的优化效率，而且获得了性能优良的宽带分束器。设计的1×3等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗低于0.199 dB，均匀性小于0.119 dB，响应时间在0.5 ps以内；设计的1×3不等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗不大于0.177 dB，分束方差不大于6.88×10-4，响应时间在0.5 ps以内。该分束器在未来全光通信网、光子高密度集成等领域具有很好的应用前景。
光学器件 光子晶体 分束器 宽带 下山单纯形算法
河南理工大学材料科学与工程学院, 焦作 454000
石灰石粉和偏高岭土复掺可以替代部分水泥, 有效降低水泥制品的碳排放。采用安东帕MCR 302旋转流变仪测试了新拌石灰石粉-偏高岭土-水泥浆体系统的流变特性。通过单纯形重心法对石灰石粉-偏高岭土-水泥砂浆系统进行了试验设计, 利用Viscometer 5型混凝土流变仪对不同配比砂浆的流变特性进行了测试。结果表明: 随着偏高岭土掺量的增加, 水泥浆体的屈服应力和塑性黏度显著增大; 随着石灰石粉掺量的增加, 水泥浆体的屈服应力和塑性黏度呈先增大后减小的趋势; 改变砂浆胶凝材料的配比能够显著影响砂浆的流动性以及流变参数。
偏高岭土 石灰石粉 流变特性 屈服应力 塑性黏度 坍落扩展度 单纯形重心法 Bingham模型 metakaolin limestone rheological property yield stress plastic viscosity slump expansion simplex barycenter method Bingham model
1 国网江西省电力公司电力科学研究院，江西南昌 330096
2 国网上海浦东供电公司，上海 200122
针对斑点鬣狗优化算法(spotted hyena optimizer，SHO)容易陷入局部最优解、求解质量低等缺点，本文提出使用 Lévy飞行和单纯形搜索算法改进 SHO(spotted hyena optimizer based on simplex method and Lévy flight, Lévy_SM_SHO)。将 Lévy_SM_SHO与 Lévy飞行斑点鬣狗优化算法(spotted hyena optimizer based on Lévy flight, Lévy_SHO)、单纯形搜索斑点鬣狗优化算法(spotted hyena optimizer based on simplex method, SM_SHO)和 SHO在测试函数上结果进行对比，实验证明改进算法能够取得较好的优化结果。并将 Lévy_SM_SHO算法用于红外图像阈值分割问题，通过与粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)分割结果对比，证明 Lévy_SM_SHO算法能够取得较好的阈值分割结果。
Lévy飞行 单纯形搜索算法 lévy flight, simplex search algorithm, Lévy_SM_SHO Lévy_SM_SHO Lévy_SHO SM_SHO
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
逆合成孔径激光雷达(ISAL)成像运动补偿中,包络对齐的精度直接影响了相位误差估计精度。当目标速度和加速度较大时,距离包络严重倾斜且相位误差较大,图像无法进行良好聚焦。针对上述问题,在高精度成像模型的基础上提出了一种基于Nelder-Mead单纯形法和粒子群优化的全局联合运动误差补偿算法。首先,利用单纯形法估计目标速度,完成包络对齐。然后,将包络对齐过程获得的目标速度作为相位误差估计中参数初始化的约束条件。最后,用粒子群优化算法对各运动参数进行全局搜索并得到最优解,实现高精度运动参数估计及高阶相位误差补偿,得到聚焦良好的二维图像。实验结果表明,本算法的参数估计误差主要分布在±0.2%以内,参数估计精度和抗噪声性能均优于传统ISAL成像算法。
遥感 逆合成孔径激光雷达 运动补偿 Nelder-Mead单纯形法 粒子群优化算法 参数估计 光学学报
2021, 41(19): 1928001
强激光与粒子束
2020, 32(6): 065001
1 辽宁工程技术大学电子与信息工程学院, 辽宁 葫芦岛 125105
2 辽宁工程技术大学电气与控制工程学院, 辽宁 葫芦岛 125105
高光谱解混的目的在于提取图像中的端元特征和丰度特征。由于高光谱图像空间分辨率低而存在大量混合像元,因此如何从混合像元中提取光谱特征和空间分布信息是高光谱解混面临的难题。基于非负矩阵分解的高光谱解混是一个不适定拟合问题,而且在处理过程中将立方体数据转化为矩阵会导致三维结构信息的丢失。利用最小体积单纯形空间稀疏性,提出一种基于最小体积稀疏正则的高光谱解混方法,能够挖掘出图像中光谱特性和丰度特征的内在关系,减少结构信息的丢失。将凸几何中的最小体积约束与非负矩阵分解相结合,并采用近似交替优化与交替方向乘子法设计出高效的求解算法。最后分别采用合成数据和真实数据进行仿真实验,结果表明该种算法能够有效地提取出高光谱图像的端元特征和丰度特征。
图像处理 高光谱解混 混合像元 最小体积单纯形 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 241010
1 西北工业大学 自动化学院, 陕西 西安 710129
2 西安卫星测控中心 宇航动力学国家重点实验室, 陕西 西安 710043
针对空间目标地基自适应光学望远镜成像过程中同时记录目标图像及波前传感器数据的情形, 提出了一种利用波前测量数据的空间目标自适应光学图像复原方法。该方法将大气降质波前表示为望远镜孔径内的二元单纯形样条函数, 而非传统的Zernike模式的线性组合, 基于该区域表示, 为哈特曼-夏克波前传感器建立了平均斜率测量模型, 进而非适定的波前重构问题转化为良态等式约束最小二乘问题, 最终的目标图像即可通过非盲解卷积方法获得。仿真实验验证了提出的方法在不同的湍流强度下均能表现出良好的复原效果, 对测量噪声亦不敏感。
自适应光学 图像复原 波前重构 单纯形样条 区域法 adaptive optics image restoration wavefront reconstruction simplex splines zonal method 红外与激光工程
2019, 48(1): 0117004
1 复旦大学 电磁波信息科学教育部重点实验室, 上海 200433
2 北京师范大学 地表过程与资源生态国家重点实验室, 北京 100875
3 复旦大学 信息学院智慧网络与系统研究中心, 上海 200433
4 复旦大学 数学科学学院, 上海 200433
高光谱遥感图像的非线性光谱解混能弥补线性方法难以解释复杂场景中非线性混合效应的不足, 而双线性混合模型及算法是其研究的热点.提出了一种基于双线性混合模型几何特性的光谱解混算法.通过将模型中的非线性混合项表示为一个融合了共同非线性效应的额外端点的线性贡献, 使复杂的双线性混合模型求解转化为简单的线性解混问题.然后结合传统的线性解混算法直接迭代估计正确的丰度.模拟和真实遥感图像数据的实验结果表明, 与其它相关解混方法相比, 该算法能较好地克服共线性效应以及拟合优化过多参数对双线性混合模型求解造成的不利影响, 同时提高了解混的精度和速度.
高光谱遥感 非线性光谱解混 双线性混合模型 丰度估计 单形体 hyperspectral remote sensing nonlinear spectral unmixing bilinear mixture model abundance estimation simplex
