1 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
2 上海在线检测与控制技术重点实验室，上海 201203
3 桂林电子科技大学 计算机与信息安全学院，广西 桂林 541004
提出了一种结合深度学习的空间相位解包裹方法，采用基于改进U-Net网络的编码器-解码器架构，同时加入包含双向长短期记忆网络（BILSTM）的CBiLSTM模块，并且结合注意力机制，避免了典型卷积神经网络学习全局空间依赖关系的固有缺陷的同时增强了深度学习模型对相位解包裹任务中的关键信息的关注能力。通过大量的模拟数据，验证了文中方法在严重噪声(SNR=0)、不连续条件和混叠条件下的鲁棒性，在以上三种情况下，同其他深度学习网络模型进行对比，文中所提出的网络模型的归一化均方根误差（NRMSE）分别为0.75%、1.81%和1.68%；结构相似性指数（SSIM）分别为0.98、0.92和0.94；峰值信噪比(PSNR)分别为40.87、32.56、37.38；同时计算时间显著减少，适合应用到需要快速准确的空间相位解包裹任务中去。通过实际测量数据，验证了文中提出网络模型的可行性。该研究将双向长短期记忆网络（BILSTM）和注意力机制同时引入光学相位解包裹问题中，为解决复杂相位场的解包裹提供了新的思路和方案。
相位解包裹 深度学习 注意力机制 长短期记忆网络 卷积神经网络 phase unwrapping deep learning attention mechanism long short-term memory network convolutional neural network 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230564
1 东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 苏州中科行智智能科技有限公司，江苏 苏州 215000
针对合成波长方法动态范围较小的问题，提出一种用于相敏谱域光学相干层析（PSSD-OCT）的大动态范围合成波长相位解包裹方法，解决了传统合成波长方法的相位包裹限制问题，实现了大动态范围、快速及高灵敏度的PSSD-OCT成像。通过选取全长度干涉光谱和位于光谱仪中间的半长度干涉光谱，计算合成相位缺失的周期数；利用全长度干涉光谱及半长度干涉光谱解调结果的分段组合，消除易受噪声影响的相位周期数跳变问题。通过阶差规、硬币及电路板的成像实验，证明该方法可以用于大动态范围（毫米级）的高灵敏度位移解调。
相干光学 相敏谱域光学相干层析 合成波长 相位解包裹 动态范围
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 西安电子科技大学物理学院，陕西 西安 710071
定量相位显微成像在工业检测、生物医学和光场调控等领域具有重要的应用价值。常用的定量相位显微成像技术通过干涉的方法来获取相位的定量分布，干涉装置的稳定性、光学衍射极限的限制、相位再现时的解包裹问题、激光照明下的相干噪声，以及动态观测过程中的样品离焦等因素都会影响定量相位显微成像的分辨率和精度。本文围绕高精度定量相位显微成像中的上述关键问题展开研究，通过构建物参共路的同步相移数字全息显微结构实现稳定的实时测量；采用结构光照明的超分辨相位成像方法实现对微小物体的超分辨相位成像；利用双波长照明将纵向无包裹相位测量范围扩大到微米量级；使用低相干LED照明解决相干噪声问题；提出了基于结构光照明和双波长照明的数字全息显微自动调焦方法，可以满足对不同类型样品的长时间跟踪观测。
定量相位显微成像 物参共路 结构光照明 相位解包裹 自动调焦
1 河北工程大学 数理科学与工程学院, 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心, 邯郸 056038
为了实现高精度的数字全息相位解包裹, 采用基于Unet网络框架中集成MobilenetV3的轻量级深度学习网络, 设计了UMnet网络以实现全息相位的精准解包裹。网络中融和轻量级注意力机制、多尺度卷积来增强网络精度与泛化能力, 同时运用hard-Swish激活函数提高网络学习能力; 运用模拟数据集进行网络训练, 对生成网络模型进行降噪能力测试, 并经过了实际样品全息图的测试验证。结果表明, UMnet比深度学习相位解包裹网络的结构性相似指数值提升了6.6%。UMnet能够简单、快速、高效地实现数字全息相位解包裹。
全息 相位解包裹 注意力机制 多尺度卷积 holography phase unwrapping attention mechanism multi-scale convolution
1 河北工程大学 数理科学与工程学院, 河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心, 河北 邯郸 056038
相位解包裹在数字全息显微成像技术中占据着重要地位, 是获取相位信息不可缺少的关键一步, 而目前传统的相位解包裹算法进入瓶颈期, 文章对利用深度学习进行相位解包裹研究方法加以改进, 获取更好的实验结果。提出了一种改进U-Net的相位解包裹方法, 在残差块之后加入通道注意力模块, 并使用深度可分离卷积替代部分传统卷积, 利用随机矩阵生成的大量模拟相位图作为数据集训练, 达到对真实全息图相位解包裹目的, 解决了光路不便获取大量数据集的难题。通过本方法不同实验全息图样本进行解包裹, 并且与其它解包裹算法结果对比, 实验结果表明, 所提解包裹方法样品边缘更平滑, 背景平坦, 实验测试集与离散余弦解包裹结果的结构相似性指数从平均0.932提升至0.973, 峰值信噪比由平均21.60提升至29.18。
数字全息 相位解包裹 显微成像 注意力机制 深度学习 digital holography phase unwrapping microscopic imaging attention mechanism deep learning
杭州职业技术学院 吉利汽车学院, 浙江 杭州 310027
干涉测量中, 环境和成像系统热噪声以及不均匀的被测表面反射率均会使测量相位分布不一致, 以留数点的形式出现在相位包裹图中。在此情况下, 获得完整真实、高精度的被测表面相位解包裹结果就成为亟需解决的难题。不同于传统方法利用枝切连接留数点, 隔离噪声干扰区域; 或以丢失细节信息为代价, 采用最小范数类方法的解包裹方案,首次将和谐均值这一数论概念应用在相位解包裹中。方法利用其具有剔除粗大误差的特殊性质, 类比环绕留数点的四邻域相位点为待计算和谐均值数据, 直接检测噪声干扰点, 得到全局相位解包裹结果。最后利用强噪声干扰下, 复杂表面的计算机模拟实验, 通过定量定性分析, 对其结果精度, 运算效率, 简单易执行的优点进行了有效验证。
干涉测量 相位解包裹 相位测量 成像系统噪声 interferometry phase unwrapping phase measurement noise in imaging systems
任德威 1,2,3,4,*李月明 1,2,3,4王竹梅 1,2,3,4李恺 1,2,3,4[ ... ]宋福生 1,2,3,4
1 景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院
2 中国轻工业功能陶瓷材料重点实验室
3 江西省能量存储与转换陶瓷材料工程实验室
4 江西 景德镇 333403
γ-Ce2S3是一种无毒环保型大红无机色料，色泽鲜艳、遮盖力强、具有优异的抗紫外能力，但其抗氧化温度为350 ℃。为提升γ-Ce2S3大红色料的抗氧化温度，采用溶胶-凝胶法结合硫化升温工艺，合成了莫来石包裹的Na+掺杂型γ-Ce2S3大红色料 (记为γ-［Na］-Ce2S3@mullite)，研究了莫来石的合成条件、不同预烧温度对包裹色料前驱体形貌以及色度的影响，并分析了包裹色料的温度稳定性。结果表明：当烧结温度为1 300 ℃保温3 h、n(Al):n(Si)=3.2:2.0(n为摩尔)时，可合成短棒状和类球状的莫来石晶体；当预烧温度为400 ℃，可获得最佳色度值的包裹色料：L*=36.24、a*=41.86、b*=36.26，该色料在空气气氛下800 ℃保温10 min仍具有良好的色度值：L*=29.84、a*=20.83、b*=18.17，表明γ-［Na］-Ce2S3@mullite可使γ-Ce2S3的温度稳定性从350 ℃提升至800 ℃。
伽马硫化铈 溶胶-凝胶法 莫来石包裹色料 gamma cerium sulphide sol-gel method mullite coating pigments
拉曼光谱具有简单、 快速、 原位、 微区、 无损、 高分辨率和高灵敏度等优点, 可以分析物质的成分与分子结构信息, 是开展地质研究的有力工具。 通过回顾近年来拉曼光谱的研究进展, 结合实际的油气地质研究工作及分析测试经验, 对拉曼光谱在油气地质研究中的应用进行总结, 并讨论现阶段应用过程中存在问题及未来的发展方向。 拉曼光谱在油气地质中的应用主要分为三个方面: (1)矿物与流体包裹体分析, 可以确定成岩-成藏流体类型及组成、 成岩-成藏作用过程, 包括岩矿鉴定、 流体包裹体中流体体系分析、 水-岩相互作用过程研究、 地质样品同位素研究等; (2)不同类型有机质成熟度分析, 可以用于恢复热史、 油气成藏期次约束; (3)流体包裹体压力恢复, 可以研究油气藏的形成与演化过程。 主要方式为利用流体包裹体中气体的拉曼特征峰位移变化量、 气体溶解度恢复流体包裹体内压及捕获压力。 在实际油气地质研究中, 多种因素制约拉曼光谱的定量/半定量应用, 主要包括: 地质样品复杂性与特殊性、 样品处理方式、 拉曼测试参数与测试环境、 拉曼光谱数据处理与分析方式。 拉曼光谱分析测试流程标准化、 挑选和制备校准标样; 拉曼光谱与冷热台、 水热金刚石压腔(HDAC)、 高压可视反应腔(HPOC)、 扫描电镜(SEM)、 电子探针(EPMA)等仪器联用, 开展复杂体系原位、 实时、 不同温压条件下测试, 是进一步将拉曼光谱应用到油气地质中的研究方向。
拉曼光谱 油气地质 流体包裹体 有机质成熟度 压力恢复 Raman spectroscopy Petroleum geology Fluid inclusion Organic matter maturity Pressure recovery 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2679
1 西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
2 中国兵器科学院宁波分院，浙江 宁波 310022
数字全息测量系统中，记录过程引入的散斑噪声严重影响全息图质量，导致三维重建结果存在误差。相位提取是数字全息三维测量系统中影响精度的关键技术，而相位解包是获得正确连续相位的关键环节。为了抑制数字全息测量系统中的散斑噪声，提出了一种处理包裹相位的散斑噪声抑制方法。首先应用二维高斯窗口在频域内对包裹相位进行局部分析，并基于窗口傅里叶基函数与包裹相位的高相关性选取阈值；然后根据阈值舍弃噪声频谱，获得低散斑噪声的包裹相位。以微透镜阵列为测试对象，实现了数字全息测量系统中散斑噪声的有效抑制。实验结果表明，所提方法保留了包裹相位的跳变边界，有效提高了数字全息测量系统的三维重建精度，与未去噪的结果相比，残差降低了28.35%（峰谷值）和20.23%（均方根）。
全息 数字全息 散斑噪声 二维高斯窗口 包裹相位 三维重建 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1609002
红外与激光工程
2022, 51(4): 20210179
