强激光与粒子束
2024, 36(4): 043019
太原科技大学 应用科学学院， 山西 太原 030024
全无机卤化铅铯钙钛矿纳米晶CsPbX3（X=Cl，Br，I）因具有独特的光电特性，近年来在固体照明及显示、太阳能电池、阻变存储器等领域成为研究的热门之选。Mn2+是一种比Pb2+半径小的过渡金属离子，利用Mn2+掺杂CsPbCl3钙钛矿纳米晶能够实现波长位于600 nm左右可见光区域的橘黄色发射，且能够部分替代钙钛矿纳米晶中的Pb2+，降低钙钛矿纳米晶的毒性。然而，Mn2+掺杂的卤化物钙钛矿纳米晶仍易受环境中水分子等的侵蚀而导致其荧光特性严重退化。本文采用一种利用四甲氧基硅烷（Tetramethoxysilane，TMOS）和聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl methacrylate，PMMA）对Mn2+掺杂CsPbCl3钙钛矿纳米晶进行双壳层的包覆方法，并分析了双壳层包覆法对钙钛矿纳米晶稳定性提升的机理。此外，还对比了双壳层包覆的Mn2+掺杂CsPbCl3钙钛矿纳米晶在甲苯和二氯甲烷（Dichloromethane，DCM）溶剂下的发光特性，它们呈现的橘黄色荧光发射强度并未明显下降，且荧光量子产率（Photoluminescence quantum yield，PLQY）能够保持在25%左右。并以此为基础制备了相应的荧光纳米晶粉末，将其运用于潜指纹辨识上，可长期有效地检测潜指纹信息。
Mn2+掺杂 卤化物钙钛矿纳米晶 双壳层包覆 荧光粉末 潜指纹辨识 Mn2+-doped halide perovskite nanocrystals double-layer coating luminescence powder latent fingerprints identification
1 河南中医药大学药学院, 河南 郑州 450046 河南省中药质量控制与评价工程技术中心, 河南 郑州 450046漯河医学高等专科学校, 河南 漯河 462002
2 河南中医药大学药学院, 河南 郑州 450046 河南省中药质量控制与评价工程技术中心, 河南 郑州 450046
3 河南中医药大学第三附属医院, 河南 郑州 430003河南省中药质量控制与评价工程技术中心, 河南 郑州 450046
4 贾 豪
5 河南中医药大学药学院, 河南 郑州 450046
经典名方一贯煎由生地黄、 北沙参、 麦冬、 当归、 枸杞子、 川楝子6味药组成, 具有滋养肝肾、 疏肝理气之效。 红外光谱技术具有快速无损的优点, 可完整的将不同批次一贯煎基准样品的信息表达。 运用傅里叶变换红外光谱仪采集样品的红外光谱, 对原始光谱进行预处理, 得到相对峰高, 对共有峰进行归属, 采用聚类分析（HCA）、 主成分分析（PCA）及正交偏最小二乘法-判别分析（OPLS-DA）对图谱数据进行评价。 结果表明15批一贯煎基准样品中868、 822和779 cm-1波段为糖骨架伸缩振动吸收峰, 多为枸杞所贡献, 815 cm-1波段处少数为麦冬所贡献； 生地黄单煎液在1 148 cm-1波段处、 沙参单煎液在1 158、 1 082和1 019 cm-1波段处、 当归单煎液在993 cm-1波段处均有对糖苷类成分的贡献； 川楝子单煎液1 746 cm-1波段处可溶性脂类糖苷成分吸收峰明显, 一贯煎复方中此处吸收峰并不明显, 可能为川楝子与其他五味药配伍煎煮过程中化学成分发生变化。 HCA结果显示, 当组间距离=10时, S1、 S2、 S15聚为一类, S9、 S11、 S12、 S13、 S14聚为一类, S3、 S4、 S5、 S6、 S7、 S8、 S10聚为一类, 表明不同批次一贯煎汤剂内部质量存在一定差异。 PCA分类结果与聚类分析结果基本一致, 并计算不同批次的主成分综合得分, 其中批次3一贯煎汤剂质量最佳, 批次1质量最次, 由载荷散点图分析得到1 104、 1 142、 1 412、 1 260和868 cm-1波段峰对主成分1的贡献率较大； 777、 2936、 923、 1 721、 818和637 cm-1波段峰对主成分2的贡献较大。 OPLS-DA结果与HCA和PCA结果一致, 以VIP＞1为标准, 筛选出七个导致样品之间产生差异的波段, 分别为777、 637、 923、 2 936、 1 260、 1 412和1 630 cm-1, 该结果与PCA载荷图中寻找的重要性权重变量基本一致。 所建立的一贯煎红外指纹图谱方法简单、 准确度高, 可用于经典名方的快速鉴别分析, 为经典名方一贯煎的质量控制与评价提供参考。
经典名方 一贯煎 基准样品 指纹图谱 聚类分析 主成分分析 正交偏最小二乘法-判别分析 Classic prescription Yiguanjian Benchmark samples Fingerprint mapping Cluster analysis Principal component analysis Orthogonal partial least squares-discriminant anal 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3202
1 四川省原子能研究院成都 610101
2 辐照保藏四川省重点实验室成都 610101
3 成都理工大学，核技术与自动化工程学院成都 610059
为了建立川芎指纹图谱，考察不同剂量60Co-γ辐照对川芎8种有效成分的影响，以川芎为材料，采用SHIMADZU Shim-pack GIST C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）对8种有效成分的标准品和对照品储备液进行分析。设定不同剂量（3 kGy、6 kGy、10 kGy、15 kGy）60Co-γ辐照处理川芎，处理后样品通过液相色谱法得到指纹图谱。采用《中药色谱指纹图谱相似度评价系统（2004A版）》对相似度进行评价。结果表明：川芎各成分相似度均大于0.988；在低于10 kGy的射线辐照处理后，川芎的8种有效成分含量无明显差异。结果表明该方法稳定可靠。该研究为辐照技术在川芎品质保障及川芎药材辐照标准的制定提供理论依据和支撑。
川芎 60Co-γ辐照 有效成分 指纹图谱 Ligusticum chuanxiong 60Co-γ irradiation Active ingredients Fingerprints 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(5): 050303
1 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室，重庆 400054
2 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
人类指尖的指纹图案以及互锁的表皮-真皮微结构在放大触觉信号并将其传递给各种机械感受器方面发挥着关键作用，从而实现对各种静态和动态触觉信号的时空感知。本文报道了一种受指尖皮肤微结构启发的微纳光纤柔性触觉传感器，该传感器具有环形脊的指纹状表面、错峰互锁的微结构以及刚度差异化的树脂/聚二甲基硅氧烷多层结构。通过这些设计特征，传感器能够以高耐久性、高灵敏度（20.58 %N-1）、快速响应（86 ms）及大动态范围（0~16 N）检测多种时空触觉刺激，包括静态、动态压力和振动，并能够识别物体的硬度和表面纹理差异。该传感器具有结构紧凑、制作简便、易集成、抗电磁干扰等优点，可被应用于机器人皮肤、可穿戴传感器和医疗诊断设备中。
光纤传感器 微纳光纤 仿生触觉 压力 皮肤指纹微结构 光学学报
2023, 43(21): 2106004
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 上海理工大学 光学仪器与系统教育部工程研究中心，上海 200093
3 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
4 恒迈光学精密机械（杭州）有限公司，浙江 杭州 311421）
荧光碳量子点是一种新型的光致发光纳米材料，由于其具有稳定的发光性能、丰富的表面官能团、安全无毒、生物相容性好、成本低廉等优势，在潜指纹检测和识别领域有着极大的应用前景。潜指纹是指人的手指分泌物留在固体接触面上靠肉眼难以分辨的痕迹，需要借助物理或化学方法以有效地显现和提取。到目前为止，关于碳量子点显影潜指纹并与计算机技术结合精确识别指纹的研究鲜有报道。以邻苯二胺为前驱体，以草酸锌为修饰剂，采用一步溶剂热法成功合成了红色荧光碳量子点，将红色荧光碳量子点与聚乙烯吡咯烷酮混合，干燥研磨后制备出均匀分散、量子产率高达27 %的红色固态荧光碳量子点，并成功应用于多种基底上潜指纹的增强检测。为了精确评价显影潜指纹与目标对照指纹之间的相似度，通过结构相似度算法进行相似度分析，锡纸上潜指纹的匹配度高达90.5 %，表明红色固态荧光碳量子点结合数字处理程序能很好地显影和精确识别潜指纹，在刑事侦查领域具有极大的应用前景。
固态碳量子点 红色荧光 潜在指纹 人工智能 solid carbon quantum dots red fluorescence latent fingerprints artificial intelligence
1 中国人民公安大学侦查学院，北京 100038
2 江苏省公安厅刑警总队，江苏 南京 210000
马德里指纹错案的出现使得现行指纹鉴定体系不断受到挑战和质疑。以指纹二级特征的统计规律为基础的量化鉴定技术成为了新的研究难点与热点，而指纹二级特征的自动检测与分类是实现指纹二级特征自动统计的基础。因此，提出一种基于YOLOv5的指纹二级特征检测方法。首先，建立指纹二级特征数据集，共包含4000张带标注的指纹图像；其次，根据指纹二级特征点尺寸小且分布密集的特点，对YOLOv5网络结构进行改进，删除原有的32倍下采样大目标特征检测层，添加新的微小特征融合层；再使用Feature Pyramid Networks（FPN）、Pyramid Attention Network（PAN）和Spatial Pyramid Pooling（SPP）结构通过融合多种尺度的方式实现局部特征和全局特征提取；最后，添加Squeeze-and-Excitation（SE）通道注意力机制模块，有效增强模型的鲁棒性和密集小目标的检测能力。实验结果表明，相比于原模型，改进后YOLOv5s_FI模型，在检测速度基本不变的情况下，平均精度均值（mAP0.5）从93.0%提高到97.4%，且权重缩减了3/4。
图像处理 目标检测 指纹特征识别 YOLOv5 注意力机制 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1010006
1 福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建 福州 350007
2 福建农林大学金山学院，福建 福州 350002
3 福建师范大学光电与信息工程学院福建省光子技术重点实验室，福建 福州 350007
4 福建师范大学光电与信息工程学院福建省光电传感应用工程技术研究中心，福建 福州 350007
5 福建师范大学协和学院，福建 福州 350117
针对单个光电二极管接收器的倾斜问题和几何算法的不足，搭建了多光电二极管接收器的真实可见光定位场景，并采用基于接收信号强度的指纹定位技术及其常用的机器学习算法，实验研究了4种典型的机器学习算法的定位性能。结果发现：在二维定位时，K最近邻、极限学习机、随机森林和自适应增强的定位误差小于2 cm的概率分别为96.67%、48.57%、67.14%和15.24%；在三维定位时，K最近邻、极限学习机、随机森林和自适应增强的定位误差小于2 cm的概率分别为74.52%、38.81%、59.76%和6.43%。结果均表明，K最近邻的定位性能较佳。在此基础上，比较了发光二极管个数、光电二极管个数和发光二极管发射功率等因素对定位精度的影响。结果表明：发光二极管个数和光电二极管个数的增加均有效地降低了定位误差，发光二极管的发射功率为5 W时，已经实现了定位误差的收敛。该结果为发光二极管分布密度较低时可见光定位系统的设计提供新的理论支持与实际应用参考价值。
可见光定位 多光电二极管 接收信号强度指纹 机器学习 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0723002
大连海事大学 信息科学技术学院, 辽宁 大连 116026
为进一步提高动态目标室内可见光定位追踪系统性能, 提出了一种基于随机森林(RF)算法的室内可见光指纹定位方法。利用发光二极管(LED)的光强信号作为特征构建指纹数据库, 应用指纹库中的数据训练决策树, 引入RF算法进行初始定位, 再通过卡尔曼滤波对初始位置估计进行优化, 从而获得更准确的定位轨迹。仿真结果表明: 在5 m×5 m×3 m的室内场景下, 通过所提定位方法能获得大部分采样点误差分布在4 cm之内的定位效果; 此外, 通过与不同室内可见光定位算法的性能进行对比, 验证了所提算法的技术优势。
室内可见光定位 随机森林算法 指纹定位 卡尔曼滤波 接收信号强度 indoor visible light positioning, random forest al
1 河北大学电子信息工程学院，河北 保定 071000
2 河北农业大学理学院，河北 保定 071001
为了提高图像的加密效率和安全性，提出一种基于指纹密钥的光学双图像加密方法。首先，两幅待加密图像分别经置于输入平面和Gyrator变换域平面的两块指纹随机相位板的调制后，再经1次Gyrator变换，然后将Gyrator变换后的结果合成为一幅复振幅图像。最后，对得到的复振幅图像进行相位截断和振幅截断操作，得到加密图像和两个相位密钥。解密时，指纹、振幅截断得到的相位密钥、混沌系统的初值和控制参数、Gyrator变换参数均可作为解密过程中的密钥。在所提方法中，由于密钥与用户身份关联，加密系统的安全性得以进一步提高。此外，由于无需传输相位板密钥，密钥管理更为便捷。数值模拟结果表明，所提加密方法切实可行，具有较高的安全性和鲁棒性。
双图像加密 指纹密钥 Gyrator变换 随机相位编码 混沌映射 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0210015
