1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 国防科技大学，安徽 合肥 230037
针对生物粒子凝聚体单体形状和光学特性的复杂多变，构建了5种不同单体形状的生物粒子凝聚体空间结构，并用离散偶极子近似方法计算了生物粒子凝聚体的消光特性参数，分析了不同单体形状生物粒子凝聚体的消光特性差异。计算结果表明：非球形生物粒子凝聚体在将其单体形状等效为球形时，平均质量消光系数的相对偏差绝对值在6%以内；不同单体形状生物粒子凝聚体对光的散射能力不同是消光特性存在差异的主要表现，且通常情况下单体形状越偏离球形，相对偏差越大，因此，由不同单体形状引起的消光特性的差异不应被忽略。此项工作可应用于准确评估和优化生物粒子材料的消光性能。
生物粒子材料 单体形状 凝聚体 红外 消光特性
1 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037
2 先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
3 国防科技大学，安徽 合肥 230037
生物材料作为一种有别于传统无机消光材料的新型烟幕介质，悬浮于空气中，以烟幕的形式存在，通过对光的吸收和散射作用改变光波的传输特性。本文根据生物材料的复折射率特点，介绍了生物材料的吸收和散射特性，概括了生物材料单粒子、单分散凝聚粒子和多分散凝聚粒子的消光特性的表征方式，分析了影响生物材料消光特性的因素，总结了生物材料消光性能的测试方法。最后，本文提出了生物材料在复杂空间结构模拟精确化、消光特性影响因素分析多元性、消光特性测试标准化方面的发展趋势，以期为新型消光材料的制备和改进等提供有益参考。
材料 烟幕 消光特性 凝聚粒子 复折射率
华中光电技术研究所—武汉光电国家研究中心，湖北武汉 430223
半球谐振子的机械能量损耗包括材料本征损耗、空气阻尼损耗、支撑损耗、热弹性损耗和表面损耗等，直接影响了半球谐振子 Q值。通过分析这些能量损耗的数学模型，总结出半球谐振子的关键技术指标是材料性能、形位精度和表面粗糙度。综合考虑半球谐振子的精度和工程化应用，提出了一套高精度半球谐振子加工工艺，经过精密磨削、精密抛光和化学抛光后，加工得到的谐振子球面圆度小于 0.25μm，表面粗糙度小于 15nm，品质因数大于 5.2×107。对高精度半球谐振子加工和半球谐振陀螺制造工程化具有重要的指导意义。
半球谐振子 能量损耗 圆度 表面粗糙度 品质因数 hemispherical resonator energy loss roundness roughness quality factor
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230243
1 中国科学院 国家天文台 南京天文光学技术研究所, 南京210042
2 中国科学院 天文光学技术重点实验室（南京天文光学技术研究所）, 南京210042
3 中国科学院大学, 北京100049
限制自适应光学（Adaptive Optics, AO）系统表现的一个关键因素是由波前传感器所在路径和科学成像路径之间差异引起的非共光路像差（Non-Common Path Aberration,NCPA），同时AO系统共光路部分也会不可避免地引入静态像差。为此，本文提出了一种基于焦面点扩散函数（Point Spread Function,PSF）复制的技术，用于校正AO系统中的静态像差。此技术利用点光源产生的PSF图像作为参考图像，通过迭代优化算法控制可变形镜改变其面型，将参考PSF图像复制到AO系统科学成像路径。实验结果表明，校正后的斯特列尔比（Strehl Ratio，SR）从初始的0.312提高到0.995。此技术可以稳定、快速地获得全局校正结果，特别是在系统具有较大的初始静态像差时。
自适应光学 像差校正 高对比度成像 adaptive optics aberration correction high-contrast imaging
1 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
为了克服传统数字全息三维成像技术的扫描速度慢等诸多缺点,设计一种仅需单波长且可以一维扫描的透射式K空间变换数字全息三维成像技术。首先采用片状光束对样品进行照明并记录透射光的离轴全息图;然后利用传统的数字全息重建技术得到透射光的复振幅分布后去除其低频分量;最后在频谱空间进行坐标变换并对变换后的空间频谱进行傅里叶逆变换,便可得到被照明切片平面上的样品结构信息。在对工作原理和主要参数进行系统理论分析的基础上,利用数值模拟和光学实验对此技术的可行性进行实际验证。由于该技术能够使用透射光进行三维层析成像,因此很容易推广并应用于X光和其他短波长的辐射源成像,为研究样品高分辨三维结构提供新的工具。
全息 数字全息 三维显微成像 K空间变换 透射成像 中国激光
2021, 48(21): 2109001
1 哈尔滨理工大学自动化系, 黑龙江哈尔滨 150080
2 中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室, 北京 100190
3 山东师范大学信息科学与工程学院, 山东济南 250014
4 中国人民解放军总医院南楼神经内科, 北京 100853
结构磁共振影像 (sMRI)作为一种非入侵式的脑成像方式为人们理解阿尔茨海默病 (AD)的患病机制提供了很大的帮助, 目前已有大量研究利用从 sMRI中提取的特征进行 AD的识别。为了充分利用图像信息提取 AD相关的特征, 提出了一种简单易用的基于人类脑网络组图谱的脑区划分进行特征提取的方法。选取美国阿尔茨海默病神经影像组织 (ADNI)数据库中的 226例正常被试 (NC)和227例 AD患者的sMRI数据作为研究对象, 提取每个个体脑网络组图谱中各脑区的平均灰质密度作为特征, 利用支持向量机 (SVM)对NC和AD患者进行分类, 通过 10折交叉验证的方式得到了 85.2%的平均分类准确率。后续的统计分析发现, 海马、杏仁核及梭状回等脑区的平均灰质密度对 NC和AD患者的识别贡献很大, 且这些脑区的萎缩程度与患者的认知能力密切相关。利用最小绝对收缩选择算子 (LASSO)对个体的简易智力状态评分 (MMSE)进行预测, 预测结果与真实值间存在显著的正相关 (r0.65, p0.001)。研究结果表明, 基于脑网络组图谱脑区划分提取的脑区平均灰质密度特征可以有效地对 AD患者进行识别, 并可以用来评估个体的认知水平。
阿尔茨海默病 结构磁共振影像 支持向量机 Alzheimer’s Disease structural Magnetic Resonance Imaging Support Vector Machine brainnetome atlas 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(4): 698
1 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230000
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215000
3 中国人民解放军总医院 第二医学中心神经内科, 北京 100000
现行的疲劳监测设备造价昂贵, 便携性差且有效性不高, 正面疲劳监测方案极大地影响了使用者的工作效率, 因此进行实用且准确的疲劳监测方案研究十分有意义。提出了新型的侧眼眼动疲劳监测眼镜并结合N-Range图像处理算法提高眼部定位的鲁棒性与疲劳监测的准确率。在侧眼图像处理过程中, 用N*N的卷积核及Sigmoid函数计算激活图, 采用OTSU阈值分割法对激活图进行阈值分割, 将小于阈值的像素点激活值置于0。据此计算水平方向与垂直方向的标准差投影, 从投影图中通过平均阈值法定位出人眼区域, 随后通过计算人眼高宽比表征眼部闭合度, 采用基于PERCLOS的P80疲劳评测方法为设备的使用者进行实时的疲劳分析。实验结果表明现行设备所存在的问题, 通过我们的方案得到了很好的解决, 即使在复杂的环境中, 本文的方法仍然表现出色, 疲劳判决准确度达到了94%。疲劳监测眼镜与N-Range算法可以实现在不影响使用者作业效率的前提下, 仍然保持着较高的疲劳监测精度, 具有较高的实用价值。
疲劳监测 眼部分割 便携穿戴设备 fatigue monitoring PERCLOS PERCLOS N-range N-Range eye partial excision portable wearing equipment
1 山东师范大学 信息科学与工程学院，山东 济南 250014
2 解放军总医院南楼神经内科，北京 100853
3 解放军总医院南楼放射科，北京 100853
4 中国科学院 自动化研究所，北京 100190
阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病。随着脑医学影像的发展，对AD诊断的精确度也在进一步提高，但对AD的诊断，客观上仍缺少好的生物标记。为寻找到AD的更稳定的生物标记，利用海马的影像组学特征对海马的信号强度、形状、灰度阶梯分布等特征进行刻画，通过方差分析(ANOVA)和事后检验，在统计学上寻找出正常对照(NC)、AD、轻度认知损害(MCI)之间存在差异的特征；通过与被试的简易智能状况检查(MMSE)评分进行相关性分析，找寻与MMSE评分相关性较高的特征；利用支持向量机(SVM)构建一个对AD和NC分类的模型，交叉验证得到的正确率为86%。结果表明，海马的影像组学特征是一个很好的生物标记，能对AD进行有效的早期识别。
阿尔茨海默病 海马 影像组学特征 支持向量机 Alzheimer's Disease hippocampus texture feature Support Vector Machines 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(1): 136
在有效质量近似框架下,通过求解AlxGa1-xN/GaN自组织圆柱形量子点的薛定谔方程,计算了量子点中导带电子在两个正交方向:Z‖和Z⊥方向上产生的三阶非线性极化率.计算中,电子的运动受到自组织量子点的抛物型束缚势和内建压电场的影响.计算表明,量子点的三阶非线性极化率的数量级达到了10-14m2/V2.进一步在Z‖和Z⊥方向上,考察了三阶非线性极化率与两个方向上的抛物束缚势的频率ωp、ωz,量子点的高度L,半径R,Al的含量x之间的关系.
量子点 三阶非线性极化率 束缚势 内建电场
