1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆市光纤传感与光电检测重点实验室, 重庆 400054
3 成都理工大学计算机与网络安全学院, 四川 成都 610059
紫外-可见吸收光谱法测量水质化学需氧量(COD), 本质是对大量水质光谱数据建模, 以此模型为基础引入待测的水质光谱数据进行预测的过程。 而实测的邻苯二甲酸氢钾COD标准溶液在200～300 nm存在两个特征吸收峰, 标准溶液在不同浓度下的峰值也不同, 利用此特性对该波段进行特征波长的选择, 用其表征光谱信息, 降低数据冗余度的同时提高了预测精度。 针对实测水质光谱信号容易受到仪器本身和外界干扰, 光谱数据存在大量非平稳噪声, 且特征吸收峰及其临近信号频率较高, 常规去噪算法直接舍弃高频信号以及无法准确判断信噪分量界限, 导致有效信号缺失这一实际问题。 提出了一种基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)和双树复小波变换(DT-CWT)的联合去噪算法。 该联合算法利用CEEMDAN将信号分解为本征模态函数(IMF), 并通过归一化自相关函数和互相关系数进行线性相关性分析, 得到各阶IMF分量之间的自相关性以及IMF分量与原始信号的互相关系数, 以确定高频含噪分量与低频信号分量的界限; 进而应用DT-CWT阈值去噪算法对含噪高频IMF分量进行处理, 将DT-CWT处理之后的IMF高频分量与CEEMDAN分解得到的IMF低频分量进行信号重构, 获得最终去噪后的水质光谱信号。 实验结果表明: 基于CEEMDAN联合双树复小波变换的去噪算法适用于紫外-可见光谱水质检测的数据处理。 对于化学需氧量COD标液为100 mg·L-1的邻苯二甲酸氢钾溶液, 将实测的紫外-可见光谱数据应用该算法去噪后的SNR=24.201 5 dB, RMSE=0.024 0, NCC=0.999 4, PSNR=37.573 6, 不仅去噪效果显著优于CEEMDAN和双树复小波阈值算法, 还有效地保留了原始COD标液的吸收特征峰, 遏制了平移敏感性现象, 提高了重构信号的平滑度, 改善了重构信号质量。 为紫外-可见光谱法检测水质COD提供了一种新的数据预处理方法。
水质检测 紫外-可见光谱 完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN) 双树复小波变换 相关分析 Water quality measurement UV-Vis spectrum CEEMDAN DT-CWT Correlation analysis
1 成都理工大学 计算机与网络安全学院 图像信息处理研究室, 四川 成都 610059
2 重庆大学 光电工程学院 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
3 重庆大学 光电工程学院 工业ICT无损检测教育部工程研究中心, 重庆 400044
基于胸部X光透射图像(DR)的肺部病灶识别与疾病诊断是临床的常规操作。对于肺结核患者而言, 其DR图像中的病灶区域与背景相融性高, 目标弥散严重且边缘形态极不规则, 严重干扰诊断的准确性。针对上述问题, 提出了一种融合肺炎影像学特征的肺结核病灶区域检测网络(TDT-Net), 利用肺结核和新冠肺炎同为呼吸道疾病且在DR图像上具有相似表征的特点, 借助大量肺炎DR数据, 通过迁移学习引入强相关特征以提高肺结核病灶的检测精度。TDT-Net结合Transformer和扩张残差技术, 提出上下文感知增强模块, 以强化迁移模型对全局信息的建模能力; 利用特征细化模块减少迁移过程中引入的冗余信息, 凸显强相关特征的表示。实验结果表明, 在TBX11K数据集上, 所提检测方法的平均准确度(AP)达到87.5%, 召回率(Recall)达到80.7%, 相较于YOLOV5和RetinaNet等网络有效提升了肺结核病灶的检测精度, 实现了更加准确的肺结核病灶定位和分类。
X射线成像 肺结核病灶 迁移学习 目标检测 肺炎特征 X-ray imaging pulmonary tuberculosis lesion transfer learning target detection pneumonia feature
1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，光电工程学院，重庆 400044
2 成都理工大学计算机与网络安全学院，四川 成都 610000
3 陆军军医大学大坪医院病理科，重庆 400037
4 山东大学机械工程学院，山东 济南 250000
基于显微成像技术的肿瘤分级对于乳腺癌诊断和预后有着重要的意义, 且诊断结果需具备高精度和可解释性。目前，集成Attention的CNN模块深度网络归纳偏差能力较强，但可解释性较差；而基于ViT块的深度网络其可解释性较好，但归纳偏差能力较弱。本文通过融合ViT块和集成Attention的CNN块，提出了一种端到端的自适应模型融合的深度网络。由于现有模型融合方法存在负融合现象，无法保证ViT块和集成Attention的CNN块同时具有良好的特征表示能力；另外，两种特征表示之间相似度高且冗余信息多，导致模型融合能力较差。为此，本文提出一种包含多目标优化、自适应特征表示度量和自适应特征融合的自适应模型融合方法，有效地提高了模型的融合能力。实验表明本文模型的准确率达到95.14%, 相比ViT-B/16提升了9.73%，比FABNet提升了7.6%；模型的可视化图更加关注细胞核异型的区域(例如巨型核、多形核、多核和深色核)，与病理专家所关注的区域更加吻合。整体而言，本文所提出的模型在精度和可解释性上均优于当前最先进的(state of the art)模型。
西北大学 信息科学与技术学院，陕西西安710127
针对目前的点云配准方法在处理秦俑等文物模型时不能很好地解决分辨率不匹配、点云部分重叠、噪声点较多等问题，提出一种基于动态图注意力机制的ResUNet配准模型。该模型将残差模块融入U-Net网络中，使用三维稀疏体素卷积计算点云特征，并引入一种新的归一化技术：批邻域归一化（Batch-Neighborhood Normalization， BNHN），来提高特征对于点密度变化的鲁棒性；为了进一步提高配准性能，该模型通过自注意力机制和交叉注意力机制聚合局部特征和上下文特征，最后结合随机抽样一致性算法来估计源点云与目标点云之间的变化矩阵，完成秦俑文物模型的鲁棒配准。为了验证本文方法的有效与鲁棒，使用四组数据集（3DMatch、3DLoMatch、分辨率不匹配的3DMatch数据集以及两组秦俑数据）对配准模型进行测试，实验结果表明，该算法在3DMatch数据集和3DLoMatch数据集上的配准召回率分别达到90.1%和61.0%；在分辨率不匹配的3DMatch数据集，相比与基于特征学习的配准算法，该算法在配准召回率上提升了5%~20%；在秦俑数据集上，相对旋转误差均小于0.071，相对平移误差均小于0.016，相较于同类算法减少了一个量级或几倍。因此，本文的模型能够提取三维点云的关键特征信息，并且对点密度和重叠度变化具有更高的鲁棒性。
点云配准 动态图注意力机制 低重叠点云 点密度变化 残差网络 point cloud registration dynamic graph attention mechanism point clouds with low overlap point density changes residual network 光学 精密工程
2022, 30(24): 3210
1 国网青海省电力信息通信公司，西宁081000
2 国网青海省电力公司，西宁081000
3 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
发送端光时域反射仪(OTDR)在线探测会影响业务信号，因此较少在实际工程应用。为探究发送端OTDR对业务信号光的具体影响，对OTDR的动态范围和光脉冲功率的关系进行了理论分析，基于200 Gb/s和2 Mb/s传输系统，对发送端OTDR在线探测对业务信号光的影响及其原因做了实验研究。实验结果表明：发送端OTDR在线探测对通信业务的影响与系统单波入纤光功率、OTDR的动态范围和系统余量有关，且发送端OTDR产生的强光脉冲光会导致业务信号的强度起伏和时域脉冲波动，从而影响业务通信。
光时域反射仪 动态范围 在线探测 光脉冲 optical time domain reflectometer dynamic range on-line detection optical pulse
1 军械工程学院 电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 清华大学 精密仪器系, 北京 100084
为探寻解决微/纳机电系统中摩擦和磨损等界面效应问题的理想新方法, 研究了石墨接触界面对石墨超润滑的影响及阻力来源。首先, 利用电子束曝光、反应离子束刻蚀等微加工方法制备了微米级石墨平台, 并使用微纳机械手推动石墨平台获得了具有超润滑特性的石墨表面。然后使用拉曼光谱、纳米级红外光谱和原子力显微镜对获得的超润滑石墨表面进行表征。最后使用了能谱仪对石墨平台进行了微区元素分析。结果表明, 超润滑石墨表面具有原子级光滑的平整度, 并具有极高的有序度, 而石墨表面的边缘具有多种缺陷并在加工过程中及大气环境中吸附了多种分子, 边缘的氧原子含量比面内氧原子含量高出了24.2%。推动石墨平台的过程中, 边缘吸附分子会阻碍超润滑石墨接触界面发生相对滑动, 克服这些分子的吸附需要能量, 这成为摩擦阻力的来源。
超润滑 光谱表征 拉曼光谱 红外光谱 石墨 Super lubrication spectral characterization Raman spectrum infrared spectrum graphite
1 汉口学院机电工程学院, 湖北 武汉 430212
2 武汉奥新科技有限公司, 湖北 武汉 430070
3 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
4 桂林激光通信研究所, 广西 桂林 5410004
设计了一种适用于任何形式的可调谐激光器的光学系统和测试系统,同时实现了对调制光栅Y型可调谐激光器(MGY)的封装,该系统由光源模块、准直透镜、隔离器、双面胶合棱镜、聚焦透镜、三棱镜、法布里-珀罗(F-P)标准具、以及光电探测器构成。利用法布里-珀罗标准具的滤波特性实现了可调谐激光器光学系统的波长锁定模块,分析了入射光线与标准具轴线之间夹角对透射谱峰值和自由光谱值(FSR)的影响,发现角度在1°以内,角度变化对锁波精度的影响非常显著,而对自由光谱值的影响非常小。结果表明:对于光通信可调谐激光器的锁波模块,可以通过旋转F-P标准具与入射光线之间的夹角使F-P标准具的透射波长与国际电信联盟(ITU-I)的标准信道一致,从而实现输出波长的锁定。
可调谐DBR激光器 光学系统设计 法布里-珀罗标准具 波长锁定 tunable DBR laser optical system design Fabry-Perot etalon wave locking
1 军械工程学院电子与光学工程系，石家庄 050003
2 清华大学精密仪器系，北京 100084
3 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
具有原子级光滑平面的石墨平台微结构是实现特殊功能微机电器件、微系统的重要基础。石墨微结构的化学信息表征对微机电器件、微系统的制备及性能有着重要的意义。先使用原子力显微镜获得形貌信息，再使用纳米级红外光谱对微结构的不同区域进行表征，获得了多个特征位置的红外光谱。通过对红外光谱的分析发现相对于其他位置，石墨平台表面具有非常有序的碳六元环结构，并且吸附的水分子最少。而石墨平台微结构的边缘由于悬键及微加工等原因是吸附水分子最多的位置，石墨基底由于微加工的破坏已经不具有碳六元环结构。这些信息为了解微结构的化学状态提供了帮助，明确所处环境对石墨平台微结构不同位置的影响，能够指导微机电器件的制备与应用。
微机电器件 红外光谱 纳米级 石墨微结构 MEMS device infrared spectroscopy nanoscale graphite microstructure
