烟草是我国重要的经济作物, 税收的重要来源, 为国家的经济发展做出了巨大贡献, 然而, 烟草病害严重影响烟叶产量与品质。 采用光谱分析技术对烟草病害进行早期防治具有非常重要的现实意义。 以接种烟草花叶病毒(TMV)与马铃薯Y病毒(PVY)的烟草为研究对象, 分别采集室内与室外培养的染病烟草叶片高光谱数据。 为实现对烟草病害的精准识别, 每隔两天对两种染病烟草进行光谱数据采集, 将每种病害数据详细地分成五个严重度等级, 最终获得1 697个在350~2 500 nm波段范围内的光谱数据。 为对烟草高光谱数据进行有效利用, 以支持向量机(SVM)为基础, 结合快速近邻波段选择算法(FNGBS)与归一化匹配滤波(NMFW), 提出一种聚类与排序相结合的波段选择算法(FNG-NMFW)。 FNG-NMFW首先采用FNGBS算法对烟草光谱进行精细分组, 再采用NMFW算法对各组波段进行排序以选择特征光谱, 实现烟草光谱特征提取与降维。 在波段选择的基础上, 采用SVM对烟草特征光谱进行分类, 最终实现高精度烟草病害检测。 研究结果显示: 该模型性能稳定, 在样本数量较少情况下, 即可实现TMV与PVY两种病害的高精度识别。 对于TMV1与TMV3, 该算法可以获得精度优于94%的检测结果, 对于PVY1与PVY3, 该算法精度接近90%, 表明该算法可有效完成两种病害早期的识别与预防工作。 与采用全波段光谱数据进行病害检测的模型相比, FNG-NMFW模型优势明显, 烟草病害检测结果总体精度达94.46%, 精度提高约1.5%, 检测时间由12.9 s缩短为1.1 s。

近年来,荧光显微成像技术由于良好的特异性、高的对比度和信噪比等性能优势,被广泛应用于生物物理学、神经科学、细胞学、分子生物学等生命科学研究的各个领域。然而,传统的荧光显微镜仍然存在分辨率、成像速度、成像视场、光毒性和光漂白等的相互限制,使其在亚细胞结构观测、活体生物超精密成像和分子结构研究领域的应用受到了极大阻碍。由于传统荧光显微镜的局限性,研究人员将目光投向了由数据驱动的深度学习方法。基于深度学习的显微镜的出现,丰富了现有的光学显微成像技术,大数据量的训练突破了传统光学显微镜所能够达到的功能和性能的疆界。本文聚焦基于深度学习的荧光显微成像技术,首先对深度学习的基本原理以及发展过程进行简要概述,随后针对深度学习在荧光显微成像领域近年来的国内外最新成果进行总结,之后通过与传统显微成像系统进行对比,阐述了深度学习在解决荧光显微成像问题上的优越性,最后对深度学习在显微成像技术上的应用前景进行了展望。

相比传统水下摄像机, 水下距离选通成像的作用距离可提高两三倍, 同时基于该技术可实现快速高分辨率三维成像, 在水底详查、避障导航、海洋科学研究、矿藏开发等方面具有广泛应用前景。虽然距离选通成像可通过空间切片的方式抑制水体的后向散射噪声, 实现感兴趣区较高质量的成像, 但是, 在选通图像中仍不可避免地存在空间切片水体的后向散射噪声, 导致图像信噪比和对比度降低, 尤其是对于远距离目标或低反射率目标。介绍了针对水下距离选通二维成像及三维成像去噪方面的技术研究。在二维成像方面, 一是采用双平台自适应增强算法提高图像对比度, 更好地满足人眼视觉要求; 二是采用参考水体去噪算法实现含目标图像的水体去噪, 提高信噪比。在三维成像方面, 针对距离能量相关三维成像, 一是利用参考水体去噪算法实现去噪三维重建, 二是采用双边滤波法对三维图像中数据空洞进行修复, 提高三维图像质量。所述四种方法可独立或联合用于水下距离选通成像的去噪增强, 提高水下距离选通成像技术的性能。

钙钛矿量子点因具有发光谱线窄、 发光效率高、 发光波长可调谐等优异的光学性能, 在照明、 显示、 激光和太阳能电池等领域得到了广泛研究。 然而, 钙钛矿材料的稳定性问题, 一直制约着其在光电器件中的应用。 其中, 钙钛矿材料在空气中受潮易分解的不稳定性尤为突出, 这将严重影响其发光性质。 为此, 研究人员采用多种手段来改善钙钛矿材料的稳定性。 目前, 常见的方法是将一些具有疏水性的聚合物材料（例如POSS, PMMA等）引入到钙钛矿纳米晶中, 或将钙钛矿纳米晶嵌入到介孔二氧化硅材料中, 避免钙钛矿纳米晶暴露于空气中破坏其结构, 以此来增强钙钛矿材料的发光稳定性。 此外, 钝化处理钙钛矿纳米晶表面, 也是改善钙钛矿发光稳定性的一种常用方法。 这些方法虽然在一定程度上可以改善钙钛矿的发光稳定性, 但是在与有机物合成的过程中不免会引入其他有机官能团, 介孔二氧化硅的引入, 其处理方式相对复杂, 而对钙钛矿纳米晶表面的钝化处理会破坏材料的原有结构。 以上问题, 都会影响钙钛矿的发光性质, 不利于其在光电器件中的应用。 硅（Si）具有低成本、 大尺寸、 高质量、 导电好等优点, 常被选作钙钛矿量子点光电器件的衬底材料。 但是, 由于Si衬底长时间暴露于空气, 其表面易形成一层具有硅烷醇基团（Si—OH）的亲水性薄膜, 这将对硅基钙钛矿器件的稳定性产生影响。 因此, 对Si表面进行钝化处理, 破坏其表面Si—OH键, 可以降低衬底表面的亲水性, 增强疏水性, 从而提高钙钛矿材料在器件中的稳定性。 本研究使用氢氟酸（HF）对Si衬底表面进行钝化处理, 发现钝化处理后的Si衬底表面与水的接触角由50.4°逐渐增大至87.7°, 表明Si衬底表面由亲水性逐渐转变为疏水性。 利用场致发射扫描电子显微镜(FE-SEM)测试发现, 钝化处理后的Si衬底表面变粗糙, 并且其表面上的CsPbBr3量子点(CsPbBr3 QDs)相对于未处理表面的分散性较好。 利用光致发光(PL)光谱研究不同钝化处理时间的Si衬底表面上的CsPbBr3 QDs薄膜的发光性质。 其中, 处理与未处理的Si衬底表面上CsPbBr3QDs薄膜的PL积分强度随功率变化拟合值分别为1.12和1.203, 表明其发光机制为激子发光。 温度依赖性的PL光谱分析显示, 随着温度的升高（10～300 K）, 由于晶格热膨胀使CsPbBr3 QDs带隙增大, 发光峰位逐渐蓝移。 并且, 随着衬底钝化处理时间的增加, CsPbBr3 QDs薄膜的发光热稳定性逐渐增强, 最佳热稳定性可达220 K。 而时间依赖性的PL光谱则进一步说明, 钝化处理后的Si衬底表面CsPbBr3QDs薄膜发光的时间稳定性逐渐增强, 最高发光时间稳定性可达15 d。 因此, 通过简单而有效的对Si衬底表面进行钝化处理, 可以有效减少了Si表面亲水基团, 提高CsPbBr3QDs薄膜的发光稳定性, 为增强钙钛矿量子点在光电器件中的稳定性应用提供了新的研究思路。