1 北京信息科技大学 机械工业现代光电测试技术重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
为了线结构光平面标定的准确性和高效性，以及提高线结构光平面标定方法的普适性，提出了一种基于2维圆形标靶的线结构光平面标定方法。采用光条提取算法得到照射在2维圆形标定靶任意位置处光条中心点的亚像素坐标值，将光条上所有点拟合成直线，交圆形标定靶每列靶标连线于一点; 得到每列靶标连线与拟合出的光条中心线交点后，连接交点与相机光学中心形成一条直线; 联立该连线的直线方程与像素坐标系下两条交线的直线方程，以及2维圆形标定靶所在平面的方程，求解出每个交点在相机坐标系下的坐标; 最后采用最小二乘拟合算法进行平面拟合，得到了所求光平面方程; 介绍了该标定方法的基本原理和实现过程，搭建实验系统对其有效性进行了验证。结果表明，用该方法求取光平面的平均测量误差可以达到2.36737 mm，鲁棒性高，且标定流程十分简便，适用于一般的工程应用和机械加工过程。该研究为线结构光传感器的光平面标定提供了参考。
图像处理 线结构光平面标定 光电视觉检测 机器视觉 image processing linear structured light plane calibration optoelectronic vision inspection machine vision
1 北京信息科技大学 机械工业现代光电测试技术重点实验室， 北京 100192
2 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室， 北京 100192
在对传送带上物体进行三维扫描成像过程中，位移标定方法的便捷性、准确性对于最终的成像精度和效率有非常重要的影响，但传统的位移标定方法需要已知位移平台或者传送带的运动速度或严格控制两次标定图片中标定板之间的精确位移，使得标定过程较为复杂。论文提出了一种专门用于传送带上物体测量的线结构光三维扫描成像系统的位移标定方法。只需要采集一系列标定板随传送带移动的位移标定图片，从中提取两张帧数间隔大于1的图片并记录对应的帧数，即可对单帧位移进行标定。介绍了该标定方法的基本原理和实现方法，搭建了线扫描单目成像系统，并对双阶梯型精度块进行了三维重建。实验结果表明，方法原理简单，操作便捷，测量速度更快且重建误差小于0.3mm，适用于以传送带作为主要运输工具的各个领域的实时三维测量。
位移标定 传送带 线结构光 三维成像 displacement calibration conveyor belt linear structured light three-dimensional imaging
陈丽 1,2,3李临寒 1,2,3王世勇 1,3,*高思莉 1,3,*叶祥舟 1,2,3
1 中国科学院 上海技术物理研究所，上海200083
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 红外探测与成像技术重点实验室，上海20008
针对现有遥感船舶数据集均为裁剪后的图像，用数据集训练的检测算法直接运用于卫星图像原始尺度时检测效果较差的问题，建立了可见光和近红外4个波段的多光谱卫星船舶数据集MMShip，数据集同时包含卫星图像的原始尺度数据和切割后的小尺度船舶数据。本数据集引入多波段信息，弥补现有数据集多为可见光图像，而可见光容易受到光照条件等影响的缺点。在全球海域内下载云量低于3的Sentinel-2卫星图像，进行大气校正后只选取10 m分辨率的红绿蓝和近红外4个波段，以景为单位筛选出包含有船舶的图像。把筛选后的图像按无重叠的方式切分为512×512，剔除其中不包含船舶目标的图像。然后，使用LabelImage软件对小尺度数据进行了水平框标注，再将标注数据反推至原始尺度得到原始尺度下的标注信息。最后，利用几种典型的检测算法在切割后的MMShip小尺度数据集上进行了可见光、近红外、多光谱对比实验。构建了一个涵盖不同场景的多光谱卫星船舶目标数据集，包含497景原始尺度标注数据和裁剪后的5 016组船舶目标图像。对比实验验证了近红外波段信息的补充有助于提高船舶目标检测算法的精度。多光谱船舶数据集MMShip可用于卫星图像尺度和普通图像尺度的多光谱船舶目标检测算法研究。
多光谱遥感 数据集 船舶目标 Sentinel-2 multispectral remote sensing ship dataset ship detection Sentinel-2 光学 精密工程
2023, 31(13): 1962
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
近年来深度卷积神经网络在可见光船舶检测方面取得了显著的进展, 然而, 大多数相关研究是通过改进大型的网络结构来提高检测性能, 因此加大了对更高计算机性能的需求。 此外, 可见光图像难以在云、 雾、 海杂波、 黑夜等复杂场景检测到船舶。 针对以上问题, 提出了一种融合红(red, R)、 绿(green, G)、 蓝(blue, B)和近红外(NIR)4个波段光谱信息的由粗到精细的轻量型船舶检测算法。 与现有的方法中根据光谱特性利用水体检测算法提取水体区域不同之处是该算法是利用改进的水体检测算法来提取船舶候选区域。 为获取更准确的候选区域, 对船舶、 厚云、 薄云、 平静海面、 杂波海面5种场景中4个波段的像素值进行了统计分析, 选取近红外大于阈值作为辅助判断, 并以其中心点获取候选区域32×32大小的切片, 并对切片进行非极大值抑制, 由此获得了船舶粗检测结果。 随后构建了轻量级LSGFNet网络对船舶候选区域切片进行精细识别。 构建的网络融合了1×1卷积提取的波谱特征与3×3的提取几何特征, 为防止光谱特征与几何特征的信息在融合时“信息不流通”, 在LSGFNet网络中引入了ShuffleNet中的通道打乱机制, 并减小了模型结构, 与典型的轻量级网络相比具有更好的效果且模型较小。 最后, 利用Sentinel-2卫星多光谱10 m分辨率数据构建了512×512大小的1 120组数据进行粗检测, 以及32×32大小的6 014组数据进行精细网络训练, 其中候选区域粗提取的查全率为98.99%, 精细识别网络精确度为96.04%, 不同场景下的平均精确度为92.98%。 实验表明该算法在抑制云层、 海浪杂波等干扰的复杂背景下具有较高的检测效率, 且训练时间短、 计算机性能需求低。
多光谱 水体指数法 轻量级网络 Multispectral Water index method Lightweight network Sentinel-2 Sentinel-2 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2862
华侨大学信息科学与工程学院, 福建省光传输与变换重点实验室, 福建 厦门 361021
由于随机散射效应,相干光束经过强散射介质后,出射光场变成光强呈无序分布的散斑场,因此无法直接从出射场获取入射光的信息。然而,在随机散射过程中,出射散斑场仍然携带着入射光场信息。从散斑场中获取原始信息以实现物体的重建是一个备受关注的研究课题。研究人员针对该问题提出了包括散斑相关、传输矩阵、波前调控及时间反演与相位共轭等技术。着重介绍了基于相关全息原理的散射成像技术,主要包括其原理、发展历史以及最新的研究进展,并对该技术的未来发展趋势进行了展望。
成像系统 散射成像 相关全息 散射介质 散斑场 激光与光电子学进展
2021, 58(2): 0200001
Author Affiliations
Abstract
1 College of Information Science and Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China
2 Department of Physics, Indian Institute of Technology (BHU), Varanasi 221005, Uttar Pradesh, India
3 CREOL, College of Optics and Photonics, University of Central Florida, Orlando, FL 32816-2700, USA
4 Fujian Provincial Key Laboratory of Light Propagation and Transformation, Huaqiao University, Xiamen 361021, China
Encoding information using the topological charge of vortex beams has been proposed for optical communications. The conservation of the topological charge on propagation and the detection of the topological charge by a receiver are significant in these applications and have been well established in free-space. However, when vortex beams enter a diffuser, the wavefront is distorted, leading to a challenge in the conservation and detection of the topological charge. Here, we present a technique to measure the value of the topological charge of a vortex beam obscured in the randomly scattered light. The results of the numerical simulations and experiments are presented and are in good agreement. In particular, only a single-shot measurement is required to detect the topological charge of vortex beams, indicating that the method is applicable to a dynamic diffuser.
intensity correlation vortex beam scattering Chinese Optics Letters
2021, 19(2): 022603
1 华南师范大学物理与电信工程学院，广州 510006
2 广东工业大学物理与光电工程学院，广州 510006
为了增强光敏剂光动力治疗白血病的效果，研究由肿瘤靶向性分子叶酸(FA)修饰、壳聚糖纳米粒子(CS-NP)包裹 Fe-TiO2形成的复合纳米颗粒 FA-CS@Fe-TiO2对 HL60细胞的光催化灭活作用。通过溶胶 -凝胶法、两步法以及表面修饰等方法制备了 FA-CS@Fe-TiO2纳米颗粒，并利用 X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱等分析手段对纳米颗粒进行了表征。使用 CCK-8法、活性氧含量分析法对复合纳米颗粒 FA-CS@Fe-TiO2光催化灭活 HL60细胞的作用机理进行了分析。细胞试验结果表明，在非光照条件下，壳聚糖(CS)本身对细胞的生长无明显抑制作用，且在低质量浓度(5 μg/mL)时对细胞生长有一定的促进作用。相比 Fe-TiO2和 FA-CS@ Fe-TiO2纳米材料， CS@Fe-TiO2的毒性要明显降低，即使在 160 μg/mL的高质量浓度作用下， CS@Fe-TiO2(3:2)作用后的 HL60细胞相对存活率仍可高达 85%，说明 CS的包裹能提高 Fe-TiO2的生物相容性。光动力疗法(PDT)试验表明， FA的修饰可以显著提高 HL60细胞对复合纳米颗粒的摄取，增强复合纳米颗粒对 HL60细胞的灭活效率， FA-CS@Fe-TiO2的最高 PDT灭活效率为 78.75%。该研究为光动力疗法治疗白血病肿瘤细胞的临床应用提供了参考。
肿瘤分子靶向 生物相容性 光动力疗法 HL60细胞 FA-CS@Fe-TiO2 FA-CS@Fe-TiO2 tumor molecular targeting biocompatibility photodynamic therapy HL60 cells
1 华南师范大学物理与电信工程学院, 广州 510006
2 广东工业大学物理与光电工程学院, 广州510006
本文通过溶胶-凝胶法制备了BiFeO3@TiO2复合纳米颗粒, 利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、荧光发光光谱等对纳米颗粒进行表征。研究采用Cell Counting Kit-8(CCK-8)法分别检测了在暗室条件、光照条件以及不同强度的弱稳恒磁场作用下, 用终值质量浓度为50 μg/mL纳米颗粒处理HL60细胞活性, 试验结果表明: 在暗室条件下, 药物质量浓度为50 μg/mL,与HL60细胞共同孵育12 h后, BiFeO3@TiO2复合纳米颗粒随着TiO2外壳厚度增加, 细胞的暗室相对存活率从78%增加到85%; 在光照条件下, 有弱稳恒磁场作用的BiFeO3与TiO2质量比为1∶2的BiFeO3@TiO2复合纳米颗粒对HL60细胞的PDT灭活效率最高达到78%, 弱稳恒磁场环境增强了对HL60细胞的PDT灭活效率, 这为对弱稳恒磁场环境下的光动力疗法治疗白血病肿瘤细胞的临床应用提供了参考。
BiFeO3@TiO2复合纳米颗粒 弱稳恒磁场 光动力疗法 HL60细胞 BiFeO3@TiO2 composites nanoparticles weak stable magnetic field photodynamic therapy HL60 cells
1 吉林化工学院石油化工学院, 吉林 132022
2 东北电力大学化学工程学院, 吉林 132012
本文采用还原氛下的高温固相法合成了荧光粉Sr5(PO4)3F∶Eu2+并对其性能进行了表征, 同时研究了助熔剂硼酸对该荧光粉的影响。结果表明: 在1200 ℃还原氛下制得的荧光粉Sr5(PO4)3F∶Eu2+, 激发峰位于418 nm, 发射峰位于524 nm, 是能与近紫外光LED相匹配的蓝绿色荧光粉。Eu2+的最佳掺杂浓度为 15mol%, 对应的色坐标为(0.2871, 0.4036)。添加助熔剂H3BO3可以使荧光粉Sr5(PO4)3F∶Eu2+的合成温度由1200 ℃降低到1100 ℃, 最佳掺杂浓度为5wt%, 同时可以增加荧光粉的发光强度。
蓝绿色荧光粉 光谱性能 紫外光激发 Sr5(PD4)3F∶Eu2+ Sr5(PO4)3F∶Eu2+ green-blue phosphor luminescent property ultraviblet light excitation
