1 兰考三农职业学院智能制造系，河南 开封 475300
2 大连理工大学郑州研究院，河南 郑州 450048
3 盾构及掘进技术国家重点实验室，河南 郑州 450001
以钻头W6Mo5Cr4V2高速钢为研究对象，分别以圆形与方形两类光斑实施激光熔覆，制得TiAlSiN涂层，比较涂层组织形态和力学性能特点。研究结果表明：涂层中存在BCC相与部分MC相，激光熔覆后生成了(Fe, Cr)固溶体。涂层中形成明显的胞状晶粒与许多弥散分布的细小颗粒物，方形光斑涂层形成许多不规则的树枝晶与颗粒形态的碳化物，提升了涂层均匀性。圆形光斑与方形光斑涂层达到比基体更大的硬度，方形光斑涂层比圆形光斑硬度更大，整体分布形态也更加均匀。圆形光斑涂层平均摩擦因数为0.72，方形光斑涂层平均摩擦因数为0.56；圆形光斑涂层呈现明显的黏着磨损特征，方形光斑涂层主要表现为磨粒磨损的特征。
激光熔覆 斑点 TiAlSiN涂层 耐磨性 laser cladding spots TiAlSiN coating wear resistance
金刚线断线检测是金刚线生产过程中的重要环节。针对现有接触式检测敏感度低、断线反馈滞后等问题，提出了一种基于机器视觉检测强光下金刚线反射的光斑点的非接触式断线检测方法。在金刚线光斑点检测的嵌入式平台上，针对传统图像处理的光斑点检测操作复杂、易受外部光照影响的局限性，研究了基于深度学习的光斑点目标检测，对多种Yolo系列模型进行了训练部署，针对原有模型网络层次较深、模型体积较大，在嵌入式设备中存在检测实时性较差的问题，提出了一种基于Yolox改进的轻量化目标光斑点检测模型MCA-Yolox，利用MobileNetV3轻量化特征提取网络替换Yolox模型的主干特征提取网络，对模型进行轻量化改进，然后利用深度可分离卷积和倒残差结构对加强特征提取网络进行了轻量化改进。结合CA注意力机制提高了轻量化模型的检测精度。最后，将改进后的模型部署于嵌入式平台。实验结果表明，改进后模型MCA-Yolox的大小和运算量减小到Yolox模型的1/3以下，与同样规模的Yolox-Tiny和Yolov4-Tiny相比具有更高的检测精度，模型的mAP提升了1%以上，加速优化后检测速度可达30 frame/s，提供了一种基于深度学习检测金刚线断线的完整工业检测方案。
机器视觉 金刚线 断线检测 光斑点 深度学习 嵌入式 machine vision diamond wire detection of broken wire light spot deep learning embedded type 光学 精密工程
2023, 31(15): 2260
1 中国科学院大学集成电路学院，北京 100049
2 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
3 上海信息技术研究中心，上海 201210
同步辐射光源产生超高速的衍射图像数据流，需要通过数据筛选降低数据传输和存储的压力。但互相竞争的研究小组不愿意分享数据，现有基于深度学习的筛选方法难以应对隐私保护下有效训练的挑战，因此首次将联邦学习技术应用在辐射光源衍射图像筛选中，通过数据和模型分离，实现隐私保护下的训练数据增广。提出筛选方法Federated Kullback-Leibler（FedKL），基于改进的KL散度和数据量权重，对全局模型更新进行改进，在获得高准确率的同时降低算法的复杂度，满足高速数据流高精度处理要求。针对异地光源多中心数据同步训练的困难，又提出同步和异步相结合的混合训练方式，在不降低模型识别准确率的同时，显著提升了模型的训练速度。在光源CXIDB-76公开数据集上的实验结果表明，相比FedAvg，FedKL能够提升准确率和F1分数，分别提升了25.2个百分点和0.419。
隐私保护 图像筛选 联邦学习 布拉格斑点 相对熵 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1010020
光学 精密工程
2022, 30(14): 1738
1 河北工业大学 机械工程学院，天津30040
2 河北省智能传感与人机融合重点实验室，天津300130
3 电工装备可靠性与智能化国家重点实验室，天津0012
4 河北工业大学 生物物理研究所，天津30001
针对数字液滴聚合酶链式反应（droplet digital Polymerase Chain Reaction， ddPCR）核酸检测中数字聚合酶链式反应由液滴数量多、尺寸小、排列紧密、荧光强度不均匀而导致的液滴难以计数问题，提出一种图像处理方法，基于灰度遍历法采集图像的信息，通过微分分析法对液滴进行分类和计数，可准确采集ddPCR实验的图像信息。通过卷积算法去除图像中的噪声，使用灰度分布均衡化法增强图像的对比度。以灰度遍历的方式将图像在逐个阈值下二值化，并以几何条件为限制统计液滴数量。通过微分分析法对数据进行分析，得出荧光液滴与全部液滴的计数结果。在以人类gDNA（genomic DNA）为检测样本的ddPCR实验中，该算法的平均检测准确率为99.36%，与商用仪器算法和同类算法相比分别提高了2.24%，2.53%。该方法为ddPCR实验提供了可靠的检测结果，可更好地适用于ddPCR实验。
荧光斑点检测 数字液滴PCR 核酸检测 图像处理 图像分析 fluorescent spot detection droplet digital PCR nucleic acid detection image processing image analysis
1 昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南 昆明 650504
2 四川大学计算机学院，四川 成都 610065
3 昆明医科大学第一附属医院医学影像科，云南 昆明 650504
医学超声图像中会不可避免地产生斑点噪声。为有效去除医学超声图像中的噪声，本研究团队提出了一种基于双注意力机制的医学超声图像降噪模型。首先，针对医学超声图像数量有限的问题，对伯克利分割数据集中的400张图像进行旋转和缩放，获得23700张自然图像，再通过斑点噪声模型对其添加斑点噪声来模拟超声图像；接着，在构建降噪模型过程中，针对传统卷积神经网络在特征提取时存在的一些不足，分别引入位置注意力机制、通道注意力机制和全卷积网络对现有模型进行改进，构建更优的超声图像降噪模型；最后，在模型训练过程中，为防止梯度消失引入了批量归一化操作。实验结果表明：从视觉观察效果和客观评价指标来看，所提模型对11张模拟超声图像和2张真实超声图像（物理体膜超声图像和肝脏超声图像）的去噪效果均优于对比模型。所提模型是一种有效的医学超声图像降噪模型，不仅有效降低了斑点噪声，还较好地保留了图像的细节信息。
图像处理 医学超声图像 斑点噪声模型 位置注意力机制 通道注意力机制 斑点噪声抑制 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0217001
1 宁夏大学,a.物理与电子电气工程学院
2 宁夏沙漠信息智能感知重点实验室, 银川 750021
3 宁夏大学,b.信息工程学院,银川 750021
针对遥感光学图像和SAR图像在配准过程中存在正确匹配点较少、配准精度低的问题, 提出一种结合P-M滤波及改进LSS的光学和SAR图像配准算法。首先, 利用各向异性方程扩散性滤除SAR图像的斑点噪声; 其次, 对于图像间显著的灰度差异, 利用提取的局部区域特征求取各个方向的自相似值, 确定主方向的特征方向, 结合特征梯度位置方向, 形成稳定局部自相似特征算子对图像进行配准。实验结果表明, 此算法在有效保留图像边缘信息的同时,对于光学图像和SAR图像之间的成像差异具有较好的鲁棒性,相较于同类配准算法, 配准精度提升近20%。
斑点噪声 灰度差异 各向异性滤波 自相似特征 配准 speckle noise gray difference anisotropic filtering self-similarity characteristics registration
1 钢铁研究总院, 北京 100081
2 阳江市五金刀剪产业技术研究院, 广东 阳江 529533
3 兰州理工大学, 甘肃 兰州 730050
在激光选区熔化技术中,激光-粉末的相互作用会对粉末特性产生重大影响,而在粉末循环使用过程中粉末特性的变化规律和演变机理尚不明确。本文利用激光粒度仪、扫描电子显微镜、能量色散型光谱仪研究了激光选区熔化粉末的粒径、物理特性、表面形貌、元素含量、微观组织在循环使用过程中的变化规律。研究结果表明:随着316L不锈钢粉末循环使用次数的增加,粉末的粒径分布、形貌、表面成分、表面微观组织和氧化程度都发生了较大变化;粉末的堆积特性如松装密度、振实密度、流动性也发生了不同程度的变化;另外,循环使用的粉末颗粒表面生成了富含硅、锰元素的圆形氧化斑点。本文将循环粉末中的异形颗粒分为两类——激光诱导熔池溅射颗粒和气体夹带诱导异形颗粒,并详细讨论了两类异形颗粒的形成机理。本文研究结果表明316L奥氏体不锈钢在循环使用过程中会产生弱磁性粉末颗粒。
激光技术 激光选区熔化 循环使用 氧化斑点 粉末特性 演变机理 中国激光
2021, 48(14): 1402009
昆明理工大学信息工程与自动化学院, 云南 昆明 650500
在医学超声成像技术中,成像设备、成像机制和检测对象的不均匀性等因素导致超声图像中存在斑点噪声和部分失真的问题,这不仅降低了超声图像的质量,也给临床医学的诊断增加了难度。为了有效地抑制超声图像中的斑点噪声,提出了一种基于反向传播(BP)神经网络的自适应双边滤波的超声图像降噪方法。该方法能够通过BP神经网络预测的局部区域与参考噪声区域之间的相似度值区分超声图像中的噪声区域与组织区域,再通过将BP神经网络预测的相似度值与双边滤波器相结合实现对超声图像的自适应滤波。该双边滤波器能够对超声图像中不同的区域进行有区别的滤波。对4幅超声图像(物理体膜超声图像、肝脏超声图像1、肝脏超声图像2和肾脏超声图像)进行实验,结果表明该方法可以较好地抑制超声图像中的斑点噪声并保留其边缘特征,也能够得到更高的信噪比和更优的视觉效果。
图像处理 超声图像 双边滤波器 自适应滤波 反向传播神经网络 斑点噪声抑制 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 241014
昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明 650093
分析透射电子衍射斑点图对于研究晶体结构十分重要,常通过对比法来分析衍射斑点图。本文介绍了单晶标准透射电子衍射斑点图的绘制原理,并绘制了正交晶系的标准衍射斑点图。完善了单晶标准衍射斑点图数据,为科研工作者提供了便利。
单晶衍射斑点 正交晶系 晶面指数 倒易矢量 single crystal diffraction spot orthorhombic system crystal plane index reciprocal vector
