光声成像技术结合光学的高对比度、高分辨率和声学的高穿透深度，已经发展成为一项独具优势的无损检测与成像技术。光声成像技术利用光声效应产生的超声信号解析深度信息，从而在三维空间对被测对象进行定位。在文物保护领域，制作文物的各种材料具有不同的光学吸收特性，在激光的激励下，产生并向外辐射幅值和频率不同的超声信号。超声信号的典型特征兼具鉴别材料类型和识别表面缺陷的功能，因此光声成像技术在文物保护领域具有应用价值。分类概述了现有的光声成像技术，阐述了光声成像技术在文物保护领域的发展现状及局限性，最后总结展望了光声成像技术在该领域的发展前景。
光学检测 光声成像 超声波 文物特征信息检测 文物保护 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2400005
暨南大学信息科学技术学院，广东 广州 510632
针对现有语义分割网络模型难以在参数量、推理速度和精确度中取得平衡的问题，设计了一种多尺度特征信息融合的轻量级网络模型（MIFNet）。MIFNet采用编码-解码结构，在编码部分利用分离策略和非对称卷积设计了轻量型特征提取瓶颈结构，且引入空间注意力机制与Laplace边缘检测算子组成边缘-空间融合模块，将空间信息和边缘信息进行融合得到丰富的特征信息。在解码部分引入通道注意力机制恢复特征图尺寸和细节信息完成语义分割。在Cityscapes和CamVid测试集上，MIFNet仅以0.82 M的参数量分别取得了73.1%和67.7% 的分割精度，同时在单个GTX 1080Ti GPU下分别获得73.68 frame/s和85.16 frame/s的推理速度，表明该方法在参数量、推理速度和精确度3个指标上得到较好平衡，实现了轻量、快速、精准的语义分割。
图像处理 实时语义分割 Laplace边缘检测 注意力机制 多尺度特征信息融合 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1210006
1 浙大城市学院计算机与计算科学学院, 浙江 杭州 310015
2 浙江大学控制科学与工程学院, 工业控制技术国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
太赫兹波在电磁波谱中介于微波和红外辐射之间, 具有指纹特性、 安全无损、 强穿透性等特点, 因此太赫兹光谱技术在药品成分和组成检测领域具有广泛应用价值。 针对高纯度物质识别研究中存在部分弱吸收峰不易识别, 以及混合物的太赫兹光谱中吸收峰强度降低而导致吸收峰位信息模糊化的问题, 提出了一种基于离散极大值法的光谱吸收峰位识别方法, 即伴随拐点法。 伴随拐点法首先利用目标检测物太赫兹吸收系数谱图的一阶和二阶导数确定吸收峰位的伴随拐点和基线谱, 其次将原始吸收光谱与基线谱进行差分运算得到差谱, 最后根据离散极大值法确定吸收峰位, 从而实现特征吸收峰的识别。 为验证伴随拐点法的有效性, 采用伴随拐点法对四种硝基呋喃类样品光谱进行吸收峰提取, 并将吸收峰位识别结果与仿真结果进行比较。 实验结果证明, 伴随拐点法能有效识别目标检测物的强吸收峰和弱吸收峰。 该方法不仅在含峰目标物的太赫兹特征吸收峰识别问题中具有广泛的应用前景, 还适用于其他光谱的谱峰峰位检测。
太赫兹时域光谱 特征吸收峰识别 光谱吸收峰 光谱特征信息 Terahertz absorption coefficient spectrum Absorption peak recognition Discrete local maximum method Adjoint inflection point method 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3058
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院，太原 030024
3 代尔夫特理工大学机械海运与材料工程学院，荷兰代尔夫特 2600
4 山西中聚晶科半导体有限公司，晋中 030600
工业生产蓝宝石晶体过程中，引晶步骤有着至关重要的地位。引晶必须在温度梯度较小，温度分布趋于稳定的条件下进行。目前，工业生产蓝宝石主要依靠人工经验操控籽晶杆实现引晶操作，但是人工引晶操作的准确性不高会导致成品品质不佳、资源浪费。为此，本文提出一种基于蓝宝石视觉辐条图案识别方法来检测蓝宝石熔体状态自由液面状态，从而实现一种高效率引晶的机制。此方法利用经典骨架化算法细化辐条图案，Harris算子实现特征信息的提取，提取的特征信息放入运动轨迹模型中判断熔体稳定性，分析液面温度分布稳定性从而实现引晶。结果表明，此算法具有有效性，蓝宝石晶体引晶效率大大提高，生产出的成品良率也有提升，可有效指导蓝宝石的工业生产。
蓝宝石 引晶 温度梯度 辐条图案 图案识别 运动轨迹 骨架化算法 特征信息 sapphire seeding temperature gradient spoke pattern pattern recognition motion trace skeletonization algorithm feature information
1 四川大学计算机学院, 四川 成都 610065
2 四川大学视觉合成图形图像技术国防重点学科实验室, 四川 成都 610065
相位展开作为三维(3D)测量技术中的关键环节,其解析精度直接影响3D建模的精度。由于存在欠采样和相位不连续等问题,故传统空间相位展开难以得到正确的相位信息,而时间相位展开又需要额外的信息辅助。针对复杂场景中的3D人脸建模,提出了基于多尺度注意力机制的相位展开网络。在所提网络中,利用编码器-解码器结构融合多尺度特征,并在解码网络中嵌入注意力子网络以获取上下文信息。构建一个包含5000组样本的FACE数据集和一个包含100组样本的MASK数据集,每组样本均包含截断相位和连续相位的真值,这些真值可用于相位展开的训练及测试。所提网络在FACE数据集和MASK数据集上的均方根误差分别为0.0387 rad和0.0273 rad,结构相似性分别为0.9850和0.9793。在欠采样、相位不连续等区域中,所提网络可快速准确地提取相位特征,进而保证了相位展开的正确性。最后,通过对比实验证实了所提网络的有效性和可行性。
测量 三维人脸建模 相位展开 多尺度注意力机制融合 上下文特征信息 编码器-解码器结构
1 陕西科技大学电子信息与人工智能学院, 陕西 西安 710021
2 日本爱知县立大学信息科学学院, 爱知 长久手 480-1198
针对现有基于深度卷积神经网络模型的图像超分辨重建技术存在图像特征提取尺度单一和中间层次特征利用不充分等问题,提出了一种多尺度残差聚合特征网络模型。首先,该模型利用不同扩展系数的扩展卷积和残差连接设计了一种混合扩展卷积残差块(HERB),有效地提取到图像多个尺度的特征信息;其次,引入了一种特征聚合机制(AM),解决了网络中间层次特征利用不充分的问题。在常用的5种数据集上进行的实验结果表明,所提网络模型在主观视觉效果和客观评价指标上都比其他模型具有更好的性能。
图像处理 超分辨重建 多尺度特征信息 扩展卷积 残差连接 聚合机制 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2410011
1 辽宁工程技术大学电子与信息工程学院, 辽宁 葫芦岛 125105
2 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室, 辽宁 沈阳 110016
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院, 辽宁 沈阳 110016
针对ELAS(Efficient Large-Scale Stereo Matching)算法视差图条纹明显且具有空洞区域的问题,提出一种匹配窗口特性与微分特性相结合的局部立体匹配算法,增强描述子对点特征信息的描述能力,为待匹配点提供更有区分度的相似性度量。先根据彩色图像的经典自适应算法,从空间上提出适应于灰度图像的窗口描述子,依据图像信号的特点,从像素层面上选择平滑性更小的微分算子。再将匹配窗口与微分算子相结合,获得比只使用两者之一更强的特性信息描述能力。最后进行标准数据集的客观检验与自采集图像的主观评价,结果表明该算法具有较强的鲁棒性和更高的匹配精度,明显改善了原匹配策略视差图中出现条纹及空洞的现象。
机器视觉 立体匹配 特征信息描述 匹配描述子 水下图像 激光与光电子学进展
2020, 57(8): 081504
中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室, 北京 100083
土壤受重金属污染后, 会影响农作物及食品安全, 危及人体健康, 因此寻找快速、 高效甄测土壤重金属污染信息的方法尤为关键。 传统化学分析方法存在过程繁杂、 费时耗力等缺点, 而高光谱遥感因光谱分辨率高、 信息量大、 快速无损等特点在环境监测等应用方面优势明显。 由于电磁遥感信号反射、 辐射过程复杂, 通过仪器获取的土壤高光谱数据难以直接解析出重金属污染信息, 因而, 研究并寻求一种能够有效挖掘土壤重金属污染信息的方法对高光谱遥感监测污染意义重大。 不同浓度铜(Cu)污染会使土壤理化性质改变, 引发土壤光谱产生微弱变化, 该研究目的是对Cu污染土壤光谱的特征及弱差信息进行识别、 提取与分析, 进而挖掘光谱中的重金属污染信息。 采用包络线去除(CR)对光谱进行预处理, 通过定义局部极大值均值(LMM)与半波高(HWH), 结合时频分析的短时傅里叶变换(STFT)及能量谱密度(PSD), 构建LH-PSD甄测模型。 通过模型对极相似土壤光谱进行处理, 所获PSD分布图使光谱间的微弱差异可视化显现, 并显著区分了相似光谱, 验证了模型对光谱特征及弱差信息的甄别能力和有效性。 同时应用该模型, 对不同Cu污染梯度的土壤实验光谱进行重金属污染信息的提取与分析, 研究结果表明, LH-PSD甄测模型中, LMM与HWH可有效提取光谱间差异特征并以阶梯状显现。 经模型处理后得到的可视化PSD分布图能直观定性判别土壤是否受重金属Cu污染, 即当土壤受重金属Cu污染后, 相同采样频数下, 在频率为100与600 Hz附近PSD分布会出现明显空缺分离, 随着Cu污染浓度的增加, 在100~600 Hz之间PSD的分布呈逐渐稀疏态势。 能量值E可定量化监测土壤Cu污染程度, 即随着土壤中Cu污染浓度的增加, E值呈下降趋势, 且与Cu含量的相关系数达到-0.910 5, 显著相关。 为检验模型的可靠性, 研究结合栽种玉米作物的土壤光谱, 经LH-PSD甄测模型对其进行分析, 所得可视化的PSD分布图结果与实验分析中基本一致, 且能量值E的监测结果与土壤中Cu含量相关系数达到-0.973 9, 相关性显著, 验证了模型的可靠性。 因此, LH-PSD甄测模型实现了对土壤光谱从光谱域到时频域的甄析, 为深度挖掘重金属污染的光谱特征及弱差信息提供一种新思路。
高光谱遥感 重金属污染 特征信息 甄测模型 土壤污染监测 Hyperspectral remote sensing Heavy metal pollution Characteristic information Analysis model Soil pollution monitoring 光谱学与光谱分析
2019, 39(7): 2228
多雷达多目标航迹关联算法大多量测数据中因信息贫瘠的原因导致雷达目标航迹关联精确度较差、性能较低等一系列问题。基于灰色关联分析理论的航迹关联算法，分析研究了综合性线段Hausdorff距离(LHD)灰色关联方面的理论，并将其用在雷达航迹关联领域。通过仿真证明，该算法能够综合考虑航迹之间的距离远近度和2条航迹曲线的拟合度。特征辅助信息不仅可以用于数据关联，也可以用在航迹关联方面。提出基于目标特征辅助信息的序贯灰色关联算法，仿真证明该算法与传统灰色关联算法相比精确度较高，能够在工程实践中提高关联概率。
灰色关联 航迹关联 特征信息 雷达目标跟踪 杂波环境 grey association track association feature information radar target tracking clutter environment 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(6): 1022
