1 北京理工大学医学技术学院，北京 100081
2 北京理工大学自动化学院，北京 100081
3 中国船舶集团有限公司系统工程研究院，北京 100094
4 北京理工大学集成电路与电子学院，北京 100081
长时程细胞成像及分析在生物医学研究中具有重要意义。然而，由于荧光显微镜存在光漂白和光毒性等问题，其应用受到一定限制。非标记成像技术为克服这些限制提供了可行的解决方案。研究了干涉光谱分析技术作为解决非标记长时程活细胞监测问题的潜在方法，并提出了一种基于高光谱干涉重构的非标记定量显微成像技术。通过建立描述干涉信号的数学模型，设计样本定量重构算法，从而获取活细胞纳米结构和干质量分布的定量信息。系统采用自反射式干涉结构，不依赖复杂的光学调制元件，结构简单、操作便捷。此外，本文还在光学显微成像的基础上集成了具有细胞培养能力的微型细胞培养箱，实现了原位长时程成像。利用该系统，研究了不同细胞全细胞周期内的纳米结构定量和干质量变化，展示了本工作在生物医学领域的应用潜力。
计算成像 定量干涉 非标记成像 纳米级精度 原位细胞监测
1 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610299
2 中国科学院大学，北京 100049
冰湖溃决洪水是一种严重的山地自然灾害，威胁着中国高寒区的居民及铁路公路等重要基础设施，自动高效的冰湖遥感制图方法是冰湖灾害评估、监测预警的基础，然而现有自动制图方法在实际冰湖提取应用上难以达到传统人工和半自动冰湖提取方法上的精度，仍需进一步提高。文章在原生U-Net模型基础上，在各桥连接部分融合极化自注意力机制，将输入影像特征分别在空间和通道层保持高分辨率，并通过非线性合成输出细腻的特征，构建了一种改进的U-Net冰湖遥感深度学习制图方法，并将其成功应用在高原铁路关键区。研究结果表明：1）与PSPNet、DeepLabV3+、原生U-Net三种经典模型相比，改进模型在冰湖预测数据集上的各项指标上都有提升，精确率、召回率、交并比和F1值分别达到了0.972 5、0.966 5、0.940 8和0.969 4，相较于原生U-Net网络，精确度、召回率、交并比和F1值分别提高了5.01%、6.05%、10.73%和5.53%；2）基于Landsat-8卫星遥感数据，应用改进模型完成了2013—2022年帕隆藏布和易贡藏布案例区冰湖信息自动高效提取，如2020年冰湖总体精度为98.16%，与参照数据的重叠度达到96.66%，提取的精度满足冰湖灾害评估和监测预警研究需求，可用于铁路等重大工程沿线冰湖灾害防治的实践。
遥感监测 冰湖灾害 深度学习 自注意力机制 U-Net卷积神经网络 remote sensing monitoring glacial lake disaster deep learning self-attention mechanism U-Net
1 应急管理部国家减灾中心，北京 100124
2 北京林业大学水土保持学院，北京 100083
3 中国农业大学土地科学与技术学院，北京 100091
利用卫星遥感技术开展铁路灾害监测与评估，对于保障铁路建设和运行安全、提升铁路防灾减灾救灾能力具有重要意义。通过分析当前铁路灾害卫星遥感应用存在的问题，结合中国卫星遥感发展和新时代应急管理工作实际，探讨了卫星遥感技术在铁路减灾、备灾、应急和恢复重建等灾害管理全过程中的实践应用需求。针对影响铁路安全的主要灾害，分析总结了卫星遥感监测与评估技术在铁路应急管理中的应用方法和应用能力。针对洪涝、地质、森林火灾和雪灾等典型灾害实例，建立卫星遥感监测评估铁路灾害的技术流程，进一步分析卫星遥感对于铁路灾害应急管理的作用效果。结果表明：卫星遥感技术能够实现铁路主要灾害的灾前风险监测和灾后损失评估，可有效支撑铁路的全过程灾害管理。通过多手段的融合运用和动态监测能提升遥感信息的决策支持作用，使其在铁路灾害的应急管理中有着广阔的应用前景。
铁路 卫星遥感 自然灾害 灾害监测 灾害评估 railways satellite remote sensing natural disasters disaster monitoring disaster evaluation
南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094
在激光粉末床熔融（LPBF）成形过程中，存在由热应力引起的翘曲变形，严重影响零件精度与性能。为了探究熔池辐射光信号与LPBF工艺中的翘曲变形过程的关联关系，为基于熔池辐射光采集的翘曲缺陷监测提供支持，设置了一组实验，成形了翘曲与非翘曲试样，基于统计学方法分析了翘曲与未翘曲试样成形过程中熔池辐射光信号的特性。结果表明，未翘曲变形试样的光强分布较为均匀，无明显梯度，而翘曲变形试样在翘曲区域出现了明显的光强下降。对于翘曲变形的试样，在悬垂层变形尚未发生时，区域光强均值存在较大极差。翘曲试样与未翘曲试样的光强值层间演化趋势不同。随着成形层数的增加，悬垂结构对光强信号的影响逐渐减小，第5层后光强趋于稳定。
激光技术 激光粉末床熔融 翘曲变形 过程监测 熔池辐射光 中国激光
2024, 51(16): 1602306
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中航凯迈(上海)红外科技有限公司, 上海 201306
3 中国人民解放军32031部队, 河南 开封 475000
为了实现可见光波段多路不同波长激光的周期性闭环校正，设计了一种具有光束指向和位置偏差独立监测与调节的激光合束系统。首先，根据系统的应用需求，提出了合束系统的设计指标与整体合束方案。然后，在合束方案的基础上，建立了合束系统的光束控制模型，并通过数值仿真得到了合束系统光束控制的解算方法。闭环合束系统通过光束指向和位置监测装置分别实现合束激光指向偏差与位置偏差的独立监测，并根据监测结果进行光束调节装置控制量的解算；进而通过两维摆镜和一维平移台分别实现光束指向和位置偏差的独立高效调节。最后，采用两路不同波长的激光束，配合光束监测与调节装置，搭建了闭环合束模拟实验平台，对周期性闭环合束系统的合束效果进行了验证。实验结果表明：在长时间的工作过程中，两路激光均实现了与基准光路的精密合束，合束指向精度优于±7 μrad，位置精度优于±0.84 mm。本研究所组建的激光合束系统不仅具有合束精度高、校正速度快、光路扩展性强的优势，而且可实现激光束的周期性闭环校正，能够有效保证合束激光的长期工作稳定性。
激光合束 光束监测 光束控制 指向偏差 位置偏差 laser beam combining beam monitoring beam control beam direction deviation beam positional deviation
1 重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065
2 重庆理工大学光纤传感与光电检测重庆市重点实验室，重庆 400054
提出一种反射式微纳光纤耦合器传感膜片，以实现高精度、连续和无创血压监测。该传感膜片由反射式微纳光纤耦合器、聚二甲基硅氧烷薄膜和环氧树脂基底组成，具有很高的压力灵敏度（-0.682 kPa-1），且无需精确空间对准即可实现脉搏波检测；然后，构建双通道脉搏波检测系统，以获得肱动脉传导时间、桡动脉传导时间以及桡动脉和肱动脉之间的传导时间差值；基于上述参量，利用支持向量回归算法建立血压预测模型。实验结果表明，所提系统的收缩压平均偏差和标准偏差分别为0.08 mmHg和1.13 mmHg，舒张压的平均偏差和标准偏差分别为-0.35 mmHg和1.25 mmHg，符合美国医学仪器促进协会的标准，与其他类型的传感器相比，所提系统的准确度有明显提高。使用该系统监测一天内以及运动时的血压波动，结果表明该系统在连续精准测量血压方面具有可行性及很大的应用潜力。
传感器 血压监测 微纳光纤耦合器 人体脉搏波 支持向量回归
南京邮电大学地理与生物信息学院，江苏 南京 210023
针对传统变形监测中整体变形模型无法有效提供监测对象局部独特详细变形信息的不足，基于地面三维激光扫描技术提出一种包含元变形、子变形、变形图的三层混合变形模型，并设计了一种基于单元的变形计算方法。该方法主要包括单元分割、变形估计、变形融合等3方面内容，可以实现无先验监测信息条件下，自动增量地提取不同尺度的变形信息。模拟实验结果表明，在该方法下，RANSAC算法的平面拟合回归估计角度变化误差均值为1.21″，估计可靠性在一定范围内随单元大小增大而提高；滑坡实验结果表明，最小值法位移估计结果噪声更少，0.2 m单元大小分割可以提供更多的变形估计细节。所提方法尤其适用于具有非均匀变形特性的监测领域，对推动滑坡等人员难以到达的灾害监测从“点监测”向“面监测”的转变具有一定的理论与实际意义。
测量 激光扫描 变形监测 混合模型 三维分割 变形估计 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812009
辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010602
