聚焦部分相干平顶涡旋光束对瑞利粒子的捕获

基于广义惠更斯-菲涅尔原理和瑞利散射理论,推导了聚焦部分相干平顶涡旋(partially coherent flat-topped vortex, PCFTV)光束作用在瑞利微粒上辐射力的表达式,主要研究聚焦PCFTV光束对不同折射率的两种粒子的捕获情况。研究结果表明,聚焦PCFTV光束可以在焦点处捕获高折射率和低折射率的粒子。随着光束阶数的增大以及相关长度的减小,光束对微粒的捕获能力增强。所得结果对PCFTV光束应用于光学操控具有一定的意义。     

激光光源汽车前照灯自由曲面反射器设计EI北大核心CSCD

文中针对激光前照灯的光学结构设计困难和能量利用率低的问题,以球面最优传输理论为基础,提出了一种新的自由曲面反射器设计方法。该方法基于支撑曲面的结构,针对扩展光源进行了优化,有效抑制了目标照明区外的照度,实现了清晰的明暗截止线。文中根据GB 25991—2010标准,设计了适用于激光前照灯(含近光灯和远光灯)的自由曲面反射器,并使用扩展朗伯光源进行模拟仿真。仿真结果表明,配光屏幕上各测试点和测试区域的照度均符合法规要求,反射面连续光滑,能量利用率分别为96.96%和97.80%。通过实现高能量利用率的结构,减少了汽车前照灯的功耗,利于汽车前照灯的散热设计,延长了激光光源使用寿命,并为设备的生产加工带来便利。     

利用水下平行光管测量水下相机成像分辨率

水下光学成像是重要的水下探测方式。现有水下相机成像检测方法受到水体本身以及测量方法的影响,难以准确进行成像分辨率检测。提出了基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测技术,通过在水中产生平行光束,直接对水下相机成像分辨率进行检测。通过仿真得出：水下平行光管在水中可见光和空气中单波长的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)基本一致。利用这一结论,提出了水下平行光管空气中装调检测的方法。针对实验室所研制的一款水下相机开展实验测试,其在水中可见光与空气中635 m光源照明条件下的分辨率相同。实验结果表明,所提出的基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测方法可有效消除水体对分辨率测量的影响,实现水下相机成像分辨率的准确测量。     

光学陀螺背向散射问题综述(特邀)EI北大核心CSCD

光学陀螺作为光电惯性导航系统的核心器件,在众多领域发挥着举足轻重的作用。随着科学技术的不断进步,传统的激光陀螺、轻质化的光纤陀螺以及集成化的微光陀螺齐头并进、蓬勃发展,但无论是哪一种陀螺样式,在性能优化的过程之中都不可避免地需要考虑背向散射的问题。背向散射是光学陀螺中的一种噪声源,其会带来陀螺的输出偏置或闭锁效应,从而影响其性能。为了更好地理解光学陀螺中的背向散射机制,首先从半经典理论下的自洽方程组出发讨论背向散射的基本原理,而后依照光学陀螺的发展脉络,分析各种光学陀螺的背向散射分析方法、测量手段以及抑制方法,最后对目前光学陀螺中有关背向散射亟待解决的问题进行总结并展望。     

Himawari-8气溶胶变分同化对PM2.5污染模拟的改进

利用地球静止轨道卫星Himawari-8 气溶胶光学厚度 (AOD) 产品能够估算空间覆盖范围广、时间分辨率高的 近地表 PM2.5 浓度。基于三维变分同化系统将AOD估算得到的 PM2.5 资料同化进入WRF-Chem大气化学模式中, 通过 控制实验与同化实验的对比与分析, 探讨了AOD估算得到的PM2.5资料同化对 PM2.5 污染模拟的改进作用。实验结果 表明： (1) AOD估算得到的 PM2.5 资料同化能够改进 PM2.5 污染模拟效果;(2) PM2.5 污染模拟改进效果存在时空差异。 此外, 与其他研究中使用AOD观测算子直接同化AOD的方法相比, 该方法的操作更加简单。     

单帧红外图像超分辨率重建算法研究

针对目前基于插值的红外图像超分辨率重建算法主要把重心置于原始图像的像素上的问题,提出了一种将原始图像像素和插值像素相结合的红外图像超分辨率重建算法。该算法在最近邻插值算法的基础上,将其与自适应高斯滤波相结合,采用边插值边滤波的方式对红外图像进行超分辨率重建处理。由红外数据集的大量对比试验结果可知,该算法能够在不以时间消耗为代价的前提下使重建结果得到有效提升。具体表现为其重建结果的客观评价指标与经典的图像插值算法相比提高了约2.8%～3.2%,并且能够有效减少噪声、锯齿和模糊现象。该算法有助于推动红外图像超分辨率重建在军事、医疗等领域的发展。     

基于BSRGAN的集气站仪表读数识别

为解决集气站的巡检机器人采集到的仪表图像分辨率低、常伴有噪点和仪表图像畸变、不便于读数算法直接应用等问题,提出了一种基于盲超分辨率生成对抗网络(BSRGAN)的仪表读数算法。首先,利用BSRGAN提高输入仪表图像的分辨率,较传统方法能够显著增强仪表图像的视觉感知水平。自然图像质量评估(NIQE)在测试集中表现较好,结构相似性指数(SSIM)值均大于0.85。利用尺度不变特征变换(SIFT)算法对重建图像进行特征提取。特征点数量在重建后显著增加,有助于表盘图像的校正。然后,采用连通域划分和指针细化等形态学操作提取指针中心线。最后,利用角度法识别表盘读数。试验读数结果与真实值的平均相对误差为0.625%。试验结果表明,所提算法可行、有效、精准,能够提高仪表图像清晰度和视觉感知,适用于集气站及其他复杂环境的仪表读数。     

基于空洞卷积的医学图像超分辨率重建算法

为解决现有医学图像超分辨率重建中存在的图像细节模糊、全局信息利用不充分等问题,提出一种基于空洞卷积与改进的混合注意力机制的医学图像超分辨率重建算法。首先,将深度可分离卷积与空洞卷积相结合,使用不同大小的感受野对图像进行不同尺度的特征提取,从而增强特征表达能力;其次,引入边缘通道注意力机制,在提取图像高频特征的同时融合边缘信息,从而提高模型的重建精度;再次,混合L1损失与感知损失函数作为整体损失函数,使重建后的图像效果更符合人类视觉感观。实验结果表明,在放大因子为3时,与基于卷积神经网络的图像超分辨率（SRCNN）算法、VDSR(Very Deep convolutional networks Super-Resolution)相比,所提算法的峰值信噪比（PSNR）平均提高了11.29%与7.85%;结构相似性（SSIM）平均提高了5.25%和2.44%。可见,所提算法能增强医学图像的效果与纹理特征,且对图像整体结构还原更加完整。     

融合隐向量对齐和Swin Transformer的OCTA血管分割

目的 光学相干断层扫描血管造影（optical coherence tomography angiography,OCTA）是一种非侵入式的新兴技术,越来越多地应用于视网膜血管成像。与传统眼底彩照相比,OCTA技术能够显示黄斑周围的微血管信息,在视网膜血管成像邻域具有显著优势。临床实践中,医生可以通过OCTA图像观察不同层的血管结构,并通过分析血管结构的变化来判断是否存在相关疾病。大量研究表明,血管结构的任何异常变化通常都意味着存在某种眼科疾病。因此,对OCTA图像中的视网膜血管结构进行自动分割提取,对众多眼部相关疾病量化分析和临床决策具有重大意义。然而,OCTA图像存在视网膜血管结构复杂、图像整体对比度低等问题,给自动分割带来极大挑战。为此,提出了一种新颖的融合隐向量对齐和Swin Transformer的视网膜血管结构的分割方法,能够实现血管结构的精准分割。方法 以ResU-Net为主干网络,通过Swin Transformer编码器获取丰富的血管特征信息。此外,设计了一种基于隐向量的特征对齐损失函数,能够在隐空间层次对网络进行优化,提升分割性能。结果 在3个OCTA图像数据集上的...     

身份保持约束下的面部图像超分辨率重建方法

低分辨率是影响人脸识别精度的重要因素。一种有效方法是使用图像超分辨率技术对低分辨率图像重建,生成超分辨率图像后再对其作人脸识别,从而克服低分辨率面部图像对人脸识别的限制。但是,现有超分辨率方法在重建过程中往往忽略了保持其原始身份信息,这直接影响生成图像的人脸识别结果。针对上述问题,提出了一种身份保持约束下的面部超分辨率重建方法IPNet,在提高低分辨率面部图像质量的同时,能保持重建后的面部图像身份。IPNet方法将语义分割网络和面部生成器相结合,通过语义分割网络提取低维隐码和多分辨率空间特征,进而指导面部生成器输出接近于原图的真实面部图像。在此基础上引入人脸识别网络,将身份信息整合到超分辨率方法中,从而约束重建前后的面部图像身份保持一致。实验结果表明,IPNet方法在超分辨率图像质量和身份保持上均优于其他对比方法。