摘要
针对受肺肩区域和胸膈角以及肋骨影响胸部肺野难以准确分割的问题,提出了一种改进的u-net网络的肺野分割算法。首先使用inception模块代替u-net编码块中的卷积层,增加网络宽度的同时能够捕获更多图像特征;其次,在编码块与解码块中引入残差网络,提升网络深度且保证网络稳定;然后,在编码与解码之间使用跳跃连接来增强特征的传递和利用,解决编码部分连续下采样对胸部肺野特征丢失的问题,最后在编码与解码部分结合通道和空间注意力机制来对图像特征进行重标定,从而有效提高分割精度。在公开的 Montgomery County (MC)数据集上实验表明,本文所提算法的准确性、召回率、特异性、Miou(均交并比)分别为98.90%、97.81%、99.28%、97.17%。与其他分割算法对比,改进u-net算法能够对肺野精准分割,具有更高分割性能。
激光与光电子学进展
2022, 59(02): 0210010
王岩  朱岭  杨学弦  王小云  彭金璋  
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摘要
摘 要 已有的分布式光纤拉曼测温原理是采用拉曼谱的斯托克斯和反斯托克斯强度比值与温度关系获取温度。但是拉曼散射峰强较弱,导致光强信号处理难度大。本文基于键弛豫理论,结合拉曼频移与键参数的关系,建立了拉曼频移与温度的线性关系式,首次提出了拉曼频移测温的新方法。计算了金刚石、石墨、CdS、Bi2Se3和Sb2Te3拉曼频移高温效应,计算结果与实验测量值相互一致并获取了拉曼参考频率和原子结合能。此方法有效避开了拉曼峰强对测温的影响,为分布式光纤拉曼测温方法的快速发展提供了新的理论方法。
光学学报
2021, 41(17): 1732001
摘要
基于光学相变材料 Ge2Sb2Se4Te1和光波导结构,提出一种可重构的模式复用 2×4 光开关器件,用 于提高光通信容量。该器件由两个含倾斜波导结构的 1×2 复用开关单元和一个结构对称的 2×2 复用开关 单元构成。通过模式耦合理论分析波导中的模式传输特性、采用三维时域有限差分法进行光开关器件建模。 研究结果表明,工作波长 1550nm 时,1×2 开关单元在相变材料为晶态和非晶态下的插入损耗低至 0.60dB 和 0.06dB,消光比高达 19.55dB 和 27.58dB;2×4 模式复用开关在整个 C 波段的插入损耗最小值为 0.23dB, 消光比最大值为 19.12dB。该器件具有集成度高和体积小的优点。
光学学报
2021, 41(17): 1723001
摘要
焦距是光学透镜最重要的参数之一,高斯公式法是获得透镜焦距最简单实用的测量方法。测量不确定度的分析对于评判任何测量结果的可靠程度均具有重要的意义,然而目前大部分文献对凸透镜焦距测量不确定度的分析并不全面甚至仍然停留在误差分析。本文综合考虑了透镜的焦深、厚度、球差等因素,对高斯公式实物成实像法测量凸透镜焦距的不确定度进行了较全面的分析,并提出了校正由透镜厚度及球差引起的系统测量偏差的方法。对于选定的标称焦距为25.0mm的凸透镜,其测量不确定度随着物距的增大先减小后增大,校正前最小值为1.26mm,其中透镜球差的存在对于测量不确定度的影响最为突出。系统测量偏差校正后,其不确定度变化趋势不变,最小值降低为0.10mm,大大提高了测量结果的准确度。不确定度分析结果表明将物点置于透镜的二倍焦距附近得到的测量结果更为可靠,为实验操作提供指导依据。
光学学报
2021, 41(14): 1412001
王子煜  邵健  胡亚新  朱佳璐  [ ... ]张晓蕊  白磊  董正高  
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摘要
高透射、低损耗、高品质因子的电磁诱导透明现象是超材料领域重要研究方向之一。本文设计了一种全介质十字空腔结构超材料,十字空腔由两个相互垂直的硅空腔组成。当十字空腔超材料完全对称时,没有电磁诱导透明现象产生。特定方向打破结构对称性后暗模式被引入,出现显著电磁诱导透明现象。在透射峰中可以同时实现93%的高传输率和1064的高品质因子。通过该超材料的电磁共振模式,分析了产生电磁诱导透明现象的物理机制。本文进一步研究了不同方向非对称偏移量、几何结构及折射率变化对透射谱的影响,并通过相位变化分析了透射峰处的高群折射率现象。这些特性使得该超材料结构有可能应用于慢光器件、传感器和光开关。
光学学报
2021, 41(11): 1116001
梁文耀  杨佳琪  李志远  
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摘要
光子晶体是由介电材料周期排列构成的人工微结构,在集成光电子学、微纳光子学等领域具有广泛的应用前景。本文对多光束全息干涉法制作复式光子晶体进行了理论和数值研究,根据多光束干涉原理给出了一种复式光子晶体的光束配置,并编写了MATLAB仿真程序,仿真结果和理论预测符合得很好。在上述基础上,研究了单束、两束、三束以及四束光的不同偏振组合对复式光子晶体元胞的影响规律。研究表明,光束偏振组合对其元胞的影响十分显著,在不同偏振组合条件下可获得双水滴状、双圆形等各种丰富的元胞形状,当所有光束同为线偏振时复式光子晶体有最佳的对比度。此外还探讨了入射光初相位的变化对于复式光子晶体元胞的影响。上述研究对设计各种元胞形状的复式光子晶体具有指导意义,并可用于物理实验教学研究。
光学学报
2021, 41(11): 1116002
崔岩  刘亚飞  刘康  褚金奎  
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摘要
研究了地表反照率对天空偏振模式的影响。针对目前缺乏实际环境下不同时间不同地点单一影响因素的定量测试研究,首先运用libRadtran二次开发软件对不同地表反照率下的天空偏振模式进行仿真,其次利用图像式测试系统,分别在草地和沥青地表、海洋和沥青地表进行同步异地测试,定量分析地表反照率对偏振方位角和偏振度的影响。结果表明:地表反照率对偏振方位角分布基本没有影响,分布始终稳定;而地表反照率对偏振度数值有较大的衰减作用,在同一天内同一时刻下,地表反照率越大,最大偏振度值越小;地表反照率相差越大,最大偏振度值平均减小量越多,最大偏振度值减小幅度越大。
光学学报
2021, 41(17): 1701002
高飞  闫镔  陈健  乔凯  [ ... ]宁培钢  史大鹏  
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摘要
肝脏肿瘤分割对于后续的临床诊断和治疗有着重要意义。CT图像中肝脏肿瘤和邻近器官的灰度值非常接近,肿瘤大小、位置的多变给分割带来了挑战。通常的分割模型所采用的卷积神经网络的卷积核大小固定不变,大部分采用下采样来扩大感受野,但下采样会带来细节信息的丢失,本文提出了一种利用堆叠的树形聚合结构的空洞卷积进行肝脏肿瘤分割的方法。首先,在编码器网络中提出了残差密集连接模块(Res-Dense-Block,RDB),不但保持了残差网络的优势,而且密集连接又强调了特征的重用,为了更好的恢复细节信息,通过跳层连接将高层特征和低层特征进行融合,在编码器-解码器网络中加入树形聚合结构的空洞卷积模块(Tree Aggregation Structure Dilated Convolution, TASD),在保持卷积核大小不变的情况下,利用聚合空洞卷积模块来扩大感受野,提取了丰富的多尺度信息,而且树形聚合结构可以有效的消除普通空洞卷积所带来的棋盘伪影现象,提高了分割精度。针对肝脏肿瘤图像占整体图像比例较低的现象,利用加权的损失函数解决了图像中前景和背景的不平衡问题。在CT图像数据集上DICE系数、像素正确率PA和交并比IOU分别达到了0.8026、0.7317和0.7974,我们的分割模型可以从完整的CT图像中自动分割出肝脏肿瘤,与其他CNN算法和传统算法相比,实验结果验证了本文算法的有效性。
光学学报
2021, 41(18): 1810002
兰俊  陈劲松  肖志刚  赵立新  [ ... ]胡松  杨勇  
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摘要
基于传统抛物面蛾眼结构(Parabola-Shaped Moth-eye Structure, PSMS)的优良减反性能,设计出一种具有抛物线中心截面的新型苞状蛾眼结构(Bud-Shaped Moth-eye Structure, BSMS)。采用时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain, FDTD),通过对比PSMS不同底面直径和高度的平均反射率,确定了最佳底面直径200 nm,在此基础上分析了PSMS、BSMS及圆锥形蛾眼结构(Cone-Shaped Moth-eye Structure, CSMS)在不同高度的反射率大小和截面电场强度分布,并通过等效介质理论对其减反性能进一步理论分析。计算结果表明:在300 nm ~ 1200 nm波段和高度400 nm ~ 1000 nm范围内,BSMS的平均反射率均低于PSMS及CSMS;且当底面直径为200 nm、高度为800 nm时,其平均反射率低至0.19%,减反效果约为PSMS的3.5倍,是CSMS的3.8倍,具备优异且平稳的抗反射性能,为减反结构的进一步设计和优化提供了参考。
光学学报
2021, 41(14): 1416001
李永富  李岩  洪小斌  郭宏翔  [ ... ]邱吉芳  李蔚  左勇  伍剑  
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摘要
本文通过分析时钟恢复算法中环路滤波器的比例增益系数对系统误码率的影响,发现信号的误码率随着比例增益系数的增大呈先减小后增大的变化趋势,且不同接收功率下最优比例增益系数不同。针对以上现象,本文提出并实现一种基于Gardner算法的全实时化动态比例增益系数全数字时钟恢复算法来应对功率抖动信道并提高算法的灵敏度,并在基于Altera Stratix-V 5SGXMA7K2F40C3 FPGA平台的2.5GBaud QPSK调制相干通信系统中对该算法进行了在线实验验证。以KP4中FEC门限2E-4为上限,当功率抖动频率较慢时,采用动态参数法能将系统达到此误码门限的最低接收功率由固定参数法的-47dBm降低至-49.5dBm;在信道功率快速抖动时,采用固定参数法能承受最低功率-46.5dBm且抖动频率为100Hz的抖动,采用动态参数法能承受最低功率-50dBm且抖动频率为1kHz的抖动。
光学学报
2021, 41(18): 1806005
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