作者单位
摘要
1 复旦大学 上海超精密光学制造工程中心,上海 200438
2 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
设计了一种外置光阑的针孔相机镜头,可免去传统方法复杂的相机标定过程,采用影像仪和三坐标测量机实现测量系统各元件空间位置的几何标定,并依靠相移算法实现屏幕与相机像素的精准匹配。实验结果表明,本文提出的偏折测量结果与干涉仪测试结果偏差优于20 nm RMS,可满足光学镜面加工研磨阶段到抛光阶段的过渡测量需求,为光学加工车间提供了可靠、经济、高效的面型评估,具有广泛的应用前景。
偏折术 离轴抛物面 相机标定 几何标定 面型重构 Deflectometry Off-axis paraboloid Camera calibration Geometrical calibration Surface reconstruction 
光子学报
2023, 52(12): 1212003
姚坤杉 1孙俊 1陈晨 2徐敏 1[ ... ]周鑫 1
作者单位
摘要
1 江苏大学电气信息工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏科技大学经济管理学院, 江苏 镇江 212100
三七是一种传统的中药材, 具有较高的药用价值。 目前市场上中药售假的现象屡见不鲜, 许多不法商贩将三七支根或剪口粉末假冒主根粉末销售, 严重损害了消费者的利益。 利用高光谱技术结合多元分析方法实现三七不同部位粉末的快速无损鉴别。 通过高光谱成像系统分别采集了三七剪口、 须根和主根粉末在400~1 000 nm范围内的高光谱图像, 共300个样本。 采用Savitzky-Golay(SG)平滑结合标准变量变换(SNV)的方法对高光谱数据进行去噪和消除因散射引起的光谱差异。 为了移除光谱变量中的重迭和冗余信息, 利用竞争自适应重加权采样(CARS)算法和本文提出的一种考虑了变量间交互作用的二进制竞争自适应重加权采样(BCARS)算法进行特征波长选择。 最后分别建立了基于全光谱、 CARS和BCARS特征波长的支持向量机(SVM)和极端梯度提升(XGBoost)分类模型。 结果表明, BCARS-XGBoost模型的分类效果最优, 训练集和测试集的分类准确率分别为100%和99.33%。 与CARS相比, BCARS所选择的特征波长数量较少, 有助于多光谱系统和便携式仪器的开发。 利用高光谱技术结合BCARS-XGBoost模型鉴别三七不同部位粉末是可行的。
高光谱 三七 极端梯度提升 特征波长选择 Hyperspectral imaging Panax notoginseng XGBoost Feature wavelength selection 
光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2027
黄朋 1,2殷高方 1,2,3,*赵南京 1,2,3,4甘婷婷 2,3[ ... ]张小玲 2,4
作者单位
摘要
1 合肥学院生物食品与环境学院,安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
4 安徽大学物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230601
浮游藻类密度监测对水质状况诊断及藻华灾害预警具有重要意义。因此,提出一种基于微流控-显微荧光技术的浮游藻细胞密度检测方法。该方法基于微流控技术实现样品快速定量进样,利用共聚焦显微荧光结构实现藻细胞特征荧光信号的高信噪比采集,并通过分析荧光峰信息实现浮游藻细胞计数。以杜氏盐藻、色球藻、隐藻和赤潮藻为测试对象的结果表明:在1.3×106 L-1密度范围内测量相对误差均小于3.96%,且准确率不受悬浮物、藻细胞种类以及尺寸的影响;在10%允许误差下,藻类密度检测上限可提升至5×106 L-1,完全能够满足自然水体浮游藻细胞密度检测需求,为水体藻细胞密度快速准确检测提供了新途径。
浮游藻类 显微荧光 微流控 藻细胞计数 
光学学报
2023, 43(18): 1812002
胡翔 1,2殷高方 1,2,3,*赵南京 1,2,3,4,*何前锋 5[ ... ]贾仁庆 2,3
作者单位
摘要
1 合肥学院 生物学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
4 安徽大学, 安徽 合肥 230601
5 安徽省合肥生态环境监测中心, 安徽 合肥 230088
流式细胞显微图像分析法是水体浮游藻类自动鉴别的重要发展方向,快速进样条件下细胞显微图像将产生形变,影响浮游藻类自动鉴别准确率。本文基于搭建的浮游藻类微流控-显微成像实验系统,通过对不同进样流速下藻类细胞显微形变和图像清晰度的分析,研究了流速对显微成像形变的影响规律。分析基于卷帘快门拍摄运动物体产生形变原理,提出了单向偏移像素的图像形变校正方法,并与藻类细胞静态条件下获取的图像进行了对比分析。实验结果表明:静态条件下,湖生卵囊藻细胞的图像长宽比及清晰度均值分别为1.16和116.53;动态进样过程中,随着流速增大细胞图像形变(长宽比)逐渐增大、清晰度降低;95 µL/min进样流速下,校正前后细胞图像长宽比均值分别为1.35和1.26,形变离散程度由校正前的0.33降至0.1,与静态细胞形态接近且校正前后图像清晰度基本不变。本文研究结果为提升水体浮游藻类细胞自动鉴别准确率提供了依据。
浮游藻类 微流控-显微成像 图像形变 校正方法 planktonic algal microfluidics-microscopic imaging image deformation correction method 
中国光学
2023, 16(4): 788
徐敏 1,2殷高方 1,2,*赵南京 1,2,*胡翔 3黄朋 3
作者单位
摘要
1 中国科学院 合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽合肥23003
2 中国科学技术大学,安徽合肥3006
3 合肥学院,安徽合肥20601
针对目前浮游植物种类鉴别镜检法中存在的相似形态藻细胞难以区分、同粒径杂质干扰大、藻细胞位置难以定位分割等问题,设计了一种浮游植物明场荧光显微同步成像系统。系统使用高分辨显微成像光路结构、透射式与落射式结合的照明方式和以分光光路为核心的明场荧光双光路同步成像方法,获取浮游植物显微图像下的明场形态信息和色素荧光信息。利用该系统对绿藻门、蓝藻门、硅藻门等不同门类藻种进行明场图像与荧光图像同步成像测试,实验结果表明:系统成像分辨率达1.5 μm,成像周期时间为707 ms,系统采集的图片中藻细胞纹理清晰,细胞边缘明显,利用系统中的明场图像并结合荧光图像,可有效定位藻细胞位置,降低样品中杂质对藻种鉴别的影响,丰富浮游植物显微图像信息量,为基于浮游植物显微图像的相关研究提供方法参考。
浮游植物 显微成像 荧光成像 双光路成像 phytoplankton microscopy imaging fluorescence imaging double optical path imaging 
光学 精密工程
2023, 31(12): 1725
贾仁庆 1,2殷高方 2,*赵南京 1,2,**徐敏 2[ ... ]张小玲 5
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
3 合肥学院,安徽 合肥 230601
4 安徽省生态环境监测中心,安徽 合肥 230061
5 安徽大学,安徽 合肥 230601
以鱼腥藻、栅藻和盘星藻为分析对象,通过采集多个焦平面的显微图像,基于拉普拉斯能量与引导滤波以及图像HSV颜色空间饱和度分量分别检测显微图像聚焦区域和失焦区域,研究浮游藻类细胞显微多聚焦图像融合方法,并与小波变换、拉普拉斯金字塔以及脉冲耦合神经网络融合方法进行对比分析。结果表明:鱼腥藻、栅藻和盘星藻融合图像的边缘信息保持度、空间频率、平均梯度分别为0.3529、8.9654、0.0055,0.3778、7.0058、0.0023和0.2940、1.5445、0.0005,均优于对比融合方法,具有更好的边缘信息传递能力及更高的图像清晰度,有效实现了浮游藻类细胞显微多聚焦图像融合,为获取浮游藻类细胞的全景深显微图像提供了思路。
图像处理 浮游藻类细胞 显微 多聚焦图像融合 聚焦区域检测 失焦扩散效应 
光学学报
2023, 43(12): 1210001
刘耀华 1,1,2,2,3,3,4,">">">*马钺 1,1,2,2,4,4许敏 1,1,2,2,4,4
作者单位
摘要
1 中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院机器人与智能制造创新研究院,辽宁 沈阳 110169
3 中国科学院大学,北京 100049
4 辽宁省智能检测与装备技术重点实验室,辽宁 沈阳 100179
针对多目标位姿估计过程中点云局部特征存在类间错误匹配的问题,提出了基于点云实例分割的鲁棒多目标位姿估计算法。首先,基于密度聚类对场景点云进行分割得到点云簇,并用快速点特征直方图(FPFH)描述子对分割后的点云簇进行局部特征提取;然后利用随机森林算法对聚合后的点云簇的局部特征进行分类,完成点云实例分割;之后对于场景中每一个分割后的实例,采用近似近邻快速库(FLANN)匹配算法对场景实例和模型进行特征匹配,得到实例分割后的点在对应类别模型上的匹配点,利用随机采样一致(RANSAC)算法以及最小二乘算法计算初始位姿;最后经过点到平面迭代闭合点(ICP)算法得到每个实例的精确位姿。在CV-Lab 3D合成数据集以及UWA真实采集数据集下的实验结果表明,相比直接匹配模型和全部场景点的局部特征进行多目标位姿估计,所提算法能够有效提升局部特征匹配阶段的内点概率,从而提升复杂场景下位姿估计的鲁棒性和准确率,尤其适用于场景中具有多个实例的位姿估计应用。
图像处理 点云 实例分割 位姿估计 局部特征匹配 随机森林 
激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0410020
储震 1张小玲 1,**殷高方 2贾仁庆 2,3[ ... ]赵南京 1,2,*
作者单位
摘要
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽省信息材料与智能感知实验室,安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
4 合肥学院生物食品与环境学院,安徽 合肥 230601
浮游藻类的种类多样性和群落结构是水生态环境建设评价的重要指标,利用细胞图像对其进行识别是实现浮游藻类检测的重要手段。相较于传统的显微镜检法,基于深度学习的目标检测算法因更高效的检测能力而越来越多地被运用到浮游藻类检测领域。针对YOLOv3目标检测算法对部分形态小、边界模糊和粘连浮游藻类的检测精度低等问题,采用空间金字塔池化(SPP)结构改进了YOLOv3目标检测算法的特征提取方式,采用广义交并比(GIoU)边界损失函数改进了YOLOv3目标检测算法的边界损失函数,最终构建了一种基于SPP和GIoU改进的YOLOv3浮游藻类检测算法(SPP-GIoU-YOLOv3)。实验结果表明:在检测速度无明显差异的情况下,所提SPP-GIoU-YOLOv3分类检测算法对实验藻类的平均精度均值达95.21%,比YOLOv3目标检测算法提高了4.24个百分点。本研究为发展准确快速的浮游藻类检测方法技术提供了一定的基础。
机器视觉 SPP-GIoU-YOLOv3 目标检测 深度学习 浮游藻类 
激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0215003
Author Affiliations
Abstract
Shanghai Engineering Research Center of Ultra-Precision Optical Manufacturing, Department of Optical Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, People’s Republic of China
Polymers are widely used materials in aerospace, automotive, construction, medical devices and pharmaceuticals. Polymers are being promoted rapidly due to their ease of manufacturing and improved material properties. Research on polymer processing technology should be paid more attention to due to the increasing demand for polymer applications. Selective laser sintering (SLS) uses a laser to sinter powdered materials (typical polyamide), and it is one of the critical additive manufacturing (AM) techniques of polymer. It irradiates the laser beam on the defined areas by a computer-aided design three-dimensional (3D) model to bind the material together to create a designed 3D solid structure. SLS has many advantages, such as no support structures and excellent mechanical properties resembling injection moulded parts compared with other AM methods. However, the ability of SLS to process polymers is still affected by some defects, such as the porous structure and limited available types of SLS polymers. Therefore, this article reviews the current state-of-the-art SLS of polymers, including the fundamental principles in this technique, the SLS developments of typical polymers, and the essential process parameters in SLS. Furthermore, the applications of SLS are focused, and the conclusions and perspectives are discussed.
selective laser sintering additive manufacturing laser powder bed fusion 3D printing, polymer 
International Journal of Extreme Manufacturing
2022, 4(4): 042002
作者单位
摘要
1 天津大学电气自动化与信息工程学院,天津 300072
2 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁 大连 116024
背景去除是从单幅条纹投影图中恢复相位的重要问题之一,提出了一种改进的模糊c均值(FCM)聚类算法来移除单幅条纹投影图中的背景。该方法使用改进的FCM算法将条纹分为黑、白条纹,并通过改进的FCM目标函数得到背景,从而从条纹投影图中去除背景。将该方法应用在两张模拟图和一张实验图上,并与傅里叶变换方法、基于形态学操作的二维经验模态分解方法、变分分解TV-Hilbert-L2模型进行了比较。实验结果表明,该方法提高了背景去除的能力和相位提取的精度。
成像系统 图像处理 条纹投影图 模糊c均值聚类 傅里叶变换 
激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2411002

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