1 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
2 上海在线检测与控制技术重点实验室，上海 201203
3 桂林电子科技大学 计算机与信息安全学院，广西 桂林 541004
提出了一种结合深度学习的空间相位解包裹方法，采用基于改进U-Net网络的编码器-解码器架构，同时加入包含双向长短期记忆网络（BILSTM）的CBiLSTM模块，并且结合注意力机制，避免了典型卷积神经网络学习全局空间依赖关系的固有缺陷的同时增强了深度学习模型对相位解包裹任务中的关键信息的关注能力。通过大量的模拟数据，验证了文中方法在严重噪声(SNR=0)、不连续条件和混叠条件下的鲁棒性，在以上三种情况下，同其他深度学习网络模型进行对比，文中所提出的网络模型的归一化均方根误差（NRMSE）分别为0.75%、1.81%和1.68%；结构相似性指数（SSIM）分别为0.98、0.92和0.94；峰值信噪比(PSNR)分别为40.87、32.56、37.38；同时计算时间显著减少，适合应用到需要快速准确的空间相位解包裹任务中去。通过实际测量数据，验证了文中提出网络模型的可行性。该研究将双向长短期记忆网络（BILSTM）和注意力机制同时引入光学相位解包裹问题中，为解决复杂相位场的解包裹提供了新的思路和方案。
相位解包裹 深度学习 注意力机制 长短期记忆网络 卷积神经网络 phase unwrapping deep learning attention mechanism long short-term memory network convolutional neural network 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230564
1 合肥学院 先进制造工程学院, 安徽 合肥 230601
2 中科院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
针对普通卷积神经网络在遥感图像分割中林地边界区域识别不完整、小片林地分割精度低的问题,提出一种基于transformer与注意力机制的DeeplabV3+网络改进方法。在编码阶段引入transformer机制,将原池化金字塔部分中的空洞卷积操作替换为可获取更多上下文信息的transformer操作,从而提高网络对林地边界信息的提取能力; 将注意力机制引入到网络的解码部分,提升模型对小片林地的检测能力。实验表明,采用改进后的方法平均交并比(MIou)可达到81.83%,对比原DeepLabV3+网络模型提升了1.25%。该方法充分考虑了卫星遥感图像分割中林地边缘信息的提取以及对小目标的关注度,提出的改进方法可提升遥感图像中对林地提取的精度。
遥感图像 注意力机制 语义分割 remote sensing image DeepLabV3+ DeepLabV3+ Transformer transformer attention mechanism semantic segmentation
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220551
1 中国科学院半导体研究所传感技术联合国家重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
光纤传感器因具有测量分辨率高、耐极端环境等优点，成为了纳应变量级静态地壳应变观测领域的研究热点。提出了时分复用与椭圆拟合参考补偿技术，用于高分辨率多路复用的光纤静态应变传感。采用光纤迈克耳孙干涉仪作为传感器，每个传感干涉仪附加一个参考干涉仪。实验结果表明，所提出的高分辨率光纤时分复用静态应变传感技术能够实现四通道的高分辨率静态应变测量，各通道的静态应变分辨率均优于0.26 nε，在高分辨率地壳应变观测传感网络中具有很好的应用前景。
光纤光学 光纤传感 地壳应变观测 静态应变 时分复用
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
3 保利长大工程有限公司, 广州 545000
为研究机制砂粒形表征方法及特点, 采用集料图像测量系统(AIMS)和数字图像处理(DIP)技术测试了5种机制砂的颗粒形态。基于现有研究存在的不足提出了一种改进的粒形测试方法, 并研究了不同粒形表征参数之间的关系。结果表明: 随着粒径范围从大到小, 机制砂的棱角性呈先增大后减小的趋势, 而二维形状值无明显变化规律; 0.3~0.6 mm的机制砂可以反映整体粒径范围的棱角性; 通过单次投影进行图像处理获取的粒形参数有较大的波动范围, 无法准确判断机制砂的颗粒形状; 纵横比与凹凸度有较强的相关性, 粗糙度与纵横比、圆度、凹凸度的相关性较强, 而分形维数与其他几种参数都不具有相关性; 通过改进的DIP技术得出的粒形评价结论与AIMS得出的评价结论一致, 具有一定的可行性和推广价值。
机制砂 粒形 形状参数 集料图像测量系统 数字图像处理技术 相关性 manufactured sand particle shape shape parameter aggregate image measurement system digital image processing technology correlation
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Transducer Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Shenzhen Academy of Disaster Prevention and Reduction, Shenzhen 518003, China
Strain rate is an important basic physical parameter in the fields of deformation observation, geodetic measurement, and geophysical monitoring. This paper proposes a novel fiber optic strain rate sensor (FOSRS) that can directly measure the strain rate through a differentiating interferometer that converts the strain rate to the optical phase. The sensing principle, sensitivity, resolution, and dynamic range of the proposed FOSRS are theoretically analyzed and verified by experiment. The experimental results show that the developed FOSRS with a 12.1 m sensing fiber has a flat sensitivity of 69.50 dB, a nanostrain rate () resolution, and a dynamic range of better than 95 dB. An ultrahigh static resolution of 17.07 can be achieved by using a 25.277 km sensing fiber for long baseline measurements. The proposed method significantly outperforms existing indirect measurement methods and has potential applications in geophysical monitoring and crustal deformation observation.
Photonics Research
2022, 10(11): 2599
1 徐州工程学院物理与新能源学院，江苏 徐州 221018
2 江苏师范大学物理与电子工程学院江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
提出了由四个不同旋转方向的氧化铟锡（ITO）螺旋子单元组成的周期性中红外宽带手性结构。模拟结果显示，通过优化子单元螺旋的圈数、螺旋半径、螺距和螺旋线半径，该结构在中红外波段实现了良好的宽带圆二向色性（CD）。与两种非旋转螺旋结构比较发现，ITO旋转螺旋结构的CD带宽更宽。在波长7.95 μm处，ITO旋转螺旋结构获得CD的最大值为0.454，CD的半峰全宽为7.5 μm，波长范围从4.1到11.6 μm。产生宽带CD的原因是四个不同旋转方向的ITO螺旋子单元之间存在较强的耦合。模拟结果还显示，在中红外波段，与金属（金和银）旋转螺旋结构相比，该ITO旋转螺旋结构表现出了良好的宽带CD，这为中红外波段宽带偏振态调控器件的设计提供了新的思路。
光学材料 氧化铟锡 旋转螺旋结构 中红外波段 手性超材料 圆二向色性 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0516002
为研究不同治疗剂量的红光对Ⅰ型糖尿病SD大鼠背部急性创面的愈合效果, 对大鼠采取腹腔注射链脲佐菌素(60 mg/kg)溶液, 2周后测外周血, 血糖浓度≥16.7 mmol/L时认为Ⅰ型糖尿病模型造模成功。将60只糖尿病大鼠随机分成5组, 分别为对照组(L0, 不治疗)、治疗组一(L1, 12 J/cm2)、治疗组二(L2, 24 J/cm2)、治疗组三(L3, 48 J/cm2)、治疗组四(L4, 96 J/cm2)。用8 mm直径打孔器在大鼠背部中线两侧对称地制造2个急性创面。1 d后用633 nm±10 nm波长红光按各分组的不同能量密度照射创面。创面后第0、3、7、10天行创面拍照, 第3、7、10天分别随机取4只大鼠行创面取材。石蜡包埋后做HE染色、Masson染色、CD31免疫组化学染色、CD68免疫荧光染色。试验结果显示: 创面愈合率显示治疗组愈合加快, 其中L3组作用效果显著; HE显示治疗组的创面再上皮化加快, 第7天时L3促进作用明显; CD31免疫组织化学染色显示治疗组能促进创面下血管生成, L3和L4最为突出; CD68免疫荧光显示治疗组能减弱第10天时创面炎症浸润程度, 其中L2、L3阳性率最低。试验总结: 在试验的能量密度范围内, 红光能促进Ⅰ型糖尿病SD大鼠背部创面愈合, 且当能量密度为48 J/cm2时(L3), 其促进效果最为显著。
红光 大鼠 糖尿病 创面愈合 red light rat diabetes mellitus wound healing
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and New Energy, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221018, China
2 Jiangsu Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
We proposed a periodic mid-infrared broadband chiral structure. Its unit cell consists of four indium tin oxide (ITO) helix subunits with different radii. The simulation results show that the flat-topped broadband circular dichroism (CD) can be achieved in the mid-infrared band by optimizing the parameters of helix structures. The simulation results also show that compared with the metallic (Ag and Au) helix structures, the ITO helix structure proposed exhibits evidently better broadband CD and optical activity, which provides a new idea for the design of broadband polarization state control devices in the mid-infrared band.
mid-infrared flat-topped broadband chiral helix metamaterial Chinese Optics Letters
2021, 19(11): 111601
兰州空间技术物理研究所，真空技术与物理重点实验室，兰州 730000
为了研究30 cm离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响，建立了束流引出模型，并采用PIC-MCC方法对CEX离子造成的栅极腐蚀速率进行了计算，最后将计算结果与1500 h寿命试验结果进行比对分析。结果显示：束流正常聚焦时，在3 kW和5 kW两种工作模式下，加速栅和减速栅的质量刻蚀速率分别为(1.11～1.72)×10?15 kg/s及(1.22～1.26)×10?17 kg/s。在5 kW工况下，当屏栅上游等离子体密度达到4.03×1017 m?3时，束流出现欠聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为4.33×10?15 kg/s和4.02×10?15 kg/s；在3 kW工况下，当屏栅上游等离子体密度达到0.22×1017 m?3时，束流出现过聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为3.24×10?15 kg/s和5.01×10?15 kg/s。寿命试验结果表明，加速栅孔质量刻蚀速率的计算值与试验值比对误差较小，而由于束流离子对减速栅孔的直接轰击，导致减速栅孔刻蚀速率的计算值和试验值差异极大。经研究认为，对屏栅小孔采用变孔径设计，是降低当束流处于欠聚焦或过聚焦状态下，CEX离子造成加速栅孔和减速栅孔刻蚀速率，并提升推力器工作寿命的有效措施。
离子推力器 栅极腐蚀 束流 聚焦状态 ion thruster grid erosion ion beam perveance condition 强激光与粒子束
2021, 33(2): 024005
