南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏 南京 211106
随着传感器技术的不断发展，三维点云被广泛应用于自动驾驶、机器人、遥感、文物修复、增强现实、虚拟现实等领域的视觉任务中。然而，直接应用收集到的海量原始点云数据得到的效果不佳，因此，基于深度学习的点云处理方法受到了越来越多的关注和研究。本文综述了近6年来基于深度学习的三维点云处理方法的研究进展。首先给出了三维点云的基本概念和获取方式，简述了4种点云处理任务；然后针对点云去噪和滤波、点云压缩、点云超分辨率以及点云修复-补全-重建任务，重点阐述了相应的深度学习方法的原理，并分析了其优缺点；随后介绍了22种点云数据集和4类评价指标，同时给出了性能对比结果；最后探讨了点云处理方法目前存在的问题，并对未来的研究趋势进行了展望。
深度学习 三维点云处理 点云去噪 点云压缩 点云修复
1 中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急 中国疾病预防控制中心重点实验室 北京 100088
2 太原市疾病预防控制中心 太原 030012
3 中核战略规划研究总院有限公司 北京 100048
通过建立以硫酸钡为载体共沉淀分离水中镭，液体闪烁计数法直接测量镭-226（226Ra）的方法，实现水中226Ra活度浓度的快速分析，并对方法不确定度进行评价。实验结果表明：该方法分析水中226Ra总效率为91.3%~98.5%，方法探测下限为0.01 Bq/L，相对扩展不确定度为7%（k=2），样品计数率和总效率引入的误差是水中226Ra不确定度的主要来源。该方法具有良好的精密度和准确度，适用于饮用水中226Ra的快速分析。
液体闪烁计数法 水 226Ra 不确定度 Liquid scintillation counter (LSC) Water sample 226Ra Uncertainty 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(2): 020701
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室，天津 300072
本文探讨了高灵敏度多通道fNIRS系统用于解码“肯定/否定”二分类意图的脑机接口应用。实验过程中采用全并行激励下的锁相光子计数模式进行测量，采集了10名被试思考针对其个人情况的相关问题时前额叶脑区的fNIRS信号，从中提取血红蛋白浓度变化数据的均值、方差、偏度、峰度、激活水平这五种特征，根据各特征对不同被试的分类效果和Fisher-score方法分别进行特征与通道选择，并最终构建支持向量机(SVM)模型。采用10次十折交叉方案进行验证，以更好地评估模型的分类准确性。为了对比，本文也研究了以原始光强数据建立的SVM模型的分类效果。实验结果表明：使用血红蛋白浓度变化数据构建的SVM模型的平均平衡准确率为73.1%±1.7%，以原始光强数据构建的SVM模型的平均平衡准确率为70.6%±3.7%，前者较后者提高了3.5%，且二者的平均平衡准确率均达到了70%以上。本研究不但展示了高灵敏度多通道fNIRS系统识别人脑直接意图的能力，也为fNIRS-BCI的应用提供了有益思路。
医用光学 功能近红外光谱 脑机接口 二分类意图识别 支持向量机
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
功能性近红外光谱(fNIRS)具有无创、非电离、适宜的时间/空间分辨率等优点,已逐渐成为传统脑功能成像技术(如核磁共振成像、脑电图等)的重要补充,越来越多地被应用于脑功能临床研究。然而,在实际应用中,生理干扰(心跳、呼吸和低频振荡等)和随机噪声(散弹噪声和环境噪声等)往往会给fNIRS脑功能成像带来明显的伪影,甚至“湮灭”真实的大脑兴奋信号。为解决这一问题,本文提出了一种基于长短期记忆(LSTM)循环神经网络的滤波模型,采用具有预测和分类功能的复合神经网络分别抑制生理干扰和随机噪声。本文基于fNIRS--扩散光学层析成像方案开展了数值模拟和在体实验,详细描述了网络设计、训练和滤波过程,并将结果与自适应滤波、多周期平均方法进行对比。结果表明,所提LSTM模型可以有效抑制生理干扰和随机噪声,且无需重复测量即可实现较高的重建质量,为基于fNIRS的脑机接口应用提供了一种有效的技术手段。
医用光学 功能性近红外光谱 长短期记忆 循环神经网络 脑机接口 中国激光
2021, 48(19): 1918007
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津大学天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
与传统的核磁共振、脑电图等脑功能成像方法相比,功能性近红外光谱(fNIRS)技术具有抗电磁干扰和可直接检测血氧代谢信号等优势。本团队基于锁相光子计数技术发展了一套面向脑机接口(BCI)应用的便携式fNIRS拓扑成像系统,并开展了一系列仿体和在体实验,以评估该系统的性能。具体来说,仿体实验结果表明该系统具有良好的稳定性、线性度和抗串扰能力。在体实验采用了屏息和心算两种刺激范式,系统以4 Hz的采样频率进行同步测量,结果表明,该系统可以准确跟踪全局兴奋(屏息刺激)和局部兴奋(心算刺激)的时间变化曲线。本团队进一步对心算刺激下的测量结果进行了光学拓扑成像,结果显示,此刺激的兴奋区域大致位于前额叶左半部中央位置。此外,本系统进行了充分的小型化设计,可以应用于医疗、日常等情境。这一系统可以实现高灵敏度、全并行的微弱兴奋信号检测,为fNIRS-BCI的临床应用提供了一种实用、高效的测量手段。
中国激光
2021, 48(11): 1107001
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津大学天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
功能近红外光谱成像已成为脑功能研究的首选手段。为得到高灵敏度、大动态范围以及高时间分辨率的成像系统, 开发了基于改进锁相光子计数的多通道近红外脑功能成像系统。光源模块由波长为785, 808, 830 nm的激光二极管(各16个)组成, 调制方波的频率间隔为252 Hz; 探测模块包括9个光子计数式光电倍增管。该系统结合了单光子计数技术的超高灵敏度与方波调制模式数字锁相检测的简易并行性, 测量线性相关系数可达0.9989, 信道间的串扰可忽略不计, 具有较强的抗干扰能力和准确的空间定位能力。
成像系统 脑功能成像技术 锁相光子计数技术 参考权重计数策略 扩散光层析成像 7次分时激励方案
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津市信息传感与智能控制重点实验室, 天津 300222
为降低近红外脑功能漫射光断层成像(DOT)固有的逆问题病态性, 并避免多模态方法的图像配准等问题, 提出了基于光学自导引提供先验功能信息的脑功能DOT方法(OT-DOT), 并发展了图像重构方法.模拟验证表明: 上皮厚度(TLT)已知时, OT-DOT获得的重构量化度(QR)约为传统DOT的4.2倍; 当TLT的估计误差小于±10%时, OT-DOT重构的QR值可达92%以上, 远远优于传统DOT; 噪声鲁棒性测试表明, OT-DOT与传统DOT的噪声鲁棒性相近.利用连续光DOT测量系统的仿体实验重构结果表明, 所发展的OT-DOT算法获得的重构结果优于传统DOT算法.
光谱学 生物医学光子学 光学自导引漫射光断层成像 脑功能 近红外 先验信息 图像重构方法 Spectroscopy Biomedical photonics Optical self-guiding diffuse optical tomography Brain functional imaging Near infrared Prior information Image reconstruction method 光子学报
2016, 45(11): 1117001
1 中国科学院国家天文台, 北京 100012
2 中国科学院大学，北京 100012
为了提高地基光电望远镜观测空间碎片的运行效率，建立了地基光电望远镜探测能力评估仿真模型.综合考虑碎片几何过境、碎片信号辐射量、背景源信号辐射量、光信号在传感器平面的投影等影响，获得碎片信号的探测信噪比，并作为过境碎片能否被探测到的依据.采用1m望远镜进行地球同步轨道碎片观测实验,并对模型进行验证.结果表明：仿真观测的第谷2星表中4颗背景亮星与观测实验结果一致；由于碎片形状等光学特性不同，碎片辐射量星等值的实验值与仿真值最大相差1.58倍，误差值在合理范围内.基于信噪比探测原理的地基光电望远镜探测能力评估仿真模型合理有效，可为观测设备建设、观测策略制定等提供参考.
空间碎片 光电望远镜 探测能力评估 信号辐射量 探测信噪比 Space debris Electro-optic telescope Evaluation of detected ability Signal irradiation Detected signal-to-noise 光子学报
2016, 45(10): 1012002
1 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院 研究生院, 北京 100039
3 电子科技大学 光电信息学院, 成都 610054
对强杂波背景下的远距离目标探测, 提出基于序列图像的局部自适应背景预测,获得图像背景的最佳估计。对残差图像采用能量累积及中值滤波消除背景杂波。为提高信噪比, 采用带缓冲窗口的双窗滤波法使目标和背景的差别更加显著, 有利于低对比度下的目标分割。最后采用改进的高阶相关方法, 在不影响检测性能的情况下加快了真实目标识别的运算收敛速度,并最终实现了算法工程化, 在图像局部信噪比大于0.3时, 采用三阶相关时检测概率达到98%。
低对比度 小目标 背景预测 能量累积 高阶相关 low contrast dim point target background prediction energy accumulation high-order correlation 强激光与粒子束
2010, 22(11): 2566
1 中国科学院光电技术研究所 四川成都610209
2 中国科学院研究生院 北京100039
薄膜缺陷是影响红外激光薄膜元件抗激光损伤的重要因素之一,长期以来一直是人们关注和研究的问题.本文介绍了红外激光薄膜缺陷的种类、特点及成因,在此基础上,分析了不同厂家镀膜材料与不同镀膜速率对薄膜表面缺陷密度的影响,并且得出了镀制激光薄膜所需的合适材料与速率,最后利用有限元方法对典型的节瘤与陷穴缺陷受激光作用进行了模拟分析,结果表明:节瘤缺陷种子深度小且直径大的缺陷产生的温升与应力较大,陷穴缺陷随直径增大,其产生的温升与应力也较大.
激光薄膜 热蒸发速率 缺陷密度 损伤阈值 Laser thin film Evaporation rate Defect density laser damage threshold
