西安应用光学研究所 智能感知实验室，陕西 西安 710065
DETR（detection transformer）算法是一个基于Transformer的目标检测算法，具有检测速度快、检测效果好的优势。介绍了一种利用DETR算法及双目视觉原理对道路环境下的人、车、自行车、信号灯等目标进行构建的测量系统。分析了双目测距、相机标定、目标检测以及目标匹配的原理，并以此为基础构建了测量系统。采用目标检测算法检测视野中的目标，利用双目视觉原理对检测到的目标进行测距，同时分析了测量系统中测量误差的来源，并计算其对结果的影响。该算法在KITTI数据集及现实环境中进行测试，测量系统基线为45 cm，对15 m～80 m的指定目标检出率高于90.6%，测距误差小于5.8%，在RTX 2080Ti平台上能够实时运行。
双目视觉 目标检测 测量系统 测量误差 binocular vision target detection measurement system measurement error
江苏大学物理与电子工程学院，江苏 镇江 212013
细胞是有机体结构与生命活动的基本单位，其形态结构往往与功能状态相匹配，因而细胞的形态是生命科学的重要研究内容，对临床医学诊断也有着重要的意义。定量相位成像技术作为一种强大的无损、无标记成像工具，可为定量评估细胞提供重要的生物、物理特性信息。提供的相位图虽携带了样品内部结构信息，但样品厚度与折射率耦合在相位数据中，需要借助算法对相位数据进行解耦，才能重建样品的三维形态。提出了基于两路正交的双波长相位信息重建多介质相位体三维形态的方法。以有核生物细胞为例，利用该方法对样本的两幅同方向双波长相位图按亚结构分布进行区域划分，对应解析不同区域内参考点的相位值，提取出胞质折射率及其沿入射光方向的厚度分布，据此分离胞质和胞核各自引起的相位；进一步联合正交方向的相位图，获取胞核中参考点在对应方向上的物理厚度，并相继计算出胞核的平均折射率和胞核整体厚度分布，从而利用两个正交方向的三幅相位图重建出样品的三维形态。
生物医学 相位成像 形态重建 双波长 正交成像 中国激光
2022, 49(20): 2007206
稳定精度是衡量光电平台性能的重要指标，干扰力矩是影响稳定精度的最主要因素，而线缆弹性力矩是扰动力矩的重要组成，因此减小线缆弹性力矩对提高光电平台的稳定精度具有重要意义。建立了光电稳定平台和线缆弹性力矩的数学模型，定量分析了弹性力矩对稳定精度的影响，并在该基础上提出了一种减小线缆弹性力矩的方法，通过将该方法应用于实际产品，证明了该方法可以使弹性力矩降低0.180 N·m，光轴角度变化减小了16.3%。
1 江苏大学 机械工程学院, 镇江 212013
2 江苏大学 物电学院, 镇江 212013
活体细胞成像中, 折射率和厚度分布的检测结果一直是细胞变异和形态分析中的重要参数。在光学相位成像中, 由于细胞折射率和厚度的耦合效应, 细胞的折射率不能直接被测量到, 因此, 细胞折射率和厚度解耦方法的研究一直是该领域研究的一个热点。对此,本文以血细胞为研究对象, 基于免标三维相位成像信息, 建立双波长相移方程, 通过三维相位成像下的双波长相位信息分布特征和梯度分布特征分析, 利用细胞介质的色散特性, 得到了双波长相位分布函数表示下的均质和有核非均质样品的折射率以及厚度解耦的数学解。通过单介质模型和外胞类球形有核式模型的仿真实验, 得到了折射率和外胞及内核厚度分布的结果, 误差分析表明其具有较高的精准性, 由此验证了本文方法的正确性。本文方法可对均质细胞(如血红细胞)和外胞类球形有核细胞(如白细胞)进行折射率和厚度分布的解耦, 由此可为血细胞质量检测和亚类识别方法的研究提供一种新思路。
相位显微成像 血细胞 折射率 厚度分布 解耦方法 phase microscopic imaging blood cell refractive index thickness distribution decoupling method
1 江苏大学物理与电子工程学院，江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013
针对如何在相位分布图中选取合适边缘采样点的问题，基于相位成像理论和实验分析了不同处理方案的优缺点并提出了采样策略。结合相位成像机理，采用基于梯度的几类经典边缘检测算子分析了采样特征点位置不确定性的来源及其对检测结果的影响。选取形态结构复杂程度不同的实际样品开展实验研究，对比分析不同采样点位置选取对样本尺寸计算结果的影响，对多种误差产生的原因进行了分析，给出了其理论上的关联和解释。综合多组实验数据对比分析的结果，总结出了适合不同复杂程度样品的形态结构特征提取方案，其处理效率能够满足快速实时检测的需要。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617030
1 江苏大学物理与电子工程学院，江苏 镇江 212013
2 南方科技大学生物医学工程系，广东 深圳 518055
针对定量相位成像技术中样本形态信息提取繁琐不利于自动化检测分析的问题，探索了基于小规模数据集对轮廓相似的相位物体进行精准识别的可行性及其训练策略。分别建立了包括聚苯乙烯微球、红细胞等4类样本的相位分布和干涉条纹数据集。构建了一个卷积神经网络（CNN）模型成功实现对相位图的识别，进而对不同样品相位值进行变换以增大识别难度，并通过改进网络模型在验证集上成功识别出所有样品类型。为简化检测流程，对4类样本对应的干涉条纹进行了识别，用残差模块改善CNN模型的网络退化问题实现了准确分类。针对条纹可见度、载波频率复杂多变的实际情况，分别考查了其对识别准确率的影响。通过优化训练集提高了模型的识别效率，表明了机器学习技术在相位信息识别方面的潜力。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617026
1 江苏大学物理与电子工程学院, 江苏 镇江 212013
2 深圳大学物理与光电工程学院, 广东 深圳 518061
为满足临床检验等领域对快速获取形态信息的需求,提出了一种仅需2幅相位图的三维形态快速重建算法。该算法从2幅正交相位图中分别获取样品在相应入射光正投影面上的结构边界,通过建立、解算这2组正交的二维数据间的关联得到样品亚结构轮廓的三维坐标和平均折射率,进而给出各亚结构物理厚度的定量分布,实现样品三维结构重建。通过仿真和实验对具有不同结构特征的样品进行了三维形貌重建,实验结果验证了所提算法的有效性和普适性。
测量 相位测量 亚结构轮廓 平均折射率 三维形貌 光学学报
2021, 41(23): 2312006
1 江苏大学物理与电子工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学京江学院, 江苏 镇江 212013
3 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
超构透镜作为一种灵活调控空间光场相位、振幅及偏振的有效选择,在超分显微成像中受到了广泛的关注。为了提高多波长显微成像的分辨率,解决传统光学系统结构厚重、设计复杂等问题,基于相位补偿理论,运用传输相位法以及粒子群优化算法,设计了一种基于二氧化钛纳米单元柱的反射式消色差超构透镜,在500~550nm之间实现了恒定聚焦,且该透镜具有偏振不敏感的特性。与数值孔径相同但有色散的超构透镜的对比结果有效证实了该超构透镜的消色差功能。所设计的透镜可应用于多波长显微成像系统中并提高成像的分辨率。此外,该消色差透镜在数码相机和光学仪器等领域中也有较好的应用价值。
光学设计 光学材料 超构透镜 消色差透镜 免偏振敏感 多波长 显微成像
