1 深圳大学物理与光电工程学院，光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，深圳市超快激光微纳制造重点实验室，广东 深圳 518060
2 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室，广东省光纤传感技术粤港联合研究中心，深圳物联网光子器件与传感系统重点实验室，广东 深圳 518060
3 南方科技大学医院泌尿外科，广东 深圳 518055
4 香港中文大学机械与自动化工程学系，香港 新界沙田999077
光学相干层析成像（OCT）是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术，广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术，除了具有OCT的一般成像优点外，还具有体积小、质量轻、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰等特点，尤其适用于对现有其他成像技术无法到达的狭小腔道内的组织病变进行高分辨率检测和早期诊断。随着激光器、探测器和光纤器件制备技术的发展，光纤OCT系统、光纤探头设计和制备都取得了巨大进步，应用场景也得到不断扩展。具体地：光纤OCT系统从时域OCT发展到频域OCT，成像速度和分辨率获得显著提升；光纤OCT内窥成像探头先后历经了光纤-棱镜型、全光纤型及光纤复合型探头三个发展阶段，目前正朝着多功能集成、小型化、一体化的方向发展；光纤内窥OCT的临床应用从呼吸系统和消化系统逐渐拓展到心血管系统。从光纤OCT系统设计、探头设计与制备、内窥成像应用三方面综述近年来光纤OCT显微内窥成像技术的发展现状，重点总结光纤内窥探头的技术发展及其在医学诊断中的应用，最后结合现有前沿技术报道总结展望了未来光纤内窥OCT的发展方向。
光学相干层析成像 生物医学成像 光纤内窥成像 心血管疾病 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211025
1 南昌师范学院物理与电子信息学院, 江西 南昌 330032
2 江西农业大学现代农业装备重点实验室, 江西 南昌 330045
3 国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097
抗坏血酸是一种常见的面粉品质改良剂, 用于改善面团的流变学特性及面包的烘焙品质。 本研究以面粉中含不同浓度抗坏血酸的混合样品为研究对象, 通过拉曼成像技术实现面粉中抗坏血酸的检测、 识别和定量分析。 分别采集面粉、 抗坏血酸和面粉-抗坏血酸混合样品的拉曼图像, 确定感兴趣区域及光谱范围, 以抗坏血酸拉曼光谱中强度较高且区别于面粉的3处拉曼峰(631, 1 128和1 658 cm-1)为依据对混合样品的平均拉曼光谱进行分析, 结果显示其不能有效评估面粉中抗坏血酸含量, 研究探索对图像中各像素点对应的拉曼光谱进行分析以实现面粉中抗坏血酸的有效检测。 以混合样品图像中各像素点拉曼光谱作为校正集、 面粉平均拉曼光谱和抗坏血酸平均拉曼光谱的线性组合光谱作为验证集建立偏最小二乘模型, 模型的回归系数用于将混合样品的三维拉曼图像重建为二维灰度图像, 通过阈值分割实现面粉中抗坏血酸的检测和识别, 根据识别结果建立定量分析模型。 结果显示, 偏最小二乘模型的最高和最低回归系数分别对应于抗坏血酸和面粉的最强拉曼峰, 所有回归系数应用于混合样品拉曼图像将其转换为灰度图像后面粉和抗坏血酸的像素点仍难以识别, 阈值分割方法将灰度图像转换为用于分类面粉像素和抗坏血酸像素的二值图像实现了面粉中抗坏血酸的有效检测。 通过分析各浓度混合样品对应子样品中识别到的抗坏血酸像素点数确定本研究对面粉中抗坏血酸的最低检测浓度为0.01%(100 mg·kg-1), 混合样品中抗坏血酸浓度同图像中识别到的抗坏血酸像素点在0.01%~0.20%范围内具有良好的线性关系, 决定系数为0.996 0。 研究结果可为面粉中抗坏血酸添加剂的定量检测提供方法支持, 为大规模快速筛查提供了技术参考。
拉曼成像技术 面粉 抗坏血酸 无损检测 定量分析 Raman imaging technology Flour Ascorbic acid Non-destructive detection Quantitative analysis 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3765
1 浙江大学 宁波研究院 光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 中国科学院海洋研究所 海洋生态与环境科学重点实验室，山东 青岛 266071
3 中国科学院海洋大科学研究中心，山东 青岛 266071
近年的研究表明：全球的许多海湾和海区出现水母数量增加甚至暴发的现象，对海洋生态环境、海洋渔业、滨海旅游业、核电安全等产生了负面影响。2017年8月，自主研制的船载偏振海洋激光雷达在黄海海域开展了实验测量，观测到丰富的强散射个体信号，结合视频监控信息，判断信号来源于水母（沙海蛰），证明偏振海洋激光雷达能够实现水母个体的遥感探测。研究结果表明，同一水域水母的光学特性表现出聚类的特点；不同水域的水母信号对比度相近、退偏率不同，说明水母的光学特性与其生存水域环境密切相关。因此，偏振海洋激光雷达可以高效、经济、精确监测水母分布和数量变动状况，其未来的推广可以完善我国海域水母动态监测手段。
偏振海洋激光雷达 强散射个体 水母探测 polarized oceanic lidar strongly scattered individuals jellyfish detection 红外与激光工程
2021, 50(6): 20211038
1 中国科学院 云南天文台, 云南 昆明 650216
2 中国科学院大学 空间科学学院, 北京 100049
3 中国科学院 天体结构与演化重点实验室, 云南 昆明 650216
4 云溪师范学院, 云南 玉溪 653100
暗弱的近地小行星一方面存在碰撞地球的威胁, 另一方面, 也正因为它是离我们人类最近的自然天体, 成为人们研究太阳系行星和小天体起源和演化以及未来人类所需矿物质补充采取的目标。但是, 利用地面望远镜, 很难直接“看到”近地小行星大小和形状, 对其质量和内部结构的测量就更困难。目前, 人们多是利用小行星光度的测量值及其时序变化开展小行星形状、自转参数及物质组成的反演研究。本文选取适用于无大气天体表面的散射律, 假设从简到繁的小天体形状(三轴椭球－Cellinoid椭球－凸面体), 开展了包括近地小行星在内的小行星基本物理参数的反演研究。应用蒙特卡洛方法, 实现了小行星凸面体反演参量(形状、自转轴指向、自转速率以及表面散射参数)的不确定性评估。利用Lommel-Seeliger 椭球模型, 分析了阿波罗型近地小行星(155140)2005UD的形状、自转轴及自转周期以及相位函数参数的测定; 利用Cellinoid椭球体模型, 实现了小行星(106)Dione的测光数据分析; 利用凸面体模型, 对小行星(103)Hera及 (345)Hermentaria的测光数据进行了反演分析。针对观测数据少, 且存在对地球碰撞危胁的近地小行星, 可采用参数较少的Lommel-Seeliger椭球体光度模型, 快速得到小行星的三维大小及自转参数的粗略估算。增加了3个形状参数Cellinoid椭球体模型可以提高对具有不对称峰值光变曲线的拟合。小行星凸面体模型对小行星光变曲线的拟合最好。新建立的凸面体模型加蒙特卡洛算法, 实现了小行星凸面体模型中待测参数的最佳解及其不确定性的估算。
近地小行星 测光观测 光度模型 形状 自转参数 表面散射性质 Near-Earth asteroids brightness models shape spin parameters photometric phase function 光学 精密工程
2020, 28(11): 2549
浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
采用半解析蒙特卡洛方法, 开发了一套星载海洋激光雷达回波信号的仿真系统。通过输入激光雷达系统参数和仿真的环境参数, 该系统能够模拟具有不同光学特性的大气和海洋的激光雷达回波信号。同时该仿真系统设计了用户友好的软件界面方便用户对输入参数进行操作, 并直观地看到输出结果。利用该系统进行了多种仿真, 例如不同类型水体以及不同散射相函数的情况, 并将仿真结果与理论的激光雷达信号做了对比, 具有较高的一致性。该系统对星载海洋激光雷达探测机理的研究有一定的指导意义。
半解析蒙特卡洛模型 星载海洋激光雷达 激光雷达回波信号 semianalytic Monte Carlo model spaceborne oceanic lidar lidar returns 红外与激光工程
2020, 49(2): 0203009
王晓彬 1,2,3,4,5,*黄文倩 2,3,4,5王庆艳 2,3,4,5李江波 2,3,4,5[ ... ]赵春江 1,2,3,4,5
1 沈阳农业大学信息与电气工程学院, 辽宁 沈阳 110866
2 北京农业智能装备技术研究中心, 北京 100097
3 国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097
4 农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100097
5 农业智能装备技术北京市重点实验室, 北京 100097
高光谱成像技术不仅可以获得样品的图像信息, 每个像素点还包含了光谱信息, 因其信息量丰富的特点已在食品安全检测方面得到了应用。 该研究应用近红外高光谱成像技术检测面粉中偶氮甲酰胺。 分别采集纯偶氮甲酰胺、 纯面粉和面粉中10种不同浓度偶氮甲酰胺混合样品的高光谱图像。 通过比较纯偶氮甲酰胺和纯面粉的平均漫发射光谱, 找到两者区分度较大的4个吸收波段: 1 574.38, 2 038.55, 2 166.88和2 269.91 nm。 采用二阶导数对样品图像中的像素点光谱进行预处理, 通过光谱角制图、 光谱相关角和光谱相关性度量三种光谱相似性分析方法对混合样品中的偶氮甲酰胺像素和面粉像素进行检测。 结果表明, 预处理后的平均光谱不能有效检测面粉中偶氮甲酰胺; 单像素点光谱结合光谱相似性分析实现了混合样品中偶氮甲酰胺像素和面粉像素的分类; 分类结果的验证显示了偶氮甲酰胺像素和面粉像素的正确分类。 研究结果为利用高光谱技术检测面粉中添加剂提供了方法支持, 为食品中掺杂物的检测提供参考。
高光谱成像 面粉 偶氮甲酰胺 光谱相似性分析 分类 Hyperspectral imaging technology Flour Azodicarbonamide Spectral similarity analysis Classification 刘宸 1,2,3,4王庆艳 2,3,4黄文倩 2,3,4陈立平 1,2,3,4[ ... ]王晓彬 2,3,4
1 西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西 杨凌 712100
2 国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097
3 农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100097
4 农业智能装备技术北京市重点实验室, 北京 100097
拉曼高光谱成像技术不仅可以获取样本的空间分布信息, 图像上每个像素点还包括了完整的光谱信息, 因其信息量丰富的特点已在食品安全检测方面得到了应用。 本研究探索拉曼高光谱成像系统中光在奶粉层中的穿透深度, 以及采集参数和奶粉类型对穿透深度的影响。 实验选取均匀奶粉层样品放置于厚度为5 mm的三聚氰胺样本之上, 检测奶粉层厚度为0.8～4.0 mm时的三聚氰胺特征峰强度, 以此评估光在奶粉层中的穿透性和信号衰减情况。 结果显示当奶粉层厚度一定时, 随着激光功率变大, 拉曼特征峰值随之增加, 此外更长的曝光时间也可以使拉曼信号得到增强。 在激光功率不小于2 W且曝光时间不小于500 ms时, 光在全脂奶粉层的穿透深度可达4 mm。 奶粉层厚度在0.8～4.0 mm范围内, 穿透奶粉层的拉曼信号随着奶粉层厚度增加呈指数式衰减。 在激光功率为8 W、 曝光时间为1 000 ms的条件下, 光在全脂、 低脂和脱脂奶粉层的穿透深度均达到了4 mm。 在相同测量厚度下, 通过脱脂奶粉层接收的拉曼信号弱于通过全脂和低脂奶粉层接收的拉曼信号强度。 研究结果为拉曼高光谱检测中奶粉样品的前处理提供了有益参考。
拉曼光谱 高光谱成像 奶粉 穿透深度 三聚氰胺 Raman spectroscopy Hyperspectral imaging Milk powder Penetration depth Melamine 光谱学与光谱分析
2017, 37(10): 3103
1 江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室, 江苏 镇江 212013
2 江西农业大学工学院生物光电及应用重点实验室, 江西 南昌 330045
为了获得氨基甲酸酯类农药分子的分子结构振动信息, 应用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP杂化泛函和6-31G（d,p）基组对三种氨基甲酸酯类农药（西维因、 克百威和涕灭威）分子进行了几何结构优化和频率计算, 利用拉曼光谱仪采集了这三种氨基甲酸酯类农药的实验拉曼光谱, 并将理论方法计算的拉曼光谱和实验拉曼光谱进行比较。 结果表明, 理论方法计算的结果与实验值具有很好的匹配性。 对三种氨基甲酸酯类农药分子在400～3 200 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属, 找到了氨基甲酸酯类农药分子的四个特征峰, 分别位于874, 1 014, 1 162和1 716 cm-1附近。 对比分析三种农药实验拉曼光谱的差异, 找到三种农药分子各自不同的特征峰。 研究结果为氨基甲酸酯类农药的检测分析提供了理论基础, 将应用于农产品中氨基甲酸酯类农药残留的鉴别。
氨基甲酸酯农药 密度泛函理论 拉曼光谱 频率归属 Carbamate pesticide Density functional theory Raman spectrum Assignment
王超鹏 1,2,3,4,*黄文倩 2,3,4樊书祥 2,3,4张保华 2,3,4[ ... ]陈立平 1,2,3,4
1 西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西 杨凌 712100
2 国家农业智能装备工程技术研究中心, 北京 100097
3 农业部农业信息技术重点实验室, 北京 100097
4 农业智能装备技术北京市重点实验室, 北京 100097
5 沈阳农业大学信息与电气工程学院, 辽宁 沈阳 110866
为实现玉米种子含水率(MC)的精确、快速、无损检测, 消除种子放置方式(胚部朝上/下)的影响, 基于高光谱成像和图像处理技术, 结合变量筛选法, 针对玉米种子正反面放置的不同分别建立对应的MC预测模型。分别采集种子正、反两面高光谱图像, 提取质心区域光谱数据, 采用竞争性自适应重加权变量选择算法筛选特征波段, 建立对应的MC预测模型。对比图像不同部位光谱曲线变化趋势, 挑选4个特征波段(1104, 1304, 1454, 1751 nm)进行波段运算获取种子正、反面信息及质心位置。依据正、反面检测结果, 自主选择对应的MC预测模型对45个验证集样本进行含水率检测。结果表明, 使用波段运算正、反面识别率分别为97.8%、100%; 正、反两面验证集相关系数分别为0.969, 0.946, 均方根误差分别为0.464%, 0.616%。该研究为使用多光谱成像技术实现玉米种子MC的快速无损自动化检测奠定基础。
光谱学 高光谱检测技术 竞争性自适应重加权变量选择算法 玉米种子 正反面 含水率 激光与光电子学进展
2016, 53(12): 123001
1 江西农业大学生物光电及应用重点实验室, 江西 南昌 330045
2 江西出入境检验检疫局技术中心, 江西 南昌 330002
3 江西农业大学农学院, 江西 南昌 330045
采用表面增强拉曼光谱技术结合快速溶剂前处理方法检测脐橙果肉中三唑磷农药残留, 应用化学计量学方法建立脐橙果肉中三唑磷农药残留的快速检测模型。 以脐橙果肉提取液为基质, 采用N-丙基乙二胺、 C18和石墨化碳去除果肉中有机酸、 色素等荧光物质, 配制不同浓度的三唑磷农药溶液, 应用不同预处理方法对光谱信号进行预处理, 建立偏最小二乘模型。 结果表明, 以脐橙果肉提取液为基质的三唑磷溶液最低检测浓度低于0.5mg·L-1; 归一化预处理后建立的模型预测性能最好, 模型对预测集样本的均方根误差为1.38 mg·L-1, 相关系数为0.976 6, 相对分析误差为（RPD）4.66。 预测回收率为95.97%～103.18%, 相对误差绝对值在5%以下, 表明模型具有较好的预测效果。 对4个未知浓度样本进行配对t检验, 预测值与真实值无显著差异, 说明所建立的方法准确可靠。
表面增强拉曼光谱 脐橙果肉 三唑磷 快速检测 Surface-enhanced Raman spectroscopy Flesh of navel orange Triazophos Detection
