山东中医药大学智能与信息工程学院，山东 济南 250355
甲状腺结节是成人临床最常见的结节性病变之一，发病率一直居高不下。甲状腺结节有良性和恶性之分，后者即为甲状腺癌，会造成患者呼吸吞吐困难甚至危及患者生命。因此，识别甲状腺结节的良恶性是诊断和治疗甲状腺结节的首要问题。深度学习能够自动提取结节特征，并完成甲状腺结节的良恶性初步分类。随着深度学习分类准确率的不断提高，目前它已成为甲状腺结节良恶性辅助诊断的重要手段。为更好地进行甲状腺结节良恶性分类辅助诊断研究，对常用的结节分类性能评价指标进行介绍；按卷积神经网络、Transformer、深度神经网络、生成对抗网络、迁移学习、集成学习以及基于深度学习的计算机辅助诊断系统进行分类，对它们在甲状腺结节良恶性分类中的应用进行阐述，并进行综合对比分析；总结了目前研究中存在的问题，并对未来的研究方向进行了展望。
甲状腺结节 良恶性分类 深度学习 图像处理 辅助诊断 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0800002
1 咸阳师范学院物理与电子工程学院，陕西 咸阳 712000
2 西北工业大学自动化学院，陕西 西安 710072
3 西安建筑科技大学机电工程学院，陕西 西安 710055
为解决激光雷达目标点云配准技术中精确配准步骤中所存在的匹配速度慢和匹配误差大的问题，提出了一种基于邻域曲率改进的迭代最近点（ICP）精准化匹配算法。初始配准采用传统的主成分贴合法，给精确配准找到一个较好的初始位置，精配准采用基于领域曲率改进的ICP算法。以斯坦福兔子和场景点云作为实验研究对象，配准结果和数值分析共同表明，基于邻域曲率改进的ICP算法在点云配准中的可行性，且与其他算法相比，所提算法的配准速度更快、匹配精度更高，为三维数据重建和目标识别技术提供一种更高效的新方法。
遥感 激光雷达 邻域曲率 精确配准 迭代最近点算法 点云数据重建 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0228008
1 北京物资学院信息学院, 北京 101149
2 北京建筑大学机电与车辆工程学院, 北京 102616
3 3. Department of Computer Science and Engineering, University of South Florida, Fl, 33647, USA
高光谱图像具有较高的光谱分辨率和空间分辨率, 从而具备区分诊断地物光谱特性的能力, 但是在获取高光谱图像时, 经常会由于载荷平台的振动, 导致光谱图像失真, 严重影响光谱图像在应用中的精度和可信度。 提出一种能够将振动模糊高光谱图像复原的动态混沌扰动遗传算法, 该算法对比于普通的遗传算法, 不会出现过早收敛, 能够较准确的恢复图像, 提高光谱质量。 根据振动模糊图像的退化原理, 找到振动模糊图像与清晰图像之间的映射关系和振动模糊图像的点扩散函数。 针对振动模糊图像退化的非线性和混沌系统特征, 用tent映射生成混沌初始种群, 增强遗传算法的全局搜索能力。 对产生的优秀个体, 用切比雪夫映射进行混沌扰动, 对优秀个体混沌优化, 以增强遗传算法自身局部搜索能力。 将三维高光谱影像平铺为二维图像, 利用相邻的光谱通道的图像相关性, 对每一幅图像进行复原, 从而实现三维高光谱数据的复原。 在澳大利亚机载Hymap成像光谱仪所提供的数据立方体中, 进行了两组不同的振动模糊光谱图像复原仿真验证。 将所提出的方法与近期使用的光谱图像复原算法和遗传复原算法进行对比分析, 图像采用无参评价方法灰度平均梯度GMG和拉普拉斯算子LS, 有参评价方法信噪比SNR和峰值信噪比PSNR, 光谱采用光谱信息散度SID和光谱梯度角SGA评价方法, 发现各个评价指标均有大幅改善。 与最新的光谱复原算法相比, SNR提高了60%, PSNR提高了10%, GMG提高了11%, LS提高了11%, SID降低了39%, SGA降低了5%。 与原遗传算法相比, 图像的SNR提高了51%, PSNR提高了12%, GMG提高了33%, LS提高了43%, SID降低了39%, SGA降低了16%。 计算结果表明该方法对恢复振动模糊高光谱图像数据非常有效, 不仅能提高单波段图像的清晰度, 光谱数据立方体的光谱质量也明显提高。
遗传算法 振动模糊 图像复原 混沌扰动 Genetic algorithm Vibration blur Image restoration Chaos disturbance 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2219
1 北京控制工程研究所 空间光电测量与感知实验室, 北京 100190
2 中国空间技术研究院, 北京 100190
3 空间智能控制技术重点实验室, 北京 100094
本文综述了极限性能哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope, HST)在轨微振动的研究进展, 说明了其指向测量与控制系统组成和特点, 同时给出了其关键技术指标, 有针对性地剖析了HST在高性能航天器微振动研究及指向控制技术等方面的先进技术和理念。阐述了HST反作用轮组件、太阳电池阵的扰动特点以及微振动引起光学元件抖动的现象, 在此基础上, 对现代航天器5种先进指向控制技术进行了总结, 包括基于降阶模型的控制、基于线性二次高斯的控制、解析和数值推导的H∞控制、协方差控制和双模干扰调节控制。HST微振动相关技术分析方法可为我国高分专项、深空探测、载人航天、引力波探测等涉及到的高性能航天器、毫角秒级敏感器以及空间站光学舱等高精度光学仪器的研制、地面试验和在轨干扰环境量化评估提供有益的借鉴。
哈勃太空望远镜 微振动 高性能航天器 指向控制系统 Hubble Space Telescope(HST) micro vibration high-performance spacecraft pointing control system 光学 精密工程
2020, 28(11): 2478
Author Affiliations
Abstract
1 School of Sciences, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
2 School of Physical Science and Technology, Southwest University, Chongqing 400715, China
3 Hebei Jiya Electronics Co., Ltd., Shijiazhuang 050071, China
4 Hebei Provincial Research Center of LCD Engineering Technology, Shijiazhuang 050071, China
Image sticking in liquid crystal display (LCD) is related to the residual direct current (DC) voltage (RDCV) on the cell and the dynamic response of the liquid crystal materials. According to the capacitance change of the liquid crystal cell under the DC bias, the saturated RDCV (SRDCV) can be obtained. The response time can be obtained by testing the optical dynamic response of the liquid crystal cell, thereby evaluating the image sticking problem. Based on this, the image sticking of vertical aligned nematic (VAN) LCD (VAN-LCD) with different cell thicknesses (3.8 μm and 11.5 μm) and different concentrations of γ-Fe2O3 nanoparticles (0.017 wt.%, 0.034 wt.%, 0.051 wt.%, 0.068 wt.%, 0.136 wt.%, 0.204 wt.%, and 0.272 wt.%) was evaluated, and the effect of nano-doping was analyzed. It is found that the SRDCV and response time decrease firstly and then increase with the increase of the doping concentration of γ-Fe2O3 nanoparticles in the VAN cell. When the doping concentration is 0.034 wt.%, the γ-Fe2O3 nanoparticles can adsorb most of the free impurity ions in liquid crystal materials, resulting in 70% reduction in the SRDCV, 8.11% decrease in the decay time, and 15.49% reduction in the rise time. The results show that the doping of γ-Fe2O3 nanoparticles can effectively improve the image sticking of VAN-LCD and provide useful guidance for improving the display quality.
nanoparticles doping image sticking SRDCV response time VAN-LCD Chinese Optics Letters
2020, 18(3): 033501
Author Affiliations
Abstract
Physics Department of Science College, Shanghai University, Shanghai 200444, China
Based on Kogelnik’s coupled-wave theory, it is found that when a femtosecond pulse is incident on a transmitted volume holographic grating, two transverse standing waves along the grating vector direction will be generated inside the volume holographic grating (VHG). Due to field localization of two standing waves, they have two different velocities along the propagation depth. On the output plane of the VHG, femtosecond dual pulses are generated in both the diffracted and transmitted directions. Results show that the pulse interval is determined by the refractive index modulation and thickness of the grating, while the waveform of the dual pulses is independent of the grating parameters.
320.5540 Pulse shaping 050.7330 Volume gratings 050.1940 Diffraction Chinese Optics Letters
2019, 17(11): 113201
针对空间站用光学仪器上微尺度力学敏感器件随机振动响应值过大的问题, 对该器件进行微尺度、精细化建模, 研究其力学特性, 并对其随机响应采取有效抑制措施。首先, 探讨了微尺度模型边界协调和微尺度有限元变分问题, 根据微尺度结构特点, 建立4种模型, 在整机中进行系统级随机振动仿真分析, 研究了4种模型微尺度结构的力学特性。接着, 在分析比较随机加速度响应值、位移响应值与应力响应值的基础上, 对力敏器件微尺度建模方法进行了深入讨论。然后, 对力学敏感器件采取了随机响应抑制措施, 并进行了仿真分析。最后, 对该光学仪器进行了力学试验、热试验和测试试验。结果表明, 该光学仪器功能正常, 微尺度结构随机加速度响应RMS值最大降低42.4%, 随机应力响应降低均在20%以上, 应力安全裕度均远大于零; 仿真与试验加速度响应结果最大相对误差均在10%以内。证明了所提出的微尺度结构截面四单元建模方法精准、可靠。
微尺度 精细化建模 随机响应 光学仪器 力敏器件 振动抑制 micro-scale fine modeling random response optical instrument mechanical-sensitive component
1 南京航空航天大学航空宇航学院, 江苏 南京 210016
2 淮阴工学院电子信息工程学院, 江苏 淮安 223003
除草剂可以快速、 有效地进行除草, 已被广泛应用, 但是在除草剂使用同时也会对周围环境和农作物带来一定程度的污染, 例如农业生产过程中经常发现由于除草剂使用不当而使果树中毒的现象。 异丙甲草胺是一种酰胺类选择性除草剂, 被广泛应用于旱地作物、 蔬菜和果园、 苗圃。 根据相关文献报道, 基于气相色谱法、 气相色谱-质谱联用法和固相萃取等方法可以实现异丙甲草胺残留检测, 而基于吸收光谱法对异丙甲草胺的分析未见相关文献报道, 提出直接利用吸收光谱及其导数光谱分析法实现异丙甲草胺农药及其在苹果汁中的农药残留检测。 首先利用分光光度计对不同浓度异丙甲草胺药液进行吸收光谱实验研究, 发现在266 nm处有明显吸收光谱特征峰。 对农药吸收光谱进行拟合分析, 得到异丙甲草胺药液浓度和吸光度之间预测模型函数方程, 函数方程为y=2.147 09x+0.031 98, 相关系数为0.998 5。 然后利用分光光度计对苹果汁-异丙甲草胺混合溶液进行吸收光谱实验研究, 相对于纯苹果汁吸收光谱, 在混合溶液吸收光谱中发现266 nm处为异丙甲草胺所对应的特征峰。 对苹果汁中药物浓度和吸光度进行建模, 模型函数为: y=0.704 9+0.826 8x, 其相关系数为0.991 1。 可以看出, 当苹果汁中异丙甲草胺残留量很低时, 其农药吸收光谱特征峰并不明显。 为进一步提高检测效果, 对混合溶液吸收光谱进行一阶导数处理, 得到其一阶导数吸收光谱。 与苹果汁吸收导数光谱相比较, 苹果汁-农药混合溶液导数光谱有两个明显特征光谱峰, 分别位于269和276 nm处。 进一步分析苹果汁-异丙甲草胺混合溶液的导数吸收光谱峰值与农药含量之间的关系, 对异丙甲草胺含量与导数光谱吸光度进行函数拟合。 其中269 nm对应预测模型函数关系式: y=0.005 3-0.090 6x, 相关系数r=0.992 5; 276 nm对应预测模型函数关系式为y=-0.000 769-0.302 8x, 相关系数r=0.990 6。 为验证由吸收光谱和其一阶导数光谱所得苹果汁中农药残留预测模型的准确性, 另外配置五种浓度苹果汁－异丙甲草胺混合溶液。 然后在同等条件下对其进行吸收光谱实验, 将266, 269和276 nm处的吸光度分别代入对应模型函数可求得浓度预测值, 结合已知浓度值可计算其平均回收率, 其中吸收光谱266 nm对应平均回收率为104.68%, 导数光谱269 nm对应平均回收率为104.59%, 276 nm对应平均回收率为105.18%。 对苹果汁中异丙甲草胺检测模型进行分析, 计算得到检出限(LOD)和定量限（LOQ）参数值, 其中原始吸收光谱对应LOD和LOQ分别为0.014 8和0.049 2 mg·mL-1, 一阶导数光谱对应LOD和LOQ最小值分别为0.001 5和0.004 9 mg·mL-1。 研究结果表明, 采用吸收光谱方法对苹果汁中异丙甲草胺进行直接检测与分析是快速和可行有效的, 而且对吸收光谱进行导数运算处理后, 检测效果更优。
农药残留 异丙甲草胺 吸收光谱 导数光谱 Pesticide residue Metolachlor Absorption spectrum Derivative spectrum
1 河北工业大学 理学院, 天津 300401
2 河北冀雅电子有限公司, 河北 石家庄 050071
3 河北省液晶显示器工程技术研究中心, 河北 石家庄 050071
为了探究液晶材料的介电性能，本文研究了4PPTGS和4PUTGS两种含氟三环NCS类液晶材料的介电各向异性和介电损耗。首先用精密LCR表(Agilent E4980A)测量液晶盒的电容并用双盒模型和液晶盒电容模型得到4PPTGS和4PUTGS两种液晶材料的平行和垂直介电常数，再由电压-电容特性曲线得到它们的阈值电压，并进一步探讨了介电各向异性和阈值电压对温度的依耐性; 然后，在20 Hz~10 kHz范围内研究了外加电压频率对液晶材料介电损耗的影响，两种液晶材料在1 kHz左右都存在介电损耗峰值，为了减小器件的功耗和提升器件的质量，液晶材料应选择在介电损耗小的频率下工作; 最后，通过对平行和垂直排列向列相盒中液晶材料在不同电压下介电损耗的测试与分析，介电损耗的变化是由于在外加电场下液晶分子固有偶极矩的取向极化引起的，介电损耗值的大小与液晶分子的排列状态密切相关。此项研究对提升液晶材料在应用中的介电性能具有一定的指导意义。
液晶材料 电容 介电各向异性 介电损耗 LC materials capacitance dielectric anisotropy dielectric loss
