大连医科大学附属第一医院, 辽宁 大连 116000
宫颈癌是女性发病率第四位的癌症, 如果能早期诊断宫颈癌和宫颈上皮内瘤变可大大提高生存率。 现有的诊断技术存在假阳性率高、 特异度低、 灵敏度低、 耗时、 价格高等问题。 拉曼光谱技术是一种可靠的新兴的技术, 它可分析物质的分子结构, 还可以分析人体组织的化学成分。 在医学研究方面, 拉曼成像已成功应用于鼻咽、 胃肠、 肺、 食管、 肾、 脑癌等。 综述总结了近五年拉曼光谱技术在宫颈癌中的关键研究。 拉曼技术对宫颈癌的研究已有几十年的历史, 近五年的研究在诊断宫颈癌的同时, 更深入地研究了炎症因素对诊断的影响、 宫颈鳞癌腺癌的区分等。 本综述从体内组织学、 体外组织学、 细胞学以及血液方面分类总结了近五年的文献, 还汇总了文章中出现的数据处理方法、 激发光波长、 拉曼波数及其代表物质。 现有文献证明, 拉曼光谱对宫颈癌的诊断特异性及准确度均可达到90%以上, 不亚于传统HE染色, 并且相较于HE染色, 拉曼技术拥有免染色、 免固定、 专业人员需求量少、 快速等优点, 对于宫颈癌的诊断提供了另一种可行性。 然而, 拉曼光谱在应用于临床之前, 还需要更多的研究及证据来充分论证拉曼光谱在宫颈癌诊断中的作用, 我们也期待着能有更多样本数据, 更多研究思路的出现。
拉曼显微镜 宫颈癌 疾病诊断 Raman spectroscopy Cervical carcinoma Disease diagnosis 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2213
1 淮南师范学院电子工程学院，安徽 淮南 232038
2 华东交通大学信息工程学院，江西 南昌 330013
基于阻抗匹配理论与组合谐振结构特性，设计了一种超宽带超材料太阳能吸收器。该吸收器由栅格结构与金属/介质/金属堆叠结构组合而成，组合结构有效拓展了吸收带宽。采用时域有限差分法分析了吸收器的吸收特性，结果表明：该吸收器在300～4000 nm波段内的平均吸收率可达94.9%，吸收带宽为3700 nm，可有效覆盖可见光与红外光波段。该吸收器在整个吸收波段范围内具有一定的偏振独立特性，以60°广角斜入射时，平均吸收率仍可达到93%。谐振频点处的电磁场分布表明，该吸收器的超宽带高吸收特性主要归因于表面等离子体共振、局域表面等离子体共振、慢波效应、法布里-珀罗共振，以及共振模式间的杂化耦合作用。所提超宽带高吸收太阳能吸收器在许多超材料领域具有潜在的应用价值。
材料 超材料 太阳能吸收器 高吸收率 超宽带
1 淮南师范学院电子工程学院, 安徽 淮南 232038
2 华东交通大学信息工程学院, 江西 南昌 330013
基于多尺度特征结构堆叠与法布里-珀罗共振原理,设计了一种宽波段高吸收的多层齿轮形超材料吸收器,该吸收器由两层不同尺度的介质-金属堆叠组成。采用时域有限差分方法分析其吸收特性,数值仿真结果表明,该吸收器在300~4000 nm的波长范围内的吸收率均在89%以上,平均吸收率可达94%,呈现一定的偏振不敏感特性,在60°大角度斜入射时,平均吸收率仍能保持93%。通过对谐振波长处的电磁场分布进行分析,可以得出,该吸收器的宽波段高吸收特性主要由法布里-珀罗共振、表面等离子体共振、局域表面等离子体共振以及多种共振相互间的杂化耦合作用决定。这种宽波段高吸收、大角度吸收、偏振不敏感的吸收器在光伏电池、隐形设备等领域具有潜在的应用价值。
光学器件 超材料 吸收器 宽波段 高吸收率 光学学报
2021, 41(18): 1823001
江西理工大学电气工程与自动化学院, 江西 赣州 341000
针对雨雪天气条件下的运动目标检测受到天气的影响较大,提出一种融合全变分(TV)正则化和Rank-1约束鲁棒主成分分析(RPCA)模型的视频序列运动目标检测算法。利用RPCA这一工具,在低秩稀疏分解框架下,采用Rank-1约束描述背景层的强低秩性,利用TV正则化结合L1范数对前景目标的稀疏性和空间连续性进行约束,从而弥补现有RPCA模型的不足。针对所提模型,采用交替迭代乘子法的思想结合增广拉格朗日乘子法对目标函数进行优化求解。实验结果表明,所提算法不仅能够准确检测出运动目标,而且具有较短的运行时间,这为视频的实时检测提供参考。与其他同类算法相比,所提算法不仅检测效果更佳,而且在F测度值、召回率和准确率的定量评价中均有优越性。
机器视觉 鲁棒主成分分析 全变分正则化 Rank-1正则化 运动目标检测 激光与光电子学进展
2020, 57(24): 241507
1 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院, 辽宁 阜新 123000
2 自然资源部国土卫星遥感应用中心, 北京 100048
深度学习通过训练样本进行特征识别,已经被广泛应用于道路提取领域。该方法不局限于特定类型的影像,但是受训练样本数量和计算机硬件的限制,所提取的道路会有断裂和噪声。针对上述问题,使用VGG卷积神经网络对道路进行初步提取后引入张量投票方法进行优化处理。首先通过影像变换、随机裁剪、过采样等方法对样本进行多模式扩充,进而训练VGG卷积神经网络模型;其次利用该网络从原始影像中初步分割道路面,接着对道路面的二值影像进行张量投票获取道路的显著性信息;最后在特征提取时针对显著性信息加入阈值获取道路面。实验结果表明,所提方法提取道路的召回率与正确率均达90%以上,与其他传统方法相比具有更高的精度,验证了所提方法的有效性。
图像处理 道路提取 卷积神经网络 张量投票 高分辨率影像 激光与光电子学进展
2020, 57(20): 201019
江西理工大学电气工程与自动化学院, 江西 赣州 341000
针对皮肤病变图像分割问题,提出了一种基于多尺度密集块网络(DenseNet)的皮肤病变图像分割算法。首先依次采用形态学闭操作和非锐化滤波器对原始皮肤病变图像进行预处理,得到不含皮肤毛发和血管伪影的细化图像。然后将预处理后的图像输入到分割网络中。该网络基于编码-解码(Encoder-Decoder)架构,运用并行多分支结构和金字塔池化模型两种多尺度特征融合方法,可实现不同感受野下的特征提取。同时,将DenseNet结构融合到编码器中,实现图像特征的复用,利用目标损失与内容损失相结合的LTotal损失函数,进一步提升了图像分割的精度。最后,通过SoftMax分类器得到分割结果并计算相关评估指数。ISBI 2016皮肤病变图像数据集上的实验结果显示,所提算法的逐像素分割精度为95.48%,Dice系数为96.37%,Jaccard指数为93.41%,灵敏度为92.93%,特异性为96.49%,总体性能优于现有算法。所提算法可精确分割皮肤病变区域,能够应用于黑色素瘤计算机辅助诊断系统。
图像处理 图像分割 多尺度特征 深度学习 密集块网络 金字塔池化模型 激光与光电子学进展
2020, 57(18): 181020
1 淮南师范学院电子工程学院, 安徽 淮南 232000
2 华东交通大学信息工程学院, 江西 南昌 330013
结合多层波导结构与杂化耦合理论,设计了一种宽波段、高吸收率的多层矩形吸收器。该吸收器由矩形缝隙天线与多层金属-介质-金属矩形结构组成,采用时域有限差分方法分析了该吸收器在宽波段、不同偏振状态以及大角度斜入射条件下的吸收特性。数值分析结果表明,该吸收器在400~1400 nm波段的平均吸收率可达95%,呈一定的偏振不敏感特性,且60°斜入射时仍能保持93%的平均吸收率。通过监测谐振频点下的电磁场分布,发现该吸收器的宽波段高吸收特性主要由法布里-珀罗共振、慢波效应、局域表面等离子体共振及他们之间的杂化耦合作用决定。这种宽波段、高吸收、对偏振与斜入射角度不敏感的吸收器,有望在隐形设备、太阳能电池等领域发挥重要的作用。
光学器件 超材料 吸收器 宽波段 吸收率 光学学报
2020, 40(15): 1523001
1 河北工业大学电子信息工程学院, 天津 300401
2 邯郸学院信息工程学院, 河北 邯郸 056005
针对目前室内定位精度低及部署成本高的问题,提出了一种基于智能手机的可见光通信与改进的行人航迹推算(VLC/IPDR)粒子滤波融合室内定位方法。该方法首先对智能手机CMOS摄像头拍摄的发光二极管(LED)光源图像信息进行解码,确定待定位点所属的LED区域。然后根据光照度模型及手机陀螺仪获得的方向角推算具体位置信息。最后将VLC获取的位置坐标作为观测值,将IPDR作为粒子滤波的状态转移方程,用粒子滤波将二者融合后进行联合定位。实验结果表明,在3 m×3 m×3 m的小空间、单光源条件下,该方法的平均定位误差小于6 cm,在120 m与45 m垂直相交路径上的多运动模式定位测试中,平均定位误差小于0.2 m。
室内定位 粒子滤波 可见光通信 行人航迹推算 智能手机
1 河北工业大学电子信息工程学院, 天津 300401
2 天津市电子材料与器材重点实验室, 天津 300401
在传统的高倍频光毫米波系统中,当边带间的抑制比较大时,高阶边带的存在可直接忽略。当边带抑制比很小时,高阶边带的功率较高,将对光毫米波产生影响。为研究高阶边带对生成高倍频光毫米波的影响,利用级联马赫-曾德尔调制器(MZM)的抑制偶数阶边带方式产生8倍频光毫米波。在实际的光毫米波产生系统中,高阶边带经过调制后会生成冗余的低阶边带,使得边带功率累加,相位不相干,从而造成系统无法解调。为此,详细讨论了不同调制深度下调制器输出的高阶边带对系统的影响。通过对高阶边带的分析可知,当射频信号满足最优的相位关系式时,由第1个MZM输出±1,±3,±5,±7阶平坦边带后,无需光滤波器,即可直接经过第2个MZM调制得到4阶边带的8倍频光毫米波。利用该方法,不需要大幅度的射频信号就可得到纯净的8倍频毫米波。该方案结构简单,频谱纯度高。
光通信 偶数阶边带抑制 马赫-曾德尔调制器 毫米波 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 040603
1 淮北师范大学物理与电子信息学院,安徽 淮北 235000
2 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230031
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
利用2011～2014年北京太阳光度计数据对北京地区的气溶胶光学特性进行了研究。北京地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD) 全年较高,四年440 nm波长的AOD年均值分别是0.67±0.70, 0.69±0.71, 0.73±0.66, 0.75±0.66。AOD月均值表现出 一定的季节变化,最大值和最小值一般出现在春季和秋季。通过气溶胶类型分类可知,除了春季受沙尘大颗粒气溶胶影响外,北京地区高气溶胶主要 由城市细粒子气溶胶引起,且四季小粒子增长现象明显,其中夏秋季主要为吸湿性增长,其他季节主要为静稳天气下的增长。 对比沙尘和霾天气下气溶胶性质,结果表明:霾天气下AOD一般高于沙尘天气, Hysplit风场后向轨迹模型 结果表明,沙尘天气下气团为穿过蒙古草原和沙漠的西北风场。在灰霾天气下风场风速较小且主要以东南和西南风场为主,高气溶胶状 态为本地积累和外来输送共同作用产生。
气溶胶光学特性 气溶胶分类 太阳光度计 aerosol optical properties aerosol classification sun-photometer
