1 重庆大学ICT研究中心光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
2 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心，重庆 400044
针对相对平行直线扫描CT（PTCT）图像重建存在的有限角伪影问题，提出一种学习局部和非局部正则项的深度迭代展开方法。该方法将具有固定迭代次数的梯度下降算法迭代展开到神经网络，利用具有坐标注意力（CA）机制的卷积模块和Swin-Transformer模块作为迭代模块交替级联部署，构成端到端的深度重建网络。卷积模块学习局部正则化，其中CA用于减少图像过平滑；Swin-Transformer模块学习非局部正则化，提高网络对图像细节的恢复能力；在相邻模块间，使用迭代连接（IC）增强模型提取深层特征的能力，提高每次迭代的效率。通过消融实验验证了网络各部分的有效性，并在两种类型的数据集上进行实验，结果证明了本文方法的效果。实验结果表明，本文方法在抑制PTCT重建图像有限角伪影的同时，能较好地保留重建图像细节，提高重建图像质量。
X射线光学 计算机断层成像 相对平行直线扫描 图像重建 有限角 深度学习
辽宁工程技术大学软件学院，辽宁 葫芦岛 125105
针对当前去雾算法中容易产生的图像伪影、图像颜色失真、图像细节模糊不清等问题，提出一种并行多尺度注意力映射图像去雾算法，通过端到端方式以编码器解码器结构实现图像去雾。在编码阶段，采用连续下采样层降低特征维度，避免过拟合。在特征转换阶段，采用并行分支结构设计并行多尺度注意力映射模块，使模型能够在关注图像重要特征的同时充分利用多尺度特征，并通过并行连接选择性特征融合模块有效收集图像空间结构信息。解码阶段，采用上采样层重构图像，并通过上下采样层融合更好地保留图像边缘信息。实验结果表明，该算法在合成雾天数据集以及真实雾天图像上均具有较好的去雾效果，相较于传统去雾算法，可更好地保留图像细节，具备较好的色彩保持度。
图像去雾 卷积神经网络 并行分支结构 多尺度映射 注意力机制 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0401002
光学 精密工程
2023, 31(19): 2867
为了进一步提高光模块光学耦合效率和出光光功率， 设计和优化了400G光收发模块，使用带有透镜的无源器件作为光学耦合的重要部件，以提高耦合效率；采用输入/输出缓冲区信息规范(IBIS)模型对光模块的高频电路进行分析与优化；最后，对光模块进行了光学设计、链路仿真和测试。测试结果表明：设计的光收发模块眼图较为清晰，光眼图抖动为2.3 ps左右，各个通道具有较好的一致性，202 s内无误码；信号传输100 m后，未出现丢包情况，系统性能比较稳定。
光模块 多路并行收发驱动电路 短距离传输 印制电路板埋铜技术 optical module, multiplex parallel transceiver dri
中国航天科工集团 北京遥感设备研究所，北京 100039
为实现高数据传输率、强抗干扰性和超低误码率的目标，采用光纤通信技术传输高帧频、高分辨力的数字图像数据。本设计针对Cameralink 接口红外图像数据源，设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)控制的自适应分辨率和帧频的光纤收发系统，采用了低成本SPARTAN6器件XC6SLX45、串并转换芯片组DS90UB903/904、小型化单模小封装可插拔(SFP)单纤双向收发光模块，实现了双路图像光纤收发功能。其中FPGA 接收Cameralink 接口图像数据，进行图像转换处理，再通过内部集成电路(I2 C)总线控制串并转芯片组实现自适应图像串行化和解串功能，并驱动光模块实现光电转换。本设计实现了分辨率640×512、帧频100 Hz 红外图像数据的发送和接收功能，并通过了各项环境试验，已应用于实际型号项目中。
光纤通信 Cameralink 接口 串并转换芯片组 optical fiber communication Cameralink serial-to-parallel conversion module 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(6): 782
1 郑州科技学院 信息工程学院，河南 郑州 450064
2 河南大学 计算机与信息工程学院
3 中共开封市委党校，河南 开封 475001
4 河南大学 河南省大数据分析与处理重点实验室
5 河南大学 河南省智能技术与应用工程技术研究中心，河南 开封 475004
针对多模式合成孔径雷达(SAR)成像处理中存在的计算效率不足问题，提出了一种基于GPU的多模式SAR统一成像并行加速方法。为充分利用GPU 的显存资源，提高算法的运算效率，利用共享内存对矩阵转置、矩阵相乘等部分进行大规模数据并行计算。实验结果表明，该算法大幅度提升了多模式SAR 成像的计算效率，最高加速比达到55.62，解决了GPU 显存空间利用率较低的问题。
合成孔径雷达 图形处理器 多模式 并行加速 Synthetic Aperture Radar Graphic Processing Unit multi-mode parallel acceleration 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(8): 1037
为了对空域目标的方位角和俯仰角进行有效估计, 提出一种基于稀疏表示的双平行线阵二维 DOA估计方法。首先需构建包含目标方位角和俯仰角信息的 2个空间复合角; 然后利用稀疏表示技术求解其中的一个空间复合角, 以此作为前提条件, 另一个空间复合角就可以解耦为一维波达方向(DOA)估计问题, 利用矩阵运算可以求解出来; 最后根据已求解的 2个空间复合角对方位角和俯仰角进行配对求解。与现有算法相比较, 所提方法受快拍数的影响较小, 在信噪比较高、角度间隔较大的情况下, 具有良好的性能。
稀疏表示 双平行线阵 波达方向 空间复合角 sparse representation double parallel line array Direction Of Arrival spatial compound angle 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(7): 910
1 中国科学院青海盐湖研究所, 中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室, 青海 西宁 810008青海盐湖资源综合利用技术研究开发中心, 青海 西宁 810008
2 中国科学院青海盐湖研究所, 中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室, 青海 西宁 810008青海省盐湖资源化学重点实验室, 青海 西宁 810008
二维相关光谱技术（2D-COS）、 三维荧光光谱技术结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）具有扩展识别重叠峰, 判断不同组分动态变化规律的技术特点。 因此, 2D-COS和EEM-PARAFAC分析技术可以用来分析溶解性有机质（DOM）结构组成和光谱变化特征。 采用溶解性有机碳（DOC）、 紫外-可见吸收光谱（UV）和EEM分析技术, 借助2D-COS和PARAFAC分析模型, 对青藏高原具有代表性的察尔汗盐湖、 西台吉乃尔盐湖和马海盐湖中DOM在盐田摊晒过程中的结构组成和光谱学变化特征进行了研究。 结果表明, 随着日照时间延长, 盐田中DOM和有色DOM（CDOM）含量逐渐升高, 且DOM的增长倍数明显高于CDOM。 在整个盐田摊晒阶段, 察尔汗、 西台吉乃尔和马海盐田中DOM和CDOM分别增长了1.5 vs. 1.0、 8.2 vs. 5.3和15.7 vs. 11.0倍。 此外, SUVA254、 HIX值在盐田中总体上呈现出逐渐减小的变化趋势。 2D UV-COS分析结果表明, 在察尔汗、 西台吉乃尔和马海盐田中, 吸收峰分别在230、 217和235 nm处的DOM变动较大, 变化顺序分别为228>229>230>231>232 nm & 235>234>233>232 nm、 200>216>300 nm和201>203>231>232>237>238>281>217 nm。 EEM-PARAFAC分析结果表明, 盐湖卤水中有5种荧光组分, 包括4种类腐殖质荧光组分, 分别是类海洋腐殖质C1（Ex/Em: 320/400 nm）、 类腐殖酸C2（Ex/Em: 250/400 nm）和C3（Ex/Em: 260/400 nm）、 疏水性腐殖酸C5（Ex/Em: 280, 360/430 nm）和1种类蛋白质组分C4（Ex/Em: 280/350 nm）。 其中, 尤以类腐殖质为主, 分别占总荧光组分的84.0%（察尔汗）、 87.2%（西台吉乃尔）和93.1%(马海)。 随着盐田日晒时间的延长, C1、 C2和C5在盐田中逐渐减少直至稳定不变。 其中, C2组分在盐田的尾卤阶段基本消失, 表明C2组分更加容易降解。 C3和C4在察尔汗和马海盐田的前期逐渐减少, 后期却略有升高。 相对来说, C3和C4性质相对顽固, 在盐田中降解程度远小于其他三个组分: 6.7%
二维相关光谱 三维荧光光谱 平行因子分析 溶解性有机质 盐田 Two-dimensional correlation spectroscopy Three-dimensional excitation-emission matrix fluor Parallel factor analysis Dissolved organic matter Solar ponds 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3775
1 镇江高等专科学校, 江苏 镇江 212028 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 江西省农业技术推广中心, 江西 南昌 330046
秸秆是重要的有机资源, 研究不同钙盐对秸秆腐解过程的影响及腐解产物性质差异, 为有机物料高效利用、 高质腐熟提供理论依据和技术参考。 以水稻秸秆为供试物料, 通过添加不同类型钙盐（不添加（CK）, 添加CaC2O4, Ca(OH)2, CaCO3, CaCl2, CaSO4和Ca(H2PO4)2）, 进行室内秸秆腐解试验, 测定不同腐解时期（30, 60和180 d）各处理秸秆的腐解速率及腐解产物化学性质变化, 利用三维荧光光谱（3DEEM）技术和平行因子方法（PARAFAC）探究秸秆腐解产物可溶性有机质（DOM）的化学组成变化特征。 结果表明: （1）较对照而言, CaC2O4, Ca(OH)2, CaCO3和CaSO4处理秸秆碳的转化率中分别增加了25.6%, 44.1%, 33.6%和29.7%, 在CaCl2和Ca(H2PO4)2处理分别减小了76.8%和17.5%; CaC2O4和Ca(OH)2处理显著增加腐解产物pH; CaCl2和Ca(H2PO4)2处理显著增加腐解产物的电导率（EC）; 在各腐解时期, CaC2O4和Ca(OH)2处理腐殖质相对含量分别高于对照3.4%～20.9%和2.3%～25.3%。 （2）通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成, 共识别出类色氨酸（C1）、 类富里酸（C2）和类胡敏酸（C3）三种荧光组分; Ca(OH)2, CaCO3和CaC2O4处理类胡敏酸/类富里酸比值（H/F）高于CK处理, 增加了腐解产物的复杂程度; Ca(OH)2, CaCO3和CaC2O4处理腐解产物DOM的腐殖化（HIX）指数略高于CK处理, Ca(H2PO4)2, CaSO4和CaCl2处理的HIX指数显著低于CK处理。 （3）相关性分析表明, pH和EC是添加钙盐后影响秸秆腐解的主控因子, 秸秆腐解产物腐殖化程度与pH正相关, 与EC负相关。 综上所述, CaC2O4, Ca(OH)2和CaCO3处理可以促进秸秆的腐殖化进程, 提高腐解产物品质, Ca(H2PO4)2和CaCl2起相反作用, 另外pH和EC为影响秸秆腐殖化的主控因子。 该研究可为选择合适的钙盐添加剂从而促进秸秆腐解、 提高秸秆腐解产物品质提供科学参考。
钙盐 秸秆腐解产物 可溶性有机质 三维荧光光谱 平行因子分析 Calcium Salts Straw Decomposition products Three-dimensional excitation-emission matrices (3D Parallel factor analysis (PARAFAC) The dissolved organic matter (DOM) 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2301
1 东北农业大学资源与环境学院, 黑龙江 哈尔滨 150030
2 北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所, 北京 100097
3 东北农业大学资源与环境学院, 黑龙江 哈尔滨 150030北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所, 北京 100097
当前水土流失问题严重, 侵蚀环境下土壤生态系统的健康至关重要, 而植被覆盖具有固碳保水的作用, 利用人工径流设备与人工降雨设备, 在6°有无植被种植坡地模拟降雨(暴雨: 50 mm·h-1), 结合三维荧光光谱技术耦合平行因子法, 分析土壤不同坡位径流液中的溶解性有机质(DOM)的来源和组分结构, 探究DOM对土壤固碳保水的响应关系。 结果表明: ①与裸地相比, 植被覆盖下不同坡位DOM中泥沙含量、 可溶性碳(DOC)含量呈现相同的变化趋势: 地上径流＞壤中流＞地下径流; 土壤侵蚀量和径流量的变化趋势分别为: 壤中流＞地下径流＞地上径流, 地下径流＞壤中流＞地上径流。 ②根据荧光指数分析, FI与BIX的表征结果基本一致, 地上径流DOM来源受内源物代谢影响最大, 其次是壤中流, 地下径流影响最小, 植被覆盖与裸地相比腐殖化来源由内源转变为内源、 外源共同作用。 腐殖化系数(HIX)与径流液腐殖化程度成正相关关系, 植被覆盖下的HIX指数大于裸地的HIX指数, 表明径流液腐殖化程度地上径流>壤中流>地下径流, 因此植被覆盖可以提高径流液腐殖化程度。 ③平行因子分析表明, 不同径流液DOM包括4种荧光组分: 类胡敏酸(C1: Ex/Em=260/455 nm)、 紫外类富里酸(C2: Ex/Em=240/395 nm)、 类色氨酸(C3: Ex/Em=230~275/335, 230~275/400 nm)及类酪氨酸(C4: Ex/Em=215/395 nm)。 ④对不同处理荧光强度与Fmax值分析发现, 有植被覆盖处理的Fmax值均大于裸地, C1、 C2和C4组分的Fmax值变化趋势一致: 地上径流>壤中流>地下径流, C3组分的Fmax值变化趋势: 地上径流<壤中流<地下径流。 植被覆盖影响土壤中类胡敏酸和类蛋白质物质, 对土壤侵蚀起到保护作用, 保护幅度: 地上径流>壤中流>地下径流。 ⑤相关分析表明径流量、 侵蚀量、 泥沙含量相互呈正相关, 而C1和C4组分与径流量和侵蚀量呈显著负相关。 基于此, 根据坡面降雨径流DOM荧光光谱特性, 植被覆盖通过改变土壤中的有机质组分, 类胡敏酸和类蛋白质物质的稳定性和含量对土壤固土保水有重要作用。
坡面径流 溶解性有机质 荧光光谱 平行因子分析 Slope surface runoff Dissolved organic matter Fluorescence spectra Parallel factor analysis 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1921
