1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 清华大学精密仪器系，北京 100084
对近场分布式光度测量方法及测量机理进行研究，基于自主搭建的近场光源发光特性测量装置采集平面光源不同方向的亮度图像，分析了近场光度参量之间的转换关系及亮度数据处理方法，最终实现了近场分布式平面光源空间光强分布测量。通过构建平面光源发光模型，基于光度学和几何光学原理分析发光平面各个方向的光线分布，完成对光源不同方向的发光状态表征。与远场测量相比，所提近场分布式测量方法结果与远场配光曲线吻合良好，在所采用成像式亮度计亮度相对误差优于6.51%的情况下，所测得的光强相对误差小于8.38%，0配光曲线匹配指数高达98.33%，验证了所提方法在近场光度测量中的有效性。
测量 分布光度计 近场分布式光度测量 成像式亮度计 光强 配光曲线
1 河北工业大学, 天津 300400
2 中国科学院国家天文台, 北京 100012
天文学上把亮度随时间变化的恒星称为变星。 它对于研究星系的距离, 恒星的演化以及恒星在不同阶段的性质具有非常重要的意义。 目前对变星的识别主要依靠长时间观测其亮度变化, 并结合对恒星的光谱进行分析才能最终完成认证。 这项工作需要天文学家投入大量时间, 难以开展大规模分类。 针对上述问题本文提出了一种将测光图像与一维光谱进行数据融合用于对变星进行分类的方法——光谱-测光融合网络(ASPF-Net)。 该网络由C1网络和C2网络两部分组成, 其中C1是用于提取光谱特征的一维卷积神经网络, C2是用于提取测光数据特征的二维卷积神经网络; 最后将两者提取到的特征进行融合, 用一个全连接前馈神经网络完成分类。 该研究在对食变星、 脉冲变星和标准星分类问题上进行了实验。 实验数据均来自于斯隆数字巡天项目(SDSS), 该项目包含了测光图像和光谱两种数据。 对于光谱数据本文选取波长在380.0 ～680.0 nm范围内的流量值。 测光图像由: u、 g、 r、 i和z共5个波段数据组成, 对应的中心波长分别为: 355.1、 468.6、 616.6、 748.0和893.2 nm。 相比于传统的利用其中三个波段合成RGB图像, 原始SDSS数据拥有更高的灰度等级。 为了方便网络训练, 对测光数据和光谱数据均做了标准化处理。 分类性能分析方面, 使用了精确率, 召回率, F1值和平均准确率四个指标进行评估。 提出的光谱-测光融合网络(ASPF-Net)在针对食双星、 脉冲变星和标准星的分类任务, 精确率分别为: 91.1%、 92.8%和98.2%。 实验证明, 数据融合之后的分类性能优于单独使用光谱数据或测光数据的分类性能。 说明将光谱数据和测光数据结合起来对变星进行分类是一种有效的方法, 这为今后的变星的分类提供了一种新的思路和方法。
数据融合 光谱分类 多模态融合网络 测光图像 变星分类 Data fusion Spectral classification Feature fusion network Photometry image Variable star classification 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1869
河南理工大学 物理与电子信息学院，河南 焦作 454000
伴随大功率LED和激光照明技术的快速进步，相关的材料学研究也越来越多地涉及到封装技术、光学设计、模块化、光热一体化等内容。在此背景下，研究者在专注于优化荧光材料性能的基础上，需要越来越多地涉及基于光度学参数的材料设计。因此，系统掌握相关光度学参数的定义和表征原理，可对新型荧光材料的设计和开发起到促进作用。本文旨在向荧光材料领域简明扼要地介绍包括“光强”、“光出射度”、“光亮度”、“光照度”等参数在内的光度学基础知识，并结合实际的研究案例，阐述上述参数的测试方法和原理。最后展望以各光度学参数为导向的研究策略，为相关荧光材料的研究提供思路。
荧光材料 固态照明 光度学 激光照明 phosphors solid-state lighting photometry laser lighting
1 中国科学院光学天文重点实验室（国家天文台），北京 100101
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
3 中国科学院地质与地球物理研究所 地球与行星物理重点实验室，北京 100029
4 中国科学院大学，北京 100049
为了使2.16 m望远镜具备线偏振测光观测能力，开展了偏振光度计研制。该系统采用双通道分时偏振成像方案，具有偏振定标单元、偏振测量单元，可实现偏振定标、偏振测量和多色测光。完成系统研制后，将其安装在2.16 m望远镜上开展实测，依照该偏振光度计偏振观测流程拍摄了一系列非偏振标准星、偏振标准星、流量标准星；按照偏振定标和偏振态解算数据处理方法，对获取图像进行数据处理。结果显示：该偏振光度计视场为4.63′×4.63′，像元比例尺为0.54 (″)/pixel，偏振度测量精度优于0.01，60 s曝光时间可以拍摄到V波段信噪比约为141的15.3等星。该偏振光度计使2.16 m望远镜具备V波段线偏振测光和快速多色测光观测能力。
成像偏振测量 偏振测光 线偏振测光 天文测光 imaging polarimetry photopolarimetry linear polarization photometry photometry 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220830
西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
光度立体三维（3D）重建是机器视觉和光度学领域中研究的热点问题，由于设备简单、成本低廉、分辨率高，得到广泛的应用。近年来，伴随着人工智能与深度学习技术的蓬勃发展，光度立体技术的发展进入一个崭新的时代。对深度学习技术在光度立体3D重建中的研究进展进行综述。首先，介绍光度学3D重建的研究背景和基本原理；其次，对光度立体3D重建方法的类型进行概述；接着，简要介绍常用的合成与实际拍摄数据集；然后，详细阐述深度学习技术在光度立体3D重建中的应用，它将基于物理模型的光度立体技术变为一种“数据驱动”下的技术，从而实现较高的预测精度；最后，进行分析与总结，并指出深度学习技术在光度立体领域所面临的挑战以及未来的研究趋势。
光度立体 三维重建 光度学 人工智能 深度学习 数据驱动 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811011
研究了基于多通道发光二极管（LED）的光谱优化模拟方法。根据光谱的线性叠加原理，将各色LED光谱导入程序，通过编程使模型在指定色温条件下输出显色指数、光效、色容差等最佳组合，以指导多通道LED照明产品调光调色应用。实验结果表明：暖白光LED与RGB（Red，Green，Blue）光混合后，在3000~5000 K色温范围内具有最佳的光度色度参数组合；在5000~8000 K范围内，冷白光LED与RGB光的混合效果最佳。探讨了各最优光谱组合解的视觉功效及非视觉功效，对光谱的最优解进行了实验验证。
视觉光学 色度学 光度学 发光二极管 光谱优化 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0533001
Author Affiliations
Abstract
Manipulating and real-time monitoring of neuronal activities with cell-type specificity and precise spatiotemporal resolution during animal behavior are fundamental technologies for exploring the functional connectivity, information transmission, and physiological functions of neural circuits in vivo. However, current techniques for optogenetic stimulation and neuronal activity recording mostly operate independently. Here, we report an all-fiber-transmission photometry system for simultaneous optogenetic manipulation and multi-color recording of neuronal activities and the neurotransmitter release in a freely moving animal. We have designed and manufactured a wavelength-independent multi-branch fiber bundle to enable simultaneous optogenetic manipulation and multi-color recording at different wavelengths. Further, we combine a laser of narrow linewidth with the lock-in amplification method to suppress the optogenetic stimulation-induced artifacts and channel crosstalk. We show that the collection efficiency of our system outperforms a traditional epi-fluorescence system. Further, we demonstrate successful recording of dynamic dopamine (DA) responses to unexpected rewards in the nucleus accumbens (NAc) in a freely moving mouse. We also show simultaneous dual-color recording of neuronal Ca2+ signals and DA dynamics in the NAc upon delivering an unexpected reward and the simultaneous optogenetic activating at dopaminergic terminals in the same location. Thus, our multi-function fiber photometry system provides a compatible, efficient, and flexible solution for neuroscientists to study neural circuits and neurological diseases.Manipulating and real-time monitoring of neuronal activities with cell-type specificity and precise spatiotemporal resolution during animal behavior are fundamental technologies for exploring the functional connectivity, information transmission, and physiological functions of neural circuits in vivo. However, current techniques for optogenetic stimulation and neuronal activity recording mostly operate independently. Here, we report an all-fiber-transmission photometry system for simultaneous optogenetic manipulation and multi-color recording of neuronal activities and the neurotransmitter release in a freely moving animal. We have designed and manufactured a wavelength-independent multi-branch fiber bundle to enable simultaneous optogenetic manipulation and multi-color recording at different wavelengths. Further, we combine a laser of narrow linewidth with the lock-in amplification method to suppress the optogenetic stimulation-induced artifacts and channel crosstalk. We show that the collection efficiency of our system outperforms a traditional epi-fluorescence system. Further, we demonstrate successful recording of dynamic dopamine (DA) responses to unexpected rewards in the nucleus accumbens (NAc) in a freely moving mouse. We also show simultaneous dual-color recording of neuronal Ca2+ signals and DA dynamics in the NAc upon delivering an unexpected reward and the simultaneous optogenetic activating at dopaminergic terminals in the same location. Thus, our multi-function fiber photometry system provides a compatible, efficient, and flexible solution for neuroscientists to study neural circuits and neurological diseases.
fiber photometry all-fiber-transmission multi-color optogenetic neuroscience Opto-Electronic Advances
2022, 5(12): 210081
上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200240
精密金属零件的表面质量会影响产品的性能与外观,为此需要对零件的表面纹理进行测量与评定。常用的接触式测量方法测量效率低,而光学测量方法易受表面高亮反射的影响,为此提出一种基于近场非朗伯光度立体视觉的高亮金属表面纹理重构方法。为了有效描述非朗伯反射,该方法采用基于共位光源的逆向反射模型,用来解耦表面法向量与非线性反射模型。该方法利用邻域信息提高逆向反射模型的鲁棒性,利用最大值融合策略克服阴影影响并渲染生成针对性的仿真数据集,从而提高对金属表面反射的适应性。结果表明,所提方法能够高精度地重构高亮金属表面纹理,测量相对误差小于15%。
测量 表面测量 计算成像 光度学 金属表面纹理 光学学报
2021, 41(11): 1112002
1 上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200240
2 中国航天科工集团第二研究院第二总体设计部, 北京 100854
金属结构件的三维形状测量是评定金属构件加工质量的基础,基于结构光的三维重建方案受到金属构件中的高亮反射影响,存在着信噪比下降,甚至数据缺失的问题。针对金属构件检测中的高光问题,提出了一种自适应的条纹投影测量方案,并将其应用到金属表面的形状尺度测量中。采用了结合阈值化方法和色彩空间变换的方法检测图片高光区域,使用基于极线约束的投影-相机双视图搜索方法获取相机投影仪之间的变换关系,提出了基于双向反射分布函数(BRDF)光学成像模型的条纹调制参数生成方案,实现了投影条纹的像素级调制。实验结果表明,所提方案在减少投影次数提高测量效率的同时,高光区域测量结果的无效区域补偿率达51.3%,测量精度提升77.4%。
测量 相位测量 高反光表面 自适应条纹 光度学
