光学 精密工程
2023, 31(24): 3640
1 河北工业大学 机械工程学院，天津30040
2 河北省智能传感与人机融合重点实验室，天津300130
3 电工装备可靠性与智能化国家重点实验室，天津0012
4 河北工业大学 生物物理研究所，天津30001
针对数字液滴聚合酶链式反应（droplet digital Polymerase Chain Reaction， ddPCR）核酸检测中数字聚合酶链式反应由液滴数量多、尺寸小、排列紧密、荧光强度不均匀而导致的液滴难以计数问题，提出一种图像处理方法，基于灰度遍历法采集图像的信息，通过微分分析法对液滴进行分类和计数，可准确采集ddPCR实验的图像信息。通过卷积算法去除图像中的噪声，使用灰度分布均衡化法增强图像的对比度。以灰度遍历的方式将图像在逐个阈值下二值化，并以几何条件为限制统计液滴数量。通过微分分析法对数据进行分析，得出荧光液滴与全部液滴的计数结果。在以人类gDNA（genomic DNA）为检测样本的ddPCR实验中，该算法的平均检测准确率为99.36%，与商用仪器算法和同类算法相比分别提高了2.24%，2.53%。该方法为ddPCR实验提供了可靠的检测结果，可更好地适用于ddPCR实验。
荧光斑点检测 数字液滴PCR 核酸检测 图像处理 图像分析 fluorescent spot detection droplet digital PCR nucleic acid detection image processing image analysis
近年来, 农产品安全领域中的药物残留问题引起了人们的广泛关注, 为了保障国家食品安全和国民健康、 促进经济贸易发展, 对农产品中的农药、 抗生素等有害残留物进行检测是非常必要的。 表面增强拉曼散射技术(SERS)作为一种新兴的检测手段, 具有操作简单、 耗时短、 灵敏度高等优点。 对SERS技术概况、 增强理论和增强基底进行了简要介绍, 以药物残留检测领域常用的金属溶胶类基底、 固体活性基底和柔性活性基底为切入点, 重点介绍了表面增强拉曼光谱技术在农产品(肉类、 水产品、 果蔬和其他部分农产品等)药物残留检测领域中的研究现状。 传统溶胶基底具有成本低、 易合成和SERS性能优异等特点, 为了提高增强效果, 众多研究者从尺寸和形态入手进行基底优化, 开发出花状纳米结构、 星状纳米结构、 棒状纳米结构和链状纳米结构等形态的溶胶颗粒; 基于复合材料互补协同效应发展了一系列的核壳纳米结构, 有助于提升胶体基底的拉曼性能和稳定性。 固体基底结构稳定, 具有较好的一致性、 重复性。 柔性基底主要有基于柔性器件的、 柔性聚合物的、 以及柔性碳材料的三类SERS基底, 其具有机械性能优良、 不易损坏、 成本低等优点, 有利于实现微创或无损检测。 通过对比分析, 发现基底类型、 待检农产品的基质、 农药类型、 检测环境均会对检测结果产生影响, 当前研究的灵敏度较高, 表明了SERS技术结合纳米基底在检测复杂基质中农药残留的应用潜力。 同时指出应用SERS技术进行农产品药物残留检测的挑战: (1)农产品体内的药物残留量低、 分布不均匀, 导致拉曼信号相对较弱且易受荧光干扰和背景噪声干扰; (2)农产品基质复杂, 对SERS光谱数据的影响不容小觑; (3)当前SERS检测方法尚未标准化, 不同检测方案的结果差异较大。 随着表面增强拉曼散射的支撑理论和检测技术的不断进步, SERS将在食品安全领域具有更广阔的应用前景。
表面增强拉曼光谱 活性基底 现场检测 农药 抗生素 Surface-enhanced Raman spectroscopy Active substrates On-spot detection Pesticide Antibiotic 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3048
1 国网广安供电公司，四川 广安638000
2 四川大学 电子信息学院，成都 610065
在激光通信系统中，激光光斑的检测精度对于通信系统具有重要意义。为了提高光斑定位精度，提出采用基于光电探测器的激光章动定位算法，分析了空间光到单模光纤耦合基本原理，研究了横向偏移对耦合效率的影响，推导了章动定位算法的表达式，利用Matlab仿真分析了章动算法的定位精度和影响章动扫描的参数。仿真结果表明：章动定位算法得到的光斑定位精度为0.04μm，满足通信系统对于光斑检测的要求。
光电探测器 激光章动 光通信 光斑检测 photodetector laser nutation optical communication light spot detection
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 加利福尼亚大学 洛杉矶分校 亨利·萨缪里工程与应用科学学院, 美国, 加利福尼亚州, 洛杉矶市, CA 90095
针对激光模拟射击系统对激光光斑进行快速、高精度质心定位的要求, 提出了一种基于视频序列图像的光斑检测与高精度质心定位方法。该方法首先利用帧间差分图像和噪声估计参数对射击突发事件进行检测; 然后利用噪声估计方法确定光斑的分割阈值, 结合形态学滤波对目标光斑和背景噪声进行有效分割, 提取光斑区域, 同时降低窗口内外噪声。最后, 用4帧差分图像合成1帧高分辨率的图像来抑制图像噪声和计算误差的影响, 实现光斑质心的高精度定位。实验结果表明, 本文方法的光斑质心定位精度与稳定性均优于传统的方法; 其中光斑质心定位精度达到了亚像素级别, 稳定性度量平均值为0.000 49, 优于传统方法的0.002 97。得到的结果显示, 提出的方法有助于提升激光射击系统的性能。
光斑检测 质心定位 灰度重心法 序列图像 激光模拟射击 spot detection centroid localization mass of gravity sequential image laser firing simulation 光学 精密工程
2016, 24(11): 2880
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
利用大气湍流对光束的扩展、背投成像原理和卡塞格林望远系统，提出了一种适用于大气激光通信捕获、对准和跟踪系统的光束对准检测方法，并对其进行理论分析和实验验证。该方法利用光斑形状和光斑形心位置综合解算光束的横向偏移量和轴向偏转量，解决了一般方法无法分辨出光斑在接收焦平面的移动是由于光束横向偏移还是轴向偏转引起的问题，以及光束横向偏移量无法被精确检测的问题。实验结果表明，该方法可有效地对光束对准状态进行检测，最终实现分辨率为2.2 μrad的角度偏转量和分辨率为0.25 mm的横向偏移的检测。
光通信 大气激光通信 捕获、 对准和跟踪系统 光斑检测
针对空间激光通信中精跟踪光斑检测的特点与要求,本文提出使用自动增益调整的方法来克服光强饱和效应。该方法根据空间激光光斑变化原理与特点,采用DSP 器件作为核心处理器,完成光斑中位置计算、平滑滤波等功能。实验结果表明本系统不但能够实时输出光斑脱靶量,而且还能够根据不同的输入光功率,自动调整系统增益,从而克服由于光强饱和而造成的光斑检测失效;通过实际测量四象限探测器的转移特性曲线,表明本系统可以实现高精度光斑检测,角度分辨率为10.1 μrad,经数字滤波后器件细分能力提高1 倍。同时该系统可以通过外部配置调整滤波器阶数、正交补偿角等内部参数。
光斑检测 自动增益 四象限探测器 光强饱和 spot detection automatic gain four-quadrant detector saturation photic intensity
空军工程大学 工程学院 信号与信息处理实验室，西安 710038
为了提高红外图像序列中弱小目标的信噪比和检测概率，同时考虑检测算法实时性，提出了一种新的基于空时域滤波的小目标检测方法。首先，以第一帧图像为参考帧，对各帧图像进行运动补偿；然后，对运动补偿后的各帧图像在空域进行方差加权信息熵滤波，对空域滤波后图像采取双向隔帧差分的时域滤波；最后通过检测差分图像中的“凸包”，抑制背景和噪声，检测小目标。文中给出了实验结果与分析，并与其他方法作了比较。实验结果表明，上述方法能大幅度的提高目标的信噪比，检测小目标，且实时性好。
空时域滤波 方差加权信息熵 双向隔帧差分 凸包检测 小目标检测 spatial-temporal filtering variance weighted information entropy bi-directional inter-frame difference protruding spot detection small target detection
1 中国药品生物制品检定所, 北京 100050
2 北京同仁堂股份有限公司, 北京 100051
应用近红外光谱结合不同化学计量学方法对同仁乌鸡白凤丸原料、辅料、半成品、制剂进行定性和定量分析。建立原料药材的近红外标准光谱库, 利用质量控制(QC) 比较检索方法鉴别未知样品。采用主成分分析-马式距离法鉴别乌鸡。建立半成品标准光谱库, 用相似度匹配算法筛查阴性(缺味)半成品。采用偏最小二乘法对主要原辅料、半成品和制剂进行了定量分析。采用近红外混合过程分析仪结合移动块标准偏差法在线判断同仁乌鸡白凤丸半成品混合终点。所建立的定性分析模型能够对样品做出准确的分类;定量分析方法结果准确可靠。方法准确、可靠、快速、简便、环保, 可通过在线或旁线方式用于工业现场的原位检测。
光谱学 近红外 过程分析 原位检测 混合终点 同仁乌鸡白凤丸
