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光学精密工程

光学精密工程 光学精密工程
  • 主编：张学军，曹良才
  • ISSN:1004-924X
  • eISSN:2097-3209
  • CN:22-1198/TH
  • 主管单位：中国科学院
  • 主办单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
    • 中国仪器仪表学会
  • 出版周期：半月刊
  • 电话：0431-86176855
  • 邮箱：gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 地址：长春市东南湖大路3888号
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Volume 33 期 20，2025 2025年第33卷第20期

  • 现代应用光学

    “在病理组织样本检测领域，专家提出了多因素跨模块误差校正模型，显著提升了Mueller矩阵偏振成像系统的检测精度和稳定性，为甲状腺癌辅助诊断提供了新方法，具有良好的应用前景。”

    李兵歌, 崔岩, 鞠宗雨, 葛述科, 刘金涛

    DOI：10.37188/OPE.20253320.3163
    摘要：针对Mueller矩阵偏振成像系统探测中存在的多种误差因素，提出一种多因素跨模块的误差校正模型，以提升系统在病理组织样本检测中的精度和稳定性，并探索其在甲状腺癌辅助诊断中的应用潜力。首先，分析系统误差主要来源，利用解析法与数值重构法建立误差传递光路模型，构建含16个标定参数的多因素跨模块误差校正模型。其次，利用非线性最小二乘拟合法对16个参数进行标定；根据误差校正模型，探测空气与空白切片的Mueller矩阵以评估探测精度。然后，以甲状腺乳头状癌与结节性甲状腺肿的未染色切片为样本，利用Mueller矩阵极化分解方法提取四个矢量参数（Δ，P，D，R），并提取各矢量参数图像的纹理特征，构建随机森林和支持向量机两种分类模型获取混淆矩阵和ROC曲线。最后，通过计算Precision，Recall，F1-score以及AUC来评估分类效果。实验结果表明：标定精度提高12%，标定稳定性提高21.5%，探测精度提高59%；各矢量参数图像的纹理特征均可有效区分甲状腺癌乳头状癌与结节性甲状腺肿样本，随机森林的分类效果优于支持向量机的分类效果，在随机森林分类器中Δ参数分类效果最为显著，F1-score和AUC分别达到了0.96和0.99。提出的多因素误差校正模型显著提升了系统检测精度和稳定性，结合Mueller矩阵极化分解方法与纹理分析，可有效区分甲状腺乳头状癌和结节性甲状腺肿样本，为癌症早期辅助诊断提供了新的方法，具有良好的应用前景。  
    关键词：偏振成像;误差校正;Mueller矩阵矢量参数;纹理特征;随机森林   
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    更新时间：2025-11-28

    时正顺, 刘宏月, 曹燕

    DOI：10.37188/OPE.20253320.3180
    摘要：针对犬类心力衰竭诊疗中呼吸频率连续监测的临床需求，开发一种混合式TOF（Time-of-Flight）传感的新型非接触式呼吸监测系统。提出单点-点阵混合式TOF传感架构，构建自适应空间监测模型以适应宠物不同姿态的监测。基于STM32嵌入式平台实现传感器时序协同控制与原始信号预处理，通过LabVIEW上位机开发实时呼吸波形解析算法，并光学校准测试优化点阵TOF测距参数。静态场景下对小型犬的测试表明，系统呼吸频率测量误差≤2 BPM（breaths per minute）。LabVIEW界面可实时显示呼吸波形与BPM值，验证了光学TOF传感在活体监测中的可行性。单点-点阵混合TOF系统通过光学测量优化与空间自适应策略，实现了高精度犬静态呼吸监测，为宠物医疗领域提供了小型化、低成本的生物光学测量新方案。  
    关键词：TOF传感器;非接触式监测;宠物呼吸频率;心力衰竭犬;LabVIEW   
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    更新时间：2025-11-28

    陈涛, 赵利

    DOI：10.37188/OPE.20253320.3192
    摘要：为实现对转基因和非转基因棉籽油的准确分类鉴别，本研究提出一种基于改进黑翅鸢算法优化极端梯度提升（XGBoost）模型的可解释分类模型。首先，应用太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统采集转基因和非转基因棉籽油样品在0.3~1.8 THz频段的太赫兹吸收光谱。然后，通过引入双目标适应度函数优化策略、反向学习初始化种群策略和瑞利分布函数控制Lévy飞行策略对传统黑翅鸢算法（BKA）进行改进，并利用改进的黑翅鸢算法（DLBKA）对XGBoost模型的树深度、学习率和最大迭代次数进行双目标超参数优化，构建出DLBKA-XGBoost分类模型。最后，应用该模型对转基因棉籽油进行鉴别，并结合SHAP方法对模型鉴别结果进行了可解释性分析。结果表明，改进黑翅鸢算法优化的XGBoost可解释分类模型不仅提升了对转基因和非转基因棉籽油鉴别的准确率（其测试集准确率高达97.78%，较传统黑翅鸢算法优化模型提升了4.45%，较传统鲸鱼算法（WOA）优化模型提升了14.45%），还对模型给出了解释，明确了关键特征频率对鉴别结果的正向影响机制，提升了模型的透明度与可信度。因此，本研究为转基因棉籽油的鉴别提供了一种快速准确的分析方法，也为其他转基因物质的鉴别提供了有价值的参考。  
    关键词：太赫兹光谱;转基因棉籽油;极端梯度提升;改进黑翅鸢算法;可解释性分析   
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    更新时间：2025-11-28
    “在机器视觉测量领域，专家建立了明暗场复合照明系统的照度分布模型，采用改进算法优化光源布置，有效提升目标区域光照均匀性。”

    郝飞, 顾志鹏, 关鸿耀, 高海涛, 孟超

    DOI：10.37188/OPE.20253320.3203
    摘要：为提高机器视觉测量系统的图像质量，本文对明暗场复合照明的光源优化布置问题进行研究。首先，基于朗伯辐射特性和线性叠加原理，首次建立了明暗场复合照明系统的照度分布模型，构建了含变异系数和最小/最大值比双指标的优化目标函数。接着，采用改进的模拟退火-粒子群算法求解最优布置参数，根据优化结果搭建实验平台并测量目标区域照度分布情况。然后，为评估优化方案的实施效果，采集目标区域中工件图像，计算其照度均匀度并与实验结果进行对比分析。实际测得最优照度均匀度为0.921 9，与AE-SAPSO算法优化结果的相对误差为2.59%，测得工件表面照度均匀度与实验结果的最大相对误差为3.42%。最后，对比不同缺陷在三种照明方式下，从二值化和均匀度两个角度对本文优化方案进行分析。结果表明，本文提出的光源优化布置方法能有效提升目标区域的光照均匀性。  
    关键词：机器视觉;明暗场复合照明;照度均匀度;光照设计   
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    更新时间：2025-11-28
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