最新刊期
2026年第34卷第19期
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螺旋相差显微镜辅助人工智能细胞识别 AI导读
摘要：基于人工智能（Artificial Intelligence， AI）算法的生物图像细胞识别技术在医疗诊断领域正发挥着越来越重要的作用。为了提高生物细胞图像的AI识别率，得到有助于AI识别的生物细胞图像，通过构建螺旋相差显微镜系统，在成像前进行径向希尔伯特变换处理，同时利用样品的透射振幅及相位信息进行成像，直接得到边缘增强的显微图像。并使用通用型人工智能细胞识别算法Cellpose-SAM对所得图像进行细胞轮廓分割及形态结构预测。实验中，以口腔上皮细胞样品为例，验证了螺旋相差滤波能够提升细胞图像的AI识别率及AI预测细胞形态的准确度。螺旋相差滤波图像的AI识别率可达96%，相较于明场图像54%的识别率实现了大幅提升。此外，通过红细胞、Hepa1-6肝癌细胞和HUVEC人脐静脉内皮细胞样品验证了该方法的泛化性。该方法是一种提升生物细胞图像AI识别率及AI识别算法泛化性的普适性方法。关键词：螺旋相差显微镜;图像边缘增强;图像预处理;人工智能;细胞识别1|0|0更新时间：2026-10-20 -
红外探测器背景辐射的数据驱动实时估算 AI导读
摘要：高灵敏度红外探测器在轨运行时，其自身背景辐射受复杂时变温度场调制，辐射定标精度被严重制约，而传统基于热平衡假设、地面定标或经验系数的校正方法难以适应动态、非稳态的在轨热环境。为此，本文提出一种探测器背景辐射的高精度实时估算方法。首先，基于在轨温度遥测数据和深空定标观测数据，选取探测器多元耦合温度场作为模型输入，并通过时间匹配、异常值剔除和数据集划分构建模型数据库。然后，利用随机森林算法建立温度场与背景辐射之间的非线性映射模型，突破传统方法依赖静态假设和线性经验关系的局限。最后，面向不同卫星类型和不同红外谱段条件开展模型训练、验证和应用分析，实现复杂在轨热工况下探测器背景辐亮度的实时估算。实验结果表明，实时估算的验证最高精度R²可达0.985 4，RBias低至0.069%，RMSE低至0.009 6 W/（sr·m²），其在典型地物观测场景中的总平均相对误差仅为3.88%。该方法能够表征复杂温度场与背景辐射之间的非线性耦合关系，为提升红外探测器在轨背景辐射获取能力和辐射定标精度提供了方法途径。关键词：红外辐射定标;仪器背景辐射;时变温度场;数据驱动;随机森林;实时估算0|0|0更新时间：2026-10-20 -
单相机三维数字图像相关的热扰动补偿 AI导读
摘要：针对高温环境下空气折射率波动在DIC测量中引入伪位移、现有单相机补偿方法局限于二维DIC、而传统双相机三维DIC在受限观测窗口下易受相机布置与外参稳定性影响的问题，提出一种单相机三维位移重建与热扰动补偿方法。该方法基于单相机双棱镜伪立体 DIC 系统构建左右虚拟视角，实现三维位移重建；同时引入双通道共轴投影散斑热扰动补偿思想，以蓝色投影散斑通道表征热扰动位移场，以绿色喷涂散斑通道获取真实结构位移与热扰动叠加后的复合位移场，并通过两通道位移差分实现补偿。实验结果表明，纯扰动条件下两通道热扰动位移场具有良好一致性，Pearson相关系数为0.989 870。含热扰动刚体位移实验中，三维变形矢量模均值的全加载过程均方根误差经补偿由0.074 356 mm降至0.028 773 mm；高温炉加载实验中，x方向位移的全加载过程均方根误差由0.085 303 mm降至0.017 240 mm。实验结果验证了所提方法对高温热扰动误差的有效补偿能力，为受限高温环境下非接触全场三维变形测量提供了可行技术途径。关键词：数字图像相关;单相机三维测量;热扰动补偿;投影散斑;双通道共轴0|0|0更新时间：2026-10-20 -
航空可见光摄像机自动调焦系统设计 AI导读
摘要：可见光摄像机是航空光电平台中最广泛使用的光学载荷，其工作环境复杂多变，自动调焦功能是保证其成像质量的关键因素之一。为实现可见光摄像机的自动调焦，构建了一套自动调焦系统，并对该系统所涉及的关键算法进行了研究。从工程设计角度系统性地介绍了自动调焦系统的工作原理和组成，提出了一种改进的图像清晰度评价算法，以通过分析图像多尺度频带能量来衡量图像清晰度的变化。最后，使用搭载该调焦系统的光电平台进行实验和分析。实验结果表明，该自动调焦系统能够稳定实现自动调焦功能，且改进算法具有更好的单调性和动态范围，局部峰值点数量为0，自动调焦时间小于2 s，准确率大于98%，能够满足光电平台实时跟踪及事后处理对图像清晰度的要求。关键词：光电平台;可见光摄像机;自动调焦;图像清晰度;多尺度频带能量346|167|0更新时间：2026-10-20 - 摘要：针对星载小型可见光成像载荷前端光学系统镜片数量多，径向包络较大及空间变化退化问题，设计了一种轻量化折衍混合光学系统，并提出一种光学约束主模态点扩散函数（Optically Constrained-Principal Mode-Point Spread Function， OC-PM-PSF）建模方法。该系统以双高斯结构为基础，引入Binary 2衍射面，在450~660 nm波段和34°全视场条件下优化轴向色差、跨视场调制传递函数（Modulation Transfer Function， MTF）一致性及点斑紧凑性。建模时综合考虑衍射光学元件（Diffractive Optical Elements， DOE）衍射效率、光谱权重和探测器响应，并将视场位置、MTF变化及均方根（Root Mean Square， RMS）点斑半径变化引入宽谱PSF主模态分解，结合RL-TV（Richardson-Lucy-Total Variation）算法实现空变复原。结果表明，透镜数量由6片减至4片，最大通光口径由19.130 mm降至13.998 mm，前端光机组件估算质量降低34.9%。宽谱未采样视场的平均和最大PSF相对重构误差分别为4.98%和7.76%，复原后峰值信噪比（Peak Signal-to-Noise Ratio， PSNR）由22.54 dB提高至30.11 dB，结构相似性（Structural Similarity Index， SSIM）由0.840提高至0.940。非同源退化与PSF失配实验验证了该方法对有限建模误差具有一定稳定性。关键词：折衍混合光学;衍射光学元件;轻量化成像;光学约束主模态点扩散函数建模;空间变化复原;Richardson-Lucy总变分算法0|0|0更新时间：2026-10-20
- 摘要：超精密光学位移测量是纳米基础研究、超精密加工与半导体装备制造的核心支撑技术。本文系统综述了共轭涡旋光干涉位移测量技术的研究进展，重点剖析基于轨道角动量结构化干涉光场的传感机制，总结该技术在提升探测灵敏度，拓展无歧义测量量程及实现紧凑光路集成方面的固有优势，并归纳当前工程应用中的关键技术瓶颈。文中分类梳理了六大主流技术路线：高精度图像与相位解调、光场结构优化以增强角向分辨、高速动态微振动测量、跨周期无歧义扩程、多自由度参量同步检测及非平面表面分布式形变重建。通过光学超表面与光纤光栅微纳调控器件、人工智能解调算法、双波长等效扩程及多源误差全域补偿等技术，可协同优化系统测量精度、动态响应带宽与环境抗扰动性能，从而推动共轭涡旋光干涉在纳米级定位、精密制造、曲面形变检测及高端装备在线状态监测等场景中的应用，为新一代超精密光学计量体系的构建提供理论依据与技术参考。关键词：精密测量;光学干涉;涡旋光;轨道角动量;位移测量0|0|0更新时间：2026-10-20
现代应用光学
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晶圆激光隐切焦点高速动态跟踪与误差补偿 AI导读
摘要：针对晶圆激光隐切传统固定焦点加工在高速工况下易受载台运动扰动，设备结构谐振和环境微振动影响，导致激光焦点动态偏移和时变离焦误差，进而造成晶圆切割深度不均、加工一致性下降和成品良率降低等问题，提出一种基于激光三角测量的焦点动态跟踪与误差补偿方法。基于激光三角非接触测量原理，构建实时焦点偏移检测系统，用于获取高速加工过程中的焦点动态偏移及扰动特征；分析多源扰动耦合传递机制，建立激光隐切动态离焦误差模型，揭示高速工况下扰动因素与焦点偏移之间的传递关系；采用离线静态标定与在线动态修正相结合的两级补偿架构，引入峰值滤波高频扰动抑制策略，设计前馈-反馈复合控制算法，实现激光焦点动态跟踪与离焦误差闭环补偿。实验结果表明，本文所提方法可显著抑制激光隐切动态离焦误差与加工扰动，轨迹跟踪误差由±3.5 μm优化至±0.50 μm，焦点动态定位补偿精度可达±0.25 μm。该研究可提升高速激光隐切加工稳定性与成型一致性，能够满足高端超薄晶圆高速、高精度隐形切割的工业化工艺需求。关键词：晶圆激光隐切;焦点动态跟踪;动态离焦误差补偿;激光三角测量6|0|0更新时间：2026-10-20 - 摘要：针对压电微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System， MEMS）扫描微镜中，锆钛酸铅（Pb（Zr1-xTix）O3，PZT）薄膜低温制备难以兼顾高取向与低缺陷，无法兼容互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor， CMOS）工艺的工程难题，提出一种双LaNiO₃（LNO）缓冲层协同应变调控方法。采用磁控溅射在≤500 ℃下制备Pt/LNO/PZT/LNO/Pt多层异质结构，底层 LNO 引入面内张应变诱导取向形核，顶层 LNO 借助压应变抑制铅挥发与氧空位迁移。系统表征薄膜微观结构、应变状态、界面化学及电学性能，并集成压电MEMS扫描微镜进行器件验证。实验结果表明，薄膜（002）峰强度占比0.72，摇摆曲线半高宽1.43°，结合X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy， XPS）与电学测试交叉验证，薄膜缺陷密度降低约一个数量级。横向压电系数e₃₁，f=（-15.5±0.5） C/m²，剩余极化强度Pr=（23±2） μC/cm²，介电常数εr=（1 200±50）（@1 kHz），漏电流密度为8.3×10⁻⁷ A/cm²（@100 kV/cm），击穿电压为80 V，压电MEMS微镜在25 Vpp驱动下实现±40°的光学扫描角。该低温工艺满足CMOS热预算，为高性能PZT薄膜与硅基MEMS单片集成提供了可行技术路径。关键词：压电薄膜;双LNO缓冲层;低温生长;应变工程;MEMS微镜0|0|0更新时间：2026-10-20
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转位机构角增量观测的旋转惯导陀螺零偏估计 AI导读
摘要：为解决单轴旋转惯性导航系统（Single-axis Rotational Inertial Navigation System，SRINS）初始对准过程中天向陀螺零偏估计收敛慢的问题，提出了一种基于转位机构角增量信息的天向陀螺零偏估计方法。首先，将转位机构输出的高精度角增量信息引入卡尔曼滤波器框架中，以构建出新型观测模型。然后，分析了陀螺比例因子误差、安装误差及转位机构输出误差对天向陀螺零偏收敛的影响，并设计出合适的转位策略和滤波模型以抑制上述误差，提升算法在实际应用中的稳定性。实验结果表明，与传统基于速度误差做观测的方法相比，该方法在15 min内天向陀螺零偏估计精度优于
微纳技术与精密机械
- 摘要：针对水下图像因水体吸收与散射引起的色偏、对比度下降等退化问题，现有方法在增强效果与计算效率间难以取得良好平衡，故提出一种轴向卷积与通道注意力并行融合的轻量水下图像增强网络。该网络采用残差补偿的编解码架构，以ShuffleNet V2为轻量骨干提取特征，在瓶颈处并行引入轴向深度卷积与通道注意力模块，分别从空间和通道两个维度扩大感受野并自适应校准通道权重，经全局残差连接输出增强结果；训练采用LSUI数据集，结合MSE与SSIM损失函数进行优化。在LSUI，UIEB和EUVP等多个公开数据集上的实验表明，本文算法在PSNR，SSIM等关键指标上均优于主流对比算法，其中在LSUI测试集上PSNR达25.13 dB，SSIM达0.849 1；在无GPU加速平台上，单张推理耗时显著低于同类轻量方法，在Jetson Orin NX上处理速度达144.61 frame/s。该方法以1.60 M参数量实现了增强质量与计算效率的协同提升，基本满足水下边缘平台对图像增强的实时性、高精度和轻量化部署要求。关键词：水下图像增强;轻量化网络;ShuffleNet V2;轴向深度卷积;通道注意力1|0|0更新时间：2026-10-20
- 摘要：可见光-红外双模态目标检测在低照度、复杂恶劣场景中具有显著优势，但现有方法普遍依赖图像严格配准，难以处理实际应用中广泛存在的跨模态空间错位问题。为此，提出一种非对齐场景下的轻量化检测框架CEFNet，以突破传统像素级强制对齐的局限。该框架首先通过频域解耦特征补偿模块，利用离散小波变换实现特征频域解耦，再将跨模态高频差异作为状态空间模型的软门控信号，阻断局部错位噪声在全局序列中的扩散，在无需像素级强制对齐的前提下完成高效抗噪特征补偿。其次，通过多分支非对称卷积增强模块扩大感受野，强化不同模态的独有特征表达。最后，构建差模引导融合模块，自适应抑制共模冗余背景并放大高判别性互补特征。实验结果表明，CEFNet在非对齐数据集DVTOD上达到87.1% mAP50和53.1% mAP50-95；相较于当前最优CDC-YOLOFusion，参数量降低90%，计算量减少79%，精度提升0.6%~1%，并在M³FD，LLVIP等数据集上表现出优异的稳定性与泛化能力。关键词：可见光-红外目标检测;空间错位;特征补偿;特征增强;特征融合1|0|0更新时间：2026-10-20
- 摘要：针对高分辨率卫星遥感图像中电力杆塔尺度差异显著，小型配电塔特征弱，复杂背景干扰严重以及边界框定位精度不足等问题，提出一种基于尺度感知（Scale-Aware，SA）Grounding DINO 的电力杆塔检测方法（SA-DINO）。首先，设计小目标细节保持分支，在视觉特征进入 Transformer 编码器之前增强高分辨率特征层中的局部边缘、高频纹理和上下文信息，以缓解小型配电塔特征在深层传递过程中的细节衰减问题。其次，提出尺度感知语言引导 Query 选择模块，根据不同尺度特征层的空间分辨率自适应分配 Query 数量，使高分辨率层中的小目标候选区域获得更多进入解码器的机会，同时保留全局高置信 Query 以兼顾大型输电塔检测。最后，引入尺度感知小目标定位损失，利用归一化 Wasserstein 距离度量预测框与真实框之间的几何差异，并结合目标尺度自适应调整定位监督强度，从而提升小目标边界框回归的稳定性。在 SRSPTD 数据集上的实验结果表明，SA-DINO 的 mAP50 和 mAP50-95 分别达到 80.9% 和 42.2%，相比基线模型分别提升 3.5% 和 1.7%，参数量增加0.94%。实验结果验证了本文方法在复杂遥感场景下电力杆塔检测任务中的有效性。关键词：卫星遥感;杆塔检测;Grounding DINO;尺度感知;小目标0|0|0更新时间：2026-10-20
信息科学
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