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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 34 期 18，2026 2026年第34卷第18期

  • 现代应用光学

    胡玉霞, 黄书龙, 徐亚玲, 薛巧玲, 付金超, 胡敦

    DOI：10.37188/OPE.20263418.2777
    摘要：为实现水体细菌的准确识别，本研究采用透射光谱技术，结合生成对抗网络数据增强方法，对五种典型水体细菌进行分类识别。针对透射光谱样本获取成本高、易受仪器性能影响、小样本下模型泛化能力不足等问题，提出基于动态筛选生成对抗网络（DFGAN）的光谱数据增强策略，并构建卷积神经网络（CNN）分类模型。首先采集五种细菌在不同培养时段和梯度浓度下的600条透射光谱作为原始数据集；随后搭建深度卷积生成对抗网络（DCGAN）与DFGAN进行数据增强，从视觉形态、统计分布相似度和特征空间多样性三个维度评估生成光谱质量；最后对比支持向量机、K近邻及CNN三类分类器的识别效果。结果表明：DFGAN生成光谱的质量显著优于DCGAN；DFGAN-CNN方法所建立水体细菌识别模型性能最优，识别准确率达95.00%，精确率95.45%，召回率95.00%，F1分数95.00%，具有最佳的准确性和鲁棒性。该方法为水体细菌检测提供了新途径，也为光谱分析领域的小样本问题解决提供了技术参考。  
    关键词：透射光谱;数据增强;水体细菌;识别;动态筛选生成对抗网络   
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    更新时间：2026-10-08

    李庚鹏, 蔡伟, 杨志勇, 王晓伟, 王月圆

    DOI：10.3724/OPE.20263418.2792
    摘要：针对偏振双向反射分布函数数据库中，测量数据在插值重建时精度不足且易违反物理约束，从而降低偏振渲染结果准确性与可信度的问题，提出一种面向偏振渲染的 pBRDF 物理约束重建方法。首先，将 pBRDF 数据映射至圆柱坐标空间，以消除参数奇异性和边界不连续性；其次，通过基于周期性距离度量的局部线性插值方法获得初始穆勒矩阵，并依次施加互易性对称化、Cloude半正定特征值截断及能量守恒投影，保证重建结果满足物理可实现性；最后，将重建数据嵌入偏振光线追踪流程进行渲染验证。基于KAIST数据集的实验结果表明，该方法将单材质数据存储规模由912 MB压缩至650 MB；在Gold和Purple Silicone 材质上均实现了零物理违反率；与TD方法相比，Gold材质的偏振度与偏振角图像SSIM值分别提高4.3%和4.5%，Purple Silicone材质分别提高0.8%和5.0%。该方法兼顾了重建精度、物理正确性和存储效率，可为pBRDF测量数据的高精度重建与真实感偏振渲染提供有效支撑。  
    关键词：偏振双向反射分布函数;穆勒矩阵;圆柱坐标表示;物理约束插值;偏振渲染   
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    更新时间：2026-10-08

    吴迪, 白新伟, 尤金凤, 于光

    DOI：10.3724/OPE.20263418.2809
    摘要：积雪对地球能量平衡、水文循环和气候变化具有重要影响，其反射特性是表征地表辐射传输过程的重要基础，积雪同时也是冬季战场最主要的地物背景之一。自然积雪表面常受风场和下垫面地形影响形成雪垄等宏观结构，改变光线传播路径和散射方向，并进一步影响积雪的偏振反射特性。然而，雪垄等宏观结构对积雪偏振反射特性及偏振反射模型适用性的影响仍缺乏系统认识。为此，本文以平坦雪面和雪垄雪面为研究对象，通过改变太阳入射方向与雪垄走向的相对关系，构建平坦雪面、雪垄垂直于入射方向和雪垄平行于入射方向三种观测情形。利用多角度偏振观测系统测量三种情形下半球空间偏振反射系数的角度分布特征，并基于观测数据评估两种典型偏振反射模型——Litvinov模型和Nadal-Breon模型的模拟能力。结果表明，平坦雪面及雪垄平行于入射方向时，偏振反射在半球空间内呈现较为规律的分布特征，主要表现为前向散射方向的显著增强；而雪垄垂直于入射方向时，前向散射方向的偏振反射幅度明显减弱，后向散射方向的偏振反射则有所增强。模型评估结果显示，Litvinov模型与Nadal-Breon模型在平坦雪面条件下均表现出较高的模拟精度，R²分别为0.86和0.84，相对均方根误差均低于29%。然而，在雪垄结构条件下，模型精度显著下降：对于雪垄平行于入射方向的情形，R²分别降至0.73和0.64，相对均方根误差约为39%；在雪垄垂直于入射方向的情形下，由于前向和后向散射方向偏振反射分布的差异性变化，偏离了模型假设，表现出最差精度，R²分别为0.43和0.44，相对均方根误差约为50%。综上，本文揭示了雪面结构对偏振反射特性的显著影响，并指出现有偏振反射模型在描述雪垄结构时存在明显局限性，从而表明在复杂地表条件下开展偏振遥感应用仍存在不确定性，同时为后续雪面偏振反射模型的改进与构建提供了依据。  
    关键词：多角度偏振反射;积雪;雪垄;偏振反射模型   
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    更新时间：2026-10-08

  • 微纳技术与精密机械

    张许如, 耿红锋, 何钊, 张志毅

    DOI：10.37188/OPE.20263418.2820
    摘要：针对现有无缝钢管表面缺陷检测方法依赖标注样本、感知模态单一、硬件成本高昂且难以兼顾工业现场检测效率与精度的问题，提出一种基于线激光扫描的二维与三维融合缺陷检测方法。首先，利用光路设计获取钢管表面数据，实现灰度与深度信息的像素级对齐。其次，提出相对比值法，规避复杂光照环境下钢管反射系数标定难题，并构建参数化基准模板生成机制，实现多规格管径的自动识别与整批复用。再次，针对复杂检测环境，提出分层相对位置计算策略，抑制传送带振动造成的检测干扰。最后，通过灰度纹理与几何偏差双重比对算法，对凹槽、凹坑、穿孔与氧化皮等典型缺陷进行辨识。实验结果表明：系统综合检测准确率达99.40%，可在传输速度为1.2 m/s的工况下，有效识别0.50 mm级的微小缺陷。设计的系统可实现钢管外表面全覆盖检测，满足工业现场在线检测的准确率与实时性要求。  
    关键词：钢管表面;缺陷检测;线激光;三维视觉;管径测量   
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    更新时间：2026-10-08
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