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2022 年 第 18 期
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光谱差分策略在扩散近似模型和简化球谐近似模型中的应用
摘要：生物发光断层成像（Bioluminescence Tomography， BLT）是一种很有前途的在体分子成像工具，可以在细胞和分子水平上对生理和病理过程进行无创监测。BLT的重建精度受光传输模型误差和逆问题病态性影响，针对此问题，受高阶光传输模型可提高模型精度、多光谱方法可降低逆问题病态性的启发，本文将光谱差分理论和多光谱方法结合构建的光谱差分策略分别应用到基于扩散近似方程（Diffusion approximation Equation， DE）和三阶简化球谐近似方程（3rd Simplified spherical harmonic approximation equation， SP3）建立的光传输模型。首先，对这两种辐射传输方程（Radiative Transfer Equation， RTE）近似产生的误差进行分析，对比了光谱差分策略对两种光传输模型误差的衰减作用。前向仿真实验结果表明光谱差分策略能有效地减少DE和SP3的模型误差，对DE模型采用光谱差分，能够获得接近SP3模型的传输精度，并且降低高阶近似对运算时间和存储空间的高要求。在此基础上，将光谱差分策略分别应用到DE和SP3光传输模型进行光源重建。实验结果表明光谱差分策略在提高两种光传输模型精度的同时，缓解了BLT中逆问题的病态性，使光源重建的位置误差小于1 mm，在目标定位、形状恢复和图像对比度等方面取得了更准确的效果。相比于SP3模型平均耗时约1 525 s，DE模型结合光谱差分策略平均耗时仅为34 s左右，较好地兼顾了重建精度和重建速率。关键词：生物发光断层成像;光谱差分;光传输模型;光源重建- 229
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发布时间：2022-09-26 -
基于锁相放大的集成电路内部电信号光学探测方法
摘要：为了实现集成电路内部电信号波形的非接触探测，设计了基于共光路干涉仪的探测光路，同时利用锁相放大技术噪声抑制能力强，灵敏度高的特点，提出了基于锁相放大的信号处理方法提取反射光中携带的微弱器件电光信号。该方法利用器件电光信号强度随器件电信号周期性变化的特点，首先将来自光电探测器的电信号进行锁相放大处理消除大部分噪声，然后再利用平均处理技术进一步抑制外界噪声干扰，提高器件电光信号的信噪比，从而将淹没在噪声中的器件电光信号提取出来，重建器件内部电学信息。利用该探测方法成功探测到芯片内部动态工作电流在μA量级的电路节点电光信号，信噪比达到4.99 dB，而仅使用平均处理技术得到的信号信噪比只有-44.29 dB。研究内容为集成电路内部电信号的光学探测提供了一种新的思路，未来可在集成电路动态缺陷检测领域得到应用。关键词：集成电路;锁相放大;电光探针;电光信号- 212
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发布时间：2022-09-26 -
基于高速纹影技术的爆炸冲击波图像测量研究
摘要：为了获取爆炸波模拟装置出口处冲击波的演化过程和流场形态，更好地控制爆炸波模拟装置的加载波形，从而满足对武器装备的加载要求，开展了爆炸冲击波的可视化图像研究。利用反射式纹影成像原理，通过高速CCD成像单元结合一系列光学元件，设计了基于激光光源的高速纹影测量系统，实现了爆炸波的图像演变过程测量，并通过外部冲击波压力传感器进行了对比分析。研究表明，通过该纹影系统获取的爆炸冲击波阵面数量与冲击波压力传感器所测结果吻合，并且获取了冲击波、反射波的图像形态以及形成演化过程，同时通过多个冲击波阵面的图像数据获取了爆炸冲击波的速度信息。该结果为爆炸波的有效加载以及更好地理解冲击波压力的形成和演化规律提供了新的技术途径和分析基础。关键词：高速CCD;纹影法;爆炸波模拟装置;冲击波形态- 214
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发布时间：2022-09-26 -
基于投影栅相位法和多曝光图像融合技术的强反射表面轮廓检测
摘要：光栅投影三维测量技术因其非接触式、分辨率高和精度高等优点，已成为应用最为广泛的三维测量技术之一，但对于具有强反射表面的被测物，所采集的图像会出现局部过明或过暗的现象，导致测量的点云缺失，影响测量精度。为了实现强反射表面物体三维轮廓的精确测量，提出一种改进的多曝光图像融合技术。利用白光投射下不同曝光时长的图像制作掩模，分别与光栅投射下相应曝光时长的条纹图像相乘，将所得图像进行线性变换后叠加，再对其灰度值归一化后进行伽马变换和灰度值还原，最后利用所得条纹图像解相并计算被测物体表面三维点云数据。实验表明，该方法在一定程度上克服了因物体局部高光而导致的点云缺失，对于法兰片、标准块和U型卡三种具有强反射表面的被测物，分别能计算出99.8%、99.1%和99.3%的点云数据，实现了强反射金属表面较为完整的三维轮廓检测。关键词：强反射表面;三维轮廓检测;投影栅相位法;多曝光图像融合技术- 231
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发布时间：2022-09-26
现代应用光学
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基于Preisach模型的光纤定位单元R机构精定位的实现
摘要：下一代大规模光谱巡天测量项目，需要更小尺寸和高精度的光纤定位单元。本文提出了R-- 150
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发布时间：2022-09-26 -
医用接骨螺钉超声-磁流变抛光励磁装置设计
摘要：为解决现有医用钛合金接骨螺钉结构复杂、尺寸不一、表面毛刺较多等抛光难点，提出了一种新的抛光方法——滚筒式超声-磁流变复合抛光，并自主设计了滚筒式超声-磁流变复合抛光装置。该装置采用三磁极励磁结构的电磁铁励磁方式，通过理论计算与Maxwell仿真分析确定该励磁装置结构尺寸与线圈参数。搭建滚筒式超声-磁流变复合抛光实验平台，开展励磁电流单因素抛光实验，对抛光装置中磁流变液磁感应强度进行测试，并与仿真结果进行对比。当电磁铁励磁装置N极宽度为35 mm，线圈匝数为1 080匝，线径为1.25 mm时，可通入线圈的最大电流为5 A，抛光区域可形成良好的磁路特征，磁场分布可形成磁流变抛光区与磨粒更新区，磁流变抛光区磁感应强度最高可达0.57 T。滚筒内抛光区域磁流变液磁感应强度的测试值小于仿真值。抛光前后工件表面粗糙度变化率随励磁电流的增大先升高后降低，当电流为4 A时，表面粗糙度由1.39 μm降至0.435 μm，此时表面粗糙度变化率取得最大值68.7%。三磁极励磁结构的电磁铁励磁装置磁感应强度能够满足磁流变液在抛光时对磁场的要求，有效抛光区域较大。关键词：磁流变抛光;励磁装置;超声振动;接骨螺钉;有限元- 116
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发布时间：2022-09-26 -
电子束曲面直写的Monte Carlo仿真与实验
摘要：电子束直写技术具有分辨率高、操作简单等优势，是制备微纳米曲面器件的一种理想工具。光刻胶的吸收能量沉积密度分布直接决定了直写后图形的精度和分辨率，由于曲面直写时吸收能量沉积密度分布非对称，因而现有的平面直写工艺不再适用于曲面直写。本文采用基于立方体计算微元的Monte Carlo方法计算不同直写参数变化下的吸收能量沉积密度分布。仿真结果表明：随着入射能量或入射角度的增加，直写点的椭圆度也在增加；而减小束斑和薄胶层可以提升曲面直写的分辨率。实验结果表明：在其他参数不变下，以入射能量（5、10、15 keV）和入射角度（5°、10°、15°）进行单一变量实验，直写点的长宽比分别为1.458、2.323、2.924和1.014、1.113、1.173。可以看出，入射能量对椭圆度地增加更为明显。实验与仿真有了较好地验证，本文结果为曲面直写工艺参数选择提供理论依据。关键词：电子束直写;Monte Carlo模拟;吸收能量沉积密度;散射截面;曲面器件- 124
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发布时间：2022-09-26
微纳技术与精密机械
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局部-整体双向推理的文物无监督表征学习
摘要：针对现有陶制文物表征学习方法是基于大量带标签数据的有监督学习方法，人工标记费时耗力且不能有效地学习到点云内在结构信息等问题，本文提出一种基于局部-整体双向推理的无监督表征学习方法。首先，提出多尺度壳卷积层级结构编码器提取不同尺度的文物碎片局部特征。其次，利用局部到整体推理模块将提取的局部特征映射得到全局特征，通过度量学习衡量两者之间差异，进行反复学习。然后，利用整体到局部推理模块以确保获取到的全局特征的质量。最后，在不同层次的局部结构和整体形状之间通过双向推理来学习文物点云表征，并将学习到的点云表征应用于分类下游任务。该网络模型在兵马俑数据集和ModelNet40公开数据集上的分类精度分别达到了93.33%和92.02%，分别高于PointNet 4.4%和2.82%。同时缩小了下游分类任务中无监督和有监督学习方法之间的差距。关键词：无监督表征学习;多尺度;深度学习;点云分类;文物虚拟修复- 118
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发布时间：2022-09-26 -
多尺度密集连接注意力的红外与可见光图像融合
摘要：针对现有红外与可见光图像融合时，融合结果存在细节信息丢失、特征提取不足等问题，提出了一种多尺度密集连接注意力的红外与可见光图像融合深度学习网络模型。首先，设计多尺度卷积提取红外与可见光图像中不同尺度信息，增大感受野特征提取范围，克服了单一尺度特征提取不足的问题。然后，通过密集连接网络增强特征提取，并在编码子网络末端采用提出的可变形卷积注意力机制，密切联系全局上下文信息，增强对红外与可见光图像中重要特征信息的聚焦能力。最后，由全卷积层构成解码网络，重构生成融合图像。本文选取了六种图像融合客观评价指标，红外与可见光图像公开数据集融合实验结果表明：与其他8种方法相比，本文算法对比实验指标均有所提高，其中结构相似性（SSIM）、空间频率（SF）指标分别平均提高了0.26倍、0.45倍。所提方法的融合结果保留了更清晰的边缘及目标信息，具有更好的对比度和清晰度，在客观评价方面均优于对比方法。关键词：红外与可见光图像;图像融合;多尺度特征提取;密集连接网络;注意力机制- 199
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发布时间：2022-09-26 -
使用改进型大气散射模型的双阶段图像修复
摘要：针对在雾霾天气、水下和夜间环境中获得的图像存在清晰度和对比度下降以及色彩失真等问题，提出一种使用改进型大气散射模型的双阶段图像修复方法。通过在传统的大气散射模型中引入一个全局补偿系数以得到一个改进型大气散射模型，使用该模型的双阶段图像修复方法包含两个阶段：首先，输入一张退化图像，利用改进型大气散射模型得出一张粗略的修复图像，并利用灰度世界算法求出该粗略的修复图像的反照率；其次，将反照率和第一阶段的输出图像作为输入，利用改进型大气散射模型得出最终的修复图像。实验结果表明，所提出的方法可避免图像修复的结果中存在色彩失真和色调偏暗等问题，并且具有很好的适用性，其不仅可有效实现雾霾图像去雾，也可实现水下图像修复和夜间图像增强。与当前最先进的方法相比，所提出的方法在定量和定性实验上都取得了优异的结果。关键词：图像修复;图像去雾;大气散射模型;色彩失真;灰度世界算法- 157
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发布时间：2022-09-26 -
基于分数匹配生成模型的无透镜成像方法
摘要：无透镜成像受到同轴全息图中孪生像噪声的影响，一直面临着重建信噪比差和成像分辨率低的问题。针对该问题，本文提出一种基于分数匹配生成模型的无透镜成像方法。在训练阶段，通过连续随机微分方程（Stochastic Differential Equation， SDE）缓慢添加高斯噪声扰动数据分布，然后训练具有去噪分数匹配的连续时间相关的分数函数，用于求解反向SDE生成目标样本数据。在测试阶段，使用单张菲涅尔波带片作为掩膜，在非相干光照明下实现无透镜编码调制，然后使用预测-校正的方法在数值求解器SDE和数据保真项步骤之间轮换更新进行图像重建。在LSUN-bedroom和LSUN-church数据集上的验证结果表明，提出的算法能够有效消除孪生像噪声，峰值信噪比和结构相似性分别可达25.23 dB和0.65。与传统的基于反向传播和基于压缩感知的无透镜成像结果相比，峰值信噪比分别提高17.49 dB、7.16 dB，结构相似度分别提高0.42、0.35，从而实现图像重建质量的有效提升。关键词：无透镜成像;编码成像;生成模型;图像重建- 199
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发布时间：2022-09-26
信息科学
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