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并行压缩感知计算层析成像光谱

光谱学与光谱分析 2023年第2期43卷 348-355页

作者：李虎刘雪峰姚旭日翟光杰中国科学院国家空间科学中心科学卫星运控部北京100190 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 北京理工大学物理学院北京100081 北京量子信息科学研究院北京100193

计算层析成像光谱既有传统成像光谱仪获取目标二维空间和一维光谱“图谱合一”的能力,还具有高通量测量和免扫描特性,在光谱成像领域拥有广泛应用场景并得到大量研究。根据中心切片定理,计算层析成像光谱仪性能主要受焦平面阵列探测器(F... 详细信息

计算层析成像光谱既有传统成像光谱仪获取目标二维空间和一维光谱“图谱合一”的能力,还具有高通量测量和免扫描特性,在光谱成像领域拥有广泛应用场景并得到大量研究。根据中心切片定理,计算层析成像光谱仪性能主要受焦平面阵列探测器(FPA)和二维色散元件的性能制约,以往研究主要在改进二维色散元件设计以增加衍射级次和投影角度以提高精确重建光谱所需的采样量。从FPA二维色散投影测量入手,提出并行压缩感知理论和计算层析成像光谱结合的方法,构建并行压缩感知计算层析成像光谱模型,利用低分辨FPA实现更高分辨率的色散投影测量,最终实现高于传统计算层析直接测量的性能水平。该研究为验证该成像光谱模型的正确性与可行性,先选用高光谱数据集对色散投影直接测量模型进行了三光谱立方体到二维色散投影和并行压缩感知测量模型重建的仿真实验,在仿真结果正确的前提下使用连续谱激光器和反射式数字微镜进行了相应的光学系统实验,完成了投影矩阵的逐点精确标定,并提出提高标定效率的并行标定方法,将标定时间降低到单点标定的四分之一。结果显示并行压缩感知计算层析成像光谱可以获得更高的光谱重建质量,能获得高于FPA自身性能的高分辨光谱投影并大幅提高光谱重建质量,验证了所提并行压缩感知计算层析成像光谱的正确性与可行性。

关键词：计算层析成像光谱分辨率压缩感知并行压缩感知

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多块合并压缩感知实时成像

红外与毫米波学报 2023年第1期42卷 61-71页

作者：李虎刘雪峰姚旭日刘璠窦申成胡钛翟光杰中国科学院国家空间科学中心复杂航天器系统电子信息技术重点实验室北京100190 北京理工大学物理学院量子技术研究中心和先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室北京100081 中国科学院国家空间科学中心空间科学卫星运控部北京100190 中国科学院大学北京100049 北京量子信息研究院北京100081

中长波红外成像探测器成本高昂,成为该波段高分辨成像和实时显示的巨大挑战。本文提出一种高效合并分块压缩感知方法(Multi-block Combined Compressed Sensing,MBCS),适用于基于焦平面阵列的压缩成像系统,它结合了并行采样和快速重建优... 详细信息

中长波红外成像探测器成本高昂,成为该波段高分辨成像和实时显示的巨大挑战。本文提出一种高效合并分块压缩感知方法(Multi-block Combined Compressed Sensing,MBCS),适用于基于焦平面阵列的压缩成像系统,它结合了并行采样和快速重建优势,可通过低分辨红外探测器实现低分辨并行测量和高分辨图像快速重建。与传统的基于压缩感知超分辨成像相比,该方法可提升高分辨图像重建的质量,同时实现高速重建。本文对光学系统原型和MBCS重建模型测量矩阵构建过程进行了研究,讨论了合并块大小对重建性能的影响,发现存在最优块大小使重建速度与重建质量都最优。此外,本文还实现了基于GPU加速的MBCS重建算法,用于进一步改进并行成像系统的图像重建速度。仿真和光学实验验证了该光学系统并行采样和快速重建策略的有效性,512×512分辨率成像与显示速度可达到5 Hz。

关键词：压缩成像分块压缩感知中红外焦平面阵列图像处理单元

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基于压缩感知超分辨鬼成像

物理学报 2014年第22期63卷 167-173页

作者：李龙珍姚旭日刘雪峰俞文凯翟光杰中国科学院空间科学与应用研究中心中国科学院复杂航天系统电子信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100190

分辨率是成像系统的一个重要参数,获得高分辨率图像一直是鬼成像系统的一个目标.本文提出了以成像系统点扩散函数作为先验知识,基于稀疏测量的超分辨压缩感知鬼成像重建模型.搭建了一套计算鬼成像实验装置,用于验证该模型对于提高鬼成... 详细信息

分辨率是成像系统的一个重要参数,获得高分辨率图像一直是鬼成像系统的一个目标.本文提出了以成像系统点扩散函数作为先验知识,基于稀疏测量的超分辨压缩感知鬼成像重建模型.搭建了一套计算鬼成像实验装置,用于验证该模型对于提高鬼成像系统分辨率的有效性,并与传统的鬼成像计算模型进行了对比.实验表明,利用该模型可突破成像系统衍射极限分辨率的限制,得到超分辨鬼成像.

关键词：鬼成像压缩感知超分辨稀疏测量

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场发射阵列阴极的阻变层制备与性能研究

场发射阵列阴极的阻变层制备与性能研究

作者：姚旭日电子科技大学

学位级别：硕士

场致发射阵列阴极(FEA)又名冷启动阵列阴极,具有低功耗,高电流密度,启动速度快,寿命长等众多优点,在民用领域和军工领域应用甚广,如:显微技术、照明技术、传感技术以及显示技术。其中,Spindt阵列阴极一直以来更是备受关注。就发射单元来... 详细信息

场致发射阵列阴极(FEA)又名冷启动阵列阴极,具有低功耗,高电流密度,启动速度快,寿命长等众多优点,在民用领域和军工领域应用甚广,如:显微技术、照明技术、传感技术以及显示技术。其中,Spindt阵列阴极一直以来更是备受关注。就发射单元来说,Spindt阵列阴极要求在较低的外加电场之下,提高发射单元表面的电场强度,同时保证发射电流的稳定性。但研究发现,现有的Spindt阵列难以保证每个发射尖锥的发射均匀性,如:发射尖锥的形貌以及栅孔的几何尺寸不一致;此外,阴极阵列的表面污染如吸附气体等,导致在阴极阵列中各个发射尖锥的发射系数不统一,产生打火现象,甚至损毁。本文的研究对象是Spindt型钼尖锥场发射阵列阴极(Mo-FEA),通过在硅基底与Mo发射体之间添加掺杂银的氧化硅(Ag-SiO)薄膜,以提高阴极的发射电流稳定性。其工作原理是:在钼尖锥发射电流过载时,利用银掺杂氧化硅薄膜的阻变特性,阻变层实现从低阻态向高阻态转变,此时阻变层两端压降远高于钼尖锥,迫使钼尖锥发射电流降低,甚至关闭场发射效应。为制备出适用于Mo-FEA的Ag-SiO薄膜,论文研究了SiO薄膜厚度、退火温度和退火时间对阻变性能的影响。在此基础上制备了具有Ag-SiO阻变层的Mo-FEA,并对其场发射性能进行测试。得到以下结论:1)当SiO薄膜厚度在220-520nm之间,Ag-SiO薄膜具有良好的阻变效应;当薄膜厚度超过620nm时,阻变特性消失。2)当SiO薄膜退火温度分别为400℃、500℃和600℃时,随着退火温度的升高,阻态发生变化对应的电压值向两端延伸。3)当SiO薄膜厚度为520nm,退火温度为500℃时,退火时间(3h、4h、5h)对SiO薄膜阻变效应影响不大。4)Ag-SiO-Mo-FEA场发射测试结果表明,在阳极电压700V,栅极电压102V时,阳极接收电流密度可达0.035A/cm;阴极稳定性较好,连续工作7h后,阴极发射电流稳定在1m A,上下波动不超过10%。

关键词：场发射阻变层 Mo-FEA Ag-SiO2 场发射稳定性

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反式亚油酸对HepG2细胞作用及机制研究

反式亚油酸对HepG2细胞作用及机制研究

作者：姚旭日江南大学

学位级别：硕士

食品中反式脂肪酸(TFA)分为加工来源(如油脂的部分氢化和精炼)和天然来源(如反刍动物制品)两大类。加工食品是我国居民膳食TFA的主要来源,TFA膳食摄入特点为以t-C18:2、t-C18:3为主,t-C18:1含量很少。国外膳食中的TFA主要来自于商业氢... 详细信息

食品中反式脂肪酸(TFA)分为加工来源(如油脂的部分氢化和精炼)和天然来源(如反刍动物制品)两大类。加工食品是我国居民膳食TFA的主要来源,TFA膳食摄入特点为以t-C18:2、t-C18:3为主,t-C18:1含量很少。国外膳食中的TFA主要来自于商业氢化油、乳制品和肉类脂肪,以t-C18:1为主,几乎不含t-C18:2、t-C18:3。国外对TFA的营养学评价主要是针对t-C18:1进行的。这与我国居民TFA摄入特点是以t-C18:2和t-C18:3为主有较大差异。我国居民摄入TFA营养学评价仍有待进一步研究。鉴于我国居民反式脂肪酸的摄入特点,研究开展反式亚油酸9t,12t-C18:2体外营养学评价具有非常重要的理论价值和社会价值。论文选择Hep G2细胞为模型,以9c-C18:1,9t-C18:1和9c,12c-C18:2为参照,探讨9t,12t-C18:2对Hep G2细胞的氧化损伤,细胞凋亡以及与动脉粥样硬化(AS)的关系,以期为反式亚油酸与AS的关系提供理论依据。本文选用MTT法考察反式亚油酸对Hep G2细胞存活率的影响,确定反式亚油酸能否诱导Hep G2细胞氧化损伤;分析测定ROS、MDA、SOD、CAT和GSH-Px等相关损伤指标,研究反式亚油酸对Hep G2细胞氧化损伤的影响;通过MTT法检测反式亚油酸与Caspase抑制剂z-VAD-fmk共同作用于Hep G2细胞24 h后细胞存活率的变化,以初步研究9c-C18:1,9t-C18:1,9c,12c-C18:2和9t,12t-C18:2能否诱导Hep G2细胞凋亡;采用流式细胞仪技术进一步检测反式亚油酸能否诱导Hep G2细胞凋亡;通过检测参与细胞凋亡的酶Caspase-3、-8和-9,探讨反式亚油酸诱导Hep G2细胞凋亡的机制;最后采用油红O染色法观察细胞内脂滴的变化,检测Apo-B、TG、T-CHO和与AS相关的基因表达量的变化,阐述反式亚油酸与AS的关系并探索反式亚油酸致AS的机理。具体结果如下:反式亚油酸能够诱导Hep G2细胞氧化损伤。9t-C18:1和9t,12t-C18:2这两种不同饱和度的TFA均能抑制Hep G2细胞的存活;都能诱导Hep G2细胞的抗氧化机能损伤,使细胞大量产生ROS,增加细胞的脂质过氧化物的分解代谢产物MDA的含量,其机制可能是通过降低SOD、CAT和GSH-Px活力,减弱细胞清除自由基能力。表明反式亚油酸损伤Hep G2细胞作用机制之一可能是氧化应激,并且9t-C18:1和9t,12t-C18:2诱导Hep G2细胞损伤的效果基本没有显著性差异(P>0.05)。研究反式亚油酸诱导Hep G2细胞的损伤作用及机制对于了解反式亚油酸和AS的关系有一定的推动作用。Caspase抑制剂z-VAD-fmk能显著抑制9t-C18:1和9t,12t-C18:2诱导的Hep G2细胞存活率的下降(P<0.05)。通过流式细胞仪检测,我们得到9t-C18:1和9t,12t-C18:2能诱导Hep G2细胞凋亡。在凋亡的过程中,Caspase-3、-8和-9凋亡酶均能被激活。Caspase-3的活性能完全被Caspase-8抑制剂z-IETD-fmk和Caspase-9抑制剂z-LEHD-fmk抑制,并且Caspase-9的活性同样能够被Caspase-8抑制剂z-IETD-fmk抑制。表明细胞凋亡可能也是反式亚油酸致AS的反应之一,为反式亚油酸诱导AS机理的研究提供了一定的理论基础。通过反式亚油酸刺激,建立了人肝癌Hep G2细胞体外模型。采用油红O染色法观察细胞内脂滴的变化,并测定细胞中Apo-B、TG和T-CHO的含量以及与CHO逆转运密切相关基因(HMGCR、SR-BI、LDLR等)的表达水平。实验结果发现,反式亚油酸能使Hep G2细胞内脂滴数量显著增多,细胞脂肪变性;可使Apo-B、TG和T-CHO的含量显著升高(P<0.05);上调胆固醇合成限速酶基因HMGCR m RNA的转录,导致CHO含量上升;下调高密度脂蛋白受体(SR-BI),低密度脂蛋白受体(LDLR)和SR-BI发挥功能依赖者PI3K/Akt m RNA的转录,导致HDL-C含量下降,LDL-C含量升高,影响RCT;下调细胞视黄醇受体(RXR)表达水平,减少PPARα/RXR异源二聚体的形成,进而抑制脂质代谢调节者PPARα对其下游基因SR-BI的激活。反式亚油酸通过调控这些与AS密切相关基因的表达,最终推进AS的进一步发生发展。

关键词：反式亚油酸 HepG2细胞损伤凋亡 Caspase

Volterra级数模型的非线性压缩测量辨识算法

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国防科技大学学报 2020年第1期42卷 125-132页

作者：邱棚姚旭日李鸣谦翟光杰中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049

针对非线性系统的辨识问题,提出了非线性压缩测量辨识算法,且推导出了一种符合压缩感知测量准则的测量模型。相比递归最小二乘法,该方法极大地减少了所需的测量数,使得高阶Volterra级数辨识成为可能。此外,还分析了实际应用中的各项因... 详细信息

针对非线性系统的辨识问题,提出了非线性压缩测量辨识算法,且推导出了一种符合压缩感知测量准则的测量模型。相比递归最小二乘法,该方法极大地减少了所需的测量数,使得高阶Volterra级数辨识成为可能。此外,还分析了实际应用中的各项因素对辨识准确性的影响,如信号稀疏度、测量噪声、测量矩阵形式等。

关键词：系统辨识非线性系统压缩感知 Volterra级数正交匹配追踪

Double-threshold technique for achieving denoising in compressive imaging applications

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Chinese Optics Letters 2017年第12期15卷 38-42页

作者：王超姚旭日赵清 Center for Quantum Technology Research School of Physics Beijing Institute of Technology Beijing 100081 China China Academy of Engineering Physics Mianyang 621900 China Key Laboratory of Electronics and Information Technology for Space Systems National Space Science Center Chinese Academy of Sciences Beijing 100190 China

Single-pixel cameras, which employ either structured illumination or image modulation and compressive sensing algorithms, provide an alternative approach to imaging in scenarios where the use of a detector array is restricted or difficult because of cost or technological constraints. In this work, we present a robust imaging method based on compressive imaging that sets two thresholds to select the measurement data for image reconstruction. The experimental and numerical simulation results show that the proposed double-threshold compressive imaging protocol provides better image quality than previous compressive imaging schemes. Faster imaging speeds can be attained using this scheme because it requires less data storage space and computing time. Thus, this denoising method offers a very effective approach to promote the implementation of compressive imaging in real-time practical applications.

关键词： MSE Double-threshold technique for achieving denoising in compressive imaging applications DMD CCD

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LPV模型的动态压缩测量辨识算法

北京航空航天大学学报 2019年第5期45卷 961-969页

作者：邱棚李鸣谦姚旭日翟光杰王雪艳中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 北京信息科技大学机电工程学院北京100192

在解决线性参变(LPV)模型的辨识问题上,最小二乘算法以结构简单、计算复杂度低等优点被大量使用。但最小二乘算法辨识结果受制于计算精度和模型近似精度,而这两者在同一个系统中是互斥的。因此,该算法的辨识结果与真值总是存在一定的误... 详细信息

在解决线性参变(LPV)模型的辨识问题上,最小二乘算法以结构简单、计算复杂度低等优点被大量使用。但最小二乘算法辨识结果受制于计算精度和模型近似精度,而这两者在同一个系统中是互斥的。因此,该算法的辨识结果与真值总是存在一定的误差。另外,在高阶LPV模型辨识或采样成本高的情况下,一般模型参数要多于辨识数据,而此时最小二乘算法很难得到稳定的辨识结果。本文提出的动态压缩测量辨识(DCMI)算法从两个方面提高在该情况下的系统辨识精度。其一,利用"匀速变化"及"非匀速变化"模型表示参变函数,以提高模型近似精度。其二,利用压缩感知理论的欠采样能力,在同等数据量的情况下提高参数的计算精度、扩大模型的计算规模。仿真结果表明,基于"匀速变化"模型DCMI算法可以准确地辨识出LPV函数,而且该算法在辨识数据不足的情况下仍然能够获得稳定的辨识结果。

关键词：系统辨识压缩感知线性参变(LPV) 线性时变(LTV) 正交匹配追踪(OMP)

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基于压缩感知的单光子时间分辨成像光谱技术

激光与光电子学进展 2021年第10期58卷 207-216页

作者：刘璠姚旭日刘雪峰翟光杰中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室北京100190 北京理工大学物理学院北京100081 中国科学院大学北京100049

压缩感知成像可突破Nyquist采样定理限制实现亚采样成像,同时还具备降维探测和高通量采集的优势。介绍压缩感知理论在单光子成像和成像光谱方面的研究进展,详细分析压缩感知单光子成像光谱技术。讨论压缩感知时间分辨成像中堆积效应的... 详细信息

压缩感知成像可突破Nyquist采样定理限制实现亚采样成像,同时还具备降维探测和高通量采集的优势。介绍压缩感知理论在单光子成像和成像光谱方面的研究进展,详细分析压缩感知单光子成像光谱技术。讨论压缩感知时间分辨成像中堆积效应的影响和去除方法,并对压缩感知在单光子时间分辨成像光谱领域的应用进行概述。

关键词：成像系统计算成像压缩感知单光子成像光谱时间分辨