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太赫兹CMOS场效应管模型及实验分析

光学精密工程 2017年第12期25卷 3128-3136页

作者：张镜水孔令琴董立泉赵跃进北京理工大学光电学院北京100081

针对商业CMOS(互补金属氧化物半导体)场效应管模型在高频下易失效的问题,运用ADS软件构建了基于经典动力学理论的非线性RCL传输线模型,并结合实测数据说明了本文模型的精准性及太赫兹波段场效应管的工作原理。构建了基于经典动力学理论... 详细信息

针对商业CMOS(互补金属氧化物半导体)场效应管模型在高频下易失效的问题,运用ADS软件构建了基于经典动力学理论的非线性RCL传输线模型,并结合实测数据说明了本文模型的精准性及太赫兹波段场效应管的工作原理。构建了基于经典动力学理论的非线性RCL传输线模型仿真系统,并将其与商业模型仿真结果进行对比,分析了在太赫兹波段本文模型与商业模型的区别。测试了现有场效应管探测器的频率响应,并对实测数据与两种模型仿真数据进行对比,说明本文模型提高了预测精度。最后,结合3σ原则分析了场效应管沟道尺寸对载流子散射效应的影响,以及场效应管进入弹道工作模式的条件。实验结果表明:本文模型与商业模型的区别主要在于模型中是否存在电感部分,该部分可作为场效应管沟道中载流子动量是否守恒及散射效应是否可以忽略的表征参数。相较于商业模型,本文模型对探测器最佳频率工作点的预测精准度可提高0.3%,对探测器带宽的预测精准度可提高约10%。该项研究为CMOS场效应管模型的精确建立及仿真分析提供了良好基础。

关键词：太赫兹CMOS场效应管场效应管探测器场效应管模型散射效应

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融合心率变异性与表情的非接触心理压力检测

光学学报 2021年第3期41卷 62-71页

作者：孔令琴陈飞赵跃进董立泉刘明惠梅北京理工大学光电学院北京市精密光电测试仪器与技术重点实验室北京100081

针对现有心理压力检测方法主观性强、准确率低,且无法连续监测的问题,提出了一种融合心率变异性(HRV)与人脸表情的非接触式心理压力检测方法。该方法通过成像式光电容积描记(IPPG)技术从视频图像中提取HRV信息,并通过VGG19网络建立表情... 详细信息

针对现有心理压力检测方法主观性强、准确率低,且无法连续监测的问题,提出了一种融合心率变异性(HRV)与人脸表情的非接触式心理压力检测方法。该方法通过成像式光电容积描记(IPPG)技术从视频图像中提取HRV信息,并通过VGG19网络建立表情识别模型,获得人脸表情。将HRV及表情共同作为特征输入,利用支持向量机进行训练分类,实现压力状态与非压力状态的检测。实验结果表明,本方法的压力分类准确率可达到81.4%,能有效提高心理压力检测的准确性,可应用于普通人群、运动员、犯罪人员心理测试等领域。

关键词：图像处理图像分析心理压力检测心率变异性人脸表情

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基于超像素分割的IPPG活体皮肤检测

光学学报 2020年第13期40卷 35-42页

作者：孔令琴吴育恒赵跃进董立泉刘明惠梅北京理工大学光电学院精密光电测试仪器与技术北京市重点实验室北京100081

针对现有活体皮肤检测方法精度不高、实时性较差的问题,提出一种基于超像素分割的成像式光电容积描记(IPPG)活体皮肤检测(SPASD)算法.利用零参数简单线性迭代聚类算法将图像分割为多个超像素子块;然后通过IPPG技术并行提取各子块中的脉... 详细信息

针对现有活体皮肤检测方法精度不高、实时性较差的问题,提出一种基于超像素分割的成像式光电容积描记(IPPG)活体皮肤检测(SPASD)算法.利用零参数简单线性迭代聚类算法将图像分割为多个超像素子块;然后通过IPPG技术并行提取各子块中的脉搏波信号;最后利用支持向量机对提取到的信号进行训练分类,进而实现活体皮肤的实时检测.实验结果表明,SPASD算法可以有效提高活体皮肤的检测精度和实时性,其检测精度达92.02%.所提方法在人脸防骗、非接触生理信号检测、面部表情识别等领域具有应用前景.

关键词：图像处理模式识别成像系统成像式光电容积描记活体皮肤检测超像素

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RGB图像高光谱重建的组织血氧饱和度评估

光谱学与光谱分析 2023年第10期43卷 3193-3201页

作者：王雨晨孔令琴赵跃进董立泉刘明惠梅北京理工大学光电学院北京100081 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314019

组织血氧饱和度(StO_(2))是检测组织和血液中血液灌注和血液氧合变化的重要指标,在临床及日常监测中具有重要意义。高光谱成像以其非接触、光谱信息丰富等优点,成为一种评估StO_(2)的新兴手段,然而高光谱成像设备造价昂贵且操作复杂,限... 详细信息

组织血氧饱和度(StO_(2))是检测组织和血液中血液灌注和血液氧合变化的重要指标,在临床及日常监测中具有重要意义。高光谱成像以其非接触、光谱信息丰富等优点,成为一种评估StO_(2)的新兴手段,然而高光谱成像设备造价昂贵且操作复杂,限制了其使用环境及发展。传统工业相机获取皮肤组织的RGB图像空间分辨率高、但其光谱分辨率低,若能提高光谱分辨,则其实现高精度生理参数测量成为可能。提出了一种基于RGB图像高光谱重建的StO_(2)评估方法。该方法基于深度学习方法构建了从RGB图像到皮肤组织高光谱图像的重建模型,获得了高物理可靠性皮肤组织高光谱图像,并利用改进的朗伯比尔模型,实现了区域StO_(2)评估。采用普通可见光相机与高光谱相机通过捆绑实验同时采集了49位受试者处于不同血液灌注状态下手部的RGB图像与高光谱图像作为数据集。在对高光谱图像进行降维去噪的基础上,根据含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白的特征光谱选取了450~600 nm(含31个光谱通道)波段作为重建光谱波段,构建了基于深度学习的皮肤组织高光谱重建神经网络模型。实验结果表明,重建模型获得的皮肤反射光谱与高光谱相机直接采集的反射光谱曲线具有较高的一致性,测试集中二者的平均绝对误差(MAE)为0.00938,均方误差(RMSE)为0.01481。之后对重建模型得到的区域StO_(2)测量结果与高光谱相机得到的测量结果二者的相似性进行了定量评估,测试集样本中两种方法生成StO_(2)空间分布图的二维相关系数均处于可靠范围内(大于94%),表明了本文提出的基于可见光图像高光谱重建的StO_(2)评估方法具有较高的可靠性。该研究利用普通彩色相机实现了区域StO_(2)评估,为各种疾病的临床诊断和监测提供了一种简单低成本的StO_(2)监测方法。

关键词：组织血氧饱和度 RGB图像光谱重建深度学习

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一种多起点并发式快速运动估计搜索方法

光学技术 2014年第2期40卷 140-144页

作者：于飞林喆赵跃进董立泉康晓军北京空间机电研究所北京100076 北京理工大学光电学院北京100081

为了提高块匹配运动估计快速算法的搜索速度、精度和鲁棒性,提出了一种多起点并发式快速运动估计搜索方法。根据匹配块搜索的特性,提出了均匀选取多个起始点的方法,同时根据搜索区域的大小制定了自适应的限制条件和进度表,使得算法的收... 详细信息

为了提高块匹配运动估计快速算法的搜索速度、精度和鲁棒性,提出了一种多起点并发式快速运动估计搜索方法。根据匹配块搜索的特性,提出了均匀选取多个起始点的方法,同时根据搜索区域的大小制定了自适应的限制条件和进度表,使得算法的收敛速度有了很大的提高。该算法在迭代过程中不但能够接受使目标向好的方向前进的解,而且能够在一定限度内接受使目标恶化的解,这使得算法能够有效地跳出局部极小的陷阱。使用基于TMS320C6415芯片的DSP图像处理系统对抖动视频图像序列进行实验。实验结果表明,当视频图像为PAL制,分辨率为720×576个像素,并且相邻图像间的抖动范围为±40个像素时,使用新提出的方法,匹配参数的计算量不大于使用全域匹配方法计算量的1/8,并且搜索精度远高于其他传统的快速搜索方法。

关键词：图像处理运动估计快速搜索方法多起点并发式搜索

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改进的均值滤波算法在太赫兹成像中的应用

红外与激光工程 2013年第5期42卷 1241-1246页

作者：朱维文赵跃进朱慧时李冰孔令琴董立泉北京理工大学光电学院北京100081 中国航天空气动力技术研究院北京100074

研究被动太赫兹图像的降噪算法,提出了一种改进的均值滤波算法,在原有均值滤波算法的基础上加入了阈值的概念,由被动太赫兹扫描成像的技术特点确定了滤波模块的形状,并根据图像评价参数信息熵确定了滤波模板的最佳尺寸。实验表明该算法... 详细信息

研究被动太赫兹图像的降噪算法,提出了一种改进的均值滤波算法,在原有均值滤波算法的基础上加入了阈值的概念,由被动太赫兹扫描成像的技术特点确定了滤波模块的形状,并根据图像评价参数信息熵确定了滤波模板的最佳尺寸。实验表明该算法对于被动太赫兹图像具有良好的降噪效果,可以在保留成像目标信息的基础上滤除图像背景中的噪声。该算法提高了图像质量,增加了对隐匿物的辨别能力,从而为被动太赫兹成像技术在安检工作中的应用提供了必要的保证。

关键词：图像处理被动太赫兹成像均值滤波扫描成像信息熵

血液成分变化对皮肤漫反射光谱及肤色的仿真分析

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光学学报 2022年第8期42卷 208-218页

作者：原静赵跃进孔令琴徐歌董立泉刘明惠梅北京理工大学光电学院北京100081 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314019

皮肤的漫反射光谱中包含丰富的组织信息,已被广泛应用于生理参数的检测,但由于人体生理参数变化复杂、多种情况下光学数据采集困难等因素,其在无创外周血液生理参数检测技术的发展及应用中受到了限制。鉴于此,使用蒙特卡罗模拟方法仿真... 详细信息

皮肤的漫反射光谱中包含丰富的组织信息,已被广泛应用于生理参数的检测,但由于人体生理参数变化复杂、多种情况下光学数据采集困难等因素,其在无创外周血液生理参数检测技术的发展及应用中受到了限制。鉴于此,使用蒙特卡罗模拟方法仿真了不同总血红蛋白、含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白等多种外周血液成分浓度对皮肤的漫反射光谱及肤色的影响,提出了基于色谱融合的发绀成因分析方法。结果表明,皮肤的颜色特征可区分健康、黄疸病以及发绀,而分析方法解决了仅使用肤色很难对发绀现象的成因进行准确区分的难题。

关键词：医用光学漫反射光谱蒙特卡罗仿真生理参数

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稀疏孔径一维旋转合成阵列的成像特性

光学学报 2024年第4期44卷 136-145页

作者：张会燕刘明宁布惠梅董立泉孔令琴赵跃进北京理工大学光电学院北京100081 精密光电测试仪器与技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314019

分析了一维多孔径阵列的成像特性,选取子孔径间距比为1∶2的一维非冗余三孔径结构为基阵列,以最大化频域覆盖为设计标准,设计了沿基线方向对基阵列在360°范围内以不同角度进行多次旋转的新型合成孔径结构,以提高中频调制传递函数(IFMTF... 详细信息

分析了一维多孔径阵列的成像特性,选取子孔径间距比为1∶2的一维非冗余三孔径结构为基阵列,以最大化频域覆盖为设计标准,设计了沿基线方向对基阵列在360°范围内以不同角度进行多次旋转的新型合成孔径结构,以提高中频调制传递函数(IFMTF)和系统成像质量。当填充因子为28.51%时,旋转合成得到的九孔径阵列的IFMTF值(0.1223)大于Golay-9阵列的0.0782。仿真和实验结果的定量和定性评价均证明了所提方法的有效性。

关键词：成像系统光学稀疏孔径一维多孔径阵列旋转合成中频调制传递函数频域覆盖

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相位板偏心对波前编码系统的成像影响分析

中国激光 2015年第8期42卷 279-287页

作者：郭小虎赵跃进董立泉刘明孔令琴吴益剑北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081

理论及实验分析了三次相位板的偏心对波前编码成像的影响。理论分析得到相位板倾斜和偏心后的波前编码系统的光瞳函数相位项的表达式。分析表明,当仅有偏心时,相位板位置变化会产生相位因子的变化效应和离焦量的改变,它们均与相位板的... 详细信息

理论及实验分析了三次相位板的偏心对波前编码成像的影响。理论分析得到相位板倾斜和偏心后的波前编码系统的光瞳函数相位项的表达式。分析表明,当仅有偏心时,相位板位置变化会产生相位因子的变化效应和离焦量的改变,它们均与相位板的偏移量相关。同时仿真结果表明,偏心会改变点扩散函数(PSF)的能量分布及PSF包络的两条直角边长度,降低系统的调制传递函数(MTF)值;z向偏心对PSF的影响小于x向或y向的偏心对PSF的影响。实验结果表明,偏心在一定的范围内对PSF的影响较小,复原图像在焦深范围内的清晰度一致性较好;但是偏心会降低焦深延拓率。实验结果与理论分析结果具有良好的一致性。研究结果对基于相位掩模板的波前编码系统在空间光学系统、显微系统、红外成像等领域的应用具有较高的参考价值。

关键词：成像系统波前编码三次相位板偏心相位因子离焦量