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快速荧光寿命显微成像技术及其在活体应用的研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第6期61卷 87-104页

作者：林方睿王义强易敏张晨爽刘丽炜屈军乐深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室广东深圳518060

荧光寿命显微成像(FLIM)已经广泛应用于生命科学研究领域,具有高灵敏和高特异性的特点,在对组织微环境进行定量表征方面具有独特优势,但由于成像速度相对较慢,限制了FLIM的活体应用。近年来,随着光电子器件和人工智能等技术的发展,开启... 详细信息

荧光寿命显微成像(FLIM)已经广泛应用于生命科学研究领域,具有高灵敏和高特异性的特点,在对组织微环境进行定量表征方面具有独特优势,但由于成像速度相对较慢,限制了FLIM的活体应用。近年来,随着光电子器件和人工智能等技术的发展,开启了FLIM活体成像新篇章。介绍通过优化硬件和算法两方面提升时域和频域FLIM技术的成像速度,以及其在生物医学基础研究和临床疾病诊断中的应用研究进展。最后,对活体FLIM成像的未来发展进行展望。

关键词：荧光寿命显微成像人工智能活体成像癌症诊断

基于超表面的太赫兹与中长波红外高效分光器件

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物理学报 2024年第19期73卷 296-303页

作者：张鸿伟蔡仁昊李吉宁钟凯王与烨徐德刚姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室天津300072 天津津航技术物理研究所天津300038

多模复合成像技术结合了不同传感器的优势,具有图像质量高、信息获取能力强、目标检测和识别能力高、对复杂环境的强适应能力、系统的稳定性和鲁棒性高等优点.其中,太赫兹和红外复合成像技术结合了太赫兹波段和红外波段的特点,具有宽频... 详细信息

多模复合成像技术结合了不同传感器的优势,具有图像质量高、信息获取能力强、目标检测和识别能力高、对复杂环境的强适应能力、系统的稳定性和鲁棒性高等优点.其中,太赫兹和红外复合成像技术结合了太赫兹波段和红外波段的特点,具有宽频谱覆盖、高分辨率、穿透性强的优点,有广阔的应用前景.作为共口径复合成像系统的关键器件之一的太赫兹和红外波段的高效分光器目前仍然缺少,性能亟待提升.本文提出了一种结构简单、性能高效的双层金属加介质基底结构二向色超表面.作为分光器件使用,当入射角度为45°时,其在中心频率1.1 THz附近实现大于97%的透射系数,在中波红外3—5μm和长波红外8—14μm波长范围均实现大于98%的反射系数.该设计对层间结构错位、结构倒圆角、小倍率缩放等结构失配和加工误差都具有很好的鲁棒性,并且具有偏振不敏感特性.而当入射角度在0°—60°内变化时,器件依然保持优异的分光特性.基于巴比涅定理和等效电路模型,对该超表面的电磁响应特性进行理论分析,分析结果与模拟仿真结果相吻合.该研究结果证明了超表面作为分光器件应用于太赫兹与红外波段的多波长复合成像系统中的可行性,并为未来新型复合成像探测技术的研究提供了支撑.

关键词：超表面二向色镜等效电路模型巴比涅定理

全双工干扰机的自干扰对消和目标回波削弱方法研究

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系统工程与电子技术 2024年

作者：朱虹宇黄敬健王超王延祺袁乃昌国防科技大学电子科学学院国防科技大学自电子系统复杂电磁环境效应国家重点实验室

全双工干扰机具备同时收发高威胁信号的能力，在电子对抗领域具有广泛的应用前景。然而，泄露的强自干扰非线性信号的对消，成为侦收高威胁信号的难题。为了解决这一问题并提升全双工干扰机的干扰效果，本文提出了全双工干扰机的自干扰... 详细信息

全双工干扰机具备同时收发高威胁信号的能力，在电子对抗领域具有广泛的应用前景。然而，泄露的强自干扰非线性信号的对消，成为侦收高威胁信号的难题。为了解决这一问题并提升全双工干扰机的干扰效果，本文提出了全双工干扰机的自干扰非线性模型及其模型求解方法；针对解决目标掩护能力弱问题，提出了目标削弱方法。所提出的全双工自干扰抑制方法旨在提高干扰机的波形捷变适应能力和目标削弱方法旨在提高对目标的掩护能力。仿真实验结果表明，所提出的方法可以适应雷达波形变化，与传统方法相比，归一化匹配结果实现了目标削弱至底噪以上2 dB水平。该方法能够迅速适应雷达信号的变化，具备更强的自干扰抑制性能，为提升全双工干扰机的目标掩护性能提供了一种新的技术途径。

关键词：全双工干扰机自干扰对消自干扰非线性模型目标削弱方法雷达波形变化自干扰对消性能目标掩护性能

注意力引导全尺度连接网络的高分辨率影像变化检测

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遥感学报 2024年第4期28卷 1052-1065页

作者：刘英何雪李单阳岳辉魏嘉莉西安科技大学测绘科学与技术学院西安710054 中国地质大学(武汉)国家地理信息系统工程技术研究中心武汉430000

针对普通跳跃连接缺乏从全尺度角度获取变化信息及编码器特征提取能力不足的问题,本文设计了耦合注意力机制CBAM(Convolutional Block Attention Module)的UNet+++高分辨率遥感影像变化检测网络CBAM UNet+++。CBAM UNet+++基于融合全尺... 详细信息

针对普通跳跃连接缺乏从全尺度角度获取变化信息及编码器特征提取能力不足的问题,本文设计了耦合注意力机制CBAM(Convolutional Block Attention Module)的UNet+++高分辨率遥感影像变化检测网络CBAM UNet+++。CBAM UNet+++基于融合全尺度特征的语义分割结构UNet+++,同时替换基本卷积单元为残差注意力模块ResBlock_CBAM(Residual Block_CBAM)抑制背景影响,增强编码器对显著特征的学习能力,并利用两种不同变化类型的高分辨率遥感影像变化检测数据集进行验证。结果表明:该方法在LEBEDEV多地物变化数据集上取得最高精度,F1(F1-Score)和OA(Overall Accuarcy)值分别为88.9%、97.3%;在LEVIR-CD建筑物变化数据集上取得次高精度,F1和OA值分别为86.7%、96.8%;同时,该法能有针对性的获取深层语义,定性结果优于其他基准网络。

关键词：遥感变化检测 UNet+++ 注意力机制编码解码

22 W,240 fs高功率中红外飞秒光学频率梳

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中国激光 2024年第5期51卷 128-134页

作者：蔡宇田昊晨曹士英秦冠仕胡明列天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室天津300072 中国计量科学研究院时间频率计量研究所北京100029 国家市场监管重点实验室(时间频率与重力计量基准) 北京100029 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012

中红外飞秒光学频率梳在天文学、药物检测、生物化学、大气检测和材料科学等领域中有着广阔的应用前景。报道了一个高功率中红外飞秒光学频率梳系统,该系统主要由掺铒光纤飞秒光学频率梳、超连续谱产生装置、双包层掺铥光纤放大器和基... 详细信息

中红外飞秒光学频率梳在天文学、药物检测、生物化学、大气检测和材料科学等领域中有着广阔的应用前景。报道了一个高功率中红外飞秒光学频率梳系统,该系统主要由掺铒光纤飞秒光学频率梳、超连续谱产生装置、双包层掺铥光纤放大器和基于透射式衍射光栅对的压缩器四部分构成。掺铒光纤光学频率梳输出平均功率为350 mW、中心波长为1565 nm、重复频率为198 MHz、脉冲宽度为55 fs的飞秒激光,并将其注入到一段正色散高非线性光纤中,产生1100~2200 nm超连续光谱。超连续光通过由掺铥光纤构成的自泵浦放大器,产生中心波长为1925 nm、平均功率为50 mW的飞秒脉冲。将此脉冲作为双包层掺铥光纤放大器的种子源,功率被放大到36.07 W,压缩后得到平均功率为22.72 W、脉冲宽度为240 fs的飞秒激光脉冲输出。

关键词：非线性光学光学频率梳飞秒激光啁啾脉冲放大中红外波段

基于激光SLAM辅助的陆用惯导行进间粗对准方法

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中国惯性技术学报 2024年第5期32卷 425-432页

作者：贾明阎帆蔡庆中赵雨楠黄欣鹏杨功流北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京自动化控制设备研究所北京100074 浙江大学先进技术研究院杭州310058

目前常见的陆用惯导系统的行进间对准方法往往存在一些各自的问题,如GPS辅助时容易受到信号遮蔽影响;而里程计辅助时往往会受到机动路线约束的限制。针对这些问题,提出了一种激光SLAM系统信息辅助的陆用惯性导航系统(SINS)行进间粗对准... 详细信息

目前常见的陆用惯导系统的行进间对准方法往往存在一些各自的问题,如GPS辅助时容易受到信号遮蔽影响;而里程计辅助时往往会受到机动路线约束的限制。针对这些问题,提出了一种激光SLAM系统信息辅助的陆用惯性导航系统(SINS)行进间粗对准算法,推导了基于激光SLAM系统视在速度观测矢量的姿态矩阵更新算法,利用基于REQUEST的双矢量定姿方法,实现初始常值姿态矩阵C_(b)^(n)(0)的求取,完成行进间的姿态粗对准和定位导航。在实验室无人车实验中,所提方法的对准姿态误差比里程计辅助的方法减小了约56%;同时与合作单位的综合实验验证结果表明,在进行250 s的行进间粗对准时,最终时刻的航向角误差为-0.0088°,实现5 min内达到1 mil的粗对准精度,所提算法可以有效实现激光SLAM信息辅助下的陆用惯导的行进间粗对准,并具有较快的收敛速度。

关键词：陆用惯导系统行进间粗对准激光SLAM 双矢量定姿方法激光雷达

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多负载环境下微加速度计的可靠性建模与分析

中国机械工程 2024年第5期35卷 860-868页

作者：关存贺许高斌蒋京奇王焕章陈兴马渊明合肥工业大学微电子学院合肥230009 安徽省微电子机械系统工程技术研究中心合肥230009

针对多负载环境下微电子机械系统(MEMS)微加速度计易出现的敏感结构断裂及材料疲劳退化问题,提出了一种基于全概率理论的微加速度计可靠度预估模型。该模型结合齐次泊松过程和Wiener退化过程,分别表征单位时间内作用在微加速度计上的冲... 详细信息

针对多负载环境下微电子机械系统(MEMS)微加速度计易出现的敏感结构断裂及材料疲劳退化问题,提出了一种基于全概率理论的微加速度计可靠度预估模型。该模型结合齐次泊松过程和Wiener退化过程,分别表征单位时间内作用在微加速度计上的冲击载荷次数以及器件在振动负载下的疲劳退化过程,完成了微加速度计在广义极端冲击、广义δ-冲击和广义混合冲击条件下的可靠度建模。对比分析了三种模型预估的可靠度随时间的变化规律,分析得出,广义混合冲击模型的可靠度计算结果更具有指导意义。进一步对广义混合冲击模型进行参数敏感性分析,研究结果表明,冲击强度与冲击次数对微加速度计的可靠度具有显著影响。

关键词：微加速度计多负载环境可靠性全概率理论

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月球熔岩管探测与开发方案设计

深空探测学报（中英文） 2024年第4期11卷 328-337页

作者：童玉奇崔宇新许惟扬韩亮亮方蒙生张崇峰肖龙王江上海宇航系统工程研究所上海201109 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 上海航天技术研究院上海201109 中国地质大学行星科学研究所武汉430074

在总结前期探测成果和前人研究的基础上,结合对地球熔岩管洞穴的实地考察,深入分析月球熔岩管洞穴的探测开发价值与挑战。结合月球遥感探测数据,针对不同洞口构造的熔岩管,以中丰富海及静海两个典型熔岩管洞穴为案例,构建了由月面平台... 详细信息

在总结前期探测成果和前人研究的基础上,结合对地球熔岩管洞穴的实地考察,深入分析月球熔岩管洞穴的探测开发价值与挑战。结合月球遥感探测数据,针对不同洞口构造的熔岩管,以中丰富海及静海两个典型熔岩管洞穴为案例,构建了由月面平台、探测器及自主机器人等组成的联合探测方案。围绕未来建设月球熔岩管洞穴基地的目标,深入分析熔岩管洞穴开发建设需求与挑战,进一步提出了熔岩管洞穴内部场坪建设、通信能源部署以及居住设施建造方案。

关键词：月球熔岩管月球地下探测载人月球探测月球基地月球建设

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多尺度水上船舶目标视觉检测

哈尔滨工业大学学报 2024年第5期56卷 103-113页

作者：黄靖汤宁文元桥郭玉滨朱立夫肖长诗武汉理工大学计算机与人工智能学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063

水上交通场景环境复杂,通过普通光学摄像设备获取的水面图像,面临着视觉目标清晰度低、尺度多样化等问题,使得可见光视觉信号里中、小尺度目标检测相对困难。为服务于各类智慧海事应用,提出了一个旨在提高复杂水域背景下多尺度水上船舶... 详细信息

水上交通场景环境复杂,通过普通光学摄像设备获取的水面图像,面临着视觉目标清晰度低、尺度多样化等问题,使得可见光视觉信号里中、小尺度目标检测相对困难。为服务于各类智慧海事应用,提出了一个旨在提高复杂水域背景下多尺度水上船舶目标检测性能的算法(multi-scale ship object detection,MS-SOD)。该算法基于当前计算机视觉技术中主流的单阶段目标检测模型框架,在其主干网络中嵌入卷积注意力模块,来优化船舶特征提取能力;在多尺度特征融合网络中引入富含细节信息的浅层特征,并使用跨阶段局部残差结构,来优化多尺度船舶特征的融合机制;同时,使用焦点损失函数,来优化模型的学习过程;并设计自适应锚框聚类算法优化先验锚框,以提高多尺度船舶目标检测能力。为验证提出算法的有效性和实效性,在构建较大规模水上船舶目标数据集的基础上,开展了广泛实验验证。结果表明:提出的算法在测试数据集上的检测准确度超过了各主流的对比方法;特别是对于大、中、小各尺度船舶目标的检测精度,相对于主流的YOLOv4算法,提出的算法分别提升了11.3%、6.0%和10.5%。

关键词：多尺度船舶目标检测深度学习注意力机制特征融合