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基于深度学习的微纳光纤自动制备系统

物理学报 2024年第10期73卷 212-220页

作者：刘鸿江刘逸飞谷付星上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

在微纳光纤拉锥制备过程中,对直径的大范围、高精度和动态实时性测量是实现低损耗传输和色散调控的关键.针对现有传统制备方法直径调控范围小、操作复杂及耗时长等问题,本文基于深度学习神经网络算法实现了微纳光纤自动检测系统.利用计... 详细信息

在微纳光纤拉锥制备过程中,对直径的大范围、高精度和动态实时性测量是实现低损耗传输和色散调控的关键.针对现有传统制备方法直径调控范围小、操作复杂及耗时长等问题,本文基于深度学习神经网络算法实现了微纳光纤自动检测系统.利用计算机视觉中的图像分割方法,通过制作高质量多尺度微纳光纤数据集,使用基于小目标检测改进的YOLOv8-FD算法对微纳光纤直径进行自动检测.在数据集中获得了平均均值精度高达mAP^(IoU=50)=0.975和mAP^(IoU=50_95)=0.765的性能参数.实验结果表明,该系统可实现微纳光纤直径462 nm—125μm范围,误差2.95%以内的测量和自动化制备,并随着光纤直径增长,误差逐渐缩小,且该系统光学成像单个像素分辨率为65.97 nm,平均检测时间为9.6 ms.本文工作适用于对微纳光纤的高精度实时测量和自动精确制备,为低损耗传输和色散可调的微纳光纤器件发展提供新的思路.

关键词：微纳光纤直径测量深度学习图像分割

非对称针尖结构对远红外超材料谐振性能的影响研究

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红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 322-328页

作者：陆小森吴旭魏小柯王俊杰王奇亮金钻明彭滟上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

为提高远红外超材料的品质因子Q和检测灵敏度,本文研究了一种用于金属远红外超材料的非对称针尖设计。以传统双开口方形谐振环为模型,通过理论模拟,研究了开口狭缝针尖角度变化对其电场分布、谐振频谱以及品质因子Q的影响。结果表明,非... 详细信息

为提高远红外超材料的品质因子Q和检测灵敏度,本文研究了一种用于金属远红外超材料的非对称针尖设计。以传统双开口方形谐振环为模型,通过理论模拟,研究了开口狭缝针尖角度变化对其电场分布、谐振频谱以及品质因子Q的影响。结果表明,非对称针尖增强了谐振环的表面电场局域性,减小了谐振峰的半峰全宽,并使品质因子Q提高到传统谐振环(非针尖设计)的三倍以上。该研究结果为开发高灵敏远红外超材料传感器提供了新的思路,并为传统开口谐振环提出了一种简单实用的Q因子优化方法。

关键词：太赫兹传感器超材料远红外品质因子Q

带有欺骗攻击的区间二型T-S模糊系统的高效模型预测控制

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控制与决策 2024年第7期39卷 2205-2214页

作者：马江涛宋燕上海理工大学理学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

研究欺骗攻击影响下的区间二型T-S模糊系统的高效模型预测控制(efficient model predictive control,EMPC)问题.考虑到数据从传感器节点传输到控制器节点受到欺骗攻击的影响,设计一种EMPC框架下基于状态观测器的输出反馈控制器.首先,针... 详细信息

研究欺骗攻击影响下的区间二型T-S模糊系统的高效模型预测控制(efficient model predictive control,EMPC)问题.考虑到数据从传感器节点传输到控制器节点受到欺骗攻击的影响,设计一种EMPC框架下基于状态观测器的输出反馈控制器.首先,针对能量有界的欺骗攻击,构建辅助优化问题,离线求解终端约束集以及满足系统H2安全的固定反馈控制增益和观测器增益;其次,引入摄动量提供控制自由度,离线求解增广系统的不变集,通过最大化该不变集在原状态空间的投影得到初始可行域;然后,在线优化摄动量得到满意的控制律,确保系统在欺骗攻击影响下的安全性;最后,给出所提出的EMPC算法理论可行性和系统安全性的证明,并通过仿真实例验证所提出算法的有效性.

关键词：高效模型预测控制区间二型T-S模糊系统状态观测器欺骗攻击初始可行域

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眼镜镜片尖边轮廓的五轴数控加工

光学精密工程 2024年第5期32卷 704-713页

作者：李宏涛项华中郑泽希丁琦慧张欣王彭张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合... 详细信息

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法,实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法,依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给,并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后,对加工后的镜片进行误差测量,结果表明,通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性,有效缩减了加工流程,提高了加工效率。

关键词：光学加工数控系统非均匀有理B样条曲线拟合刀具路径

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面向感知哈希的图像数据集

中国图象图形学报 2024年第2期29卷 343-354页

作者：周元鼎房耀东秦川上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

目的感知图像哈希又称图像摘要或是图像指纹,是一种有效的图像认证技术,近年来受到了广泛的关注。该技术通过将图像的感知鲁棒特征转化为固定长度的哈希序列,来实现图像版权认证。然而,该领域始终缺乏一个比较通用的数据集,已有数据集... 详细信息

目的感知图像哈希又称图像摘要或是图像指纹,是一种有效的图像认证技术,近年来受到了广泛的关注。该技术通过将图像的感知鲁棒特征转化为固定长度的哈希序列,来实现图像版权认证。然而,该领域始终缺乏一个比较通用的数据集,已有数据集所使用的图像内容保留操作和真实场景差异较大,使得训练得到的神经网络架构在应对复杂的图像编辑操作时效果显著下降。方法针对感知图像哈希任务,面向实际图像内容认证场景构建了一个新的数据集。首先,将现实中常见的图像内容保留操作进行总结和分类,设计了48种单一、复合的图像内容保留操作来生成感知相似图像;然后,根据感知图像哈希的定义,选择与待认证图像语义相似但是感知内容不同的图像作为感知不相似图像,增加了该数据集的辨别难度;最终建立了一个包含116 400幅图像的感知哈希图像数据集。结果由于本文提出的数据集使用的图像内容保留操作更加复杂,不相似图像也更加难以辨别,使得在该数据集上训练得到的深度神经网络具有较好的泛化能力,即这些神经网络即使不进行重新训练或是微调,也可以在其他数据集上取得较好的认证性能。同时,在该数据集上训练得到的神经网络在不同数据集上性能差别较小,体现了本文数据集具有较好的稳定性。结论设计了一个针对感知哈希的图像数据集,大量的对比实验表明了该数据集的有效性,该工作可对感知图像哈希领域的发展起到促进作用。

关键词：感知图像哈希图像认证数据增强数据集内容保留操作

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B样条驱动纹理生成的构造式信息隐藏

中国图象图形学报 2024年第4期29卷 989-1002页

作者：郦姝伊韩彦芳乐燕芬姚恒秦川上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

目的传统构造式图像信息隐藏算法通常直接将图像空域特征与秘密信息关联,对算法的安全性造成威胁。因此,本文将曲线绘制函数与信息隐藏相结合,提出一种以B样条控制点为特征,在图像空域间接隐藏信息的算法。方法算法主要分为信息隐藏及... 详细信息

目的传统构造式图像信息隐藏算法通常直接将图像空域特征与秘密信息关联,对算法的安全性造成威胁。因此,本文将曲线绘制函数与信息隐藏相结合,提出一种以B样条控制点为特征,在图像空域间接隐藏信息的算法。方法算法主要分为信息隐藏及信息提取两阶段。在信息隐藏阶段,发送方首先通过选取初始控制点、仿射变换及B样条曲线绘制生成多条参考曲线,然后利用曲线控制点的位置隐藏信息,最后为图像填充颜色,即完成含密纹理图像的构造。在信息提取阶段,提取方根据纹理曲线和图像颜色获得含密曲线及参考曲线,经对照计算即可提取出秘密信息。结果本算法具有较高的隐藏容量、鲁棒性和安全性。实验结果表明,由本文算法生成的800×800像素图像,其最高隐藏容量可达2870 bits,分别是另两种典型构造式信息隐藏算法的6.7和3.4倍,且在质量因子为10的JPEG(joint photographic experts group)压缩攻击下的提取误码率可低至0,优于鲁棒较强的选择式信息隐藏算法LDA-DCT(robust coverless image steganography based on DCT and LDA topic classification)以及与之类似的构造式信息隐藏算法。同时,抗隐写分析检测实验表明,在隐藏容量小于250 bits时检测误差趋近于0.5。结论本文以B样条曲线控制点为特征,在纹理图像的绘制过程中隐藏信息,有效提高了传统构造式图像信息隐藏算法的安全性、隐藏容量和鲁棒性。

关键词：构造式信息隐藏 B样条纹理图像隐藏容量安全性鲁棒性

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冲击实验中复杂流场的准静止区检测

上海理工大学学报 2024年第2期46卷 171-178页

作者：徐悦曾强李然陈泉李一鸣牟彤彤杨晖上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

颗粒流场特征检测通常采用粒子图像测速(PIV)技术测得速度场,再对多帧连续图像进行人工识别,检测结果存在一定的主观误差。因此,提出了一种在单帧流场图像中识别准静止区的DC-UNet++网络。首先,通过电荷耦合器件(CCD)采集小球冲击颗粒... 详细信息

颗粒流场特征检测通常采用粒子图像测速(PIV)技术测得速度场,再对多帧连续图像进行人工识别,检测结果存在一定的主观误差。因此,提出了一种在单帧流场图像中识别准静止区的DC-UNet++网络。首先,通过电荷耦合器件(CCD)采集小球冲击颗粒床形成的流场图像,再用PIV技术分析并制作数据集。然后,在多组数据集上训练CNN模型、UNet++模型和提出的DCUNet++模型,验证分析其在单帧图像上检测准静止区的可行性与准确性。最后,讨论了该模型在非透明和透明两类颗粒材料中的低速冲击流场上的泛化能力。实验结果表明:DC-UNet++网络在非透明和透明颗粒材料上的准确率分别达到87.76%和72.91%。DC-UNet++网络实现了在单帧图像上检测目标特征的任务,且对透明颗粒材料复杂流场下的特征仍具有较为准确的检测结果。

关键词：光学测量 PIV速度场图像处理扩张卷积特征检测

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基于图神经网络的WSI癌症生存预测方法

光电工程 2024年第4期51卷 64-75页

作者：叶世杰王永雄上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

全切片图像(Whole slide imaging,WSI)是癌症诊断和预后的关键依据,具有尺寸庞大、空间关系复杂以及风格各异等特点。由于其缺乏细节注释,传统的计算病理学方法难以处理肿瘤组织环境中的空间关系。本文提出了一种新型的基于图神经网络的... 详细信息

全切片图像(Whole slide imaging,WSI)是癌症诊断和预后的关键依据,具有尺寸庞大、空间关系复杂以及风格各异等特点。由于其缺乏细节注释,传统的计算病理学方法难以处理肿瘤组织环境中的空间关系。本文提出了一种新型的基于图神经网络的WSI生存预测模型BC-GraphSurv。首先,采用迁移学习的预训练策略,构建WSI的病理关系拓扑结构,实现了对病理学图像特征和空间关系信息的有效提取。然后,采用GAT-GCN双分支结构进行预测,在图注意力网络中加入边属性和全局连接模块,同时引入图卷积网络分支补充局部细节,增强了对WSI风格差异的适应能力,能够有效利用拓扑结构处理空间关系,区分微病理环境。在WSI数据集TCGA-BRCA和TCGA-KIRC上进行的实验表明,BC-GraphSurv模型的一致性指数为0.7950和0.7458,相比于当前先进的生存预测模型提升了0.0409,充分证明了模型的有效性。

关键词：生存预测图神经网络迁移学习注意力机制

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基于转角系统的可重构相干纳米激光阵列

科学通报 2024年第10期69卷 1245-1247页

作者：顾亮亮詹其文上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 张江实验室上海201204

自1960年7月梅曼发明第一台激光器以来,追求高性能和微型化的激光从未停止,特别是半导体激光,已成为信息技术的核心器件之一[1,2].微型化激光的相关研究始于20世纪90年代,研究人员发现,激光尺寸越小,其自发辐射速率越快且耦合因子越大,... 详细信息

自1960年7月梅曼发明第一台激光器以来,追求高性能和微型化的激光从未停止,特别是半导体激光,已成为信息技术的核心器件之一[1,2].微型化激光的相关研究始于20世纪90年代,研究人员发现,激光尺寸越小,其自发辐射速率越快且耦合因子越大,故调制速率更快且阈值更低[3].因此,追求体积小、速度快、功耗低的微型激光一直是激光领域的研究热点之一.21世纪初,研究人员陆续发明了纳米线激光、微盘激光和光子晶体缺陷态激光,这些微型化激光的特征尺寸约为一个真空波长[4~6];2009年创造的等离激元纳米激光则又将其特征尺寸下降了一个数量级,仅为真空波长的1/10[7].

关键词：激光领域调制速率特征尺寸半导体激光等离激元梅曼激光阵列耦合因子