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基于局部信噪比阈值调节的分光谱去相关光学相干断层扫描血管造影方法

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光学学报 2024年第5期44卷 143-152页

作者：王露桐汪毅徐玉帅娄世良蔡怀宇陈晓冬天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

在基于强度信息的光学相干断层扫描血管造影(OCTA)技术中,去相关映射被广泛应用,但该方法易受噪声影响,尤其是对于低信噪比区域,噪声会使帧间高相关的静态组织信号呈现出高去相关性,与血流信号的高去相关值混叠,从而会降低微血管图像的... 详细信息

在基于强度信息的光学相干断层扫描血管造影(OCTA)技术中,去相关映射被广泛应用,但该方法易受噪声影响,尤其是对于低信噪比区域,噪声会使帧间高相关的静态组织信号呈现出高去相关性,与血流信号的高去相关值混叠,从而会降低微血管图像的成像质量。本文提出了一种基于局部信噪比动态阈值调节的分光谱振幅去相关方法,首先探讨了图像局部信噪比与静态体素去相关值的关系及影响因素,并以分频谱处理数据的方式削弱轴向运动伪影并加强血流信息,然后依据图像局部信噪比与静态体素去相关的关系调整设定阈值,用以判定区分动静态体素,阈值以下的去相关值视为静态体素,结合Sigmoid函数予以抑制。采用该算法在高信噪比的皮肤数据和低信噪比的视网膜数据处理中均能取得较好的效果:皮肤enface图像信噪比提升约4 dB;视网膜enface图像的对比度相较其他算法优势明显,相比于未进行静态抑制的分频谱振幅去相关造影(SSADA)方法,enface图像的对比度提升了0.0182。可见该方法能够有效地抑制微血管图像中的静态体素噪声,提升图像对比度和血管可视性,有利于疾病的诊断和评估。

关键词：光学相干层析血管造影分频谱相关映射法信噪比引导

一种基于反谐振结构的三能级掺钕激光光纤设计

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物理学报 2024年第14期73卷 121-126页

作者：许海琛付士杰田浩盛泉史伟姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

900 nm掺钕光纤激光器可广泛应用于生物医学诊断、激光检测和光谱分析等领域.钕离子在1060 nm波段四能级跃迁的增益竞争,严重限制了900 nm三能级掺钕光纤激光器输出功率的提升.本文设计了一种纤芯直径为27μm的大模场掺钕实芯双层反谐... 详细信息

900 nm掺钕光纤激光器可广泛应用于生物医学诊断、激光检测和光谱分析等领域.钕离子在1060 nm波段四能级跃迁的增益竞争,严重限制了900 nm三能级掺钕光纤激光器输出功率的提升.本文设计了一种纤芯直径为27μm的大模场掺钕实芯双层反谐振光纤,用于产生高功率900 nm激光.通过在有源光纤中引入双层反谐振单元结构,并对光纤结构参数和折射率分布进行优化,模拟结果表明光纤在880—913 nm波段基模损耗小于0.1 dB/m,高阶模式损耗大于10 dB/m,同时在1060 nm波段所有模式损耗达到100 dB/m.本文提出的掺钕实芯反谐振光纤在900 nm高功率光纤激光器和放大器等领域具有广泛的应用前景.

关键词：实芯反谐振光纤掺钕光纤大模场面积光纤单模光纤

基于计算成像的端到端延展景深衍射元件的设计

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光学学报 2024年第2期44卷 144-152页

作者：吉佳瑞谢洪波杨磊天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像... 详细信息

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计,且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。

关键词：成像系统端到端景深延展图像复原衍射元件

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基于双螺旋相位板的单目三维编码成像

光学学报 2024年第9期44卷 77-92页

作者：张越蔡怀宇盛婧汪毅陈晓冬天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

提出一种能够同时获得场景深度信息并实现景深拓展的成像方法。通过在相机的光瞳处引入双螺旋相位调制,将深度信息编码在图像中,使用端到端的深度学习技术对成像过程进行反演,最终得到景深拓展的图像和深度图。分析了相位板参数和物距... 详细信息

提出一种能够同时获得场景深度信息并实现景深拓展的成像方法。通过在相机的光瞳处引入双螺旋相位调制,将深度信息编码在图像中,使用端到端的深度学习技术对成像过程进行反演,最终得到景深拓展的图像和深度图。分析了相位板参数和物距对成像性能的影响,讨论了在给定的深度范围内合理选择相位板参数的方法。在NYU Depth V2数据集的深度范围内进行了仿真,深度估计相对误差最低可达8.3%,景深拓展后图像的峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)最高分别可达35.254 dB和0.960,所提方法与传统光学系统相比景深可拓展数十倍以上,并且结果证明了缩小探测范围和增大物距可提升平均深度估计精度。针对闸机人脸识别等潜在的应用场景,以1.1~1.32 m为探测范围搭建了实物系统,在真实场景中深度估计的相对误差为2.2%,所提方法相比传统光学系统景深拓展约10倍。本文方法仅需在传统成像系统中加入一块相位板即可同时实现场景的深度估计和景深拓展功能,在低成本三维成像和检测领域具有一定的应用潜力。

关键词：成像系统计算成像单目深度估计景深拓展双螺旋相位板点扩散函数

kHz、mJ量级的可调谐MgO∶PPLN中红外光参量振荡器

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中国激光 2024年第7期51卷 227-233页

作者：刘帅陈锴孙悦闫超乔鸿展常继英李吉宁王与烨钟凯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

3~5μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率,因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器(OPO)。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN... 详细信息

3~5μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率,因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器(OPO)。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN晶体的OPO,OPO采用泵浦双通单谐振平凹腔结构。中红外激光的重复频率为1 kHz,4.08μm处输出的最高单脉冲能量达到1.041 mJ。最高光-光转换效率为16.8%,斜效率为19.3%,中红外激光脉宽约为9.53 ns。在最高能量输出时,OPO运转30 min时输出功率的均方根(RMS)为0.24%。通过温度-极化周期结合的调谐方式,OPO在3.49~4.18μm的较宽范围内都能够保持0.9 W以上平坦的高能量输出。在极化周期27.5~29.6μm以及温度25~200℃的调节范围内,闲频光波长的调谐范围为3.49~4.48μm。实现了重复频率为kHz量级、单脉冲能量为mJ量级的可调谐中红外输出,其在光电对抗领域具有应用价值。

关键词：激光器中红外激光掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂全固态激光器光参量振荡器

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融合记忆信息的单目标跟踪模板更新机制

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 383-390页

作者：毛昱雯葛宝臻权佳宁陈其博天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300073 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300073

针对孪生架构单目标跟踪算法存在的目标状态更新不及时的问题,基于模板与记忆信息动态融合的跟踪策略,提出一种通用的模板更新机制。该机制采用双模块融合的更新策略:通过记忆融合模块融合搜索图像特征的短期记忆信息,获得目标变化情况... 详细信息

针对孪生架构单目标跟踪算法存在的目标状态更新不及时的问题,基于模板与记忆信息动态融合的跟踪策略,提出一种通用的模板更新机制。该机制采用双模块融合的更新策略:通过记忆融合模块融合搜索图像特征的短期记忆信息,获得目标变化情况;将前一帧可信的跟踪结果作为动态模板,从相关特征的角度,通过权重融合模块对原始模板和动态模板进行加权融合,通过结合跟踪过程的原始记忆与短期记忆实现更准确的目标定位。将模板更新机制应用于SiamRPN、SiamRPN++和RBO三种主流算法,并在VOT2019公开数据集上进行实验验证。结果表明:应用该机制后算法的性能得到了有效提升,具体而言,在SiamRPN++算法中,平均重叠期望值提升了6.67%,准确性提升了0.17%,鲁棒性下降了5.39%;此外,在遮挡、形变和背景干扰等复杂场景下,添加模板更新机制的SiamRPN++算法展现出较好的跟踪性能。

关键词：目标跟踪孪生网络模板更新记忆信息

太赫兹金属线波导传输特性实验研究及模拟分析

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物理学报 2024年第11期73卷 155-163页

作者：徐振罗曼李吉宁刘龙海徐德刚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 爱德万测试(中国)管理有限公司上海201203

太赫兹波介于微波与红外之间,当前太赫兹波主要在自由空间中传输,金属线波导以低损耗、低色散等突出的传输特性被广泛关注.本研究首先根据太赫兹波在不同金属线表面的趋肤深度选择铜线作为研究对象,然后基于太赫兹时域光谱系统搭建可调... 详细信息

太赫兹波介于微波与红外之间,当前太赫兹波主要在自由空间中传输,金属线波导以低损耗、低色散等突出的传输特性被广泛关注.本研究首先根据太赫兹波在不同金属线表面的趋肤深度选择铜线作为研究对象,然后基于太赫兹时域光谱系统搭建可调节式金属线波导传输特性测试光路,采集到通过不同半径、不同长度、不同端口状态的单/双铜线传输的时域信号,最后利用有限元方法对不同半径、不同形变程度的单/双根铜线在空气域的传输特性进行仿真.实验结果表明,传输损耗会随着铜线长度的增加而增加,金属线越细传输速度越慢,端口形态对传输特性的影响不如长度变化对传输特性的影响明显,双金属线越粗传输速度越快.仿真结果表明,太赫兹波在单根金属线上传输时,电场主要分布在金属线表面,金属线越细表面等离激元的模场面积越小;当金属线形变成椭圆时,模场主要分布在长轴两端;当太赫兹波在双金属线中传输时,模场主要分布在两根金属线中间,且距离越远模场面积越小.本研究结合实验与仿真分析方法对单、双金属线的太赫兹传输特性进行研究,为后续开发高效太赫兹金属波导提供参考.

关键词：太赫兹时域光谱金属线波导表面等离激元

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基于改进DFM的密集特征匹配算法

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 256-262页

作者：张晏涵张尹馨黄战华王康年天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

图像匹配能将待匹配图像变换到原有图像的坐标系中,在各种视觉任务中起着重要的作用。基于特征的图像匹配算法能够在图像中匹配到一些更具区分度的特征,与其他图像匹配方法相比,其具有高精度、高灵活性、高鲁棒性等特点。针对传统特征... 详细信息

图像匹配能将待匹配图像变换到原有图像的坐标系中,在各种视觉任务中起着重要的作用。基于特征的图像匹配算法能够在图像中匹配到一些更具区分度的特征,与其他图像匹配方法相比,其具有高精度、高灵活性、高鲁棒性等特点。针对传统特征匹配算法匹配稀疏的问题,提出一种基于改进深度特征匹配算法的密集特征匹配方法。首先,通过VGG网络提取图像的一系列特征图,在初始特征图进行最邻近匹配计算单应性矩阵并进行视角变换;然后,基于特征图的频域匹配特点进行深层特征图融合,用于特征粗匹配;最后,基于粗匹配的结果在浅层特征图上进行特征细匹配用于校正特征匹配的结果。实验结果表明:所提算法提升了特征匹配的精度和匹配的特征数量。

关键词：机器视觉卷积神经网络特征融合图像匹配图像处理

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分布式光纤生化传感技术发展

光学学报 2024年第1期44卷 291-306页

作者：花培栋丁振扬刘琨郭浩晗张腾李胜刘骥江俊峰刘铁根天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津市光纤传感工程中心天津300072

现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量,难以得到其空间分布信息,而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手,全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以... 详细信息

现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量,难以得到其空间分布信息,而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手,全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以及生物化学传感方面应用的最新进展。最后对分布式光纤生化传感器的发展前景与当前挑战进行了展望。分布式光纤生化传感研究有望引领当前单点分立式光纤生化传感研究向多点连续分布式方向发展,有望成为化学、生物、医学等领域强有力的新工具。

关键词：传感器分布式光纤传感准分布式光纤传感气体传感折射率传感生化传感