RGB图像高光谱重建的组织血氧饱和度评估

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。

改进的均值滤波算法在太赫兹成像中的应用

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。

改进块匹配宏块的快速传感器电子稳像方法

提出了一种改进块匹配宏块分布排列的快速传感器电子稳像算法,通过陀螺传感器测量摄像系统的抖动,利用小范围快速块匹配算法估计局部运动矢量,再运用最小二乘法解算全局运动矢量.小范围快速块匹配算法得到的局部运动矢量准确度高,仅需部分局部运动矢量即可准确解算出全局运动矢量.基于此在保证运动矢量准确度情况下,对块匹配宏块的分布排列进行了改进,从而减少匹配宏块数量加快算法速度.通过对宏块网格模型的分析,得出对小范围快速块匹配算法进行宏块分布改进的方案,进而设计出快速传感器电子稳像算法.仿真及实验表明:运算时间提高89%左右,且算法准确度略高于改进前算法.

2006年山东省东营市一起布鲁氏菌病爆发流行的调查

2006年2月山东省东营市利津县盐窝镇盐西村1名从事羊内脏加工处理工作7年的女性村民出现发热，伴多汗、乏力、肌肉关节酸痛等症状，经山东省疾病预防控制中心（CDC）检测确诊为布鲁氏菌病（布病）。根据流行病学调查、临床表现和实验室检测，证实为一起布病爆发流行，现将调查结果报告如下。

一种具有自适应非均匀校正功能的非制冷焦平面探测器组件

基于场景的非均匀校正算法(scene based nonuniformity correction,SBNUC)是非均匀校正技术今后的重点发展方向,介绍了近年来基于恒定统计约束的SBNUC、神经网络的SBNUC和运动估计的SBNUC算法的研究进展。研究了SBNUC算法在实际焦平面探测器组件上的实现方法,该方法仅依赖拍摄序列的信息对焦平面探测器的增益和偏置参数进行组间更新或帧间更新,可有效补偿温漂。研制了一种具有自适应非均匀校正功能的非制冷焦平面探测器组件,红外视频经该组件处理后,图像质量有所提高。该组件可明显提高热成像系统的成像性能,并能动态地保证热成像系统随场景变化的稳定性。

预测扫描提前跳转的电子稳像方法

提出一种基于传感器电子稳像技术的扫描稳像方法———预测扫描提前跳转法,用以处理电子稳像过程中摄像系统的扫描运动问题。首先,利用传感器敏感摄像系统运动,实现对图像序列帧间偏移量的估计,并根据估计偏移量预测图像序列是否存在扫描运动;然后,对存在扫描运动的图像将参考帧提前跳转到扫描后位置,再运用稳像算法进行处理。该方法通过提前跳转参考帧将扫描模式下的稳像过程简化为不存在扫描运动的稳像过程,简化了扫描稳像的数学模型,降低了算法复杂度,同时通过跳转步长的设置和缓存参考帧技术进一步提高了算法的准确度和可靠性。实验结果表明,该方法可在输出稳定图像的同时正确显示视频序列的扫描运动。

基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正算法研究

随着红外焦平面探测器阵列FPA规模的扩大,由于探测元响应不一致所产生的固定模式噪声FPN成为限制成像质量提高的主要因素之一,必须采用有效的非均匀性校正NUC技术解决这一问题.基于场景的非均匀校正算法SBNUC近年来迅速发展的一类新型的自适应NUC方法,其不需遮挡成像视场,仅仅依赖拍摄序列的图像信息对IRFPA的增益和偏置参数进行组间或帧间更新,可动态有效地补偿工作过程中的系统温漂.论文介绍了近年来在基于自适应滤波的SBNUC、基于单帧神经网络的SBNUC、基于恒定统计约束的SBNUC和基于运动估计的SBNUC算法方面的研究,这几种SBNUC算法对实际红外视频图像的校正效果已取得了验证,开始进入实用化研究阶段.

太赫兹CMOS场效应管模型及实验分析

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。

UV/VIS/NIR超光谱侦察系统的光学参数设计

描述了图谱合一的新型三维超光谱侦察技术,并基于凹面光栅和背照减薄CCD技术,构建了一种UV/VIS/NIR宽波段超光谱系统.在对视场、弥散斑、探测器像素间隔、F数等几何光学参数以及光谱带宽、工作波段、光谱分辨力等物理参数多重权衡设计的基础上,完成了对给定系统的光学参数设计.对建立的系统进行了测试和应用,实验评价获得了分辨力测试图像的空间弥散斑小于2个像素,对隐蔽物体的探测具有明显效能,为战场侦察和反伪装识别提供了技术途径.

基于被动太赫兹波图像的图像分割技术

研究被动太赫兹波图像的图像分割算法.针对被动太赫兹波图像水平和竖直方向平滑程度不同的特点,提出了一种改进的高斯-拉普拉斯算子,不同于传统高斯-拉普拉斯算子各向同性的特点,改进的算子在水平和垂直方向上对边缘具有不同的检测尺度.实验表明,利用该算子可以将被动太赫兹波图像中的人和隐匿物品自动分割,能够准确、快速地对可疑的隐匿物品进行定位,使被动太赫兹波成像技术满足实际应用的需求.

双向时域特征流盲去运动模糊方法

便携式成像设备在日常的生活中已经无处不在,但是因为拍摄时的抖动或者场景中的快速运动物体,所拍摄的图像或视频经常存在模糊现象,造成图像重要细节丢失。为了将模糊的视频图像恢复到清晰的状态,结合近年来的研究热点——生成对抗网络,本文提出了一种新颖的端到端的双向时域特征流盲去运动模糊方法。该方法充分利用时空连续特征信息,在三连帧图像间建立双向的时域特征传输通道。多阶段自编码去模糊网络结构和并行编码-混合解码融合方案能够融合三连帧图像多通道内容信息,并恢复出更加清晰的视频图像。实验结果表明,在不牺牲较大时间代价前提下,本文提出的方法在传统的质量评价指标(峰值信噪比和结构相似性)和视觉质量上均优于现有的去模糊算法。

太赫兹互补金属氧化物半导体场效应管探测器理论模型中扩散效应研究

针对基于经典动力学理论传统模型中忽略扩散效应的问题,通过对基于玻尔兹曼理论的场效应管传输线模型的理论分析,建立了包含扩散效应的太赫兹互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应管探测器理论模型,研究扩散效应对场效应管电导及响应度的影响.同时,将此模型与忽略了扩散效应的传统模型进行了对比仿真模拟,给出了两种模型下的电流响应度随温度及频率变化的差别.依据仿真结果,并结合3σ原则明确了场效应管传输线模型中扩散部分省略的依据和条件.研究结果表明:扩散部分引起的响应度差异大小主要由场效应管的工作温度及工作频率决定.其中工作频率起主要作用,温度变化对差异大小影响较为微弱;而对于工作频率而言,当场效应管工作频率小于1 THz时,模型中的扩散部分可以忽略不计;而当工作频率大于1 THz时,扩散部分不可省略,此时场效应管模型需同时包含漂移、散射及扩散三个物理过程.本文的研究结果为太赫兹CMOS场效应管理论模型的精确建立及模拟提供了理论支持.

应用普通精度陀螺的快速全局运动估计方法

提出一种应用普通精度陀螺的全局运动估计快速算法.该算法利用陀螺来传感摄像系统的不稳定信息,并从陀螺输出的信息中得出视频抖动的方位(象限),以该方位作为基准对当前帧相对参考帧的局部运动矢量进行奇异点滤除,运用最小二乘法(迭代最小二乘法)解算全局运动参数.该算法运算速度快,对陀螺精度要求低,对由干扰运动和矢量估计误差产生的奇异点滤除效果好、运动估计精度高.

基于光场处理方法的太赫兹成像优化

近年来,太赫兹技术在检测、安保等诸多领域变得日益重要。如何扩大视场和提高成像质量是太赫兹成像的关键。针对以上问题,本文基于单相机扫描方式搭建了一个太赫兹光场成像系统以同时实现对太赫兹波空间和角度分布信息的利用。基于四维全光函数和双平面参数化方法,利用太赫兹光场传播过程中的强度一致性进行了重聚焦运算,通过对光场进行积分即可得到一系列对应不同视角、不同成像距离的结果。与初始的太赫兹成像结果相比,所搭建成像系统的视场和成像质量都得到了有效提升。在本文实验中,视场扩大了1.84倍,分辨率从1.3 mm提高到了0.7 mm。此外,部分被遮挡的目标信息也可通过使遮挡物离焦得到恢复。结果证明所搭系统能够提高太赫兹成像质量并拓展其功能,从而为太赫兹无损测量和安全检测提供了新的思路。

基于卷积神经网络的光谱预处理方法

光谱的预处理在光谱分析中占有非常重要的地位。针对现有光谱去噪算法对弱峰保存能力差、基线校正算法对光谱能量过扣除、光谱特征峰定位不准确以及各种预处理算法串行处理造成的误差累计等问题,设计了一个端到端的卷积神经网络。该网络由两个模块组成:基线校正和去噪模块和特征峰定位模块。这两个模块相互连接又独立输出。理想条件下,可以依据光谱的线型函数和特征峰的位置拟合出无噪声无基线的光谱,所以在基线校正和光谱去噪模块中连接特征峰定位模块的输出可以有效的提高去噪和基线校正的精度;而高质量的光谱有助于更加精确的估计光谱峰的位置,因此这两个模块相互连接可以有效提高重建光谱的质量。光谱基线校正和去噪模块是一个前馈网络,该模块由多个卷积层、激活函数和批归一化层构成,每一层均连接了特征峰定位模块的输出。特征峰定位模块是一个多尺度特征融合网络,该模块使用不同尺寸的卷积核将光谱分为不同的尺度,融合大小不同尺度的特征估计光谱特征峰的具体位置。在网络训练时,使用不同温度、湿度和不同预热时间的光谱仪获得光谱作为输入样本,使用中国计量院的标准仪器获得光谱数据作为输出样本。在实验中,首先对合成的光谱分别添加不同信噪比的噪声和不同峰值的高斯基线,分别评价该网络在噪声抑制、基线校正、光谱特征峰校正的能力;然后将添加噪声和基线后的玉米的近红外光谱作为样本,用最先进的算法对它们进行预处理,然后用偏最小二乘法估计玉米中的水和油的浓度。估计的浓度与用标准仪器测量的真实浓度进行比较,以证明所提出的CNN的优势。实验证明,所设计的网络在单任务和多任务处理中均能取得良好的结果。而且经过该网络处理的光谱在定量分析中可以得到更准确的结果,具有较强的实用价值。

基于STM8的士兵心率呼吸率监测预警装置设计

本文阐述了一种基于STM8的士兵心率呼吸率监测预警装置的设计和实现方法。装置由脉搏波传感器、信号预处理电路、微处理器、电源模块、报警模块组成。经过实验验证:设计能进行长时间的心率呼吸率低负荷连续监测,适用于士兵训练时的心脏功能和肺功能的监测,能很好地实现其预警功能,避免训练事故发生,具有较好的实用价值,有望在未来的士兵训练场上发挥重要作用。

集成式光读出FPA红外成像系统设计

本文对读出原理、像差要求、图谱质量进行深入研究,进而对读出技术进行深度整合与简化,实现光读出FPA红外成像系统小型化、轻量化、集成化。首先,从FPA的热-机械效应出发,介绍了光读出FPA红外成像系统的工作原理;然后,针对通常采用的光读出FPA红外成像系统体积大、重量大、结构复杂缺陷,提出了高集成度的新型光读出系统;接着,在分析讨论读出光路像差容限、特点的基础上,对以异形棱镜为核心元件的光读出系统进行了具体的光学仿真设计;最后,设计了集光、机、电、软技术的集成式光读出FPA红外成像系统。对系统样机测试结果表明:在确保成像性能的前提下,光读出FPA红外成像系统的体积减小到175 mm×83 mm×105 mm。以异形棱镜为核心元件的光读出技术,在满足成像精度和灵敏度的前提下,可减小读出系统的复杂程度,有效降低了光读出FPA红外成像系统的体积和重量,从而促进光读出FPA成像系统的工业化应用。

头部旋转运动下自适应非接触鲁棒性心率检测方法

基于人脸视频的生理信号检测面临的主要挑战是运动伪影噪声.针对受试者头部刚性旋转运动引起的伪影噪声,本文提出利用头部运动信息构建自适应滤波器的非接触式心率检测方法.该方法利用人脸二维和三维的特征点计算受试者运动中头部的偏航和俯仰欧拉角度,并将其作为调控过程噪声协方差的信号质量指数,进而构建了自适应Kalman滤波器,实现了稳健的心率估计.实验结果表明:本文提出的方法可有效抑制头部刚性旋转运动引起的噪声,平均绝对误差为2.22 beat/min,均方根误差为2.76 beat/min,与现有方法相比准确度分别提升9%与24.6%,具有统计显著性.本文提出的头部旋转角度自适应非接触鲁棒性心率检测方法在自发运动的真实场景下能有效提升检测的准确性,扩大了成像式光电容积描记技术在视频健康监测领域的使用场景.