采用不同的光传输模型比较研究结肠的散射和吸收特性:离体结肠肿瘤的光学诊断(英文)

测定和比较研究了离体的正常的和腺癌的人结肠粘膜/粘膜下层以及正常的和腺癌的人结肠肌层/浆膜组织对630 nm,680 nm,720 nm,780 nm,810 nm,850 nm和890 nm波长的钛宝石激光的散射和吸收系数。采用双积分球测量系统测量组织样品对七个不同波长的激光的准直透射、漫反射和漫透射,从实验所测结果以及分别采用反向倍增法和反演蒙特卡罗技术这两个光学模型计算出组织的散射和吸收系数。研究结果表明,无论是用反向倍增法还是用反演蒙特卡罗法,每一种类型的正常的和腺癌的人结肠组织对同一波长的激光的吸收系数和散射系数有显著性的差异(P<0.01),正常的和腺癌的结肠组织的散射和吸收系数有大的差异,这些结果提示每种类型的正常和腺癌的结肠组织的组份和结构之间有大的差异。四种类型的结肠组织对七个不同波长的激光的散射系数较其吸收系数至少要大三个数量级,而四种类型的结肠组织对七个不同波长的激光的散射系数有相同的数量级。

混合光传输模型在多光谱契伦科夫荧光断层成像前向问题中的应用

契伦科夫荧光的宽谱特性带来的组织光学特性差异导致传统的光传输模型的简化球谐函数近似和扩散方程无法兼顾准确度和效率,为了解决该问题,采用基于自适应混合简化球谐波近似-扩散方程的光传输模型作为多光谱契伦科夫荧光断层成像的前向模型.该模型利用组织光学特性参数自适应地选择合适的方程描述光在生物组织中的传输,充分发挥传统光传输模型各自的优势,以提供准确性和效率之间的平衡.通过简单规则几何实验和数字鼠实验验证所提出模型的准确性和效率.实验结果表明,与简化球谐近似模型相比,所提模型具有相同的准确度和更少的计算时间,与扩散方程模型相比具有更高的准确度,与简化球谐波近似-扩散方程的简单组合模型相比具有更好的自适应能力,适合作为多光谱契伦科夫荧光断层成像的光传输模型.

基于光传输模型学习的红外和可见光图像融合网络设计

红外和可见光图像的融合可以获得更为全面、丰富的信息。由于没有真实融合图像作参考,现有的融合图像数据集缺少融合图像作为监督条件,基于监督学习的训练方法无法应用于图像融合,现有的融合网络都是尽可能地在两个模态间找到平衡,因此提出一种基于环境光传输模型的多模态图像合成方法。基于NYU-Depth有标签数据集和其深度标注信息合成一组带有参考融合图像的红外和可见光多模态数据集,在条件GAN中设计边缘和细节损失函数,用合成的多模态图像数据集以端到端的方式训练该网络,最终获得一个融合网络。该网络可以使融合图像较好地保留可见光图像的细节和红外图像的目标特征,锐化红外图像热辐射目标的边界。在TNO公开数据集上与主流的IFCNN,DenseFuse,FusionGAN等方法对比,通过主观和客观的图像质量评价检验了该方法的有效性。

基于点加权最小二乘无网格法的光学成像光传输模型求解

漫射方程是目前光学成像中应用最广泛的光传输模型,通常采用有限元方法进行求解。但是,有限元方法依赖于对整个求解域的网格剖分,而对于类似生物组织的非规则形状求解域的网格剖分是非常困难的,甚至昂贵的商业软件也难以很好地处理。本文将点加权最小二乘无网格法应用于漫射方程的求解。这种方法只需要在求解域内布置一系列规则分布的配点即可进行数值求解,从而可以完全避免有限元方法中困难的剖分工作。此外,这种方法通过最小化控制方程和边界条件在每个配点上产生的残量加权平方和,建立光源功率和光流率密度之间的关系,不需要进行任何数值积分运算,非常适合应用于非规则求解域的求解。基于数字鼠模型的数值仿真实验验证了该方法的准确性和有效性。

基于大数据的激光通信光纤时延波动测量仿真

空间激光通信光纤的传输频带宽、距离远且通信容量大,但是易受环境温度和激光器波长影响出现时延波动问题。为解决以上问题,提出基于大数据的空间激光通信光纤时延波动测量方法。构建光载波传输模型,分析光纤时延波动的影响因素。采用大数据技术测量时延波动,获得其初始测量值,通过卡尔曼滤波方法处理并提高测量值的精度,完成空间激光通信光纤时延波动的精准测量。实验结果表明,空间激光通信光纤距离不断增加时,时延波动量不断增大,研究方法测量结果与实际值具有较高拟合度,且对时延波动的跟踪精度高,不确定度保持在10ps以内。

光谱差分策略在扩散近似模型和简化球谐近似模型中的应用

生物发光断层成像(Bioluminescence Tomography,BLT)是一种很有前途的在体分子成像工具,可以在细胞和分子水平上对生理和病理过程进行无创监测。BLT的重建精度受光传输模型误差和逆问题病态性影响,针对此问题,受高阶光传输模型可提高模型精度、多光谱方法可降低逆问题病态性的启发,本文将光谱差分理论和多光谱方法结合构建的光谱差分策略分别应用到基于扩散近似方程(Diffusion approximation Equation,DE)和三阶简化球谐近似方程(3rd Simplified spherical harmonic approximation equation,SP3)建立的光传输模型。首先,对这两种辐射传输方程(Radiative Transfer Equation,RTE)近似产生的误差进行分析,对比了光谱差分策略对两种光传输模型误差的衰减作用。前向仿真实验结果表明光谱差分策略能有效地减少DE和SP3的模型误差,对DE模型采用光谱差分,能够获得接近SP3模型的传输精度,并且降低高阶近似对运算时间和存储空间的高要求。在此基础上,将光谱差分策略分别应用到DE和SP3光传输模型进行光源重建。实验结果表明光谱差分策略在提高两种光传输模型精度的同时,缓解了BLT中逆问题的病态性,使光源重建的位置误差小于1 mm,在目标定位、形状恢复和图像对比度等方面取得了更准确的效果。相比于SP3模型平均耗时约1525 s,DE模型结合光谱差分策略平均耗时仅为34 s左右,较好地兼顾了重建精度和重建速率。

光学参数测量系统和原理及其在果蔬品质检测方面的研究进展

近年来,近红外光谱分析技术在果蔬品质检测方面得到广泛应用,但由于建模过程不可见、吸收与散射特性无法分离等因素的影响,常出现预测模型不稳定、精度难以提高及适应性差的问题。要解决这些问题,有必要对光子和果蔬组织的互作机制进行研究,互作过程可由光学特性参数(吸收系数和散射系数)来表征。为此,需要对果蔬组织的光学特性参数进行准确测量。本文综述了光传输理论及新兴光学特性参数测量技术(空间分辨、时间分辨、频域分辨和积分球技术)的系统(仪器设置和数学算法分析)和机制,并对这4种技术在果蔬组织光学参数测量及品质预测、缺陷识别等方面的最新应用进行重点论述,旨在为果蔬光学特性的深入研究和技术开发提供参考。

HgCdTe薄膜材料组分分布对器件响应光谱的影响

研究了HgCdTe液相外延薄膜的纵向组分分布对探测器响应光谱的影响.提出了一种计算HgCdTe红外探测器响应光谱的模型,模型中综合考虑了薄膜的实际组分分布以及光在器件各层结构中的相干、非相干传输.计算结果表明,在探测器的光吸收区,HgCdTe液相外延薄膜的组分梯度及其产生的内建电场可以显著地提高器件的响应率.通过与实验数据进行比较,验证了模型的适用性.

基于太阳能电池板的无线光通信与传能复合系统实验研究

为明确光载波无线传输系统中,复合传输相比单独传输的优越性,实验对比了单独传能、单独通信、复合传输三种结构在传输距离为0.1m、接收的光功率估值为3.5mW、光通信速率为1kbps时的输出特性.结果表明,单独传能系统在与电感串联的负载为4kΩ时,电池板输出最大功率为1.82mW,复合传输系统在与电感串联的负载为5kΩ时,电池板输出最大功率为2.1 mW,比单独传能系统高出15%;与电容串联的负载较低时复合传输系统输出信号波形发生畸变,优化负载后波形得以改善,相同条件下幅值比单独通信系统高出1.52V.

人体皮肤吸收光谱的活体检测

以Kubelka Munk理论为基础 ,研究黄种人皮肤的光学特性 通过分析皮肤内的光传输模型 ,得出皮肤光吸收比公式 ,并提出一种新的基于虚拟仪器和光谱技术的皮肤光吸收作用活检方法 ,实现皮肤吸收光谱的活体检测 。

人体脉搏血氧饱和度光仿真系统研究

脉搏血氧仪是一种广泛应用于临床的人体动脉血氧饱和度检测仪器。本文建立了一种用于检验和标定脉搏血氧仪的脉搏血氧饱和度光仿真系统。通过对不同部位人体组织光学特性的测定和研究,建立了与组织光学特性基本相近,由复合材料散射膜与光调制器组合而成的脉搏血氧饱和度活体组织仿真光传输模型,实现了不同部位组织的光散射特性和血氧饱和度的仿真。

水下无线光通信系统参数对LDPC码性能的影响

随着海洋资源的探索,无线光通信在海洋中的应用越来越广泛,但是由于海水对光信号的吸收和散射,导致传输距离增加时接收功率快速衰减,从而限制了无线光在海水中的传输。文中通过研究无线光在海水中的传输特性,建立无线光海水信道传输模型;并在该模型研究基础上,建立水下无线光通信实验仿真系统,研究在低密度奇偶检验码的条件下,系统结构对系统性能和无线光信号在海水中传输距离的影响。结果表明,相同条件下LDPC编码系统可提高4.5 dB编码增益和2 m的传输距离;同时增加光信号发射功率、光学接收半径和减小光源发散角都可降低系统误码率和提高光信号传输距离,并且系统结构参数的改变和对应系统性能以及传输距离的改变不是线性关系。