基于全偏振成像和机器学习的肝细胞癌与肝内胆管癌鉴别诊断研究

目的探讨全偏振成像和机器学习在肝细胞癌与肝内胆管癌鉴别诊断中的作用。方法利用全偏振显微镜对术后经病理确诊为低分化肝细胞癌和低分化肝内胆管癌病例各8例进行偏振成像;病理医生根据HE切片选取3块感兴趣区域,测量每块区域的穆勒矩阵,并根据穆勒矩阵参数提取分析方法计算出一系列的偏振基准参数;将偏振特征参数输入到人工神经网络模型中,采用了8折交叉验证方法对模型进行三分类的训练和验证。结果模型结果显示,基于图像偏振特征区分肝细胞癌、肝内胆管癌与除了癌变细胞以外的其他组织的准确率为0.8463,灵敏度为0.8107。结论基于全偏振成像和机器学习构建的肝细胞癌和肝内胆管癌诊断模型具有重要的病理辅助诊断价值。

全偏振态同时探测实时彩色偏振成像技术

偏振光学成像技术作为一种新型的光学成像技术,通过对光波偏振特性的探测,增加了信息的探测维度,有利于全面、准确地获取目标的信息.文中阐述了偏振成像的探测方法,典型偏振成像系统的分类;详细介绍了一种基于Stokes矢量方法的分孔径全偏振态同时探测的实时彩色偏振成像相机;利用该相机进行了全偏振度成像实验和偏振去雾成像实验.实验表明全偏振态同时探测偏振成像技术在提高成像探测距离、目标细节获取及恢复等方面具有一定优势,能够为现代光学成像探测系统提供重要的技术补充.

一种全偏振参数的显微测量系统

本文设计了一种用于Mueller矩阵测量的全偏振参数显微镜测量系统。该测量系统以液晶调制器键合于偏振分束棱镜表面的模块为核心器件,实现了以10次光强获取为周期的Mueller矩阵参数测量功能,能够方便地实现Mueller矩阵中全部参数图像的实时测量,比前人设计系统的测量效率有很大提高。基于该系统,本文进行了Mueller矩阵快速调制测量方案的具体设计,并给出了测量结果。论文还对该系统进行了测量误差的分析,实验结果及误差分析表明,系统的相对测量误差能够控制在2%以内。

多方向偏振片及1/4波片对全偏振检测的影响研究

理论上推导了光线通过任意方向偏振片和任意方向1/4波片的出射光强与全Stokes参量关系的表达式,利用自然背景下的人造目标为对象开展全偏振检测实验,并以目标与背景偏振度对比为主要指标,研究了多方向情况下上述两种偏振器件影响全偏振检测的因素。研究表明下述三种情况方程组秩小于4导致全偏振检测无效:固定1/4波片方向而改变偏振片方向;固定偏振片方向改变1/4波片方向,且四组角度中两器件平行及垂直的关系同时出现;偏振片与1/4波片有三组角度相同,第四组角度关系为平行或垂直。实验表明,固定偏振片方向改变1/4波片方向,探测结果与固定偏振片方向的取值有关;采用偏振片与1/4波片三组方向相同,第四组夹角45°的全偏振检测方式,偏振度对比较高。

空间调制全偏振成像系统带宽影响分析

空间调制全偏振成像系统可以通过单次成像获得完整的Stokes参量信息,其系统的有效光谱范围内对图像重构效果有较大的影响。当带宽超出有效光谱范围时,会影响Stokes参量解调精度,甚至无法解调。通过对空间调制全偏振成像系统的调制模型进行分析研究,依据波段宽度判据表达式,对有效光谱范围内的图像重构算法进行修正,最后对不同带宽的解调精度进行仿真分析。研究结果表明:在有效光谱范围内,修正后的图像重构算法可以提高Stokes参量解调精度,偏振度解调误差<6.5%,优于修正前的重构效果。且在超出有效光谱带宽的一定范围内,修正后的图像重构算法的解调效果较理想,拓宽了有效光谱范围,尽可能保证最大的光通量。研究结果为空间调制全偏振成像系统的带宽设计提供新思路。

高效全偏振矩形闪耀光栅的设计(英文)

入射光在光栅内传输时将激发产生离散模.本文采用模态法调节光栅内离散模的传输特性,使TE和TM偏振光所激发的0、1模为传输模,其余高阶模为消逝模.通过调控0模和1模间的累积相位差,对衍射光进行调控,实现了-1级近100%的高效衍射.采用模态法分三部设计了共振域的矩形全偏振闪耀光栅:1)根据光栅的共振条件给出光栅周期,光栅周期越大槽深越小;2)根据特征模方程计算出光栅占空比;3)根据耦合模条件计算机光栅槽深.实验结果表明,该光栅的TE和TM偏振光同时具备近100%的-1级衍射效率.给出了633nm波长-1级矩形石英全偏振闪耀光栅的典型设计实例,计算结果表明:所设计的全偏振闪耀光栅对TE和TM偏振入射光的-1级衍射效率分别高达96.7%和98.1%,且具有较宽的入射角及入射波长的变化适应范围,较大的制作容差.

全偏振大气偏振模式成像系统的设计与优化分析

全偏振成像能够获取目标更为丰富的信息,在目标探测、大气特性研究和医学诊断等领域具有广阔的应用前景.为了实现大视场天空区域全偏振信息的快速获取,设计了一套全偏振大气偏振模式成像系统;针对因系统传输矩阵“性态”的不同使得求解的目标Stokes矢量存在误差的问题,通过分析传输矩阵的特性并建立目标函数,将传输矩阵的优化转化为目标函数在多组条件下的求解,确定了最优系统传输矩阵;并对系统的四分之一波片的延迟量、偏振片的消光比以及传输矩阵进行标定.通过开展优化前后偏振信息的对比实验,结果表明:优化后偏振角误差较优化前降低了10%以上;偏振度和线偏振度中最大偏振度带的误差和中性区域的误差较优化前也有不同程度的下降.在此基础上开展了外场全偏振信息测量实验,结果表明系统满足设计要求,能够有效地获取天空全偏振信息.

基于全偏振态检测的悬挂式光纤电压传感器(英文)

针对现有光纤电压传感器结构复杂、调整难度大、温度稳定性差、光功率损耗大及电压引入不便等问题,提出一种基于全偏振态检测且无需起偏器与检偏器的光纤电压传感器.传感器只含有自聚焦透镜、Bi4Ge3O12晶体以及全反射镜等3个主要元件,器件少,结构简单,对准较容易.介绍了全偏振态检测系统光路,采用分振幅法检测偏振态,具有快速响应、算法简单等优点.计算得出了偏振态、离线电场与被测电压之间的公式.进行了悬挂式高压试验,试验中的传感器上无电极,也无需接地,不但省去了昂贵的绝缘子,而且增大了传感器的量程.试验结果表明,在室温条件下0-10kV工频交流电压范围内,该传感器具有良好的线性关系,证明了该结构的可行性.

全偏振高光谱干涉成像技术的研究

针对现有全偏振测量与高光谱成像技术难以同步的核心问题,提出了一种新型双光路全偏振高光谱测量结构,利用基于电光效应的偏振调制技术与干涉成像技术,将目标光波的偏振信息、光谱信息和空间图像信息进行有效结合,实现了高光谱与全偏振成像的同步测量,极大丰富了目标探测能力和探测信息量。同时,利用计算机软件得到仿真结果验证了方法的正确性,并对可能产生的误差进行了分析。最后给出了部分实验结果和数据分析进一步验证其可行性。该研究对许多光学技术遥感领域,比如资源普查、环境检测、军事侦察等,具有重要意义。

空间调制全偏振计算成像场景迁移超分辨率方法

空间调制型全偏振计算成像同时获得可见光和红外通道图像,但是受探测器限制,2个通道的图像空间分辨率不一致,给后端的图像融合及目标探测过程带来不便.为此,提出基于场景特征迁移学习的空间调制型计算成像超分辨率方法.首先在分析空间调制计算成像的相同场景异源图像特点基础上,构建场景特征迁移模型;然后建立改进场景迁移卷积神经网络结构并选择修正线性激活函数,同时增加空间分辨率一致性约束;再设计最优光谱迁移响应学习策略,并作为前端输入加到超分辨率网络;最后将光谱迁移响应优化与全偏振超分辨率重建的参数联合学习,获得高分辨率偏振图像.利用实际成像系统的仿真数据及系统数据进行2倍和3倍超分辨率实验,从主观视觉效果、客观量化评价指标和偏振参量解析结果3个方面对多个指标进行评价.结果表明,文中方法在视觉效果上能够保持目标轮廓并抑制噪声干扰,在16个客观指标对比数据上取得了10个优于、3个相同和3个低于的结果,验证了该方法的有效性,为成像系统定标校正提供数据支持.

空间调制型全偏振成像系统解调算法优化

针对空间调制型全偏振成像系统中二维傅里叶变换解调算法的优化问题,提出贝塞尔修正的方向选择性二维汉宁切趾优化解调算法,对比分析了不同切趾函数主瓣宽度与旁瓣衰减的特性.相比于传统汉宁窗,该算法旁瓣抑制能力提高了12.89 dB,主瓣宽度为0.065π,同时在频谱滤波过程中对相对位置在对角线方向上频谱信息有良好抑制作用.搭建了基于琼斯矩阵的全偏振成像探测系统,并通过实验进行验证.实验结果表明:经过优化的解调算法全偏振分量的解调精度平均提高了9.48%,验证了优化解调算法的准确性和有效性.

高Q值的全偏振环形光子晶体L3微腔结构设计

高品质因子(Q值)的光子晶体微腔的应用广泛,而传统光子晶体不能形成全偏振,且不能同时具备横电模(TE)和横磁模(TM)都较高的品质因子,使其限制了光子晶体的应用。文中运用时域有限差分(FDTD)的方法,设计了一种三角型环形光子晶体L3微腔,能同时有效利用TE和TM两种偏振光,且L3微腔的TE和TM偏振光Q值分别达到31 000和10 500。晶格参数为周期a=420 nm,外半径R=170 nm,内半径r=100 nm,厚度d=100 nm,其TE与TM偏振光在474 nm处均存在光子带隙。

基于全偏振显微成像的数字病理技术

数字病理技术利用经过数字化的病理样本显微图像及其特征,并配合人工智能技术,实现生物组织病变特征的定量评估和判定,辅助临床医生做出诊断结论。利用偏振光照明和偏振探测可以实现全偏振成像,图像每个像素的偏振特征都包含更加丰富的信息,特别是普通光学成像难以获得的亚细胞超分辨微观结构特征信息,可为病变组织的识别和定量评估提供更为有效的手段。本文总结了全偏振成像技术,并结合典型临床应用归纳总结了全偏振显微图像的数据分析方法和最新进展。

全天域偏振模式测量系统设计与实现

针对现有偏振测量系统在观测全天域偏振模式时的不足,本文设计实现了一种具有近180°视场的成像式全偏振测量系统。系统由鱼眼镜头、中继镜片、偏振片、1/4波片、微距镜头、CMOS相机等组成,具有大视场、全偏振测量、便携性等特点。文章首先介绍了系统结构、工作原理和光学设计,并提出相应的标定方法以获取系统标定Muller矩阵。标定实验结果表明,系统线偏振测量误差小于3%,圆偏振误差小于10%。最后,利用系统在晴朗天气下进行了波长为488 nm的外场实验,获得了日落时分全天域的全偏振分布模式,实验结果与理论值相一致,验证了该系统在全天域偏振特性观测上的有效性。

全光纤偏振变换器“本地”拍长的测量

全光纤偏振变换器是一种特殊设计的变速旋转高双折射光纤,可实现宽带的偏振变换功能,但在实际应用中,偏振耦合不可避免,拍长是衡量光纤抗偏振耦合能力的重要参数。关于全光纤偏振变换器的"本地"拍长,还存在一定的理论争议。通过邦加球上的偏振态变化轨迹直观地推导出全光纤偏振变换器的"本地"拍长与转速的关系,并对自制的全光纤偏振变换器的"本地"拍长进行了实验测量,结果表明"本地"拍长是随着转速的增加而降低的。该研究为更好的理解和应用全光纤偏振变换器提供了一定的参考依据。

红外偏振成像探测技术及应用研究

红外偏振成像探测技术针对复杂环境中识别探测目标具有明显的优势和广阔的应用前景。首先分析了研究红外偏振特性的必要性和紧迫性,阐述了红外偏振成像具有"凸显目标、穿透烟雾、辨别真伪"的独特优势;其次概括了国外红外偏振成像技术的研究历程和试验进展;在此基础上,重点研究了目标起偏、信道环境下的偏振传输、全偏振图像探测三个方面的主要科学问题,并指出了重点研究内容和关键技术;最后,对红外偏振成像技术在军、民若干领域的应用前景进行了展望。

全纤维偏振分裂开关

光学开关可用于集成光学装置、光纤通信以及探测系统。用光作为开关机理的光学开关称为全光学开关。全光学开关可以将光学信号从一个输出口切换到另一个输出口。

偏振光学成像:器件,技术与应用(特邀)

偏振是强度、波长和相位之外描述电磁波基本属性的第四个重要的“信息维度”参量,物体反射光或辐射光的偏振特性与其材质、几何形状、纹理结构和表面粗糙度、理化特性等本身性质密切相关。偏振光学成像是基于对光的偏振信息进行探测的新型光学成像手段,其利用目标反射光和背景杂散光的偏振特性差异,以达到改善目标成像质量、提高作用距离、提升探测能力和增强识别概率的目的。作为对强度、光谱和红外成像方式的有效补充手段,偏振光学成像对低信噪比复杂背景环境、强散射环境、低照度环境下的目标探测,具有重要的应用价值。结合作者多年来在偏振光学成像探测方面的研究工作基础,围绕相关的器件、技术和应用发展状况,对偏振光学成像研究领域进行了较为详细的介绍。包括偏振光学成像技术及偏振相机的国内外研究、发展和应用状况,与偏振光学成像密切相关的偏振光Stoke矩阵表示及偏振光学成像基本原理,以及研究团队在偏振相机研制及偏振光学成像探测方面开展的研究工作,主要涉及分孔径偏振光学成像系统的设计及关键器件和技术,偏振图像的信息处理技术及算法和应用。最后,对偏振光学成像研究目前需要解决的技术问题和发展方向给出了思考和建议。

基于LCTF与LCVR的偏振高光谱成像系统设计

提出一种基于液晶可调滤光片(LCTF)与两片液晶可调相位延迟器(LCVR)构成的偏振高光谱成像系统,相对于传统LCTF具有转动部件以及无法获取全部偏振态的特点,本系统能够静态凝视成像并且测量目标完整的Stokes参量。通过对两片LCVR取四组不同延迟组合,构造了一个4×4复原矩阵来获取目标的原始全偏振信息。使用干涉光强法,对两片LCVR分别进行了延迟-电压特性的精确测量;在633nm下验证了全偏振复原算法,通过对误差分析,得到了较好的反演Stokes参数和相应的DoLP与Orient计算值,验证了复原算法的可靠性,可以为全偏振态高光谱遥感成像提供有效的数据。

基于声光可调谐滤波器的高光谱偏振红外焦平面非均匀性校正

针对在高光谱偏振成像系统中,由于红外面阵探测器CCD像元响应的不均匀性引起像素误差,提出了一种适于AOTF的高光谱偏振红外焦平面非均匀性校正的方法。采用积分球进行辐射定标,分析输出辐照度和像元响应的关系,提出了曲线拟合方法;此方法加快了运算速度并使得输出非均匀性减小了90%以上。根据实验结果对粗糙度进行对比分析,场景的粗糙度降低了20%以上,得到在单色光和复色光下粗糙度一致,解决了在高光谱全偏振成像时CCD对其造成的影响,从而使得光谱精度更高。