• 2016年第5卷第5期文章目次
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    • 偏振光时域反射技术对多点扰动检测的研究进展

      2016, 5(5):1-10. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201605001

      摘要 (396) HTML (0) PDF 841.16 K (1418) 评论 (0) 收藏

      摘要:光波在光纤中传输时,其偏振态对光纤外界的变化十分敏感。基于偏振效应的光时域反射技术可以实现对光纤沿线挤压、弯曲、振动等事件的分布式传感。然而,由于光波偏振态的前后关联性,光纤中最靠前的扰动往往会掩盖其后续扰动对偏振态造成的影响,使得光时域反射技术对多点扰动的检测存在困难。文章综述了该技术在多点扰动分布式传感检测方面的研究进展,对频谱分析法、解析本地双折射矢量法和基于特殊光纤的传感方法等技术手段进行了对比和分析。

    • 基于 CT 和磁共振 T2 加权图像双模态分类模型的 自发性脑出血后脑水肿在 CT 图像上的分割

      2016, 5(5):11-29. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201605002

      摘要 (624) HTML (0) PDF 2.87 M (1966) 评论 (0) 收藏

      摘要:自发性脑出血后脑水肿在 CT 图像呈现的模糊边缘是 CT 图像上实现脑水肿自动分割的一个严峻挑战。在磁共振 T2 加权图像上,脑水肿的边界相对清晰。因此,文章提出利用 14 套同时拥有磁共振和 CT 图像的病例,将其磁共振 T2 加权图像的手动分割金标准通过配准映射到 CT 空间,结合 CT 图像信息通过对配准后的结果进行机器学习得到脑水肿体素分类器,并利用此分类器进行 CT 图像上的脑 水肿分割。采用近邻采样策略,选择公共测度子空间进行特征选择,基于支持向量机方法利用穷举法得到分割精度最高的水肿分类器;通过 36 套临床脑出血的 CT 数据的验证,结果显示该方法的 Dice 系 数达到 0.859±0.037,明显高于基于区域增长的方法(0.789±0.036,P<0.000 1)、半自动水平集方法 (0.712±0.118,P<0.000 1)和基于阈值的方法(0.649±0.147,P<0.000 1)。与之对比,使用 CT 手动分割金标准得到的分类器分割精度 Dice 系数(0.686±0.136,P<0.000 1)明显小于基于 T2 金标准的分类器。试验结果显示磁共振 T2 加权图像上脑水肿的清晰边界在精确区分水肿与周围正常脑组织的时候可 能提供更强的约束。文章提出的方法为脑出血患者的脑水肿量化、病理改变严重性的评估、以及治疗提供潜在的工具。

    • 上肢经肱骨截肢神经功能重建研究

      2016, 5(5):30-37. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201605003

      摘要 (542) HTML (0) PDF 1.36 M (1077) 评论 (0) 收藏

      摘要:表面肌电信号是一种安全、非侵入的电生理信息,作为实现直觉控制多功能肌电假肢系统的信息源而被广泛应用。由于经肱骨截肢者截肢的程度较高,残留的肢体肌肉少,缺乏足够的肌电信息源,无法实现多功能肌电假肢的直觉控制。目前现有技术是通过采用靶向肌肉神经功能重建的方法重建缺失肌电信息源。但目前国内尚未有关于截肢者残端神经功能重建方法的相关研究。因此,文章提出一种新型的神经吻合技术——目标神经功能替代术:采用靶向肌肉神经功能重建术与目标神经功能替代术相结合的方法,首次在国内对经肱骨截肢者成功实施了神经功能重建手术,成功建立了经肱骨截肢者神经功能重建模型,重建了因截肢而丧失的肌电信息。并采用高密度肌电技术对术前和术后的手-腕-肘部动作 进行肌电信号采集,通过动作分类识别的准确率验证了该手术后肌电信息源重建的可靠性。这些结果初步验证了该方法可以为经肱骨截肢者残肢重建缺失肢体神经功能,并为直觉控制多功能肌电假肢提供潜 在的信息源。

    • 一种基于近似点光源模型的光度立体视觉系统 标定方法

      2016, 5(5):38-48. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201605004

      摘要 (670) HTML (0) PDF 1.56 M (3140) 评论 (0) 收藏

      摘要:文章研究了一种由近似点光源组成的光度立体视觉系统的标定方法。由于光源自身的非均匀发光特性,传统的平行光和点光源模型不再适用,为实现精确的三维法向重建,必须对光源及光照场进行精确的标定。论文首先根据光源自身的发光特性建立其辐射度模型,进而提出了一种两步标定策略,对光源位置参数及主光轴参数进行标定。以相机作为参照系,提出了一种多球标定方法,用于计算各个光源的位置参数,该方法利用相机观察到的多个球面高光点图像坐标,结合球体轮廓线及球体半径实现了光源位置的精确计算。为实现光源主光轴参数的估算,提出了一种基于参考平面的标定方法,通过分析近似点光源照射下的平面亮度分布,结合等亮度线拟合策略实现了光源主光轴方向参数的计算。基于系统标定参数以及光源的发光模型,就可以对每个场景点的入射光条件进行精确建模,从而实现精确的法向计算。在实验部分,分别对标准几何物体和自由曲面物体进行三维重建实验,并与传统的平行光及点光源模型进行了对比。结果显示,所提出的标定方法能够在非均匀光照条件下获得精确的三维法向重建 结果。

    • 空间欠采样太赫兹时域光谱成像方法

      2016, 5(5):49-58. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201605005

      摘要 (326) HTML (0) PDF 2.46 M (1665) 评论 (0) 收藏

      摘要:文章针对传统太赫兹时域光谱成像技术存在的扫描时间长以及数据存储量大等问题,提出了一种基于压缩感知理论的空间欠采样太赫兹时域光谱成像方法。首先通过扫描电机获得目标非等间隔欠采样信号,然后利用压缩感知方法来重构缺失像素点的太赫兹信息。实验结果显示,当压缩比为 0.5 时, 所重构的太赫兹信号与全采样条件下的信号相关性可达 99.95%。通过对压缩重建图像的显示分析,时域图像中的缓变区域和频谱成像中的低频信号恢复效果较好。该方法为快速太赫兹光谱成像提供了一种有 效的技术手段。

    • 百纳焦保偏掺镱光纤飞秒激光放大系统

      2016, 5(5):59-66. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201605006

      摘要 (298) HTML (0) PDF 1.05 M (1391) 评论 (0) 收藏

      摘要:论文提出了一种百纳焦量级全保偏掺镱光纤放大器系统的设计方法,该系统利用掺镱光纤锁模激光器作为种子源,采用啁啾脉冲放大技术,通过两级掺镱光纤放大,并对放大输出光进行压缩。实验结果显示,压缩后可获得单脉冲能量 113 纳焦,脉冲宽度 221 飞秒的激光输出。

    • 高功率窄线宽可调谐 1 064 nm 环形腔激光

      2016, 5(5):67-73. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201605007

      摘要 (370) HTML (0) PDF 550.03 K (1106) 评论 (0) 收藏

      摘要:文章采用了三镜环形腔内插入标准具获取高功率窄线宽可调谐 1 064 nm 激光。对环形腔的单向运行、标准具压窄线宽与调谐波长及激光大基模体积运转进行了理论分析与计算,结合实验优化了腔镜曲率与输出耦合率。在 808 nm 半导体激光泵浦功率 151 W 条件下,获得输出功率 33.7 W、光束质量因子 M 2=1.28、线宽 0.1 GHz 的单向 1 064 nm 激光输出,相应的光转换效率 22.3%。采用高精度控温仪对标准具进行精确温控,实现激光波长的精密调谐。改变标准具温度获得 1 064 nm 波长调谐范围 72.6 GHz,调谐精度为 220 MHz。波长调谐过程中 1 064 nm 激光输出功率变化约 10%。整个系统稳定可靠,而且相对简单,较易实现,为获得可调谐窄线宽 1 064 nm 激光提供了实用有效的技术手段。

    • 一种基于角锥棱镜的上转换荧光检测系统

      2016, 5(5):74-82. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201605008

      摘要 (320) HTML (0) PDF 767.19 K (1217) 评论 (0) 收藏

      摘要:上转换荧光材料在很多领域都具有新颖的应用潜力,然而其较低的发光效率给定量检测带来 了难度。文章针对上转换荧光材料发光效率较低的特点,利用角锥棱镜的光学特性,设计了一套新型的上转换荧光检测光路。该装置将传统单工荧光检测光路扩展为双工系统,利用同轴多芯光纤从角锥 棱镜两端同时接收荧光,提高了检测系统对微弱荧光的采集效率。在本研究中,设计了一系列实验来检验双工荧光收集光路的可行性,量化了荧光检测系统的线性度,从而证明了基于角锥棱镜上转换荧 光检测系统的可行性。

    • 基于偏振控制的硅基颗粒导向系统设计

      2016, 5(5):83-89. DOI: 10.12146/j.issn.2095-3135.201605009

      摘要 (414) HTML (0) PDF 981.13 K (3026) 评论 (0) 收藏

      摘要:光学微操控技术已从颗粒的捕获和传输拓展到颗粒的分选和导向等更高级的逻辑操控,硅基光镊技术因能突破衍射极限并操控亚微米量级的颗粒而成为了微操控领域中最重要的手段之一。传统的硅基光镊技术一般采用微环、定向耦合器和多模干涉仪等器件,通过调节波长实现颗粒导向操作。文章提出了一种通过偏振调控的硅基颗粒导向操作方法,通过时域有限差分设计和优化了系统结构参数,并验证了该结构在颗粒导向操作中的可行性。实验装置结构简单、体积小巧,且操控更加方便。

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