检索结果-内蒙古大学图书馆

仪器仪表学报 2025年第1期46卷 147-156页

作者：王康何彦霖黄宇辰魏聚群娄小平北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学广州南沙光子感知技术研究院广州511462

介入手术是治疗心血管疾病的主要方式之一,现有手术主要依靠二维荧光透视图像指导医生操作,无法实现术中介入导管的三维可视化,限制了手术效率和安全性。面向心血管介入手术临床精准治疗的需求,提出一种基于U-Net网络和对极几何的介入... 详细信息

介入手术是治疗心血管疾病的主要方式之一,现有手术主要依靠二维荧光透视图像指导医生操作,无法实现术中介入导管的三维可视化,限制了手术效率和安全性。面向心血管介入手术临床精准治疗的需求,提出一种基于U-Net网络和对极几何的介入手术导管空间形状重建方法,实现术中介入手术导管三维形状的重建。首先利用U-Net网络分割出双平面荧光透视图像中导管的轮廓,并通过骨架化算法提取出导管的中心线。接着研究了基于对极几何约束的立体视觉匹配方法,通过求解极线与导管中心线的交点,求解出双平面投影中导管点集的对应关系,并结合投影模型与导管中心线构造空间射线,通过逐个求解空间射线的相交点,将空间曲线重建问题转换成射线相交问题,实现导管三维空间形状的精确重建。最后,为验证所提出介入手术导管空间形状重建算法的可行性,进行了双平面透视图像重建导管实验,结果显示导管的最大形状重建误差<1.55 mm,均方误差<0.89 mm,豪斯多夫距离不足1.49 mm。表明所提出方法可实现介入手术导管三维形状的精确重建,为提升血管介入手术精准导航和柔性导丝安全操控提供新方法和技术基础。

关键词：荧光透视图像介入手术导管形状重建 U-Net 对极几何

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光纤光栅光谱分光解调与接入光纤芯径相关性分析

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仪器仪表学报 2025年第1期46卷 54-64页

作者：邢宇航李红孙广开胡林聪祝连庆北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 广州南沙光子感知技术研究院广州511462

面向细芯光纤光栅传感应用,针对接入光纤芯径不适配所引起的光学成像分辨率较低、光能损失较大、成像质量较差的问题,本文以双光栅二次色散解调光学系统为模型,对比分析了常规单模光纤与不同规格芯径细芯光纤分别接入分光光谱解调模块... 详细信息

面向细芯光纤光栅传感应用,针对接入光纤芯径不适配所引起的光学成像分辨率较低、光能损失较大、成像质量较差的问题,本文以双光栅二次色散解调光学系统为模型,对比分析了常规单模光纤与不同规格芯径细芯光纤分别接入分光光谱解调模块时对成像和解调精度的影响,模拟了系统成像光斑分辨率、光束发散角、接收面辐照度和MTF曲线在截止频率处取值的变化情况。计算结果表明,当光纤芯径从8μm减小至2μm时,分辨率从0.8 nm提升到0.1 nm。接收面辐照度随芯径值缩小逐渐提升,芯径小于4.8μm后接收面光能利用率达到极限74.98%,曝光时间缩减为常规状态下0.36倍。MTF曲线在截止频率处取值与芯径值呈抛物线相关,芯径取4.2μm时图像接近衍射极限。本文提出并验证了光纤芯径与分光光谱解调成像指标的相关关系,为不同芯径光纤光栅传感的解调技术提供了参考和借鉴。

关键词：光纤光栅传感解调光谱仪解调细芯光纤

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MG-Y激光器波长跳变的电流补偿方法研究

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光通信研究 2025年第1期1期(15)卷 72-76页

作者：汪迪庄炜张旭王乐刘万泉北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 天津大学天津300072 澳大利亚科廷大学澳大利亚珀斯6102 广州南沙光子感知技术研究院广州511462

【目的】在当前航天领域的高速发展下,对光纤传感解调系统的性能提出了更为严格的要求。文章旨在解决调制光栅Y分支(MG-Y)激光器在通道切换时出现的波长跳变问题,从而提高激光器的波长稳定性,进而提升光纤传感解调系统在高速扫描下对振... 详细信息

【目的】在当前航天领域的高速发展下,对光纤传感解调系统的性能提出了更为严格的要求。文章旨在解决调制光栅Y分支(MG-Y)激光器在通道切换时出现的波长跳变问题,从而提高激光器的波长稳定性,进而提升光纤传感解调系统在高速扫描下对振动信号的解析精度。【方法】通过深入研究MG-Y激光器的调谐特性,文章揭示了切换频率对输出波长的显著影响,并在此基础上建立了不同切换频率下激光器的波长跳变模型。基于波长跳变模型,设计和搭建MG-Y激光器波长跳变补偿系统,并提出了基于通道内电流规律的波长偏差补偿方法,通过调整通道切换处的3路电流,实现对波长误差的精准补偿,从而有效解决了波长跳变问题。【结果】实验结果表明,切换频率与波长偏差之间存在对数关系,通过实验数据拟合得到了波长偏差与切换频率的关系式。进一步的实验验证表明,通过对通道切换处的3路电流进行补偿,波长误差在1 pm以内,表现出了显著的性能提升。【结论】通过该补偿方法,波长偏差得到了显著减小,MG-Y激光器的波长稳定性得到了明显提升。文章不仅在理论上填补了高速振动环境下光纤传感解调系统的技术空白,更直接助力了国家在航天装备领域核心竞争力的提升,具有深远的科学和应用价值。

关键词：调制光栅Y分支激光器波长跳变切换频率电流补偿波长稳定性

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基于全方位深层加权轻量化网络的冠脉造影图像超分辨率重建方法

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仪器仪表学报 2024年第7期45卷 200-209页

作者：张博伟何彦霖王康黄宇辰祝连庆北京信息科技大学光电测试技术与仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学广州南沙光子感知技术研究院北京511462

针对介入手术中对冠状动脉造影图像纹理清晰的需求,本文提出一种基于全方位深层加权轻量化网络的超分辨率图像重建方法。首先通过设计局部卷积模块,降低特征图的维度减小其参数量,加快模型的处理速度;接着采用自注意力机制模块,融合图... 详细信息

针对介入手术中对冠状动脉造影图像纹理清晰的需求,本文提出一种基于全方位深层加权轻量化网络的超分辨率图像重建方法。首先通过设计局部卷积模块,降低特征图的维度减小其参数量,加快模型的处理速度;接着采用自注意力机制模块,融合图像的通道和空间信息,获得图像的丰富高频细节特征;此外,为了进一步提取图像的深层特征信息,研究设计了级联和权重匹配的层注意力结构,为图像不同深度的特征分配不同的权重,实现图像的超分辨率重建。最后为了使本文所研究方法在真实介入手术冠脉造影图像中有更强的泛化能力,本文构建了冠脉造影图像数据集(CAID)用于网络模型的训练和测试。实验测试结果表明,与Omni-SR算法相比,本文所提出算法在参数量减少32.3%、运行时间减少17.74%的同时,其重建图像的质量在客观指标和主观感受上均优于其他对比算法,且在放大倍数为4时,PSNR和SSIM的平均值在CAID数据集上分别提高了0.72 dB和0.012 2,在公共数据集上分别提高了0.13 dB和0.004 4。

关键词：冠脉造影图像超分辨率重建局部卷积注意力机制轻量化

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用于毛细管回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器

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红外与激光工程 2023年第9期52卷 245-252页

作者：袁国庆李红罗新建鹿利单祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 北京信息科技大学广州南沙光子感知技术研究院广东广州511462

面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦... 详细信息

面向毛细管微反应器固相状态检测需求,提出了一种激发微管腔回音壁谐振的光纤楔形端面耦合器。建立了光纤楔形端面耦合模型,通过理论研究楔形端面与微管腔倏逝场耦合原理,仿真模拟楔形端面光场分布情况,并分析了光纤楔形端面与微管腔耦合谐振的光谱特征。研磨制备耦合器件,搭建实验系统进行实验验证。实验采集到洛伦兹凹谷型耦合谐振谱,与理论仿真分析相一致。谐振谱1563.074 nm波长附近的自由光谱范围约为1.734 nm,Q值约为6.15×103。所提出的光纤楔形端面耦合器具有较好的器件鲁棒性,耦合谐振结构简单,易于器件集成和小型化。

关键词：回音壁模式毛细管光纤耦合器楔形端面

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基于DRSN的MG-Y激光器快速准连续波长调谐方法

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光子学报 2024年第8期53卷 160-169页

作者：杜雨蒙庄炜张旭王乐董明利北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100016 广州南沙光子感知技术研究院广州511462

针对调制光栅Y分支(Modulated Grating Y-branch,MG-Y)可调谐半导体激光器难以在调谐范围内进行快速、准确的准连续波长调谐问题,提出了一种基于深度残差收缩网络的MG-Y激光器控制参数表快速生成方法。该方法使用光电二极管采集光功率,... 详细信息

针对调制光栅Y分支(Modulated Grating Y-branch,MG-Y)可调谐半导体激光器难以在调谐范围内进行快速、准确的准连续波长调谐问题,提出了一种基于深度残差收缩网络的MG-Y激光器控制参数表快速生成方法。该方法使用光电二极管采集光功率,相较光谱仪采集波长的方法,其采集速率可大幅提高;采用深度残差收缩神经网络模型对MG-Y激光器电流调谐区域进行快速分类;结合激光器的电流调谐特性,采用拉格朗日插值方法,生成高精度控制参数表,实现MG-Y激光器快速、准确的准连续波长调谐。实验结果表明,用深度残差收缩模型对电流调谐区域分类的时间小于20 s,生成的控制参数表控制激光器输出波长精度为1 pm,稳定性为0.28 pm,法布里-珀罗标准具解调波长稳定性为1.8 pm,对光纤布拉格光栅应变传感器的应变解调精度为1με,稳定性为0.6με。该方法大幅提升了生成控制参数表的速度,满足光纤传感解调应用需求。

关键词：调制光栅Y分支激光器波长控制深度残差收缩网络控制参数表快速光功率采集

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面向光轴指向测量系统的光斑质心高精度实时解算方法

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仪器仪表学报 2024年第6期45卷 266-273页

作者：马浚轩李红张旭朱云鸿祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 广州南沙光子感知技术研究院广州511462

针对遥感卫星相机光轴指向测量系统的CMOS图像传感器易受空间环境影响,导致图像缺陷,进而影响光斑质心解算精度的问题,本文提出了一种高精度的光斑质心实时解算方法。仿真分析结果表明该方法能够准确地追踪图像中光斑位置的变化,从而验... 详细信息

针对遥感卫星相机光轴指向测量系统的CMOS图像传感器易受空间环境影响,导致图像缺陷,进而影响光斑质心解算精度的问题,本文提出了一种高精度的光斑质心实时解算方法。仿真分析结果表明该方法能够准确地追踪图像中光斑位置的变化,从而验证了其分步解算策略的可行性。分别采用分步法、OTSU质心法和高斯拟合法对测量系统所采集的图像进行光斑质心的实时解算。实验结果显示,分步法的实时性好,光斑识别成功率最高,质心解算平均偏差和标准差最小,分别为0.026和0.029 pixels。该方法可以为光轴指向测量系统提供可靠的数据支撑。

关键词：夹角测量系统模板匹配实时处理 FPGA

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FBG反射谱数据滑动相关滤波算法设计与实现

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红外与激光工程 2024年第6期53卷 146-158页

作者：马嘉仪张旭李红朱云鸿董明利北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 广州南沙光子感知技术研究院广东广州511462

针对光纤光栅解调系统中现有滤波算法计算速度与滤波效果难以兼顾的问题,提出了一种基于滑动相关滤波的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射谱滤波方法并在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上实现算法加... 详细信息

针对光纤光栅解调系统中现有滤波算法计算速度与滤波效果难以兼顾的问题,提出了一种基于滑动相关滤波的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射谱滤波方法并在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上实现算法加速设计。该算法根据FBG半峰全宽确定高斯函数二阶导数的标准差,用函数的负数作为滤波模板权重,通过滑动数据窗口进行反射谱数据与滤波模板的相关计算,从而实现滤波操作。使用该算法处理含高斯噪声、坏点和基线的仿真数据,验证了该方法对多种异常反射谱数据处理的有效性,并与其他下位机滤波算法进行对比分析,该算法能较好地保留原始数据特征,有较好的鲁棒性,信噪比最高提升28.23dB,中心波长平均偏差和偏差标准差最小,分别为1.712 pm和2.996pm。同时在FPGA片上平台实现了该算法,采用循环队列策略设计存储器,提高了存储器使用率,降低了资源消耗。实验表明,该算法可以有效校正多种异常FBG反射谱,在100MHz系统时钟下处理一个反射谱数据所需时间仅5.09μs,易于实现工程化应用,克服了下位机现有滤波算法对FBG反射谱中坏点、基线抑制作用较差和滤波后信号变形的问题,实现了FBG反射谱滑动相关滤波算法的加速设计。

关键词：滑动相关滤波光纤光栅传感 FBG滤波 FPGA

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铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器

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红外与激光工程 2024年第7期53卷 242-250页

作者：鲜中泽辛璟焘黎琪慧唐翔董明利北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 广州南沙光子感知技术研究院广东广州511462

针对振动传感器工作频段与灵敏度相互制约的问题,设计了一种基于铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器。将两个“工作区”与谐振峰互补的振动传感单元进行组合,在保证高灵敏度测量的同时,扩展了传感器的工作频率范围。首先... 详细信息

针对振动传感器工作频段与灵敏度相互制约的问题,设计了一种基于铰链互补结构的宽频段高灵敏度光纤光栅振动传感器。将两个“工作区”与谐振峰互补的振动传感单元进行组合,在保证高灵敏度测量的同时,扩展了传感器的工作频率范围。首先建立了传感单元的结构模型,通过力矩平衡方程,得出了影响传感器灵敏度和固有频率的因素,然后使用Ansys与SolidWorks联合仿真,优化了传感器结构参数,最后制作了传感器实物,搭建封装和测试系统完成封装和特性测试。实验结果表明:两个传感单元的谐振峰位于650Hz和925Hz,分别与传感单元2和传感单元1的“工作区”互补,将工作频率范围扩展到0~1500Hz,灵敏度优于410.4pm/g,测量分辨率为0.16mg。文中所设计的传感器具有灵敏度高、工作频段宽等优点,为微振动监测提供新的技术手段。

关键词：光纤布拉格光栅振动传感器高灵敏度宽频段

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中红外量子级联激光器1×16锁相阵列设计

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红外与激光工程 2024年第5期53卷 46-56页

作者：王锐张东亮张程程林青华罗明馨郑显通祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100016 广州南沙北科光子感知技术研究院广东广州511462

针对中红外波段单管量子级联激光器存在输出功率有限的问题,提出相干阵列通过光放大后合束提升激光器功率的方法,研究波长为4.6μm的1×16量子级联激光器锁相阵列的结构设计与优化。通过设计低传输损耗、高光限制因子的单模波导确... 详细信息

针对中红外波段单管量子级联激光器存在输出功率有限的问题,提出相干阵列通过光放大后合束提升激光器功率的方法,研究波长为4.6μm的1×16量子级联激光器锁相阵列的结构设计与优化。通过设计低传输损耗、高光限制因子的单模波导确定器件各层材料外延厚度;通过设计由100%反射率和50%反射率的布拉格反射镜组成的种子激光器实现4.6μm单波长激光输出;通过设计由1×2多模干涉耦合器(MMI)和弯曲波导组成的1×16分束器实现低损耗均匀分束并锁相;通过设计输出端口的Al_(2)O_(3)增透膜厚度并利用电注入放大的方式实现激光器阵列的大功率输出。最终确定波导上GaInAs层厚度为0.25μm,下GaInAs层厚度为0.1μm,上包层InP厚度为3μm,下包层InP厚度为1μm。当单模波导宽度为5μm时,波导损耗为0.055 dB·cm^(-1),光限制因子为0.733。100%反射镜刻蚀深度为0.2μm,周期为728 nm,占空比为0.5,周期数为1000;50%反射镜刻蚀深度为0.2μm,周期为727 nm,占空比为0.1,周期数为690;当阵列间距为35μm时,分束器尺寸为3080μm×605μm,损耗为0.254 dB,其中MMI尺寸为19μm×126μm;出射端口采用0.7μm的Al_(2)O_(3)增透膜,透射率达到0.975。最后比较了不同放大器阵列间距的温度与远场分布,相关研究结论可为量子级联激光器锁相阵列的研制提供设计参考。

关键词：量子级联激光器锁相阵列分束布拉格反射镜多模干涉耦合器

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