基于漫反射模型的生物组织光学特性参量迭代反演

提出一种基于迭代反演的输运平均自由程估计及光源-检测器最小距离确定方法.该方法利用迭代估计思想,自适应地改变光源-检测器最小距离,提高光学特性参量的反演准确度.对29组仿真数据的研究结果表明:迭代反演对输运平均自由程初始值不敏感,具有较高的鲁棒性,可在一定程度上提高吸收系数和有效散射系数的反演准确度.在无噪声的条件下,吸收系数反演的平均相对误差为7.17%,有效散射系数反演的平均相对误差为5.73%,与传统方法给定的光源-检测器最小距离下反演的最佳结果相比,分别降低了1.73%和1.14%.在加入信噪比为40~80dB噪声的情况下,该方法仍然能获得较高的光学特性参量反演准确度,吸收系数误差的变动范围为8.46%~10.05%;有效散射系数误差的变动范围为6.79%~8.76%.     

基于矩变换的生物组织光学特性参量反演

针对漫射模型在近光源区具有较大模型误差,导致光学特性参量反演准确度较低的问题,提出了一种利用矩变换,改变原始数据形态,提高反演准确度的方法.比较了不同阶次条件下的光学特性参量反演准确度和拟合残差的统计分布状况,分析了不同信噪比下重构系数的相对误差.对25组数据的研究结果表明:3阶矩变换可显著提高两个光学参量(μa、μ′s)的估计准确度.在无噪音条件下,吸收系数μa重构的平均相对误差为7.04%;有效散射系数μ′s重构的平均相对误差为5.55%,相比于自然对数变换,μa降低了8.57%;μ′s降低了32.73%.在信号噪音满足一定条件情况下(大于50dB),3阶矩变换仍然能获得较高的光学参量反演准确度.矩变换方法能有效地提高光学特性参量反演估计准确度.     

渤海近岸水体后向散射系数反演模型

水体后向散射系数bb是重要的海洋光学参数,在以悬浮物为主要组分的浑浊二类水体中,其对于水体光学性质起着决定性的作用,该参数的遥感反演对于海洋光学与水色遥感研究具有重要意义.利用2005年渤海近岸水体实测数据集,建立了基于水体遥感反射率光谱数据的后向散射系数bb(λ)经验反演模型(λ=442 nm,488 nm,532 nm,589 nm,676 nm),经实测数据检验,bb(442)和bb(589)反演平均相对误差约为30%;bb(488)和bb(676)反演半均相对误差优于40%;bb(532)反演半均相埘误差约为57%.通过分析模型对于输入误差的敏感性发现,当输入端引入±5%的误差时,模型反演值的误差波动在绝大多数情形下可控制在±10%以内,模型足稳定可靠的.模型适用于渤海近岸浑浊水体,可用丁水体光学参数的时空分布特征分析以及基丁固有光学参数的水色组分遥感反演.     

用双点源δ-P1近似光学模型反演生物组织的光学参量

根据空间分辨漫反射的双点源δ-P₁近似理论模型,采用非线性最小二乘法,从反射率的测量数据中反演得到了生物组织的吸收系数μ_a、有效散射系数μ' _s和二阶参量γ.研究表明,在光源与探测器之间距离大于一个输运平均自由程的情况下,双点源δ-P₁近似能较好地描述光源附近的光辐射分布,而且能够根据参量γ与μ' _s的关系得到组织的各向异性因子g.这些研究对于生物组织的光学性质测量以及漫反射光谱技术的应用具有重要意义. 关键词： 组织光学 P₁近似')" href="#">δ-P₁近似 光学参量 双点源     

单模光纤端面衍射光束参量与其结构参数关系研究

本文采用指数函数拟合光纤基模端面衍射场光束参量与光纤基本参数的关系，分别得到了各个光束参量与光纤归一化频率V和光纤芯层半径a关系的解析表达式。把曲线拟合得到的基于V和a表达的解析函数的计算结果，与基于光纤芯层参量U、包层衰减参量W和光纤芯层半径a表达的解析函数的计算结果相比，当1.5 相似文献   

基于双积分球和锁相放大测量的近红外多波长光学参量测量系统的研究

介绍了一种基于近红外LD光源及锁相检测技术的双积分球组织光学参量测量系统,波长范围为1 300 ~1 600 nm,正弦电调制光信号,光开关切换不同波长.提出了积分球系统改进措施,测量了散射/吸收混合溶液在1 310 nm下的光学参量,结果显示,约化散射系数和吸收系数的测量相对偏差分别<5%和10%.     

一种基于多级小波域分解的时域扩散光学层析成像方法的研究

面向基于有限差分光扩散模型的平板乳腺扩散光学层析反演问题,提出了一种有效提高图像重建质量的方法.与基于全空间域离散像点的传统重建算法不同,本方法采用小波函数对吸收系数和散射系数在空间域进行多尺度分解,在减少低分辨率重建中光学参量的个数、有效改善重建过程病态性的同时,通过逐级细化分解尺度,最终提高了图像的量化度和空间分辨率.数值模拟表明,该方法可实现目标体边对边4 mm的空间分辨率,量化度明显高于传统算法.     

机载激光雷达信号Fernald前向反演的一种新定标方法

针对机载激光雷达信号Fernald前向反演方法要求准确得到标定值的问题,提出了一种新的定标方法:在机载激光雷达探测得到的各条大气回波信号廓线中,使用一条已知其大气气溶胶后向散射系数垂直分布的廓线,通过机载激光雷达方程来确定出其他各条回波信号廓线上的大气气溶胶后向散射系数标定值.模拟分析和实验验证了这种定标方法的可行性,用其标定值反演出的大气气溶胶后向散射系数垂直廓线是较为合理准确的;误差分析表明由该定标方法反演的大气气溶胶后向散射系数相对误差在20%以内.这种定标方法是可以运用于机载激光雷达信号Fernald前向反演的.     

利用MODIS数据进行QuickBird-2卫星海岸带图像大气校正研究

大气校正是遥感信息定量化过程的一个重要环节,而在大气校正中起关键作用的是气溶胶光学厚度,气溶胶的模式和大气漫射透过率;但在浑浊的水体上空,这些参量很难用卫星图像反演得到,从而提出了基于同步MODIS数据辅助QuickBird-2卫星图像进行海岸带大气校正算法,该方法由MODIS图像的水体像元反演出混浊水域上空气溶胶光学特性,与MODIS气溶胶产品相比相对误差小于10%;同时,借助6S辐射传输模型,并考虑了高分辨率图像临近像元效应,对QuickBird-2卫星海岸带图像进行大气校正.给出了我国沿海地区QuickBird-2卫星图像大气校正的结果,并对反演误差进行了分析.     

Fernald前向积分用于机载激光雷达气溶胶后向散射系数反演的理论研究

初步反演结果表明,Fernald前向积分法(FFIM)能够用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数的反演,但相应的理论解释没见国内外相关文献报道.根据合肥地基大气探测激光雷达2008年2月27日的探测数据模拟得到的机载激光雷达数据,对FFIE用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数的反演结果进行了定量分析,分析表明:当反演标定点的高度选在10 km左右时,FFIM能够用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演的主要原因有3个:1)Fernald前向积分方程(FFIE)分母中两项的差值一般远大于零, 关键词： 大气光学 Fernald前向积分法 机载大气探测激光雷达 气溶胶后向散射系数     

Deep unregistered multi-contrast MRI reconstruction

Multiple magnetic resonance images of different contrasts are normally acquired for clinical diagnosis. Recently, research has shown that the previously acquired multi-contrast (MC) images of the same patient can be used as anatomical prior to accelerating magnetic resonance imaging (MRI). However, current MC-MRI networks are based on the assumption that the images are perfectly registered, which is rarely the case in real-world applications. In this paper, we propose an end-to-end deep neural network to reconstruct highly accelerated images by exploiting the shareable information from potentially misaligned reference images of an arbitrary contrast. Specifically, a spatial transformation (ST) module is designed and integrated into the reconstruction network to align the pre-acquired reference images with the images to be reconstructed. The misalignment is further alleviated by maximizing the normalized cross-correlation (NCC) between the MC images. The visualization of feature maps demonstrates that the proposed method effectively reduces the misalignment between the images for shareable information extraction when applied to the publicly available brain datasets. Additionally, the experimental results on these datasets show the proposed network allows the robust exploitation of shareable information across the misaligned MC images, leading to improved reconstruction results.     

A Time Domain Algorithm on the Reconstruction of Rough Surfaces

We consider the inverse scattering problem of a perfectly conducting one-dimensional rough surface in the case that the incident field is unnecessary to be time harmonic. Based on our previous investigation of the frequency domain algorithm, a new time domain algorithm is proposed, in which we approximate the incident pulse by a finite sum of time harmonic fields and then apply the frequency domain algorithm for time harmonic waves. Numerical experiments indicate that the time domain algorithm shows great accuracy of reconstruction of the surface profile and yields significant improvement than the frequency domain algorithm.     

Diffraction microtomography with sample rotation: influence of a missing apple core in the recorded frequency space

Diffraction microtomography in coherent light is foreseen as a promising technique to image transparent living samples in three dimensions without staining. Contrary to conventional microscopy with incoherent light, which gives morphological information only, diffraction microtomography makes it possible to obtain the complex optical refractive index of the observed sample by mapping a three-dimensional support in the spatial frequency domain. The technique can be implemented in two configurations, namely, by varying the sample illumination with a fixed sample or by rotating the sample using a fixed illumination. In the literature, only the former method was described in detail. In this report, we precisely derive the three-dimensional frequency support that can be mapped by the sample rotation configuration. We found that, within the first-order Born approximation, the volume of the frequency domain that can be mapped exhibits a missing part, the shape of which resembles that of an apple core. The projection of the diffracted waves in the frequency space onto the set of sphere caps covered by the sample rotation does not allow for a complete mapping of the frequency along the axis of rotation due to the finite radius of the sphere caps. We present simulations of the effects of this missing information on the reconstruction of ideal objects.      

即时/准即时u-v覆盖的光学综合孔径成像分析

介绍了即时/准即时u-v覆盖的光学综合孔径成像技术实时/准实时观测的优点,并以LBT为实例进行了成像分析.对LBT采用快速傅里叶变换、卷积与反卷积算法获得系统的点扩展函数(PSF)与光学传递函数(OTF);探讨了全局传递函数及其对成像效果的影响,说明了即时/准即时u-v覆盖成像特性;用实验仿真的方法验证了全局传递函数在满足准即时u-v覆盖成像的要求情况下能够对天体目标进行较好的图像恢复.     

面向对象的BESⅢ探测器模拟系统

BESⅢ探测器的模拟软件包BOOST, 是基于Geant4开发的面向对象的模拟软件. BOOST全面地模拟了BESⅢ探测器的物质和几何结构, 给出了粒子在各个子探测器中的击中信息, 以ASCII码文件的形式输出原始数据和MC truth信息可供重建软件开发和物理分析使用, 初步结果显示BOOST的模拟是合理的.     

On the regularization of feature fusion and mapping for fast MR multi-contrast imaging via iterative networks

Multi-contrast (MC) Magnetic Resonance Imaging (MRI) of the same patient usually requires long scanning times, despite the images sharing redundant information. In this work, we propose a new iterative network that utilizes the sharable information among MC images for MRI acceleration. The proposed network has reinforced data fidelity control and anatomy guidance through an iterative optimization procedure of Gradient Descent, leading to reduced uncertainties and improved reconstruction results. Through a convolutional network, the new method incorporates a learnable regularization unit that is capable of extracting, fusing, and mapping shareable information among different contrasts. Specifically, a dilated inception block is proposed to promote multi-scale feature extractions and increase the receptive field diversity for contextual information incorporation. Lastly, an optimal MC information feeding protocol is built through the design of a complementary feature extractor block. Comprehensive experiments demonstrated the superiority of the proposed network, both qualitatively and quantitatively.     

Accurate and efficient Monte Carlo solutions to the radiative transport equation in the spatial frequency domain

We present an approach to solving the radiative transport equation (RTE) for layered media in the spatial frequency domain (SFD) using Monte Carlo (MC) simulations. This is done by obtaining a complex photon weight from analysis of the Fourier transform of the RTE. We also develop a modified shortcut method that enables a single MC simulation to efficiently provide RTE solutions in the SFD for any number of spatial frequencies. We provide comparisons between the modified shortcut method and conventional discrete transform methods for SFD reflectance. Further results for oblique illumination illustrate the potential diagnostic utility of the SFD phase-shifts for analysis of layered media.     

电子全息法三维物场逐层分析

本文叙述了一种三维物场的定量再现、分析方法,其中采用了电子全息法,它包括:1)三维物场全息图的数字记录,2)全息图面上复振幅分布的数字再现,3)三维物场的逐层再现。由此可以获得整个三维物场的信息,这一方法以CCD摄象机作为记录介质,然后把由CCD采集的数字全息图输入计算机,利用频谱滤波法经过傅里叶变换、频谱分离、反傅里叶变换再现出全息图面上的复振幅。在此基础上借助频域衍射公式可再现出任何一层(平行于全息图面)上的图象。这样,我们用这一数字再现和逐层分析的方法便可研究三维物场的一些特性,如物体在其中的位置等。整个再现过程是由计算机软件实现,其中采用了二维快速傅里叶变换算法,再现过程可在几分钟内完成。本文同时还给出了这一数字再现方法的空间分辨率,并且通过计算机模拟展示了一个理想三维物场的再现过程及再现结果。最后指出了这一方法存在的问题及未来的应用前景。     

数字对焦光场成像清晰度评价方法研究

结合光场成像数字对焦空间域算法和频率域算法的区别,分别提出了适用的图像清晰度评价方式,并进行了仿真实验分析.空间域评价方法根据评价区域缩小图像重构数据量,频率域评价方法则将评价函数嵌入到图像重构过程中,改进后的方法相对传统方法提高了速度.     

利用数值再现实现彩虹全息色差评价

为了在计算机制彩色彩虹全息图输出之前定量得到再现像的色彩保真度,提出了一种采用数值再现进行色差评价的方法.首先对彩虹全息图进行了频谱分析,得到再现参量与频谱分布之间的关系;然后采用频域滤波算法实现彩色彩虹全息图数值再现,得到再现像的相对功率谱分布;最后采用CIE1976UCS均匀颜色空间对再现像色差情况进行了计算.设计了7个色块并制作了计算机制真彩色彩虹全息图,以金卤射灯作为照明光源进行了光学再现实验,给出实验结果及分析.研究证明了采用数值再现方法实现对计算彩虹全息再现像光谱分布和色差进行计算分析是一种快速经济的方法.