我院韩永教授团队成功研制了双相机气溶胶光学成像仪

2026年5月4日，我院韩永教授团队在国际专业气溶胶科学期刊Journal of Aerosol Science上发表了题为“Development of a dual-camera optical imaging instrument for aerosol number concentration, size, and shape characterization”的论文。

亚微米气溶胶广泛发布于自由大气中，对其开展高精度在线测量，对大气环境、辐射气候效应及人体健康研究具有重要的科学意义。现有可测亚微米气溶胶的粒径谱仪大多基于电迁移率、光散射或空气动力学原理进行间接测量，难以实现非球形颗粒形貌的直接表征。

为此，针对团队前期在该论文的姊妹篇（发表于《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》, 2025）中提出的基于动态图像分析技术的气溶胶在线测量仪器FASI（Fast Atmospheric Aerosol Size and Shape Imaging Instrument），本论文进一步克服其在气溶胶检测过程中易出现的亚微米颗粒分辨率不足和颗粒图像失焦问题，提出并研制了双相机气溶胶成像系统DOIA（Dual-camera Optical Imaging Instrument for Aerosols）。该系统自主设计精密气溶胶成像狭缝，以限制颗粒离焦运动，提高颗粒进入景深范围的概率；在算法方面，首次将YOLO目标检测模型（人工智能）用于气溶胶探测领域，实现复杂背景下颗粒的快速识别；同时，基于多维度图像特征改进气溶胶追踪算法，并开发AeroDeblurNet去模糊网络，对失焦及衍射模糊颗粒进行恢复，最终实现不同尺度颗粒的协同测量。

实验结果表明，该系统可实现0.2-100 μm气溶胶数浓度、粒径、粒形的在线同步测量。在景深范围内，光学衍射极限附近颗粒的测量误差约为6.5%，其余颗粒的测量误差≤1%。为验证系统性能，将该仪器与国际上商用仪器APS、Grimm 11-D、POPS等气溶胶粒径谱仪进行了对比实验（图1）。结果显示，DOIA与主流仪器表现出良好一致性，尤其在亚微米颗粒检测方面，相较于FASI展现出显著的性能改进。此外，该仪器能够同时获取多尺度单颗粒图像与形貌参数，为复杂非球形气溶胶颗粒的在线精准表征提供了新的技术手段，这是前述商业仪器不具备的（图2）。

图1仪器比较实验方案

图2仪器与光学显微镜成像与计算结果对比

中山大学大气科学学院为该论文第一完成单位，我院博士研究生董理是论文第一作者，韩永教授是论文通讯作者，南京理工大学胡茂海副教授是论文的合作作者。此项工作得到了国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目的资助，并已申请相关国家发明专利和软件著作权，形成专利群保护。

  论文原文：

[1]Li Dong, Yong Han, Maohai Hu. Development of a dual-camera optical imaging instrument for aerosol number concentration, size, and shape characterization[J]. Journal of Aerosol Science, 2026, 196: 106817. 

https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2026.106817

[2]Li Dong, Yong Han, Maohai Hu, et al. Fast Atmospheric Aerosol Size and Shape Imaging Instrument: Design, Calibration, and Intelligent Interaction[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2025, 74: 1-17.

https://doi.org/10.1109/TIM.2025.3551849.