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摘要

針對紅外圖像檢測與分割任務中顏色信息缺失,特征細節模糊并帶有噪聲,當目標數量較多時傳統方法提取過程速度較慢等問題,提出一種用于遠紅外圖像的優化YOLO檢測與分割網絡模型。提出的兩個優化點分別為:綜合分析實驗使用的兩種遠紅外數據集后使用K-means++聚類算法尋找多尺度預測標記錨點框尺寸;使用局部檢測位置自適應閾值分割方法對檢測目標進行像素級實例分割。本文優化算法在FLIR公開數據集與本文數據集中的檢測速度分別為29 frame/s與28 frame/s,保證了實時輸出的要求;行人檢測準確率分別達到75.3%與77.6%,分割結果平均交并比達到70%~90%。實驗結果表明,本文算法具有良好的穩健性和普適性,在遠紅外圖像中可快速有效地檢測行人并生成實例掩模。

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摘要

針對雙目視覺系統中單調法校正陰影區相位噪聲時存在校正不足的問題,提出了一種改進型相位校正方法。利用四步相移與多頻外差求解工件表面的絕對相位信息,通過單調不減性對相位噪聲進行校正。分析多組實驗對象校正不足時相位噪聲特點,根據相位頻率矩陣計算固定區間內非零相位出現的頻率來校正離散相位噪聲,利用相鄰間斷點實際相位與預測相位的差值對連續相位噪聲進行校正。計算間斷點間的斜率與兩側非零相位的擬合斜率并進行判斷,利用線性法補齊因隨機噪聲而被置零的部分相位,保證了工件信息的完整性。實驗結果表明:所提方法可以有效校正陰影區的相位噪聲,可適用于不同的實驗對象,圓柱體木質工件的平均測量誤差為0.0859 mm,精度可滿足目標抓取的位姿估計要求。

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摘要

針對醫學圖像超分辨率重建過程中高頻信息缺失導致的模糊問題,提出了一種基于殘差通道注意力網絡的醫學圖像超分辨率方法。提出的方法在殘差網絡的基本單元上去除了批規范化層以穩定訓練;去掉縮放層、添加通道注意力塊,使神經網絡更加關注含有豐富高頻信息的通道;使用亞像素卷積層進行上采樣操作得到最終輸出的高分辨率圖像。實驗結果表明,提出的方法相比主流的圖像超分辨率方法在客觀評價指標如峰值信噪比和結構相似性上有顯著提升,得到的醫學圖像紋理細節豐富,視覺體驗較好。

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摘要

為彌補單任務識別未充分利用相關任務監督信息的缺陷,提出了一種基于卷積神經網絡的多任務識別模型。該模型引入注意力機制,對任務共享層的特征進行重校正,并結合多尺度結構進行特征融合,最后在任務特定層上進行多任務識別。針對共享特征空間內類分布不緊湊導致的模型泛化性能降低問題,本文在模型中引入中心損失函數與均方誤差損失函數,與傳統的交叉熵損失函數相結合,共同優化模型。實驗結果表明:所提模型在人體6個動作類別和15個身份類別上的最高識別準確率分別可達100%和99.93%,兩種任務上識別的總準確率可達99.93%,均優于任務獨立識別時的各項準確率,說明所提模型能更有效地同時完成人體動作及身份識別任務。

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摘要

在散斑去噪過程中保持圖像邊緣紋理特征,是光學相干層析圖像處理技術的難題。散斑去噪過程中的散斑殘留和邊緣紋理模糊是該難題的主要誘導因素。為解決這一難題,提出一種基于剪切波變換的改進全變分散斑去噪方法。該方法結合剪切波變換和傳統全變分模型,對不同圖像區域采用針對性的去噪策略,兼顧散斑去噪與紋理保留,提高了光學相干層析圖像的噪聲抑制效果。對不同生理、病理狀態下的視網膜光學相干層析圖像進行測試,結果表明:該方法通過采用區域針對性策略改進了噪聲抑制能力,通過引入剪切波變換方法提高了邊緣紋理保持能力,進而同時實現散斑去除和紋理保留。此外,與其他散斑去噪方法進行對比,驗證了該方法的有效性。

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摘要

計算成像技術(CIT)是一類有別于傳統光學成像“所見即所得”的信息獲取和處理方式的新體制成像方式。隨著新型光電器件的發展和硬件計算能力的提升,計算成像技術在光電成像領域呈現出蓬勃發展的趨勢。計算成像技術通過對光場信息進行采集和計算,達到傳統成像無法企及的信息利用率和解譯度,滿足“更高(分辨率)、更遠(探測距離)、更大(光學視場)”的光電成像需求。從成像全鏈路的信息獲取與丟失過程出發,通過透過散射介質成像、偏振成像及仿生成像等幾種典型的計算成像方式對光場多物理量信息獲取和解譯進行分析,詳細介紹了計算成像技術的方法原理及實現途徑。根據成像技術的發展趨勢,前瞻性地提出了計算光學系統設計和超大口徑望遠鏡的設計思想。計算成像技術在提高成像分辨率、擴大探測距離、增大成像視場及減小光學系統體積和功耗等方面具有明顯的優勢,有望穿透云霧、活體生物組織等實現更遠距離、更大深度的成像,應用前景廣闊。

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摘要

針對目前大多數基于統計先驗的圖像盲去模糊方法對邊緣和細節恢復能力有限的問題,提出一種新的盲去模糊算法。通過降采樣對模糊圖像進行金字塔分解。在每一層圖像上,利用顯著性強度先驗提取圖像的邊緣信息,并結合梯度低秩先驗抑制圖像中的模糊和噪聲干擾。在多尺度上由粗到精地交替迭代模糊核和中間潛像,得到最終的準確模糊核。采用非盲去卷積方法復原出清晰圖像。此外,針對多尺度迭代時間較長的問題,提出了一種自適應迭代策略,通過評估估計模糊核的相似性來調整迭代次數,有效減少計算成本。實驗結果表明,本文算法可以準確地估計出模糊核,有效地抑制噪聲影響,且得到的復原圖像中含有更豐富的邊緣和細節等特征。

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摘要

針對當前基于單目視覺的室內移動機器人全局定位算法復雜度大等問題,提出一種室內移動機器人雙目視覺全局定位方法。雙目視覺下,為保證室內移動機器人在運動過程中能夠保持穩定的特征提取,提出基于標定板的全局定位方案,以標定板的中心作為移動機器人的定位點。在此基礎上,為提高定位的實時性,縮小標定板角點的提取范圍,基于高斯混合模型背景減除法和形態學方法實現了對移動機器人運動區域的檢測;基于所建立的標定板角點判據,對移動機器人提取的角點進行篩選,得到了標定板四個角點的圖像坐標;結合雙目相機標定后的內、外參數和全局定位數學模型,實現對移動機器人定位點坐標的計算。通過實驗和分析驗證了所提方法的可行性和有效性,為室內移動機器人全局視覺定位提供一種新的思路。

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摘要

針對當前圖像顯著性檢測算法存在的邊緣檢測不清晰和內部不均勻的問題,提出一種基于無向權重圖和多特征傳播的圖像顯著性檢測方法。首先以超像素為節點構建無向圖,并改進邊界超像素的連接方式。在改進圖的基礎上利用圖像顏色、紋理特征與局部對比和中心先驗等多種先驗知識提取高層特征,并得到基于底層特征的顯著圖。其次,利用高層特征和顯著物體的緊湊性分別計算基于前景和背景種子的顯著圖并將其融合。最后,將兩階段得到的顯著圖進行融合得到最終的顯著圖。在多個公開數據集上,將所提算法與近些年提出的10種算法進行對比實驗,結果顯示所提算法性能優于所有對比算法。

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摘要

針對遙感圖像目標密集、尺度不一、存在遮擋等特點,提出一種基于注意力機制的遙感圖像分割模型用于目標分割。該模型建立在深度圖像分割模型的基礎上,提出在高低層特征融合之前采用通道注意力機制對低層特征進行加權處理,增強目標特征并抑制背景特征,提高信息的融合效率。為進一步增強模型對目標特征的響應能力,提出位置注意力機制對解碼階段最后的特征進行處理。最后,將加權融合后的特征圖上采樣到原圖大小并預測像素類別。在兩個遙感道路數據集上進行實驗并與相關模型進行比較,結果表明所提模型在遙感影像道路提取中性能優異,可應用于復雜的遙感影像目標分割。

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摘要

對傳統雙邊濾波器模型中的灰度標準差和濾波窗口進行改進。首先,用固定大小的正方形窗口通過概率分布函數和最大似然函數計算圖中每個像素點的噪聲標準差,將全圖噪聲標準差的中值作為閾值,若某像素點的噪聲標準差大于該閾值,則認為該點的窗口內包含圖像邊緣,用半邊旋轉窗口法重新計算該點的噪聲標準差和濾波窗口;然后,對圖像中的每個像素點進行雙邊濾波,其中,灰度標準差設為該點噪聲標準差的2倍;最后,根據區域相似度模型判定強噪聲,并利用中值濾波器去除。實驗證明,所提算法在不同強度的噪聲下均可取得較好的保邊濾波效果和強噪聲去除效果。

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摘要

本文針對智能制造領域機器人視覺感知中的三維視覺成像技術進行綜述,系統地總結了一些有代表性的機器人視覺成像方法的特點和實際應用中的局限性,內容涉及飛行時間三維成像、點線掃描三維成像、色散共焦成像、結構光投影三維成像、光學偏折成像、單目與多目立體視覺三維成像和光場成像等。繪制了各種視覺成像的圖譜,并探討了機器人手眼系統最佳三維成像方法。

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摘要

針對傅里葉變換紅外光譜儀檢測污染氣體時紅外光譜信號出現的基線漂移現象,提出一種采用改進迭代多項式擬合的紅外光譜基線校正方法,該方法可以自動識別光譜信號的特征峰,從光譜中截斷完整的特征峰后,采用雙邊閾值對紅外光譜迭代得到最優的擬合基線。利用仿真光譜以及三氯乙烷、氨氣的實測光譜對該方法進行驗證,并將其與常見的3種多項式擬合方法進行對比,結果表明:采用所提方法對光譜進行校正后,特征峰更明顯,基線更平緩。仿真和實測數據表明,所提方法提高了現有多項式擬合基線校正方法的準確性,是一種具有良好性能的基線校正方法。

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摘要

提出了一種基于光電振蕩器結合電選頻腔產生線性調頻信號的方案,其中電選頻腔由電放大器、電衰減器和移相器組成。通過調節電選頻腔中移相器的偏置電壓,利用光電振蕩器輸出信號與電選頻腔輸出信號間的頻率牽引效應,能夠產生中心頻率為8.3 GHz的線性調頻信號,頻率變化范圍約為550 MHz,調諧率約為5.5 MHz/μs,時間帶寬積為5.5×10 4(帶寬550 MHz,持續時間100 μs),其相位噪聲由光電振蕩器的相位噪聲決定,其頻率變化范圍由移相器的偏置電壓范圍決定。與已有方法相比,該方案的系統結構較為簡單,產生的線性調頻信號具有較高的頻譜純度,相位噪聲低至-116 dBc/Hz@10 kHz。

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摘要

針對現有三點式光筆測量系統采用透視三點(P3P)算法求解出現多解的問題,提出一種基于光場成像的三點式光筆多解排除算法。對光場相機中心子孔徑進行高精度內參標定;通過光場相機采集圖像,運用P3P算法獲得提取的中心子孔徑圖像中兩組光筆激光點的攝像機坐標;利用高斯成像公式計算兩組解的深度值,將區域窗口光場重聚焦到兩組深度平面。選取合適的清晰度評價方法對兩幅圖像的清晰度進行比較,獲得最終的光筆位姿矩陣,解算筆尖的三維坐標。選用精密三坐標平移臺移動距離作為比對基準,實驗結果表明:本實驗測量系統與三坐標平移臺在X、Y、Z方向的最大位置差值分別為0.35,0.40,0.54 mm,該結果與運用四點重投影選取正解的結果相同,證明了所提出的方法的有效性和準確性。

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摘要

柔性光子器件不受傳統光電子器件剛性物理狀態限制,可彎曲、可折疊、可拉伸的形式使得器件獨特的光電性質得以實現和調控,極大拓展了傳統光電子器件的發展模式與應用空間。結合新功能光學材料、器件集成技術以及光子器件較電子器件在物質特異性傳感、信道容量和抗電磁干擾能力上的優勢,柔性光子技術在多學科交叉融合領域的前沿方向,如可穿戴傳感、高速光互連、光場調控、生物光遺傳等展現出巨大的研究和應用價值。然而目前存在柔性集成光子器件加工制備難、機械柔韌性有限、集成化程度低等挑戰。針對以上問題簡要回顧了近年來研究人員在柔性光子材料與器件方面取得的研究進展并對其相關技術應用前景進行了總結和展望。

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摘要

腦缺血是神經外科的常見疾病之一,目前急需一種快速、準確的腦缺血檢測方法。利用透射式太赫茲時域光譜技術對腦缺血組織進行檢測,為減小個體差異的影響,通過計算左腦與右腦的太赫茲吸收系數的相對差異研究腦組織的缺血程度。實驗發現,隨著缺血時間的增加,新鮮組織的左右腦吸收系數的相對差異先變大后減小,主要原因是缺血區域的水含量升高和細胞密度下降;而石蠟包埋的腦缺血組織的左右腦吸收系數的相對差異逐漸減小,主要原因是缺血區域的細胞密度逐漸下降。結果表明,利用太赫茲時域光譜系統可以實現最早缺血2 h的腦缺血組織的檢測,為腦缺血的早期無標記快速診斷提供了有效的技術手段。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(04):0430001
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摘要

設計一種支持多模式的金屬-介質-金屬納米天線陣列結構,分析結構中的模式特性及其調控的發光過程。利用時域有限差分的方法模擬該結構的透射譜和電場分布,分析結構中局域表面等離激元模式和磁等離激元共振模式的特性以及激發光偏振調控的模式變化。將偶極子光源放在介質層中,模擬該天線陣列結構調控熒光分子的發光過程。結果表明:熒光分子的輻射和非輻射衰減速率增強因子、量子效率以及偏振特性受到了所提結構模式的有效調控;在一定波長范圍內改變激發光的偏振方向可以對發光譜進行調諧。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(04):0426001
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摘要

提出一種基于注入鎖定技術增強高次諧波的任意波形產生方案。通過注入鎖定技術放大并增強高次和偶次諧波,將獲得的高次諧波和非線性調制產生的第一和第三次諧波進行時域疊加,可合成高階的三角波、矩形波。將注入鎖定增強的偶次諧波和非線性調制產生的第一和第三次諧波進行時域疊加可合成高階鋸齒波和反鋸齒波。通過實驗,本文成功產生了頻率為5 GHz的五階三角波、五階矩形波、三階鋸齒波和三階反鋸齒波。理論與實驗結果表明:五階三角波與矩形波的方均根誤差比同時產生的三階相同波形提升了10%~37%;可以通過增加注入鎖定的支路數來獲得更高階近似的波形。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(04):0419001
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摘要

基于表面等離極化激元在亞波長結構的傳輸特性,提出了一種含單擋板的金屬-介質-金屬(MIM)波導耦合雙T型諧振腔的結構。在近場耦合作用下,單擋板形成的較寬連續態與單T型腔形成的較窄離散態,經過復雜的干涉相消形成非對稱的雙重Fano共振峰。基于耦合模理論,研究了單擋板MIM波導耦合單T型腔Fano共振的產生機理,并采用有限元分析法對該結構進行了模擬仿真。在此基礎上,研究了含雙T型腔結構的四重Fano共振形成過程,分析了上下T型腔結構參數對Fano共振峰的影響。結果表明,上下T型腔產生的Fano共振峰互不影響,且由單個T型腔可以實現兩個Fano共振峰獨立可調諧,故含金屬擋板的MIM波導耦合雙T型腔結構可以實現四個Fano共振峰獨立可調諧。該結構可為差動傳感器和波分復用器的設計提供有效的理論參考。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(04):0414001
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摘要

為研究ZnWO4晶體的二階拉曼性質,搭建了基于ZnWO4晶體的二階拉曼激光器,實現了重復頻率為9 kHz的670 mW的1318.3 nm的二階斯托克斯激光輸出,對應的脈寬為3.294 ns,光光轉換率為4.7%,峰值功率達到22.6 kW。實驗結果表明,ZnWO4晶體具有良好的性能,能夠實現二階拉曼激光輸出。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0536001
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摘要

細節層次感是影響激光投影電視整體畫質的重要因素之一。通過二項迫選法和“一上二下”階梯法的主觀視覺感知實驗,測量并確定了激光投影電視細節層次感的恰可察覺差(JND);分析了其影響因素,并進一步比較了激光投影電視與液晶電視兩個顯示平臺上細節層次感的異同點。結果表明:激光投影電視細節層次感的JND受圖像的紋理特征影響較大;與液晶電視的細節層次感相比,兩個顯示平臺細節層次感失真1個JND對應的σ值相差大,相鄰JND的差值比較接近。利用本文的實驗結果,結合峰值亮度、暗場亮度、色飽和度等圖像屬性的恰可察覺差,可以進一步建立包含上述多種屬性的激光投影電視主觀圖像質量評價模型,有助于畫質的優化。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0533001
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摘要

針對傅里葉變換光譜儀的紅外探測器非線性,提出了一種適用于干涉圖直流信號值缺失情況的非線性校正方法。針對需要實施校正的光譜計算基于帶外虛假成分的相對校正因子,結合無需實施校正的光譜計算一致性校正因子。實驗結果表明,實施本文所提非線性校正方法后,輻射定標曲線的線性擬合優度可以由校正前優于0.99提升至0.9999以上,且輻射標定后的各通道的輻亮度絕對偏差均不超過0.15 mW·m -2·cm·sr -1。相比已有的校正方法,所提方法避免了對干涉圖直流信號的依賴性,但增加了對多個溫度點黑體輻射定標數據的依賴性。一旦得到一致性校正因子后,在探測器穩定工作的前提下,可以實施對任一光譜圖的非線性校正。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0530002
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摘要

提出一種聚類優化的快速獨立成分分析(FastICA)解混算法,解決了FastICA在光譜信息解混過程中,對解混矩陣初始值敏感導致解混信息不穩定的問題。利用模糊C均值聚類對單一顏料光譜信息進行光譜特征降維,選擇最具代表性的聚類結果作為解混矩陣初始值,通過FastICA牛頓迭代公式計算聚類優化后的解混矩陣,避免隨機選取初始值對混合顏料光譜信息解混的影響。實驗結果表明,與其他算法相比,解混結果平均誤差值降低了0.57,平均適應度系數達到了99.67%,光譜角度匹配距離降低了0.53,所提算法增加了FastICA算法解混結果的穩定性,提高了混合顏料光譜信息解混精度。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0530001
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摘要

調焦評價函數的性能是影響推掃型遙感衛星星上自動調焦的重要因素。結合敏捷遙感衛星的成像特點和星上處理單元的計算特性,設計了一種敏捷遙感衛星自動調焦策略,提出了一種改進的灰度梯度函數以作為調焦評價函數。該方法在傳統灰度梯度函數基礎上,結合圖像邊緣信息與離焦狀態的關系,將灰度標準差作為邊緣閾值,提取了有效邊緣信息并計算圖像清晰度。研究結果表明,所提方法具備高靈敏度、強單峰性和良好的時效性,對調焦成像時的場景變化和噪聲具有很高的魯棒性,相比其他常用灰度域調焦評價函數具有明顯優勢。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0528002
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摘要

為了獲取高精度的月面高程,需要對激光器的指向誤差進行準確估計。月球軌道激光高度計(LOLA)在軌工作期間,由于月球晝夜溫度相差較大,夜晚的激光指向相對白天存在很大偏移。首先建立光斑偏離接收視場中心時探測器接收能量的理論模型,并基于該模型分析光斑偏移量與相對接收能量的理論關系,進而提出一種基于光斑能量的激光指向誤差的估算方法。隨后,使用測繪軌道期間(12個月)LOLA經過Aestuum地區產生的能量數據,并將能量數據與估算方法相結合,估算出LOLA在月球夜晚時的激光指向誤差在沿軌方向為140.62 μrad,在垂軌方向為-413.17 μrad,該結果與LOLA地球掃描實驗和利用軌道交叉點處高程數據推導的結果基本一致。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0528001
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摘要

目前羅蘭C臺鏈中所有臺站受到原子鐘積累誤差和無線電信號測量精度限制,并沒有實現高精度時間同步。基于連續變量糾纏交換方式和位于主副臺的延遲裝置,可以高精度檢測糾纏光場正交分量的相位差信息,從而得到主臺和多個副臺的同步時差信息。經過理論推導和仿真分析可知,利用所提方案能使多臺站同步精度達到皮秒級別。通過分析臺間同步量子信道的安全性可知,任何外界竊聽行為都將導致主副臺誤碼率提高。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0527001
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摘要

隨著極紫外(EUV)光刻物鏡的設計朝著組合倍率物鏡系統的方向發展,物鏡系統需要同時具有大視場和高數值孔徑(NA),因而產生了物鏡的光線入射角及入射角范圍急劇增大的問題,需要研究適用于組合倍率極紫外光刻物鏡系統的膜層設計的新方法。提出了漸進優化膜層的設計方法,該方法提高了鍍制膜層的物鏡系統的反射率,保證了組合倍率物鏡系統的成像質量。利用該方法對NA為0.6的組合倍率物鏡系統進行了膜層設計,設計結果表明,含膜極紫外光刻物鏡系統的平均反射率大于65%,各反射鏡的反射率峰谷值均小于3.35%,反射率均勻性良好。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0522001
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摘要

研究了儀器函數形狀稍微偏離對稱三角形情形下的三刺激值計算問題,探索了其對應的最優加權表。結果發現,最優權重可以通過求解三個系數矩陣的線性方程組來得到,且系數矩陣是對稱正定三對角矩陣。將本課題組前期研究獲得的最優加權表方法推廣到儀器函數形狀為非對稱三角形的情形。仿真結果表明,對于10 nm和20 nm測量間隔,最優加權表方法的精度優于三點和五點校正方法;對于5 nm測量間隔,最好的計算方法是先對測量數據進行三點校正,再使用直接選取方法計算三刺激值。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0520002
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摘要

提出了一種基于共位圖像的逆向反射模型,可用于對非漫反射表面的非線性反射行為進行精確建模。該模型可以從像素值精確映射到法向量與入射光線方向的內積。實驗僅需一張共位圖像和一張多光譜條件下拍攝的RGB圖像就可以實現高精度的光度立體視覺性能,大大縮短了拍照所需的時間。對于大批量生產的工件的表面檢測而言,由于共位圖像可以提前采集后供后續工件重復使用,故該技術可以以微秒級的拍攝速率來實現移動表面的在線檢測。另一方面,由于該方法中使用了神經網絡來訓練近場光度立體視覺模型中的映射關系,省去了傳統近場光度立體視覺中的迭代步驟同時提高了對于陰影點、高亮點等異常值的魯棒性。經仿真和實驗驗證,該算法能夠很好地在極少量圖片條件下恢復非漫反射表面的法向量。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0520001
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摘要

采用可調諧激光二極管吸收光譜技術,研制了一種近紅外激光二氧化碳(CO2)傳感系統。該系統包含中心波長為1572 nm的分布反饋激光器、密集光斑型氣室和銦鎵砷探測器,利用LabVIEW程序提取二次諧波信號幅值并反演了CO2濃度。為了表征傳感器性能,利用該系統開展了氣體檢測實驗。結果顯示,當調制深度為0.32 cm -1時,二次諧波信號的幅值最大;在體積分數為0~3%范圍內,二次諧波信號的幅值與CO2濃度具有較高的線性度(擬合優度為0.999);當CO2體積分數為0時,連續測試1 h,反演得到的濃度波動范圍為-2×10 -4~1.17×10 -4;當積分時間為297 s時,系統的靈敏度檢測下限為2.7×10 -6;考慮動態配氣時氣體的擴散時間,系統的響應時間為40~42 s;連續15 h測量室內大氣中CO2濃度,測得的CO2平均體積分數約為(560±46)×10 -6。與已經報道的傳感器相比,該氣體傳感系統呈現出類似的品質因數,可在工農業生產、環境保護等領域得到一定的推廣和應用。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0514003
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摘要

根據傅里葉熱傳導理論和熱應力場理論,利用COMSOL仿真軟件和Matlab軟件構建了復合激光輻照下三結GaAs太陽能電池的復合損傷模型,計算了單毫秒激光和復合脈沖激光輻照下太陽能電池的溫度和應力場分布。結果表明,相比單毫秒激光,復合激光輻照會產生更大范圍的熔化損傷并且伴隨出現明顯的應力損傷,損傷面積和深度會隨著納秒脈沖激光能量密度和作用時間延時的增加而增加。能量密度增加到0.5 J/cm 2時,熔化損傷半徑增大到2 mm,深度增大到1.5 μm;時間延時增加到0.5 ms時,熔化損傷半徑增大到1.4 mm,深度增大到1 μm。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0514002
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摘要

報道了一種基于空芯光子晶體光纖中氫氣受激拉曼散射的新型1.7 μm光纖激光光源。建立了僅包含泵浦光和一階斯托克斯光的簡單穩態耦合波方程,并進行了仿真計算。采用自制的1550 nm納秒脈沖光纖放大器,泵浦一段長約3 m、充高壓氫氣的商用空芯光子晶體光纖,利用氫氣分子的轉動受激拉曼散射實現了1705 nm斯托克斯波的有效轉換。氣壓為1.2 MPa時,最大平均輸出功率約0.5 W(單脈沖能量約為2.5 μJ),最大光光轉換效率約為32%(相對總的泵浦功率)。研究結果為實現高功率1.7 μm波段近紅外激光輸出提供了一條有效的新途徑。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0514001
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摘要

提出了一種基于圖像融合和插值預測的自適應條紋投影方法。該方法首先基于多幅掩模圖像融合求取了最佳投影灰度值所需的飽和閾值,并結合插值預測查找算法求得了最佳投影灰度值;然后通過降低整體投影強度,在不飽和情況下進行了坐標匹配,最終生成自適應條紋;最后將生成的自適應條紋投射至被測物體,并利用外差式多頻相移法進行了相位解算和三維面形重構。實驗結果表明:所提方法實現了局部過曝區域的相位信息的完整提取,絕對方向和正向的平均誤差與標準偏差值均小于傳統方法,且絕對方向平均誤差減少了84.1%,正向標準偏差值減少了69.4%。所提方法有效地解決了高反光物體三維面形測量的難題。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0512003
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摘要

為克服測量端的幾何約束條件,需對現有的光筆系統布置多個測量光點,這會導致測量終端結構復雜,不利于光筆系統應用于測量空間受限的場合。針對這一問題,將光場成像方法引入到光筆式測量系統中,利用光場成像原理獲取光筆上光點的極平面圖像(EPI),并采用旋轉平行四邊形算子(SPO)計算EPI中斜線的斜率,從而估計出發光點的深度信息,排除了PNP(perspective-n-points)算法的錯誤解,得到被測點的準確三維坐標。最后通過實驗對所提方法進行了驗證。所提方法僅需單目光場相機,并結合三點式光筆即可完成三維坐標值的測量,極大地簡化了光筆測量系統。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0512002
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摘要

為了提高單幀紅外圖像的檢測概率,穩定檢測到圖像序列中的弱小目標,基于改進的雙邊濾波與多項式擬合,提出了一種復雜天空背景下的紅外弱小目標檢測算法。在傳統雙邊濾波算法的權值系數中引入背景相關度因子,有效降低了背景抑制時目標點的影響,提高了目標區域的信噪比以及單幀圖像的檢測率。為了進一步剔除虛假目標,基于融合目標運動特征,對目標點進行多幀確認。針對序列檢測中目標閃爍造成的目標漏檢,引入多項式擬合算法對下一幀目標位置進行預測,有效避免了目標軌跡截斷的問題。實驗結果表明,在信噪比小于2的情況下,該算法能夠穩定檢測到復雜天空背景下的弱小目標軌跡。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0512001
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摘要

針對光學多圖像認證方法中,多路復用圖像中的串擾噪聲,以及不同認證級別下的信息安全問題,提出了一種基于超混沌振幅型掩模和Gyrator變換域下相位信息復用的光學多圖像認證方法。利用分數階超混沌Rabinovich系統構造超混沌隨機振幅掩模;基于改進的Gerchberg-Saxton算法對原始圖像進行低級或高級編碼,利用超混沌掩模作為振幅約束,迭代獲得目標圖像,并將得到的N個目標圖像編碼成復合圖像;再次通過Gerchberg-Saxton迭代將復合圖像轉化為兩個便于傳輸的純相位掩模。實驗結果表明:在認證過程中,不同安全級別的用戶擁有各自的認證密鑰,低級認證過程中可以通過檢索圖像與原始圖像的非線性相關峰值,判斷認證圖像的正確性,而高級認證過程中則可以獲得與原始圖像相似度較高的認證圖像,峰值信噪比和相關系數分別可達25.2817 dB和0.9844。所提方法對遮擋攻擊和噪聲攻擊具有良好的穩健性,為多幅圖像在不同級別下的光學認證提供了新的思路。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0510003
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摘要

針對在深度估計過程中的遮擋問題,提出一種新的基于多線索融合的光場圖像深度估計方法。利用約束性自適應散焦算法和約束性角熵度量算法獲取場景的散焦線索、一致性線索,并計算出場景的初始深度、置信度。為增強圖像的邊緣輪廓信息,通過Canny算子提取中心視角圖像的邊緣信息,然后利用馬爾可夫隨機場融合場景的初始深度、置信度及邊緣信息,實現圖像的高精度深度估計。與其他先進方法相比,所提方法能夠較好地解決場景中存在的遮擋問題,獲取的深度圖精度較高、平滑效果較好,圖像邊緣保持效果較好。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0510002
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摘要

提出一種用于短波紅外人臉圖像與可見光人臉圖像翻譯的改進CycleGAN框架。基于CycleGAN框架,新增了損失函數計算通路并設計了新損失函數。建立數據集并通過實驗調整模型參數,改進模型在人臉圖像上的翻譯效果,有效克服光譜特性不同帶來的圖像模態差異,提升了圖像的可觀察性。在自建數據集上進行實驗驗證,將所提框架與其他常用框架從主觀評價、FID(Fréchet inception distance)及識別準確率三個方面進行比較。結果表明,所提框架提升效果明顯,更好地保持了原目標的結構特征,有效提升了圖像翻譯結果的可觀察性和識別準確率。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0510001
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摘要

數字全息系統是一種非常先進的成像系統,但相干光源數字全息系統中散斑噪聲會對全息圖的質量產生不利影響,常規實驗降噪或基于傳統神經網絡算法降噪方法均存在不足。為實現全息圖中的散斑降噪以及權衡降噪效率問題,提出一種基于卷積神經網絡的單幅全息圖快速降噪算法,使用散斑噪聲數據集對多等級神經網絡進行訓練。理論分析及實驗結果表明卷積神經網絡應用于數字全息圖的頻譜域去噪能有效提高全息圖的質量,且僅使用一幅全息圖就可以有效地處理不同等級散斑噪聲,在保持去噪性能的前提下,能最大限度保存全息圖有效干涉條紋。

PDF全文HTML全文 光學學報 | 2020,40(05):0509001
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摘要

直接相位測量偏折術DPMD(Direct Phase Measuring Deflectometry)解決了非連續鏡面物體的獲取問題,通過一個新數學模型直接建立了相位與深度之間的關系。在DPMD系統中采用液晶顯示屏LCD(Liquid Crystal Display)顯示高對比度的條紋圖案,相機采集經被測鏡面反射的變形條紋圖像。但是LCD透明層的折射效應導致了DPMD測量結果的誤差。因此,本文提出一種補償DPMD中顯示屏折射效應誤差的方法。通過建立單層折射模型

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摘要

本文提出一種結構簡單、易準直、能夠探測單個微納顆粒的激光自混合干涉(SMI)探測方法。提出了單個顆粒所產生的激光自混合干涉信號模型,從理論上闡述了信號特征。我們還搭建了微流控顆粒探測系統,采用自主開發的LabView程序進行聚苯乙烯顆粒的探測實驗和信號采集,從時域信號波形和頻率譜兩個方面來分析單個粒子粒徑尺寸。結果表明,我們提出的方法能夠有效地探測和區分直徑為500nm到10μm范圍內的聚苯乙烯

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摘要

光電延時反饋光電振蕩器是高速混沌保密通信系統產生光混沌信號的重要方案。本文通過hopf分岔分析,詳細研究了延時可變光電振蕩器通往混沌的三條典型路徑(即激變、周期和準周期振蕩、呼吸振蕩)及其特性。并且通過仿真觀察到,隨著延時的增加,輸出信號的復雜度增加,延時足夠大時,在一定時間范圍內出現周期脈沖現象;另外,存在相圖突變的臨界點,可能由濾波器引起,但在臨界點附近信號的復雜度變化不大。

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摘要

為了對花椒進行快速、無損、低成本的揮發油檢測,該研究以漢源縣花椒為試驗對象,采集了花椒樣本在400~1000nm波長內的光譜數據,采用標準正態變量變換(standard normal variable transformation,SNVT)方法對光譜數據進行預處理,利用迭代保留信息變量法(iteration retain informative variables,IRIV)進行特征變量提取,并建立極限學習機(extreme learning machine,ELM)回歸模型,模型所得結果為0.85

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摘要

考慮光伏電池與環境之間的牛頓傳熱以及禁帶寬度對溫度的依賴特性, 獲得光伏電池的熱學與電學特性. 研究表明光伏電池的溫度高于環境溫度, 并隨輸出電壓的增加呈先減小后增加的趨勢, 可近似為輻射強度的線性遞增關系; 短路電流隨輻射強度的增加而升高, 而開路電壓隨輻射強度的增加呈先增加后減小的趨勢; 優化光伏電池輸出電壓和太陽能輻射強度可獲得最大效率. 通過將AM1.5G標況下的部分輻射能輸入至集熱系統, 構

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摘要

為了提高國產合成孔徑雷達(SAR)和光學圖像的融合性能,本文采用高分一號、高分二號多光譜圖像和高分三號SAR SL和FSI模式圖像,利用變換域和空間域兩種不同的融合思想,提出一種基于非下采樣剪切波變換(NSST)方法,同時結合IHS變換和區域性改進脈沖耦合神經網絡(PCNN)方法的融合算法。該算法首先對多光譜圖像進行IHS變換;其次在NSST變換分解的子帶上,引用“區域性”的思想,低頻成分采用區域能量平均方

PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(18):181013
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摘要

實驗上利用1.064 μm波長的Nd:YAG激光作用在真空腔內的高純度固體鉿(Hf)靶上產生等離子體,測量了不同功率密度下Hf等離子體在1.0~8.5 nm波長范圍內的軟x射線時間積分光譜。首先基于Cowan程序計算得到不可分辨躍遷峰(UTA)原子光譜數據,并將其展寬為Gaussian線型與實驗光譜比較,兩者吻合的很好。隨后基于碰撞輻射平衡模型(CRM)計算了電子溫度在0~500 eV的Nd:YAG激光Hf等離子體的離子豐度,結果表明隨著電子溫

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摘要

通過在非線性光子晶體光纖中的兩個特定包層氣孔內側鍍上甲烷氣敏薄膜,本文實現了一種基于簡并四波混頻效應的甲烷測量新方法。通過建立光纖中斯托克斯光譜和反斯托克斯光譜的移動與甲烷濃度變化的直接聯系,來實現對甲烷氣體的實時精準檢測。結果證明,傳感器的靈敏度與氣敏膜厚度及泵浦波長密切相關。在同一泵浦波長下,隨著氣敏膜厚度的增加,傳感靈敏度會相應增加;而當氣敏膜厚度保持不變時,泵浦波長越接

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摘要

圓環編碼標志點在三維測量領域應用廣泛,標志點中心提取精度直接影響系統的精度。針對當前圓環編碼標志點中心提取精度易受拍攝角度影響的問題,提出一種基于編碼環帶徑向直線擬合來提取中心的方法。首先對圖像預處理提取邊緣,分割出編碼標志點環帶中的徑向直線,利用高斯擬合的方法對邊緣點進行亞像素定位。然后將提取出的亞像素邊緣點集映射到參數空間變成曲線,求出所有曲線之間的交點,最后利用Ransac(隨機

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摘要

數字圖像相關法(DIC)中初值選取的好壞對圖像亞像素位移的搜索效率、收斂速度有著很大的影響。本文提出了一種基于KAZE特征匹配的數字圖像相關法。KAZE算法相比于傳統的特征檢測算法在于其是通過建立非線性尺度空間來消除噪聲與提取特征點,可以有效的避免邊界模糊和細節丟失。通過KAZE算法匹配出圖像變形前后特征點對坐標,使用仿射變換估計初始變形參數;將估計初值使用反向組合高斯牛頓法(IC-GN)迭代優化。結

PDF全文 激光與光電子學進展 | 2020,57(18):181012
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摘要

提出一種自動提取弱反射光纖布拉格光柵(WFBG)解調系統中干涉信號的方法,以提高零差對稱解調精度,并進行實驗驗證。對光強信號進行連續小波變換,尋找變換系數的極值,相鄰的極小值和極大值用于界定激光干涉區間。針對不同的激光脈沖寬度,分別采用尋找區間最大值或計算平均值的方法提取干涉信號。將WFBG傳感器放入振動液柱內,多次測量同一弱正弦信號,并對測量信號進行曲線擬合。平均擬合度、頻率均方根誤

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摘要

針對太赫茲金屬平行平板波導的最低階橫電(TE1)模式進行了理論研究,并且在真實金屬的條件下推導出了一個適用于太赫茲金屬平行平板波導TE1模式有效折射率的近似表達式。對TE1模式進行了基于有限元方法的數值模擬,并且將模擬結果與近似表達式所得的數值進行了對比,驗證了理論推導的可行性。另外,誤差分析表明所推導的近似表達式在整個太赫茲波段具有很高的精確度,并具有適用頻率范圍廣的特點。這些結果表明

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摘要

相位補償是脈沖壓縮和產生超短激光脈沖的關鍵。本文通過類比菲涅耳波帶片在空間的相位函數,理論上證明了菲涅耳波帶片結構的二元相位(0,pi)整形方案具有類似透鏡的功能,能在頻域引入負二次光譜相位(負色散)。利用該方案可以補償啁啾脈沖的色散,從而將其變為變換受限脈沖,使其脈寬壓縮到變換受限的時間寬度。該方案僅與二次相位有關,不依賴于光譜振幅,因此對具有對稱性分布的各種脈沖形狀均適用。文

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摘要

針對當前水驅開發油田井下注入水顆粒度難以實現外場在線檢測的技術難題,提出一種基于光學散射原理的水驅開發井注入水顆粒度在線檢測光學系統的設計理念。采用波長為640nm激光光束,通過4倍準直擴束系統獲得8mm照明孔徑,利用光瞳匹配和像差平衡,完成了滿足1-100μm范圍內粒徑檢測要求、可實現井下實時在線檢測的外徑為42mm的緊湊型光學系統的優化設計。光學系統的焦距為50mm,視場角為17°,通光口徑為8mm,

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摘要

溶洞表面具有復雜而不規則性,現有諸多建模方法都是通過整體進行三維重建,雖然保證了整體的模型分辨率但是三維重建效率很低,而且模型文件過大,對后續專業應用造成很大困難,因此提出了基于三維激光點云特征線提取的技術針對溶洞進行多分辨率三維重建。首先,采用改進鄰近點幾何特征提取特征值,增加法向量角作為檢測特征點一項依據;其次,用SPSO算法與模糊C-均值(FCM)聚類算法實現點云分類;再者,采用

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摘要

為提高地基紅外測云系統的全天空云檢測準確性,通過輻射傳輸模式SBDART模擬大氣向下紅外輻射與云光學厚度之間的對應關系,得到利用云的光學厚度擬合曲線反演云的光學厚度具有可行性,并在此基礎上提出一種利用紅外和激光聯合反演云光學厚度的方法。通過建立更精確的適用于特定地區和特定季節的大氣廓線和水汽含量,利用激光消光廓線較精確的反演氣溶膠和云底高,并將以上獲取的大氣參數代入輻射傳輸模式SBDART

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摘要

土壤有機質含量對干旱區生態系統的安全與穩定具有至關重要的作用,Vis-NIR光譜技術對土壤有機質快速測定提供了的新方法。先前的研究發現SOM與土壤含鹽量(EC),pH和鐵含量(Fe)存在一定程度的相關關系。本研究立足于艾比湖保護區,在2017年8月共收集了110個樣本,測量了土壤反射光譜,有機質,EC,Fe和pH。對原始光譜進行了三種預處理(SG平滑、MSC和FD)并對光譜數據進行了主成分分析,選取前5個主成分的特

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摘要

近幾年雖然基于神經網絡的超分辨率重建技術發展迅速,但仍然存在著不易找到合適尺寸的卷積核、網絡層數過深導致的收斂緩慢等缺點。本文提出了一種能多尺度提取特征并包含多重殘差的網絡模型。低分辨率圖像輸入網絡,通過多個多尺度殘差模塊,在每個模塊進行多尺度特征提取、特征融合,構建殘差輸出到下一個模塊,通過所有模塊后再次構建殘差,最終經過亞像素卷積輸出高分辨率圖像。實驗結果表明,多重殘差的引

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摘要

頭部姿態估計廣泛應用在多個領域,大多數是根據二維圖像進行的,而3D頭部姿態估計又少有與人臉三維重建結合的相關研究。利用重建的頭部三維信息,可以為估計頭部姿態提供更多有效的數據信息,能大大提高頭部姿態估計的精確度和準確度。因此,本文提出將基于結構光人臉三維重建和3D頭部姿態估計相結合,重建人臉三維形貌并實現3D點云可視化。提出一種3D頭部姿態估計算法,搜索鼻尖和鼻梁,建立空間直角坐標系和

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摘要

鉭鈮酸鉀(KTN)電光偏轉器件具有角度大、電壓低、無慣性和體積小等優點,近年來獲得廣泛關注。回顧了國內外KTN晶體器件及應用的研究現狀,闡述了基于該晶體空間電荷、組分梯度和溫度梯度的電光偏轉的基本原理,討論了器件的特征參數和偏轉性能的主要影響因素,介紹了幾種基于KTN電光偏轉的元器件及應用實例,總結了目前需要解決的問題及未來的發展趨勢。

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