戴玮 , 李嘉强 , 曹剑 , 张志忠 , 张晓卫 , 杨保和
2019, 30(3):227-233.
摘要:本文以自支撑CVD金刚石膜作为半导体激光器 线阵的封装热沉,从而改进其热特性。首先,以电子辅助化学气相沉积(EACVD)制备自支 撑金刚石膜。在沉积工艺 中,提出了优化O2流量刻蚀非金刚石相,使金刚石膜品质得到改进,从而提高其导热率。 然后,测试了基于不同氧 流量下制备金刚石热沉封装的半导体激光器线阵的电光特性,并对封装器件的热特性进行了 分析。结果表明:通入 O2流量为每分钟5sccm时,制备的金刚石热沉导热率可达1 812.3 WK-1m-1。O2流量5sccm制备金刚石热沉的封装器件的 斜率效率为1.30 W/A,电光转换效率最大值可达 60.6%。在连续波30 A 时,该封装器件的光谱红移波长为2.02 nm,器 件工作温度降低4.9 K。器件的传热路径热阻降低28.4%,表现出优异的可靠性。
梁磊 , 蔡彦璞 , 戴玉堂 , 韦御风 , 徐刚 , 涂彬
2019, 30(3):234-240.
摘要:针对加速度传感器在振动分析与故障诊断中的需 求,提出了一种基于椭圆铰链的光纤布拉格光栅加速度传感器,椭 圆铰链和质量块组成加速度传感器理论模型的弹簧质量系统。首先,根据传感器结构的力学 模型,推导出了传感器的灵 敏度和谐振频率的计算公式,进而分析了传感器的结构参数对灵敏度和谐振频率的影响;随 后,采用Lingo软件对传感 器参数进行了最优化分析;最后,基于优化结果设计制作了光纤布拉格光栅加速度传感器, 测试了该传感器的灵敏度、 幅频响应和横向抗干扰等性能。结果表明,传感器的谐振频率约为750 Hz,灵敏度约为128 pm/g,横向抗干扰度小于5%,可用于350 Hz以下的低频微弱振动信号的实时监测。
2019, 30(3):241-249.
摘要:利用传输矩阵理论,分析了含金属层的一维光子 晶体对太阳光谱的吸收特性。通过对一维光子晶体透射谱、 反射谱和吸收谱的分析,分别研究了金属层的消光系数、色散系数、入射角和光子晶体结构 的周期数目变化对吸收率的 影响。结果表明随着消光系数和周期数的增加,吸收率都明显增加,谱线宽度和高吸收带位 置基本保持不变;吸收率随 着色散系数的增加变化规律略有不同,不同吸收带的频谱位置向长波方向移动,谱宽基本保 持不变;吸收率均值随入射 角的增加而减小,而且频谱位置向长波方向移动;一维光子晶体结构周期数增加,各吸收 带的吸收率波动程度减小。 本文结果可用于提高对太阳光辐射的吸收,为光子晶体的设计及其在太阳能利用方面的应用 提供重要依据。
2019, 30(3):250-255.
摘要:为了消除海洋湍流引起的信号衰落和衰减,在基 于BPSK调制的水下无线光通信(underwater wireless optical communication,UWOC)系统中引入了MIMO(multi-input multi-outpu t)技术。在 假设海洋湍流模型为log-normal分布基础上,得出了球面波光束在弱海洋湍流传输的闪烁 指数计算公 式。借助于Gauss-Hermite正交积分近似公式,推导了UWOC系统分别采用SISO(single-in put single-output)、SIMO(single-input multi-output)、MIMO三种技术,且接收端 采用等增益合并法时, 系统误码率(bit error rate,BER)的解析公式。应用此解析公式,数值仿真观察了系统 误码率在不同 的信噪比下受三种海洋参数(即均方温度耗散率,单位质量液体中的湍流动能耗散率,温度 和盐度波 动的相对强度)以及系统通信距离的影响。仿真结果表明,UWOC系统采用MIMO技术,在较小 的 均方温度耗散率、较小的温度和盐度波动的相对强度、较大的湍流动能耗散率的海洋中,以 及通过较 短的通信链路都可以得到更优的误码率性能。
2019, 30(3):256-265.
摘要:导光板在无尘车间制造过程中,因现场环境以及 生产治具的影响,不可避免的出现各种各样的缺 陷,造成产品质量的严重下降。针对这种问题,根据导光板的光学特性、缺陷形成原理及特 征,本文提出 一种基于机器视觉的导光板缺陷检测的方法。首先,根据导光板的导光点分布特性,提出了 基于密度的自 动分区算法;其次,针对不同分区,分别设计一个高斯双方向导数滤波器对导光板图像进行 卷积操作,并 利用在两个大小不一的均值滤波基础上做差,以去除正常导光点的干扰,获得缺陷增强图像 ;进而,利用 二值化阈值操作提取疑似缺陷连通区域,并在分析其区域特征基础上确认是否为缺陷,再加 以分类;最 后,在工业现场采集的导光板图像基础上,进行了大量的实验。实验结果表明,针对亮点、 压伤和线刮伤 缺陷具有较高的检测精度,基本可以满足工业检测要求。
2019, 30(3):266-271.
摘要:为了实现苹果表面损伤的快速无损检测,基于高 光谱成像技术结合模式识别算法建立了苹果表面损 伤检测模型。首先,利用高光谱图像采集系统采集完好无损和表面损伤苹果样本的高光谱图 像,提取正常 区域和损伤区域的平均光谱反射率曲线;然后,采用标准正态变换(SNV)和多元散射校正(MSC)分别 对原始光谱数据进行预处理;最后,利用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)方法,建立了苹 果表面损伤 SNV+PLS-DA和MSC+PLS-DA检测模型。结果表明:采用SNV和MSC光谱预处理方法可有效地消 除高 光谱图像中的噪声;利用SNV+PLS-DA检测模型对校正集和检验集样本的正确识别率分别为 70.8%和 77.5%,而采用MSC+PLS-DA检测模型对校正集和检验集样本的正确识 别率分别为71.7%和77.5%。因此, 基于高光谱成像技术结合模式识别方法,可实现苹果表面损伤的无损检测。
黄尧 , 赵南京 , 孟德硕 , 左兆陆 , 陈宇男 , 马明俊 , 杨瑞芳 , 刘建国 , 刘文清
2019, 30(3):272-278.
摘要:以蒽为研究对象,研究了不 同土壤固、液相组分下蒽的激光诱导荧光发射光谱特性。结果显示,在266 nm激光激发下,土壤蒽在420 nm和444 nm 附近分别具有荧光峰,当土壤的原生矿物和次生矿物比例发生变化时,蒽的荧光光谱峰位置 未发生明显偏移,420 nm处 荧光峰处强度的相对标准偏差为4.52%;土壤中腐殖质种类、浓度改 变时,蒽的荧光强度随浓度增大而降低,在不同浓 度的腐殖酸和富里酸的土壤中,420 nm处的荧光峰处强度的相对标准 偏差分别为38.1%和27.4%,且正交实验的极差 分析 结果表明腐殖酸对强度影响大于富里酸;受到重金属污染后的土壤蒽的激光诱导荧光强度明 显下降,但液相重金属不同 浓度的土壤中,蒽在420 nm处的荧光强度差异不大,荧光峰位置未发 生明显偏移.在土壤中含有不同浓度的Cd时,其相 对标准偏差为1.60%,含有不同浓度的Cu时,其相对标准偏差为2.05% ,含有不同浓度的Pb时,其相对标准偏差为4.54%。 因此,采用荧光峰强度定标法测定时,应考虑固液组分变化导致的光谱强度差异。该研究结 果为采用激光诱导荧光光谱技术对土壤蒽准确测量提供了基础数据。
2019, 30(3):279-284.
摘要:本文研究如何利用莫尔条纹原理解释图书加密信息的解密。首先设计加密再现实验装置,利 用光学 显微镜测量加密卡和解 密卡光栅常量,用面探测器记录形成的莫尔条纹,从而得到了加密信息再现的实验结果,接 着理论分析得到了莫尔 条纹的周期公式,最后将改变解密卡与加密卡的夹角获得的实验结果即当夹角余弦值从0.948到0.999变化时,对 应的莫尔条纹周期从0.38 mm变化到6.27 mm ,与理论结果进行了分析对比,分析表明实验结果与理论分析一致,从 而论证了莫尔条纹在信息解密中的应用,这有助于增进对莫尔条纹在信息安全和防伪领域中 应用的理解。
2019, 30(3):285-290.
摘要:以基于相位恢复算法和光学干涉原理为基本理论 依据,提出了一种新的全相位光学图像加密系统。该加密系统利 用一块随机相位板作为加密密钥,在其作用下输入图像被数值加密成两块相位板。这两块相 位板的衍射图样视觉上无法分辨 其内容,但却包含了解密所需要的信息。加密过程中,加密密钥与待加密图像分别作为输入 平面和输出平面上的约束条件, 在干涉原理的基础上通过迭代运算得到加密结果,即输入面上不同于加密密钥的另一个相位 板的相位分布以及傅立叶频域上 的相位分布。加密密钥的引入起到了置乱系统输入面相位分布的作用。解密过程中,加密过 程中使用的随机相位板和迭代过 程中生成的两块相位板缺一不可。计算机仿真实验结果表明,本文提出的加密系统具有算法 收敛快、加密结果不存在非线性 双随机相位加密和干涉加密方法中发现的信息泄露问题的优点。
2019, 30(3):291-297.
摘要:为了有效度量多聚焦图像中的聚焦区域,提出一 种基于边缘和多特征选择的多聚焦图像融合算法。 利用NSCT对源图像进行分解,对得到的低频子带系数采用基于边缘的融合策略;对于高频子 带系数,通过 拉普拉斯能量和、区域能量和方差提取邻域窗口的显著性特征,提出一种新颖的基于多特征 选择的高频融 合策略,该融合策略可以综合考虑区域特征的贡献,自适应的选取显著性特征和融合方法; 最后进行NSCT 逆变换得到融合图像。实验结果表明,与常用的融合方法相比,在主观效果上,本文方法能 够更有效保留 源图像中的边缘和细节信息;在客观指标上,本文方法的融合图像在互信息、边缘保持度、 熵、结构相似度以及标准差等客观评价具有明显的优势。
2019, 30(3):298-309.
摘要:针对经典立体图像质量评价算法存在评价准确性 低以及特征提取耗时较长的问题, 提出一种基于未匹配子带合成系数统计特性的立体图像质量评价算法。首先,利用可控金字 塔对左右视点图像进行多尺度、多方向的小波分解,并将左右视点图像在相同尺度、相同方 向上未经视差图匹配的小波子带系数合成为子带合成系数。其次,提取小波子带合成系数中 的统计分布特征,相同尺度相邻方向小波子带合成系数之间的相关性特征,以及相同方向相 邻尺度子带合成系数之间的相关性特征。最后,利用所提取特征训练经典的支持向量回归模 型,预测图像质量。在LIVE 3D和Waterloo IVC 3D数据库上的实验结果表明,与主流立体 图像质量评价算法相比,本文算法在预测对称和非对称失真立体图像质量时都获得了更高的 评价准确性。同时,由于子带合成系数的生成无需根据视差图进行匹配,算法执行效率高。
2019, 30(3):310-316.
摘要:当前,以智能手机为代表的消费类电子产品已经 给日常生活带来了极大的便利。但是,由于手机电 池电量有限,显示面板功耗过大引起的频繁充电问题严重地影响了用户体验。本文提出了一 种结合三基色 通道直方图修正和直方图匹配的低功耗高画质显示驱动算法。先统计出三基色通道的直方图 ,并对其进行 低功耗修正,再将原图像直方图向修正直方图匹配。与传统的算法相比,本文算法的创新点 主要包括:(1) 不同于传统的算法通过降低灰阶实现功耗限制,本算法通过减少高亮像素数量实现功耗限制 ,与此同时, 通过保留部分高亮像素提升视觉效果;(2) 首次将直方图匹配方法应用到图像的功耗限制 ,实现了优良的 处理效果。实验结果表明,相比于抛物线模型、NPC和ACSC算法,提出算法处理所得图像的 显示功耗分 别降低了17.8%,10.9%和11.0%。本算法研究通过FPGA验证,结果表明,处理后的图像显示效果优越。
田博 , 刘永欣 , 高曾辉 , 徐恭勤 , 蒲继雄 , 林一仙
2019, 30(3):317-325.
摘要:基于广义惠更斯―菲涅耳原理,推导了部分相 干双涡旋光束在海洋湍流中传输时光强分布的理论表 达式,详细研究了部分相干双涡旋光束在海洋湍流中的传输特性。研究结果表明,在传输距 离较小的情况 下,双环结构扩展随着外环拓扑荷数的增加而增大,传输一定距离以后光束转化为空心分布 ,当传输距离 足够长后,光强分布转化为类高斯分布。研究还发现,双涡旋光束在海洋湍流中的强度分布 也受到海洋湍 流相关参数的影响,并且随着海洋湍流的相关参数的改变,光束转化为类高斯分布所需要的 传输距离也随 着改变。另外,在传输距离较短的情况下,光源的相干性越好,光束的双环结构越明显,并 且中间的“暗核” 越明显。所得结果对于部分相干双涡旋光束应用于水下湍流环境有着重要的意义。
2019, 30(3):326-332.
摘要:涡旋光束作为一种近年来新兴的结构化光束,因 自身携带轨道角动量的特性,使其在光学微操控、 生物医学、光信息传输等领域有着极大的应用前景。在以往生成涡旋光束的报道中,通常存 在器件尺寸较 大、激发光为圆偏光以及波长单一等问题,本文提出了一种基于双月形金属银单元与二氧化 硅基底结合的 亚波长尺寸超构表面来实现涡旋光束的生成。此种结构尺寸微小,且可以在偏振方向任意的 线偏光入射下, 通过调节超表面的双月形金属单元的横向尺寸来实现多种波长的涡旋光束输出。
2019, 30(3):333-338.
摘要:目前亚健康状态识别中脉搏信号特征提取困难, 且多依赖于手工提取特征而影响识 别率。针对这一问题,本文提出了一种基于主成分分析网络(Principal Component A nalysis Network,PCANet)的脉搏信号亚健康检测新方法。首先对预处理的脉搏信号进行特征提取; 其次 将这些特征进行哈希编码,直方图分块,作为特征描述;然后使用分类器将健康和亚健康的 两类 脉搏信号进行分类识别,并与传统特征提取方法的分类效果进行比较。实验结果表明本文方 法对 亚健康状态识别达到了较高的准确率,相比传统的特征提取方法,PCANet方法在识别率上提 高 了10%以上,因此,本文所提出的方法能够有效地区分健康与亚健康 状态,为亚健康状态的 检测提供了一种新的参考依据。