2019, 30(4):339-346.
摘要:设计了一种基于贝塞尔光束衍射的自由空间涡旋光发生器。贝塞尔光束在单模通 过一个螺旋相位盘在光纤末端传输的方法,然后逐渐演变为涡旋光束,并可在采用自由空间 中进行调制。利用时域 有限差分(FDTD)软件对发生器的工作波长范围、极化灵敏度和加工容差等特性进行了分析 。对比不同拓扑数值的 涡旋光束在自由空间中传播100 μm的结果,表明本文提出的光纤涡 旋光发生器具有在光纤中自然获得的贝塞尔光 束的非衍射特性,能够产生特定的贝塞尔光束,在高分辨率成像、粒子捕获和操纵等方面具 有潜在的应用前景。
2019, 30(4):347-352.
摘要:提出了一种基于Graphene/MoS2异质结的全差分 光 电探测器。利用标准半导体微纳加工技术,制作了有效区域为2.3 μ m×10 μm的Graphene/MoS2异质结结构,用以产生差 分光电流;使用0.18 μm CMOS工艺设计了差分放大与恒压控制电路 ,实现光电流到电压的转换和放大。结果表明:在白光照射 下,单个Graphene/MoS2异质结结构光响应度达2435 A/W。差分光生电流经过差分放大器后,以电压形式输出,总光响应度加 倍。该全差分光探测器基于新型二维材料,对可见光具有较高的灵敏度,在可见光探测和成 像领域具有广阔的应用前景。
洪俊 , 陈冬初 , 李祖林 , 彭志强 , 方朝晖 , 吕建荣
2019, 30(4):359-364.
摘要:首次对微波接收机的相噪进行了理论建模,并提 出了一种基于光子技术的新型微波接收机,该接收机采用微波光子 链路来代替电缆,使用光电振荡器代替电子振荡器来作为本振源,并基于上述理论模型分析 了该种接收机较传统电子式接收 机在相噪指标上的优越性。让10 GHz载波信号分别通过电、光两种接 收机,对比输出信号的相噪情况,实验结果表明:通 过传统电子接收机接收后,载波信号相噪在1kHz频偏增加了30 dB; 而对于本文所提新型光子式接收机,载波信号相噪在 1kHz频偏仅增加10 dB,说明了该种新型接收机在集成了微波光子链 路与光电振荡器两种新型光子技术后,相噪指标得到了显著提高。
2019, 30(4):365-375.
摘要:提出一种超周期全介质光栅结构,该类结构在单 个周期内具有多个不同宽度亚单 元光栅条,基于优化超周期单元结构的占空比、高度以及光栅条宽度等几何参数,实现太赫 兹波段(1.2 THz)宽带完美反射特性 。利用S-参数反演算法,有效提取亚波长超周期 全介质光栅结构的等效参数,包括等效折射率、等效介电常数、等效磁导率以及等效阻抗。 分析超周期光栅结构等效参数,结合完美反射条件,证实该类光栅结构的宽带完美反射特性 。 基于矢量全波计算方法,数值模拟超周期光栅结构的电磁场分布,揭示其宽带太赫兹波完美 反射Mie氏谐振特性和电磁耦合 特性。
2019, 30(4):376-381.
摘要:采用电子束沉积技术在石英玻璃、硅片基板上沉积了TiO2薄膜,利用热蒸发技术在TiO2薄膜表面沉积了不同厚度的Ag膜,研究了Ag膜厚度对TiO2薄膜结构、形貌、光学和光催化 性能的影响。利 用紫外-可见分光光度计(UV-VIS)、X射线衍射仪(XRD)、冷场发射电子显微镜(SEM)对沉积 后的薄膜分别 进行光学、结构、形貌分析。利用能谱仪测定了元素成分及含量。用光催化降解亚甲基橙(M O)的速率评 价了合成的Ag-TiO2的光催化性能。结果表明:Ag纳米粒子在TiO2表面均匀分布;制备 的Ag修饰多孔TiO2纳米薄膜具有优异的光催化性能。测试结果表明:在250 ℃下制备的T iO2薄膜为无定形结构;随着Ag膜厚度 的增加,样品的光催化活性提高。当Ag膜厚度为3.7 nm时,光催化活 性最高;与纯TiO2相比,Ag-TiO2具有更高的光催化活性。
2019, 30(4):382-388.
摘要:为了更好实现在不同背景光和大气湍流条件下的 深空光通信,研究对比两种深空信道的接收方案模 型。方案一为传统的接收方案,直接将光子探测器阵列放在天线的焦平面处,并在其前面加 上小孔光阑, 方案二为改进后的接收方案,将小孔光阑放置在焦平面处,光信号通过光阑后再经准直镜到 达探测器阵列 上。本文首先建立起大气湍流模型和背景光模型分析其对于接收端的影响,然后对所加的小 孔光阑的孔径 大小进行优化,最后在最佳孔径下对比两种接收方案的性能。仿真结果表明,在不同湍流和 不同背景光时 对应的最佳孔径都不一致,可以为后续设计地面接收系统提供一定的参考。而方案二比方案 一在不同背景 和大气湍流条件下性能也均有所提升,尤其在较强背景和大气湍流时方案二性能提升更加明 显。
2019, 30(4):389-394.
摘要:物联网、虚拟现实及人工智能等技术的发展加大 了对光纤接入无源光网络带宽的需求,其中调制器 成为制约无源光网络带宽的关键因素。结合了直接调制激光器和外调制器各自优势的啁啾管 理激光器以产 生结构简单、便于集成等特点受到了广泛关注。采用耦合速率方程理论研究了啁啾管理激光 器的动力学特 性,分析了40 Gbit/s啁啾管理调制格式的产生原理及时频域特性, 并在高速无色散补偿接入网中与由外调 制器产生的40 Gbit/s非归零调制格式进行了性能对比。结果表明 ,带宽为48.5 GHz的40 Gbit/s啁啾管理调 制格式在1dB灵敏度代价下所对应的色散容限为215 ps/nm,与非归 零调制格式相比其无色散补偿传输距离 增加了1.6倍,表现出了强的抗色散能力,在高速接入网中也体现了 较高的应用价值。相关结果可为实际系统设计提供理论参考。
2019, 30(4):395-401.
摘要:导光板在加工、运输等生产过程,不可避免地会出 现各种缺陷,特别是轻微线刮伤,利用现有算法 无法准确提取缺陷区域。本文在分析导光板轻微线刮伤产生原因、成像特征的基础上,提出 了一种基于多 方向Gabor滤波和亚像素分析的导光板轻微线刮伤检测方法。首先,为了突出缺陷区域,设 计了一个多方 向的Gabor滤波器;进而,利用亚像素图像分析方法,准确将疑似缺陷区域从背景图中分割 出来;最后, 分析区域形状特征,准确提取轻微线刮伤缺陷。实验结果表明,该算法的运行效率和准确率 高,稳定性、鲁棒性强,能够有效检测轻微线刮伤。
2019, 30(4):402-406.
摘要:血红蛋白浓度作为衡量皮瓣移植手术部位恢复状 况的重要指标,能较好地反映血液流通状态。目前 常见的术后血运监测方法限于对皮肤温度、颜色和肿胀程度等物理观察和经验诊断,或仅通 过血氧饱和度 粗略判断,未见对血红蛋白浓度的实时监测。本文设计并搭建了一种用于检测皮瓣移植术后 血红蛋白浓度 的多方位反射式无创测试系统,通过对样本数据的采集分析引入修正系数,实现了血红蛋白 浓度的无创检 测。实验结果表明,6名志愿者连续10次测量结果的标准偏差较小; 40组测量值与真值的相关性良好;皮 肤加热后采集的血红蛋白浓度对温度变化灵敏,说明系统具有较好的稳定性、精确性和有效 性。项目组将 与河南大学淮河医院合作,对皮瓣移植术后患者的血红蛋白浓度进行临床检测,进一步校准 数据并研发小 型化便携式测量仪器,为术后护理提供更加可靠的依据。
2019, 30(4):407-414.
摘要:基于深度学习的目标检测算法是目前目标检测领域 最流行的算法,但是由于硬件条件的限制,算法输入图像的尺寸受到限制。对于大尺寸的航 拍图像,通常先采用滑窗法提取区域,再对提取的 区域进行检测,极大地降低了算法的检测速度。针对这一问题,本文根据航拍图像中人造物 体含有 大量边缘的特点,提出了一种基于深度学习的梯度聚类目标检测算 法,并阐述了其模型结构与工作原理,然后通过151张航拍图像数据 集测试,对比评估了梯度聚类 SSD方法与滑窗SSD方法在航拍图像检测上的检测精度和检测速度。结果表明:梯度聚类SSD 方 法的FPS(Frames Per Second)为0.499,SPF(Seconds Per Frame )为2.00,mAP(mean Average Precision) 为46.93,相比滑窗SSD方法,在损失11.72%的 检测精度的条件下,FPS提高了64.69%(SPF提高了40.40%),验证了所提出算法的有效性。
2019, 30(4):415-419.
摘要:黑体空腔的有效光谱发射率高精度评价是制约辐 射测温及光学辐射测量标准性能提升的瓶颈。本文 基于热腔反射法,建立了一种高精度测量黑体空腔有效光谱发射率的实验系统。通过比较测 量标准样品和 黑体空腔对双温光阑的光谱辐射亮度的反射,高精度获取黑体空腔的反射率,进而基于Kirc hhoff定律获 得发射率。利用该系统对于温度范围在30 ℃~80 ℃之间空腔的法向有效发射率开展了实验研究,结果表明 空腔法向发射率优于0.999,测量结果的统计 标准偏差优于0.016%。实验结果与Monte Carlo模拟结果的一致性优 于0.04%,验证了测量系统的可靠性。
2019, 30(4):420-427.
摘要:为减少HEVC屏幕内容编码的编码时间,提高编码 效率,本文提出了一种基于决策树的HEVC屏幕内容帧内编码快速 CU划分和简单PU模式选择的算法。对视频序列特性分析,提取有效的特征值,生成决策树模 型。使用方差、梯度信息熵和 像素种类数用于生成CU划分决策树,使用平均非零梯度、像素信息熵等用于生成PU模式分类 决策树。在一定深度的决策 树模型中,通过对相应深度的CU的特征值的计算快速决策当前CU的划分与PU模式的类型。这 种利用决策树做判决的算法 通过减少CU深度和PU的模式遍历而降低编码复杂度,达到快速帧内编码的效果。实验结果表 明,与HEVC屏幕内容的标 准算法相比,该算法在峰值信噪比(PSNR)平均下降0. 05 dB和码率 平均增加1.15%的情况下,能平均减少30.81% 的编码时间。
2019, 30(4):428-433.
摘要:针对目标跟踪中的旋转、快速运动、遮挡等问题 。提出了结合注意力机制的核相关滤波跟踪方法。该方法利用卷积 神经网络提取卷积特征;利用两个样本的相似度矩阵计算注意力权值,并结合注意力权值和 核相关滤波器;使用两个分类 器分别检测目标和背景,并依据两个分类器的响应值实现模型的自适应更新。选取公开数据 集上具有复杂场景的视频序列 进行测试,并与多种跟踪算法在跟踪精确度和成功率上进行定量分析,该算法与原核相关滤 波算法相比,精确度和成功率 分别提高了18.9%、58.7%。实验结果表明,添 加了注意力机制和自适应更新的核相关滤波,较好的解决了遮挡、旋转等 问题,相比其他算法具有更好的鲁棒性和适应性。
2019, 30(4):434-441.
摘要:中心投影类算法需对所得闭曲线参数化,这种参数化一方面增加了计算量, 另一方面参数化的精 度影响特征的提取效果。为此,本文提出一种无参数化的中心投影描绘子,其实质相当于将 目标利用中心投影变 换转化为闭曲线,然后将闭曲线所围区域进行白化变换。这种白化变换消除了仿射变换中的 斜切,将仿射变换转 化为仅有旋转和伸缩,最后利用Fourier描绘子提取不变特征。与现有算法不同处在于,这 里的白化变换以公式形 式给出,无需参数化。实验表明,所提描绘子的识别率接近100%,并且在抗噪性能上优于MS A和AMIs算法。
2019, 30(4):442-450.
摘要:稀疏表示的分块处理破环了图像的连续性,导致 多聚焦融合图像的清晰测度信息严重丢失。针对上述 问题,提出了卷积稀疏表示和邻域特征结合的多聚焦图像融合算法。该算法将非下采样轮廓 波变换(NSCT)域低频子图通过高斯滤波分解 成基础层和细节层,然后选用交替方向乘子算法(ADMM)求解稀疏系数,完成细节层特征响 应系数的融合。同时, 根据聚焦程度测量函数设计了合理的邻域特征,完成了NSCT域高频子图的融合。实验结果表 明:该算法边缘信息 传递因子(QAB/F)指标略低于对比算法, 但空间频率(SF)、平均梯度(AG)、清晰度(SP)以及视觉信息保 真度(VIFF)指标相比于对比算法分别提高了约16.31% 、41.87%、19.2%以及12.07%,有效地提取了源图像更深 层次的清晰测度信息,克服了稀疏表示的块效应缺陷。