2020, 31(5):453-459.
摘要:基于不同材料和尺寸的三光栅级联顶层结构设计 了一种太阳能超宽带吸收器。采用时域有限差分法FDTD数值 模拟了铬膜厚度、缓冲层折射率和厚度、吸收器单元周期及三光栅宽度比和高度比等结构设 计参数对共振吸收光谱带宽 和吸收率的影响规律。同时借助选取波长下的电磁场分布规律、结合局域表面等离子体共振 探究了宽光谱、高吸收率产 生的物理机制。仿真结果表明,材料和结构参数不同的三个单光栅级联可明显拓宽入射光的 吸收光谱带宽;优化吸收器 结构设计参数后,获得了横跨部分紫外光、全部可见光和部分红外波段的宽频带,高达2.2 μm的吸收谱宽,近1μm红外频 段的吸收率可达完美吸收;并且吸收器在较宽的入射角范围内依然能保持良好的吸收性能和 极化的敏感特性。本文所设 计的吸收器结构简单,尺寸小,易与芯片集成,可在光伏发电、太阳能热处理和光探测等方 面均具有潜在的应用前景。
吴亚杰 , 徐伟 , 杨帆 , 石嘉 , 徐德刚 , 郭翠娟 , 刘铁根 , 姚建铨
2020, 31(5):460-467.
摘要:本文报道了一种基于光纤激光器内腔调制的温度传感系统。将基于单模-保偏-单模(SPS)的光纤Sagnac干涉结构作为滤波和温度传感器件插入光纤激光器内腔中,采用激光器 内腔调制技术实现了高分辨率的温度测量。传感系统的输出信噪比(SNR)可 达到59dB,半 高宽(FWHM)小于40 pm,在40 ℃温度范围内的灵敏度为0.641 mW/℃,温度分辨率 达到了1.56×10-6 ℃。传感系统具有结构简单、输出稳定的 特点,有望应用于工业生产、环境监测、海洋科学研究等领域。
2020, 31(5):475-479.
摘要:本文采用热蒸发法制备了沉积在硅片上的200nm 氧化钼(MoO3)的太赫兹调制薄膜。 在室温条件下,通过傅里叶光谱仪和太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)技术,研究了MoO3薄膜在不同激励光功率下的太赫兹传输特性。提出了薄膜重要光学参数的提取模型,利用透 射式太赫兹时域光谱技术测量了薄膜的时域信号,分别计算了太赫兹波在薄膜中的透过率及 调制效率及薄膜的复介电常数变化。结果表明,在980 nm激光器条件 下,随着激光器功率 的提高,MoO3薄膜的太赫兹调制深度逐渐增加。在激光功率为266 mW时,在0.26 THz处 透过率达到最低为61%,调制效率(Modulation factor)达到最高为10%。通过分析MoO3薄膜 的复介电常数及载流子密度变化,得出了激发生成的载流子浓度的提高导致介电常数的改变 , 增强了薄膜的导电性,从而减低了太赫兹波在薄膜中的透过率的结论。为MoO3薄膜应用在 太赫兹波段调制领域提供了实验数据。
张宗华 , 温豪 , 张禹茁 , 孙亚琴 , 张昂 , 孟召宗 , 肖艳军 , 高楠
2020, 31(5):480-487.
摘要:本文通过对多光通道结构光三维测量系统误差分 析发现,相机采集光强受通道间串扰以及投影、采 集图像器件非线性响应等误差影响。在分析串扰和非线性误差影响投影和采集光强的基础上 ,提出了针对 相机采集光强进行系统误差补偿的数学模型。投影0-255灰度图像到 白色平板并由相机采集,计算得到系 统内各光通道的非线性响应参数,以及投影纯色彩色条纹到白色平板计算得到各通道间串扰 系数,通过构 建的误差模型,同时补偿了非线性和串扰误差。实验结果表 明,经过误差模型修正后,展开 相位差从1.044 rad 降到0.121 rad,测量误差从0.707 mm减少到0.058 mm。本文提出的补偿模型从系统误差分析出发,可对串 扰和非线性误差同时测量与补偿,有效提高了多光通道结构光三维测量系统的测量精度。
2020, 31(5):488-493.
摘要:针对传统视觉无法提取高频率振动信号的问题, 提出了采用高速视觉的方法。首先, 对高速相机拍摄的原始图像进行去噪和二值化预处理;然后,通过采用选取较大周围圆半径 和减小候选点数目的方法快速提取特征点;最后,提取特征点的位移量并进行频谱分析即可 得到振动频率。以钢锯条悬臂梁为实验对象分析其振动频率,实验结果表明提出的方法在保 证实时性的前提下与理论计算结果基本一致,证明了基于高速视觉的振动频率测量方法是可 行的,具有一定的理论意义和实用价值。
2020, 31(5):494-499.
摘要:ZnO/GaN异质结由于错配度小,化学稳定性好, 具有优良的光学、压电和热电效应等 优点,是下一代电子器件的理想材料。但是ZnO/GaN异质结的带隙宽度较宽制约了ZnO/GaN的 应用。为了减小ZnO/GaN异质结的带隙宽度,提高对可见光的吸收,采用第一性原理研究了C u掺杂对ZnO/GaN异质结稳定性、带隙和光学性质的影响。研究结果表明:Cu掺杂ZnO/GaN异 质结的结合能是负值,因此结构稳定,但是Cu位于界面处的结合能要比基体内的小,因此更 容易在界面处形成。Cu置换Ga能够明显的减小带隙的宽度,且在带隙中引入了Cu-3d杂质态 ,有利于可见光的吸收,但是置换Zn后不是很明显。Cu掺杂ZnO/GaN后引起吸收系数产生红 移,且Cu置换Ga后吸收系数在3.2 eV附近处产生明显的吸收峰55377 cm-1。Cu掺杂也使得复 介电常数虚部以及折射率虚部产生红移,说明掺杂有利于可见光的吸收。虽然Cu置换Ga后反 射率有了较大的提升,但是总体仍然维持在较低的水平,因此反射率较低。
2020, 31(5):500-508.
摘要:传统的行人再识别方法通常使用手工设计的视觉 特征来描述行人图像。然而,仅用单 个类型的视觉特征很难全面表征行人图像信息,导致识别性能达不到满意效果。提出一种利 用典型相关分析对不同类型特征融合的行人再识别方法。该方法首先分别对两种不同类型的 行人视觉特征进行典型相关分析,以获得两组不同特征之间的最大相关子空间。然后,分别 使用连接融合和相加融合两种策略对两种变换后的特征进行融合,使用融合后的特征用于行 人再识别。实验结果表明,相比单个类型的行人图像特征和简单的多特征连接方法,提出的 特征融合方法在保持特征维度较低的同时,能获得更好的识别率。
2020, 31(5):509-518.
摘要:针对马赫-曾德尔光纤周界系统振动信号扰动信 息提取及识别中的问题,提出了一种 基于局部特征尺度分解(LCD)和改进概率神经网络(PNN)的识别方法。首先,采用LCD将振动 信号分解成一系列内禀尺度分量(ISC),再将分解得到的ISC分量每连续3阶一组进行独立成 分分析(ICA),提取扰动信息。其次,提取振动信号的峭度、排列熵、瞬时幅度标准差和瞬 时频率标准差构造具有准确描述能力的特征向量。最后,采用经模糊C均值聚类(FCM)优化后 的PNN对振动信号进行识别分类。利用六种振动信号实验数据进行验证。结果表明,该方法 能够高效准确的识别六种振动信号,平均识别率达到97.17%,识别时 间为0.78 s。该方法在 有效信息提取和振动信号识别方面明显优于传统的LCD算法和PNN算法,具有实际应用价值。
2020, 31(5):519-530.
摘要:多媒体技术的飞速发展推动了图像处理与显示设备 的应用与发展,为了使图像在不同的设备上进行最佳显示,需要对图像的尺寸进行调整。因 此,本文提出一种基于深层特征学习的可压缩感知及接缝雕刻的图像重定向方法。首先从预 先训练的VGG-19网络中提取输入图像的深度特征图,从最深层开始 计算特征图像的可压缩率,根据计算的可压缩率运用接缝雕刻的方法在特征域(Feature fie lds Seam Carving,FSC)调整特征图的大小,然后依次向较浅的层传播,得到所有特征层的 重定向图像后,将输入图像对应于第一层特征图的去缝的位置处的像素去掉,得到原始图像 的重定向图像。若没有达到目标图像的大小,最后再进行均匀缩放(scaling,SCL)。在Retar getMe数据集上分别进行主观与客观评估,结果表明,与其他方法相比,本文的重定向方法 总体上实现了更好的性能。
2020, 31(5):531-538.
摘要:点云边界提取是点云三维重建中极其关键的一步, 现有的边界提取算法大多采用一种 判别准则进行边界点提取,导致提取的效率低或者提取效果不理想。针对上述问题,本文提 出一种快速精确的点云边界提取算法,其包括粗提取与精提取两个步骤。粗提取中对任意点 ,利用Kdtree搜索其近邻点,对该点与其近邻点构成的单位法向量进行叠加,依据叠加后 向量的模长与近邻数的比值粗提取出边界点;精提取中对于粗提取出的边界点,搜索其近邻 点并依据近邻点拟合成平面,再将近邻点投影到该平面上,根据判断点的投影点与近邻点的 投影点连线间的最大夹角精确提取出边界点。使用地面与机载两类不同的点云数据验证本算 法,实验结果表明:本算法均可以准确提取出这两种点云的边界点,同时在提取机载点云边 界上效率提高了6.8倍,在地面点云中提高了2倍。本文算法可用于快 速提取边界点,有利用后续点云重建。
2020, 31(5):539-548.
摘要:为了提高现有可逆图像水印算法的视觉质量和嵌入 率,提出了一种结合二次差值扩展 和插值扩展的可逆图像水印算法。首先去除原始图像中的0和255像素 点;然后对去除0和255 像素点后构成的新图像进行互不重叠块划分并对划分出的每个图像块进行插值扩展;接着将 前一半置乱后的水印信息利用一次差值扩展嵌入到经插值扩展生成的图像块中;最后利用二 次差值扩展将剩余的一半水印信息嵌入到之前生成的水印图像中,去除扩展的像素点和并上 之前已去除的0和255像素点,以此生成最终的水印图像。实验结果表 明该算法不仅嵌入率高 ,而且有较高的视觉质量(平均PSNR值高达77.91 dB),能实现原始图像的完全恢复。和 其它基于差值扩展的可逆图像水印算法相比具有一定的优势,无需考虑嵌入区域的平滑度。
2020, 31(5):549-555.
摘要:数字全息显微再现像是物体经过显微物镜之后放 大像的再现,因此,再现像和放大像 的纵向尺寸易被混淆,认为再现像与放大像的纵向尺寸相等。为了辨识再现像的纵向尺寸, 本文分析了数字全息显微再现像的横纵向尺寸与放大倍数的关系。首先根据光学衍射理论, 对再现像的横向尺寸与放大倍数的关系和纵向尺寸与放大倍数的关系进行了理论分析,得到 了数字全息显微再现像的横向尺寸与放大像相同,都被放大Mβ倍,而再现 像的纵向尺寸未 被放大。其次,以测量石英玻璃上刻蚀的圆孔为样本,调整样本与显微物镜的距离,以M β1= 20.29 ,Mβ2= 17.51 和Mβ3= 15.3 三种横向放大倍数进行了数字全息显微实验。 实验结果表明,三个再现像的纵向尺寸近似为570nm, 与被测物纵向尺寸相等,未受放大倍数的影 响。并且相应再现像和放大像的横向尺寸近似相等,最大差值约为0.58 μm。因此,本文从 理论和实验两方面证明了再现像的横向尺寸被放大了Mβ,而再现像的纵向 尺寸等于被测物 的纵向尺寸,不受放大倍数的影响,且可由被测物引入的光程差计算得到。本文的分析对比 为准确计算数字全息显微再现像的横纵向尺寸提供技术 支撑。
2020, 31(5):556-562.
摘要:调光控制可以实现发光二极管(LED)亮度的变 化,满足用户的各种照明需求。可见 光通信(VLC)是基于LED照明基础上发展而来的一种通信技术,兼备照明和通信的双重功能 ,因此,调光控制在VLC领域值得深入研究。本文提出一种全新的兼容调光控制的VLC系统, 该系统将可变单载波开关键控(VOOK)和多载波混合非对称剪裁正交频分复用(HACO-OFDM )融合传输,实现LED调光和高效数据传输的双重功能。同时,针对混合信号引入时间选择 性偏置,保证混合信号工作在LED的线性区间,消除非线性失真的影响。更为重要的,引入 的时间选择性偏置不会干扰VOOK和HACO-OFDM信号的传输,在接收端,两种信号可以独立地 完成检测,不会影响彼此的传输性能,系统误码率不会变差。并且整个系统添加的部分模块 未对系统复杂度带来较大的影响。仿真结果验证了提出方案的有效性。