2021, 32(10):1023-1029.
摘要:针对照明系统中对人体检测的需求,提出了基于 改进YOLOv3的嵌入式机器视觉系统实 现人体检测与定位。通过红外摄像头采集红外人体图像制作数据集;对YOLOv3进行改进并训 练得到轻量化的人体检测模型,通过网格图方法由人体矩形框坐标得到人体的空间坐标。改 进的YOLOv3人体检测模型的准确率提升了3.26%,参数量减少了96.01%、计算量减少了91.04%和模型体积减少了96.00%,经过模型转换后部署在带有神经网络处 理器的K210嵌入式平台 上,实现准确的人体检测和定位。在实际照明环境中对系统进行测试,系统的检测速度达到 每秒16帧并取得了好的检测效果。实验结果表明,本文提出的人体检测和定位方法可以在嵌 入式平台上实现且具有好的性能。
孟佳欣 , 赵峰 , 魏怡 , 刘君 , 姜长鹏 , 王凡允
2021, 32(10):1030-1038.
摘要:非对称单边带矢量毫米波可以有效节省频谱带宽, 非均匀调制通过优化星座间的欧氏距离、能够有效克服信道的非线性效应,从而提高传输系 统的信噪比。提出了一种采用非均匀调制产生非对称单边带矢量毫米波信号的方案,在VPI 和MATLAB环境下,使用广义成对优化算法对基于I/Q调制器产生W波段矢量毫米波信号开展了 几何整形理论分析和仿真验证。在高斯信道条件下,首先仿真分析了非均匀几何整形星座相 比于传统均匀星座带来的互信息增益,然后比较研究了背靠背(back-to-back,BTB)传输和 光纤远距离传输情况下系统采用8PSK非均匀调制格式带来的整形增益。结果表明:在BTB传 输和光纤远距离传输系统中,几何整形后的信号的误码率性能总是优于未整形的信号,光功 率至少提升了0.5 dBm。
张平慧 , 胡淼 , 许蒙蒙 , 应娜 , 贺文迪 , 金益文 , 赵喻晓 , 周雪芳 , 杨国伟 , 毕美华 , 李齐良
2021, 32(10):1039-1045.
摘要:提出了一种基于卷积神经网络技术的非多普勒激光雷达测风系统。该系统利用半导体感光元 件(charge coupled device, CCD) 拍摄气溶胶颗粒物的激光雷达后向散射图,针对不同风速气溶胶颗粒物的运动轨迹特征,实 现定量的风速测量。卷积神经网络对经过图像预处理的气溶胶颗粒物运动轨迹图,进行特征 提取并生成风速测量模型,第100次训练样本和验证样本的准确率分 别为0.92。利 用生成的风速测量模型对测试样本进行实验,准确率达到0.84。这种 低成本、操作简便的非 多普勒激光雷达测风系统,能够解决当前多普勒频移测风激光雷达成本高的痛点,具有很强 的现实意义。
2021, 32(10):1046-1054.
摘要:作为物理对象在三维空间的有效表示方法,三维彩 色点云可以提供丰富的沉浸式视觉体验,但在其获取、处理、编码传输等各环节会引入失真 ,从而导致其视觉质量下降。因此,如何监测彩色点云的视觉质量是一个亟待解决的重要问 题。本文将三维彩色点云投影到二维平面,提出了一种基于全局与局部感知特征的彩色点云 视觉质量评价方法。首先,将三维彩色点云转化为彩色纹理投影图与几何投影图。然后,根 据三维彩色点云的纹理与几何失真在其投影图中的不同表象,分别描述并提取其失真特征; 其中,在彩色纹理投影图中提取全局颜色与局部纹理特征,在几何投影图中提取全局与局部 几何特征。最后,将所有全局和局部感知特征构成最终的特征向量预测彩色点云的视觉质量 。在两个主观评价数据库(SJTU-PCQA、CPCD2.0)进行测试的实验结 果表明,所提出方法在性能上优于13个现有代表性视觉质量评价方法 ,与主观感知质量有更好的一致性。
丰明坤 , 孙丽慧 , 葛丁飞 , 翟治年 , 王海江 , 彭艳斌
2021, 32(10):1055-1064.
摘要:针对现有图像质量评价方法的缺陷,通过深度学 习理论建模人眼视觉系统(human v ision system,HVS)特性,提出了一种基于视觉特征深度感知与学习融合(deeply percep tion and learning for pooling,DPLP)的评价方法。首先为了增加图像视觉特征的稳定 性,根据人眼感光的空域结构特征和频域多通道特性,对图像依次进行二维Log-Gabor小波 变换、梯度变换和频谱残余的深度视觉信息处理,然后分别提取各层视觉信息进行质量评价 。其次为了克服HVS融合的不确定性,对质量评价信息采取了深度池化策略,第一层为评价 视图的空域融合,采取了符合人眼感光特性的高斯加权策略;第二层为多通道评价的频域融 合,采取了具有HVS推理能力的BP神经网络的学习-预测策略;第三层为各级视觉特征的评 价 融合,采取了具有自适应特性的回归函数策略。最后,基于现实中的各种失真类型图像进行 了实验,结果表明所提方法具有较高的主客观评价一致性水平和更好的稳定性。
2021, 32(10):1065-1073.
摘要:针对传统SLIC(simple linear iterative clus tering)超像素分割算法没有综合考 虑图像的纹理信息特征,导致对边缘信息较强和纹理复杂的图像进行超像素分割时,出现边 缘检测不灵敏,分割效果不理想的问题。提出了把原图像先经过噪声抑制提取出纹理特征分 量,构建以颜色特性、纹理特征和空间位置特征相融合的相似性度量方法。改进后的方法提 高了边缘检测的灵敏度,增强了算法在对边缘信息较强和纹理复杂图像进行分割时的鲁棒性 。另外,提出利用螺旋线状的搜索方式进行聚类,加速了算法的收敛速度,提高了分割效率 。改进后的方法在BSDS500公共数据集上进行了实验,结果显示改进后的方法在边缘召回率 、欠分割错误率、可完成的分割精度以及算法运行时间四项指标上优于传统算法。
2021, 32(10):1074-1082.
摘要:白细胞分割是医学图像处理领域的一项富有挑战 性的任务,针对目前白细胞分割存在 的准确度不高、粘连情况不易分割等问题,将图像的分割转化为区域节点的分类问题,提出 基于图卷积神经网络的白细胞分割算法。首先将训练图像经超像素分割得到若干超像素区域 ,把每个超像素区域作为图的一个节点,并充分利用超像素区域的彩色特征以及空间邻域关 系构造稀疏加权图来训练图卷积网络,然后利用训练好的网络对测试图像进行白细胞核、质 、背景的三域一次性分类。实验数据表明,本文算法对不同类白细胞均具有较好的分割效果 。
2021, 32(10):1083-1091.
摘要:提出了一种基于希尔伯特边际谱和极限学习机相 结合的癫痫脑电信号分类方法。 首先将脑电信号进行经验模态分解,对前5个本征模态函数进行希尔伯特变换,得到其希尔 伯特边际谱;然后将希尔伯特边际谱的Shannon熵、Renyi熵和Tsallis熵,以及5个不同频段 节律信号的能量作为有效特征输入极限学习机进行分类。实验结果表明,本文方法对癫痫信 号的分类准确率达到了99.8%,相比其它分类方法具有更高的检测精 度和运算速度,对癫痫发作的实时检测具有潜在的应用价值。
2021, 32(10):1092-1098.
摘要:研制了一种等强度悬臂梁结构的光纤Bragg光栅 称重传感器。为了确定其称量结果的 可靠性,通过分析载荷信息传递过程与光栅敏感元件的感知原理,推演传感器设计的理论依 据,设计了采用标准质量块进行标定的静态载荷实验装置,通过MATLAB实现静态传感数据分 析,并分析标定过程中存在的不确定因素进而确定了传感器的不确定度指标。实验表明:所 研制的光纤Bragg光栅等强度悬臂梁型称重传感器的灵敏度为0.006 nm/N,非线性误差为4. 93%,重复性误差为2.59%,迟滞误差为3. 21%FS,称重传感器的测量不确定度为0.409 N。 设计的光纤Bragg光栅等强度悬臂梁型称重传感器静态特性良好,在它量程范围内测量不确 定度对结果的影响较小,满足性能要求,标定方法有效提高了标定效率和精度,为其他类型 传感器综合性能定量分析提供了思路与工程实践。
2021, 32(10):1099-1104.
摘要:现有输电线路行波故障测距方法由于受行波波速 的不确定性以及输电线路弧垂的影响 ,容易出现较大的定位误差。为此,提出了一种无需波速和线路长度整定的线路故障行波定 位方法。利用线路两端的行波信号检测装置记录故障电压行波波头到达时间,同时根据电压 行波折反射过程中的传播路径列出关于距离、速度和时间的方程组,经过数学变换可以消去 线路弧垂的影响,并在线路上实时在线测量行波速度。用PSCAD软件对双端结构的输电线路 进行了仿真,实验结果表明该方法具有好的适应性,在实际测距中对线路电气参数依赖性低 ,不受故障类型,故障位置和过渡电阻等因素的影响,定位误差较小,原理简单,具有较高 的准确性和良好的适用性。
2021, 32(10):1105-1110.
摘要:光子晶体波导具有传输速率大、损耗率低、稳定 性好等特点,在光集成、光信息传输 等领域具有十分广阔的应用前景。然而作为亚波长波导,由于存在衍射极限,光子晶体波导 的出射光会发散到各个方向,影响出射光集束。为解决光子晶体波导出射端光场控制问题, 提出了一种新型的二维正方晶格光子晶体出射光集束的结构。该结构通过在波导出射端表面 引入锯齿口结构和多支路通道,大幅度提升了出射光的辐射距离。利用时域有限差分法分析 结果表明,具有3个锯齿口和2条支路的正方晶格光子晶体能够实现最佳的出射光集束,辐射 距离高达200 μm,该辐射距离约为单波导出射端结构的25倍, 且该结构在200 μm处的辐射效率可达53%。
2021, 32(10):1111-1118.
摘要:Lau效应是非相干光照明下双光栅干涉形成的光 学自成像现象。本文从描述光场传输 的波方程出发,基于空间-时间对偶性,建立了时域光学系统脉冲响应函数与ABCD矩阵之间 关系,在此基础上设计基于时域非相干光源光场强度关联的二阶Lau成像方案,最后得到描 述二阶时域Lau效应的强度涨落关联表达式和周期性光脉冲的再现与介质的群延迟色散(GDD)参量 之间的关系,并分析再现的周期性光脉冲的分布规律。结果一方面表明周期性时域脉冲的非 局域叠加再现源于关联光脉冲之间的联合色散,另一方面表明当两个时域光栅之间色散介质 的群延迟色散参量等于Talbot群延迟色散参量的整数倍时,可获得周期性光脉冲成像。当两 个时域光栅之间色散介质的群延迟色散参量等于二分之一Talbot群延迟色散参量的奇数倍时 ,可实现周期性光脉冲的重现但有半个周期的平移。该结果有助于促进光场强度关联在时域 光学中的应用特别是周期性光脉冲在色散介质中的遥感传输。
2021, 32(10):1119-1123.
摘要:利用溶胶-凝胶法(sol-gel)在玻璃和硅衬底上 生长了B掺杂量分别为0at%、0.5 at% 、1.0 at%、2.0 at%、3.0 at%、4.0 at%的ZnO薄膜。采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显 微镜(scanning electron microscope,SEM)、紫外-可见(ultraviolet-visible, UV-Vis)分光光度计等测试手段对薄膜的结构、形貌和光学性能进 行 了表征。结果表明:所制备的样品在2θ=34.4°左右出现了ZnO晶体的(002)衍射峰,说明制 得的样品具有六方纤锌矿结构。并且(002)衍射峰的半高宽先变小后变大,这说明衍射峰的 强度是先加强后减弱,证明其晶粒尺寸是先增大后减小。当B掺杂量为3.0 at%时,样品沿(002)方向择优取向生长最为明显,薄膜上的晶粒生长均匀、致密。B掺氧化锌(BZO)薄膜在可 见光区的透过率随B3+的掺杂量的增加先增加后减小,并出现轻微蓝移的现象。当掺 入B3+的 量为3.0 at%时,薄膜结晶质量最好,表面最为均匀、致密,透过率 达到90%。
2021, 32(10):1124-1128.
摘要:通过溶液燃烧法以La(NO3)3·6H2O,Dy(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O 及C2H5NO2为原材料制备纳 米粉体La1-xDyxAlO3(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可 见漫反射光谱和荧光光谱研究晶体结构、形貌、发光强度等内容,结果表明,通过溶液燃烧 法在800 ℃下 煅烧4h,Dy3+离子进入到LaAlO3晶格中,荧光光谱分析结果表明La1-xDyxAlO3粉体在370nm的激发波长 下,发光主峰位于423 nm处,在掺杂比例为0.03时发光强度最高,其禁带宽度5.54 eV与理论值5.6 eV相近。
2021, 32(10):1129-1134.
摘要:针对光纤光栅型光纤激光器有源温度传感技术只能 进行较低温度以及较小范围温度测量的问题,提出一种飞秒写光纤光栅型光纤激光器高温传 感测量系统。将飞秒写光纤光栅嵌入到光纤环形腔结构中,同时作为温度敏感元件和激光波 长反馈器件,设计搭建了飞秒写光纤光栅型激光器光路。此光路系统输出光信号带宽为3.45 GHz峰值强度为31.94 dBm,2h内连续光谱检 测最大波长漂移为3.25 pm,可视为无跳模现象,实现了高达60 dB的高信噪比、窄线宽、高功率信号输出,同时输出光信号可线性表征 光纤光栅温度感应。实验结果表明此传感系统实现了50 ℃到1000 ℃大范围温度的线性传感检测,线性度可达0.997,波长-温度灵敏度为13.8 pm/℃。