• 2021年第32卷第12期文章目次
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    • >光电子器件和系统
    • 飞秒激光在单模光纤中直写折射率修饰区用于高温测量

      2021, 32(12):1247-1252.

      摘要 (186) HTML (0) PDF 1.06 M (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在工业生产与科学研究中,常会遇到高温测量,光 纤高温传感器有很大的市场需求。本文提出并演 示了一款新颖的迈克尔逊干涉仪高温传感器,迈克尔逊干涉仪是由飞秒激光在单模光纤纤芯 诱导的折射率 修饰区与光纤光滑的端面形成。折射率修饰区是用飞秒激光直接在单模光纤纤芯写成,它消 除了传统干涉 仪制造中所需的拼接或拉锥过程,显著提高了传感器的鲁棒性。实验研究发现该传感器具有 较好的高温敏 感性,最高测量温度达到600 ℃,线性度达99.57%,高温灵敏度为16.9 p m/℃。设计的传感器结构非常简单,可用于油气田开发和石油探测等领域的远距离温度测量。

    • 基于改进RANSAC算法的全景图像拼接技术

      2021, 32(12):1253-1261.

      摘要 (161) HTML (0) PDF 1.40 M (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:现实场景中相机获取的图像视角范围往往是有限的,而实际需求又要求得到场景的全 景图,针对日常生活和工业生产中对全景图像的需求以及传统的RANSAC(random sample consensus)算法在图像配准环节因为迭代次数没有上限导致出现误匹配点对且配准 速度不高的缺陷,提出了一种改进RANSAC算法来提高全景图像拼接的效率。改进RANSAC 算法通过检测圆内的点来寻找一个最优数据检测模型,并通过粒子群算法不断更新迭代圆心 的坐标,最终得到一个最佳的匹配模型,消除特征点匹配环节出现的异常值,在提高特征 点配准的准确率的同时降低算法复杂度。在对多组图像进行拼接的实验表明,本文提出的改 进RANSAC算法相较于其他几种算法平均正确匹配率提高了9.057%, 同时算法的平均配准速率提高了5.173 s,实 现了较鲁棒的全景图像拼接效果。

    • 干涉光谱重建中的相位误差检测方法对比研究

      2021, 32(12):1262-1270.

      摘要 (209) HTML (0) PDF 1.66 M (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:干涉条纹相位误差检测与校正是傅里叶变换光谱重建中的关键技术之一。本文对同步 法、傅里叶变换法和局部傅里叶变换法三种典型干涉条纹相位误差检测方法的效果进行了对 比研究。仿真及实际数据实验发现上述方法在处理缓变与快变的干涉条纹相位误差及干涉条 纹有噪声时存在很大差异:同步法适宜于处理相位误差缓变的干涉条纹,而傅里叶变换法和 加窗傅里叶变换法适用于处理相位误差快变的情况;傅里叶变换法在高信噪比情况下具有较 好的性能,加窗傅里叶变换法在低信噪比下具有较强的鲁棒性。

    • >图像与信息处理
    • 基于多尺度注意力特征融合CRNN的声音事件检测

      2021, 32(12):1271-1277.

      摘要 (517) HTML (0) PDF 902.86 K (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对声音事件检测中仅在时频维度使用注意力机制的局限性以及卷积层单一导致的 特征提取不足问题,本文提出基于多尺度注意力特征融合的卷积循环神经网络(convolutional recurrent neural network,CRNN)模型,以提高声音事件检测性能。首 先,提出多尺度注意力模块,实现对局部时频单元和全局通道特征的多尺度注意,提高模型 的特征选择能力;其次,提出一种多尺度特征融合方法,融合含有丰富上下文信息的多尺度 注意力特征,提高模型的特征表达能力;最后,双向门控循环网络层对时间依赖性进行建模 , 全连接层对声音事件进行逐帧分类。除此之外,使用数据平衡技术进一步泛化模型。在 AudioSet子数据集上的实验结果表明:提出的网络模型与CRNN相比,评估集(error rate, ER)下降 11%,F1分数 (F1-score, F1)提升8.3%,有效地提高了声音事件检测性能。

    • 基于改进YOLOv3的电容器外观缺陷检测

      2021, 32(12):1278-1284.

      摘要 (232) HTML (0) PDF 1.07 M (9) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对部署于有限算力平台的YOLOv3(you only look once v3)算法对电容器外观缺陷存在检测速度较慢的问题, 提出了基于 YOLOv3算法改进的轻量化算法MQYOLOv3。首先采用轻量化网络MobileNet v2作为特征提取模 块,通 过利用深度可分离式卷积替换一般卷积操作,使得模型的参数量大幅度降低进而提高模型的 检测速度,同 时也带来了检测精度的降低;然后在网络结构中嵌入空间金字塔池化结构实现局部特征与全 局特征的融合、 引入距离交并比(distance intersection over union, DIoU)损失函数优化交并比(intersection over union, IoU)损失函数以及使用Mish激活函数优化Leaky ReLU激活函数来提高模型的检 测精度。本文采用自制的电容器外观缺陷 数据集进行实验,轻量化MQYOLOv3算法的平均精度均值(mean average precision,mAP)为87.96%, 较优化前降低了1.16%,检测速度从1.5 FPS提升 到7.7 FPS 。实验表明,本文设计的轻量化MQYOLOv3算法在保证检测精度的同时,提高了检测速度。

    • 基于生成对抗网络的高光谱图像分类

      2021, 32(12):1285-1292.

      摘要 (366) HTML (0) PDF 971.88 K (11) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决简单卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)不能有效提取与充分利用高光谱图像特征信息的问题,提出了一种 基于残差网络的多层特征匹配生成对抗网络模型。提出的模型引入残差网络以挖掘高光谱图 像的深层特征,生成可分性更高的高光谱图像,并通过一个特征融合层进行特征融合,充分 利用网络的各层特征。提出的算法在Indian Pines、Pavia University和Salinas数据集 上的分类精度分别达到了97.6%,99.3%,99.1%,与径向基函数支持向量机(radial basis function-support vector machine, RBF-SVM)、堆叠自动编码器(stacked autoencoder, SAE)、深度置信网络(deep belief network, DBN)、PPF-CNN (CNN based on pixel-pair feature)、CNN和三维卷积网络 (three-dimensional convolutional neural network, 3D-CNN)方法相比较,其分类精度具有明显的提高。实验结果表明,提出的方法是一种有效 的高光谱图像分类方法。

    • 基于自适应免疫因子的模糊检务文字提取

      2021, 32(12):1293-1299.

      摘要 (129) HTML (0) PDF 1.56 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现准确、高效地从模糊的检务图像中提取文字目标,本文针对多种不同类型 的模糊检务图像,基于人工免疫原理,利用免疫因子的相关理念结合自适应滤波算法提出一 种自适应免疫算法。该算法首先通过动态地改变滤波窗口实现自适应滤波,达到兼顾保留文 字目标细节和滤除噪声的效果,再根据模糊类型的不同设计不同的免疫因子,从而实现最大 程度地保证提取文字目标的完整性、准确性。实验结果表明,本文算法在处理同种类型的模 糊图像时,相对于其他传统算法真阳率(true positive rate,TPR)有更明显地提高;且该 算法的假阳率(false positive rate,FPR)优于其他传统算法。通过各项评价指标的分析 ,表明本文算法在模糊检务图像文字提取方面具有可行性、准确性。

    • 基于显著性区域和蚁群算法的图像检索研究

      2021, 32(12):1300-1306.

      摘要 (150) HTML (0) PDF 1.19 M (4) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对提取到的图像特征受背景信息干扰,不能有针对性地提取到所需要的图像信息影 响检索精度。为了解决这一问题,本文提出一种基于改进VGGNet(visual geometry group network)和蚁群算法的图像显著性区 域检索算法。首先,利用类激活映射(class activation mapping, CMA)算法对图像显著性区域进行提取,剔除图像背景信息;然后使 用训练好的RS-VGG16模型提取图像显著性区域特征来表征图像。引入主成分分析(principal component analysis, PCA)算法,对高维特征 进行降维的同时减少特征信息的损失。最后,引入蚁群算法对检索结果进行优化。在corel_ 5000数据集上,选取基于VGG16网络的图像全局特征检索算法以及传统的BOF (bag of features)图像检索算法进 行对比试验。本文提出算法相较于基于VGG16网络的图像检索算法,平均查准率(mean average precision, MAP)值平均提升约4.36% ,相较于传统的BOF算法,MAP值平均提升约16.99%。实验结果表明本 文提出算法能够很好地去除图像背景信息的干扰,具有更优的检索性能。

    • >测量·检测
    • 金属增材工艺裂缝缺陷的脉冲光声检测技术

      2021, 32(12):1307-1312.

      摘要 (162) HTML (0) PDF 1.05 M (1) 评论 (0) 收藏

      摘要:增材制造过程中由于工艺参数控制,材料特性及工件复杂形状等因素仍会导致金属 工件中裂纹、孔隙等缺陷的产生,严重影响产品质量,因此对增材制造工件的缺陷检测具 有非常重要的意义。本文开展了基于光偏转的金属光声裂缝缺陷检测技术研究,文中基于 光偏转测振技术,建立了脉冲光声裂缝检测的验证系统,并开展了相应的模拟测试,获得 了优于20 μm的分辨率,验证了本技术作为裂缝检测技术的可行性 。

    • >模式识别
    • 基于注意力机制的车牌快速检测方法研究

      2021, 32(12):1313-1322.

      摘要 (141) HTML (0) PDF 2.00 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对光照、车辆密集和低分辨率等复杂场景下车牌定位困难、检测速度慢和准确率 低等问题,提出了一种基于注意力机制的车牌快速检测方法。首先,综合车牌的特征,设计 了轻量级网络单元LeanNet,并使用该单元构建一种计算量低且精准的骨干网络。其次,设 计了MLA(muti-scale light attention)模块,用于引导网络关注不同尺度的车牌,生成 基 于车牌的局部显著图,抑制背景噪声。最后,设计了一个四尺度预测网络,其中的FSPF(fo ur scale pyramid fusion)模块能够生成四尺度特征金字塔,有利于实现不同尺度车牌的检测 。 实验结果表明,本文方法在CCPD(Chinese city parking dataset)数据集中的准确识别率 为 99.12%,与最新的YOLOv4(you only look once v4)检测方法相比,准确率提高了1.9%,运行速度提高了6倍,能 够在嵌入式设备中实现复杂场景下的车牌检测。

    • >材料
    • 单层二硫化钨的荧光特性研究

      2021, 32(12):1323-1328.

      摘要 (80) HTML (0) PDF 1.01 M (2) 评论 (0) 收藏

      摘要:单层二硫化钨的介电屏蔽效应弱,具有大的激子束缚能和强的荧光发射,是直接带隙 半导体。利用自制荧光显微光谱成像实验装置对单层二硫化钨进行了荧光性能的测试 和分析。结果表明,单层二硫化钨的荧光发射峰处于620 nm 附近。随着激光功率的 增大,单层二硫化钨的荧光强度增大,其荧光发射峰发生明显的红移,且荧光峰位红 移量和荧光强度受衬底类型调控。激子行为分析表明,中性激子和带电激子的峰值强 度比是衬底依赖的。

    • >光电子信息技术
    • 相移光纤光栅对超声波信号的频率响应特性研究

      2021, 32(12):1329-1337.

      摘要 (150) HTML (0) PDF 1.59 M (1) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现利用相移光纤Bragg光栅(phase-shifted fiber Bragg grating, PS-FBG)代替压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)进行结构损伤检测,本文研究 了PS-FBG对 100 kHz—1.5 MHz范围内的超声波信号的频率 响应特性。搭建了超声波激励信号的产生平台和高灵敏度光 纤光栅平衡传感系统,利用幅度分析法对连续超声波激励下的传感器响应信号进行分析。由 于薄板存在共 振频率的问题,使用时间长度为0.5 ms的突发型激励信号,并用能量 分析法评估传感器的响应情况。 实验 结果表明,PS-FBG传感器的频率响应在±3.49 dB范围内,由此可得 PS-FBG传感器对100 kHz—1.5 MHz范围内的 超声波信号具有宽谱响应的特性。

    • >生物医学光子学
    • 基于改进熵特征的心律失常分类研究

      2021, 32(12):1338-1344.

      摘要 (167) HTML (0) PDF 1.36 M (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:心律失常类型的判断对心血管疾病的防治十分重要,针对波动散布熵(multiscale f luctuation dispersion entropy,FDE)在进行心律失常分类识别时尺度单一、不能全面反映心律失常 信息等不足,通 过改进FDE特征,提出一种基于自适应多尺度波动散布熵(adaptive multiscale fluctuati on dispersion entropy,AMFDE)的心律失常分类方法。首先在计算FDE特征前利用优化K值的变分模态分 解(variational mode decomposition,VMD)对信号进行分解,以获取预设数量的固有模态 分量(IMF),然后 提取各尺度子序列的FDE作为分类特征,并采用遗传算法(genetic algorithm, GA)对支持向量机(SVM)的惩罚 因子c和 核函数参数g进行寻优,最后通过GA-SVM模型进行模式识别。计算结 果表明, 所提方法对4类心律识 别的平均准确率达到95.3%,灵敏度达到95.4% ,特 异性达到 98.4%,相比自适应多尺度散布熵(adaptive multiscale dispersion entropy, AMDE)等其他方法优势明显,可以实现对心 电(electrocardiogram, ECG)信号的准确分类。

    • >视频通信
    • 基于流形学习的视频异常行为检测算法

      2021, 32(12):1345-1352.

      摘要 (123) HTML (0) PDF 1.47 M (1) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着日益突出的公共安全问题和迅速增长的视频数据流量,智能化的视频监控异常行 为检测成为计算机视觉方向的研究热点。由于监督学习下的异常行为检测训练效果易受视频 监控数据集分布不平衡影响,本文采用无监督学习方法得到具有时空间分辨率的异常行为检 测效果。提出基于多流形谱聚类的异常行为检测方法,利用图像特征点列构建时序信息特征 ,利用流形学习构建空间信息特征,最终利用谱聚类方法无监督地得到视频异常行为检测结 果。在UCSD数据集上进行实验验证,本文方法具有较好的检测性能和计算速度。

    • >信息安全
    • 基于区块链技术的安全频谱感知算法

      2021, 32(12):1353-1358.

      摘要 (135) HTML (0) PDF 1.06 M (1) 评论 (0) 收藏

      摘要:在认知无线电网络中,为提升安全性能和感知效率,提出了一种基于区块链技术的安 全频谱感知算法。该算法先对感知节点的可靠度进行评估,通过评估算法得到节点的初始信 赖值,并以初始信赖值为基数,融合中心会依据环境的变化对节点的信赖值定期更新。更新 后的信赖值存储在区块链的管理中心,区块链的管理中心对节点信息加密,一个节点与其自 身信赖值构成一一映射。认知无线电网络执行频谱感知时,融合中心选择信赖值高的有限个 节点参与协作感知,这可在提升感知准确度的同时降低能量开销,并增强认知无线电网络的 鲁棒性。仿真实验结果表明本文中的感知算法性能远优于传统算法,在相同实验条件下,感 知准确度提升5%,能耗降低了12%,极大增强了认知网络的鲁棒性和 频谱感知的安全性。