• 2021年第32卷第9期文章目次
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    • >光电子器件和系统
    • 基于双光纤光栅的高灵敏度低频加速度传感器

      2021, 32(9):911-918.

      摘要 (716) HTML (0) PDF 1.32 M (246) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对低频振动信号的高精度测量需求,设计 了一种基于双光纤光栅的变宽度椭 圆铰链式低频加速度传感器。首先建立传感器的结构模型,理论分析了传感器的振动响应特 性,给出该传感器的谐振频率及灵敏度的公式。随后搭建了传感单元的数学模型,对传感单 元结构的关键尺寸参数进行了优化。另外,利用有限元仿真验证了理论分析结果,最后加工 制作了传感器样件,对其进行加速度性能测试。实验结果表明:传感器的谐振频率约为36 Hz, 工作频带为0-10 Hz,灵敏度为1 496 pm/g。所设计的传感器具有较高的灵敏度、良好的温度 补偿能力,能够满足工程中低频振动检测的要求。

    • 基于NPR效应的可调谐多波长被动锁模光纤激光器

      2021, 32(9):919-926.

      摘要 (656) HTML (0) PDF 1.26 M (167) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于非线性偏振旋转(NPR)效应的 被动锁模光纤激光器,以980 nm半导体 光源作为泵浦源,5m长的掺铒光纤(EDF)作为增益介质,利用两个偏振控制器(PC1和PC2)和一个偏振相关隔离器(PDI)产生NPR效应,作为等效可饱和吸收体,实现对脉冲的窄化 ,产生稳定的锁模脉冲输出,脉冲宽度为36.02 ns,并通过改变腔中 单模光纤的长度探究激 光器的输出与腔长的关系,当腔长较长时,实现锁模需要的阈值功率降低,锁模脉冲稳定性 较好。通过结合一个3dB耦合器、1m保偏光纤(PMF)和一个偏振控制器(PC3)构成的Sag na c环结构,作为梳状滤波器,实现了C波段从单波长到五波长的多波长可调谐激光输出,并对 输出光谱的稳定性进行了测试,光谱稳定性在室温条件下表现良好。实验结果说明该激光器 在电域可以产生稳定的锁模脉冲,在光域可以产生C波段从单波长至五波长的可调谐的激光 输出,具有广阔的应用前景和较高的研究价值,例如生物医疗领域和波分复用领域。

    • 一种基于深度学习的公路巡检无人机实时目标跟踪算法

      2021, 32(9):927-934.

      摘要 (700) HTML (0) PDF 1.21 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:公路中心标线的实时跟踪是公路巡检无人机视觉 飞行中关键的一环。针对目前主流 目标跟踪算法实时性差的问题,提出一种基于改进YOLO(you only look once)v3和 Deep-SORT(deep simple online real-time tracking)的目标跟踪模型用于公路巡检无 人机 自主视觉飞行。通过引入并改进跨阶段局部网络,优化网络层级结构,使用泛化能力更好的 激活函数,提升了公路道路标线的检测准确率和无人机平台的检测速度。对检测到的公路标 线信息使用Deep-SORT算法进行公路中心标线跟踪。实验结果表明,与几类典型目标跟踪 模型相比,在跟踪准确度基本不变的情况下,处理速度提升了数倍。

    • >图像与信息处理
    • 使用相干光照明的纹影成像装置进行相位测量的可行性研究

      2021, 32(9):935-944.

      摘要 (438) HTML (0) PDF 1.79 M (158) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过数值仿真研究了利用相干光照明的纹影成像装 置测量物体相位的可行性。仿真结果表明,将纹影装置的刀口水平放置,并对具有均匀相位 或仅沿水平方向变化的非均匀相位的正方形物体成像时,在像面上,物体外部上下区域之间 的光强差与物体相位的正弦成正比。此外,对于相位仅沿垂直于刀口方向变化的非均匀正方 形物体,如果相位变化限制在[kπ/2,(k+1)π/2](k是整数)的范围内,则像面上物体外部上下区域之间的光 强差表示面积加权的平均相位的正弦。对于其它形状的物体也发现了类似的结论。利用相干 光照明的纹影成像装置可以获得物体相位的正弦,从而确定在[kπ/2,(k+1)π/2](k是整数)范围内的相位值。此外,还 研究了刀口位置,被测物体尺寸和透射率对相位测量的影响。这表明相干光照明的纹影成像 装置可以确定物体相位的正弦值,并在物体相位变化不大时提供半定量的相位测量。

    • 基于在线估计的视觉SLAM低光照图像增强算法

      2021, 32(9):945-952.

      摘要 (544) HTML (0) PDF 1.56 M (178) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升基于特征点的双目视觉定位算法在低光 照环境下定位的准确性,提出一 种基于在线估计的视觉同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,S LAM) 低光照图像增强算法。通过在线估计图像亮度值,实时更新图像增强算法的参数,解决了基 于固定参数的图像增强算法在图像较亮、较暗等情况下的不适用性问题。首先,通过 ORB-SLAM2系统寻找定位准确度的影响因素,并通过在线估计参数的方法实时更新相关参 数。其次,利用低光照图像增强算法(low-light image enhancement,LIME)改善图像 效果。 最后,根据增强后的图像进行特征点提取,提升了特征匹配准确度,进而提升了定位的准确 度。在公开EuRoC数据集上,通过与目前广泛使用的ORB-SLAM2算法进行对比实验,结 果表明本文提出的视觉SLAM系统,具有更好的定位准确性及鲁棒性。

    • 可变形有效感受野的人体图像语义分割算法

      2021, 32(9):953-961.

      摘要 (565) HTML (0) PDF 1.57 M (182) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有人体图像前景目标姿态变化、大小差异 过大和边缘细节丢失等因素造成分 割效果不佳的问题,提出了一种基于可变形有效感受野的人体前景分割算法。该算法将不同 尺度的特征图进行融合,减少下采样过程中丢失的空间语义信息;同时结合可变有效感受野 模块和边缘细化模块来捕获空间信息和语义信息,以适应算法对不同目标的有效感受野范 围,并使有效感受野随目标姿态、大小等形态变化进行扩张;最后采用Focal loss缓解正 负样本不均衡的问题。实验结果表明,在Baidu People Segmentation人体分割数据集上, 对比其他主流语义分割算法,该算法交 并比高达88.45%,相比于主流 语义分割算法 DeepLabV3+高1.07%,相比于经典算法U-net高3.71%,且运行速度快,稳定性好,具有较 高的时效性和良好的鲁棒性。

    • 高铁摩擦片表面裂纹检测方法研究

      2021, 32(9):962-969.

      摘要 (532) HTML (0) PDF 1.54 M (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:摩擦片的裂纹数目和长度是衡量高铁制动性能的核 心评定标准之一,有效的裂纹检测 对高铁的安全运行具有重要意义。提出基于CSPDarkNet53主干网络架构的改进算法,实 现摩擦片裂纹的在线自动检测。一方面融合双路特征提取网络以增强对于裂纹特征检测的敏 感度,有效提高摩擦片裂纹检测的准确率;另一方面在YOLO检测模块预测框的去冗余计算环 节中,采用目标框加权融合算法(weighted fusion algorithm of target box,WBF)降低误检率。实验结果表明,相较于当前最具有代表 性几类目标检测算法,本文采用的方法准确率显著提高,平均精度提升7.64%。

    • 基于空间-通道注意力的改进SSD目标检测算法

      2021, 32(9):970-978.

      摘要 (588) HTML (0) PDF 1.64 M (201) 评论 (0) 收藏

      摘要:目标检测的任务是精确识别,有效定位出图像中 目标物体,且预定义其类别。针对主 流目标检测(single shot multibox detector,SSD)算法存在小目标检测准确度不高,检测 效率较低等问题,提出一种基于空间-通道注意力机制的SSD目标检测算法(spatial and channel single shot multibox detector,SC_SSD)。通过在SSD深层网络引入空间-通道注意 力机制增强高层特征图语义信息,提高算法获取目标物体的细节与位置信息的能力,从而降 低漏检率及误检率,并提高小目标物体检测的准确度。此外,利用MobileNetV2中的深度可 分离卷积对SSD主干网络(visual geometry group network,VGG-16)进行剪枝处理,降低参 数量,从而减少训练与检测的时间。在PASCAL VOC2007数据集上进行实验,本文算法检测 的精确度与速度分别为78.9%与59.4 Fps,比S SD算法提升了3.2%与26.7 Fps,满足实时性 需求。算法也优于相比较的其他算法,是一种有效可行的目标检测算法。

    • >模式识别
    • 基于菲涅尔区模型的年龄段识别方法研究

      2021, 32(9):979-984.

      摘要 (445) HTML (0) PDF 1012.04 K (178) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于步态特征的行为识别技术是一种新兴的人机 交互技术,在安保监控、图像处理等 许多领域正发挥着巨大作用。目前已经提出的各种行为识别的技术手段中,基于商用的WIFI 设备的相关技术因其易于部署、设备成本不高、对应用环境要求低等优势而得以广泛应用。 现有的步态识别研究只可以识别出人的步态,但无法根据步态识别年龄段。在本文中,探讨 了菲涅尔区域理论,提出了一种基于WiFi物理层信息的年龄段识别方法,即利用步态识别 年龄段。使用菲涅尔区模型来学习步态特征,首先将动作数据集进行去噪处理来收集信道状 态信息(CSI)。然后基于菲涅尔区域模型提取信道相位信息的特征值来描述步态动作,最 后利用分类算法实现年龄段识别。实验结果表明,该方法具有良好的鲁棒性,在不同的实验 环境中的平均识别准确率达到91.2%。因此,本文提出的系统可以应 用于复杂的室内场景, 具有广泛的应用前景。

    • >光物理
    • 斜入射的反射式光纤传感器光强调制特性分析

      2021, 32(9):985-991.

      摘要 (589) HTML (0) PDF 999.97 K (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:反射式光纤传感器(RIM-FOS)在传感器领域一直占有重要地位。不少学者对反射 式光纤传感器进行了相关研究,大多数都是假设入射光与反射面垂直射入,为了探究以入 射光与反射面成锐角为前提,各影响因素对光强的调制特性,本文采用光纤的入射光与反 射面为斜入射的情况下,假设光强符合理想均匀分布,反射面为理想光滑反射面,各环节光 强损耗比例恒定,通过理论分析得到光强调制模型,运用控制变量法,通过Matlab仿真绘 制相应的结果特性曲线,对仿真结果进行分析,得到发射光纤芯径、接收光纤纤芯、光纤 间间距、数值孔径、光纤倾角等参量对光强调制的规律,结论表明,适当调节各个参量可 以有效提高传感器的灵敏度和测量范围,根据灵敏度的高低和测量范围的宽窄,可以应用 在不同的测量对象上,为斜入射的反射式光纤传感器的实物设计提供理论依据。

    • >视频通信
    • 融合重检测机制的上下文感知目标跟踪算法

      2021, 32(9):992-999.

      摘要 (477) HTML (0) PDF 1.24 M (162) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决目标跟踪中常见的遮挡、旋转和背景杂 乱等问题,提出了一种融合重检测 机制的上下文感知目标跟踪算法。首先在相关滤波算法的基础上引入上下文信息供滤波器学 习以丰富样本信息,构造上下文感知相关滤波器,提高滤波器的学习能力;然后引入重检测 机制判断检测结果的可靠性,解决遮挡情况下模型被污染的问题。最后在公开数据集上对算 法的性能进行了测试,并与DSST、Staple、SRDCF、TLD和BACF这5种算法进行对比。实验结 果表明,算法在遮挡、旋转和背景杂乱等复杂场景下具有较好的跟踪鲁棒性,跟踪精度和成 功率分别达到了0.748和0.836,均优于其余5种跟踪算法。

    • >光电子信息技术
    • 任意相干度圆孔成像系统对两物点分辨能力研究

      2021, 32(9):1000-1006.

      摘要 (317) HTML (0) PDF 1.03 M (144) 评论 (0) 收藏

      摘要:两点分辨的问题已进行过深入的研究,其中最著 名的是Rayleigh和Sparrow判据。然 而其通常仅适用于完全相干光或者完全非相干光两种极限状态,对于具有普遍性的部分相干 光的情况却研究较少。本文设计了部分相干光照明圆孔成像系统,据此建立了两物点光强在 像面分布数学模型,利用MATLAB对两物点像面光强分别在不同间距与任意相干度情况进行了 模拟仿真,结果显示当两点间距一定,两物点分辨率随着两点光源间相干度的增加而减小, 而当相干度一定时,两物点分辨率随着两点光源间距的增加而增加。本文同时采用像面间距 与物面间距的比值以描述系统对两物点分辨能力,分析探讨了两物点恰能分辨,不能分辨, 完全能分辨的三种情况,并给出任意相干度的圆孔成像系统一般分辨规律。同时设计了两物 点在任意相干度的成像系统实验平台,实验结果表明两物点在此实验条件下间距为1.5 mm时恰能分辨,说明实验结果与理论模拟基本吻合。

    • 基于光偏振调制器产生亚毫米波的研究

      2021, 32(9):1007-1014.

      摘要 (413) HTML (0) PDF 1.24 M (145) 评论 (0) 收藏

      摘要:亚毫米波源是亚毫米波应用的最重要的器件之一, 电域中产生亚毫米波信号的成本 十分昂贵。光生亚毫米波信号可极大地降低成本,是目前国内外研究的热点课题。提出了一 种采用两组并行光偏振调制器级联产生32倍频亚毫米波的方案,首先 用两个由4个偏振调 制器并联构成的子系统级联产生主要保留载波和±16阶边带的光信号 ,同时利用光移相器 和光分束器抑制载波,最后通过合成光信号在光电探测器上的拍频,获得32倍频亚毫米波 信号。理论分析了产生32倍频亚毫米波信号的原理,推导出±16阶边带信号的光边带抑制 比为55.7 dB,32倍频亚毫米波信号的射频杂 散抑制比为43.7 dB。采用光子模拟软件,设 计了一个基于上述原理产生32倍频亚毫米波的系统,获得了光边带抑 制比为54 dB,射频 杂散抑制比为43 dB,与理论分析吻合。同时分析了相移量、调制指 数和分光比偏离对抑制 比的影响。

    • >信息安全
    • 一种基于DWT-DCT-SVD的鲁棒性音频水印算法

      2021, 32(9):1015-1022.

      摘要 (416) HTML (0) PDF 1.48 M (151) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对在基于DWT-DCT进行数字音频水印嵌入, 在已嵌入水印的音频受到噪声干扰、低 通滤波、重 采样等常见的攻击时,其鲁棒性差以及安全性弱的情况。提出了一种新的的盲水印嵌入算法 。该算法对原 始音频信号完成分帧预处理后,对每帧信号应用离散小波变换(DWT),选取三级低频分量进 行离散余弦变 换(DCT),先把得到的一维信号平均分解为两个片段,然后进行奇异值分解(SVD),根据奇 异值的特性将水 印信息嵌入到奇异矩阵。在水印图像的预处理上,采用了以Arnold变换为基础,将水印图 像降维,方便水 印信息的嵌入。并且通过添加密匙来提升数字音频水印的安全性。使用5个不同种类的音乐 类型,进行仿 真实验。实验结果表明:其误码率(BER)在0.0896以下,相关 系数(NC)在0.9708以上。本算法对噪声干扰、 低通滤波、重采样、重量化、剪切、压缩等常见的攻击方法具有良好的鲁棒性。