• 2022年第33卷第11期文章目次
    全 选
    显示方式: |
    • >光电子器件和系统
    • 基于紫外光刻的双轴张应变Ge/SiGe多量子阱电吸收调制器

      2022, 33(11):1121-1126.

      摘要 (558) HTML (0) PDF 1.06 M (241) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用紫外光刻工艺(ultraviolet lithography technique,UVL),在互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS) 兼容的硅基平台上制作了基于悬空微桥结构在Ge/SiGe多量子阱材料中引入双轴张应变的低 偏振相关电 吸收调制器。利用拉曼光谱测试了器件引入双轴张应变的大小,并对器件在横电(transver se electric,TE) 偏振和横磁(transverse magnetic,TM)偏振下的光电流响应、调制消光比和高频响应等 性能进行了测试。 器件的低偏振相关消光比在0 V/4 V工作电压下可达5.8 dB,3 dB调 制带宽在4 V反向偏置电压时为8.3 GHz。与电子束光刻工艺(electron beam lithography technique,EBL) 相比,采用UVL制作的器件在调制消光比、高频响应带宽 等性能上略差 一点,但具有曝光时间短、成本低和可大批量生产等优势,应用前景广阔。

    • 一种柔性自供电Ga2O3基日盲光电探测器的设计及性能研究

      2022, 33(11):1127-1133.

      摘要 (485) HTML (0) PDF 1.54 M (225) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,氧化镓(Ga2O3)日盲光电探测器因其 高灵敏度和低虚警率及广泛的应用前景,受到了 科学家们的高度关注。为了满足现代社会对低损耗、环保、高集成、轻便和柔性器件的需求 ,可自 供电的柔性器件备受关注。然而,到目前为止,Ga2O3基柔性自供电光电探测器鲜有报 道。本文通 过原位生长技术在耐高温的柔性衬底玻璃纤维布上生长了β- Ga2O3纳米线,并构筑Ag/β-Ga2O3肖特基结。 在肖特基结的作用下,光生载流子可在无外加偏压下分离和传输,并展现出超低的暗电流(0.2 pA)、高光暗比(~500)、快响应时间(0.46/0.41 s)和高探测率(6.8×109 Jones)。该探测器也表现出良好的机械性能。结果表明,Ag/β-Ga2O3肖特基结探测器在深紫外探测器领域具有广阔的应用前景,为柔性自供电探测技术的发展提供了新的思路。

    • 基于飞秒激光直写F-P腔的位移与应力传感特性研究

      2022, 33(11):1134-1138.

      摘要 (375) HTML (0) PDF 1.03 M (219) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一款基于飞秒激光直写的法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)干 涉型光纤传感器,实现了位移与外部应变双参数的测量,研究了该传感 器的实现原理,并进行实验验证。首先用飞秒脉冲激光在标准单模光纤(single mode fiber,SMF)的纤芯的纵向上刻两道长 度为48 μm的线,两线间的距离为 105 μm,形成一个F-P谐振腔,将该结构的其中一端切平 ,与一个全反镜共同形成一个复合的干涉仪,从而构成位移 传感器;再将切平的那一端打结,又可以进行应力的测量。实验结果表明,该结构在Dip1 位置的位移灵敏度为-440.3 pm/μm, 线性拟合系数为0.990 ;该结构打结后,可以 测得Dip2位置的应变灵 敏度为1.2 pm/με,线性拟合系数为0.992 。传感器制作 简单,成本低, 结构微小,线性度良好,容易重复。该传感器在位移传感和应变传感领域中 均具有一定的实用价值。

    • >图像与信息处理
    • 基于约束空间光谱联合的亚像素定位方法

      2022, 33(11):1139-1147.

      摘要 (391) HTML (0) PDF 1.39 M (219) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对高光谱遥感图像,提出了一种约束空间光谱 的亚像素定位方法。传统的亚像素定位方法以解 混的结果作为输入,可能无法充分利用高光谱图像丰富的光谱信息。本文所提出的基于约束 空间光谱联合的亚像素定位方法(constraint spatial-spectral subpixel mapping,CSSSM) ,利用下采样将像素丰度与亚像素丰度显式联系起来,代入线性解混模型 得到亚像素丰 度求解的新模型。在求解过程中,通过添加稀疏性约束与平滑性约束,以限制亚像素丰度的 解空间,亚像素丰度求解更精确。其中,针对亚像素丰度稀疏性先验采用重加权1范数作为新的约束,并自适 应地更新权重; 针对亚像素丰度空间先验信息则采用全变分(total variational,TV) 正则化作为约束,然后使用乘法迭代算法求解亚 像素丰度,最 后利用赢者通吃的策略进行类别确定。在两个合成数据集上进行了实验,结果表明,本方法 能够进一步提 高亚像素定位的精度。

    • >测量·检测
    • 基于结构光在机测量的变形薄壁件点云配准方法

      2022, 33(11):1148-1157.

      摘要 (370) HTML (0) PDF 1.95 M (217) 评论 (0) 收藏

      摘要:结合点云局部特征和Octree优化搜索,提出了用 于薄壁零件加工过程测量的三维变形点云自动配 准的算法,并有效计算出位移偏差量。首先,对薄壁零件点云模型进行数据预处理,去除主 体中的无效 点和噪声点,计算点云的法向量、3个特征元素作为PPFNET(point pair feature net)特征学习方法的输入,利用最 大池化层将 变形的局部特征聚合到全局特征中,通过全局和局部特征描述符的深度学习,找出无序点云 间的对应关 系,完成点云粗配准过程;然后,提出一种基于迭代就近点算法 (iterative closest point,ICP)的改进精配准算法,通过增加阈值限定 ,过滤加工 变形时颤振影响,使配准精度达到了98.58%,配准效率提高了10%;最后,采用Hausdorff进行距离计 算,使用Cloud-Compare进行位移偏差分析,分析结果与实验结果比较表明,平均绝对百分 比误差(mean absolute percentage error,MAPE) 为2.32%。在机测量模拟结果表明,所提方法满足在机检测加工变形 的实时性和测量精度要求。

    • >模式识别
    • 多尺度混合注意力胶囊网络的海洋鱼类识别

      2022, 33(11):1158-1164.

      摘要 (350) HTML (0) PDF 1.08 M (204) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对胶囊网络(capsule network,CapsNet)特 征提取结构单一和数据处理中参数量过大的问题,提出 多尺度混合注意力胶囊网络 模型。首先,在网络初始端添加不同尺度的卷积核来多角度提取 特征,并引 入混合注意力机制,通过聚焦更具分辨性的特征区域来降低复杂背景干扰。其次,采用局部 剪枝算法优 化动态路由,减少参数量,缩短模型训练时间。最后,在海洋鱼类数据集F4K(Fish4Knowled ge)上验证, 结果表明,与传统残差网络(residual network50,ResNet-50)、双线性网络(bilinear convo l utional neural network,B-CNN)、分层精简双线性注意力网络(spatial transformation netw ork and hierarchical compact bilinear pooling,STN-H-CBP)以及CapsNet模型相比,该算法 识别精度为98.65%,比ResNet-50模型提升 了5.92%;训练时间为2.2 h,相比于CapsNet 缩短了近40 min,验证了该算法的可行性。

    • 基于深度学习的路面缺陷自动检测系统

      2022, 33(11):1165-1172.

      摘要 (383) HTML (0) PDF 1.48 M (224) 评论 (0) 收藏

      摘要:路面缺陷自动检测对公路养护和路况等级评估具有 重要意义。为此,使用YOLOv5x结合透视变换 和图像分割设计了路面缺陷检测系统。首先,为证明系统可行性采集并制作了多类型路面缺 陷数据集 (pavement defect dataset,PDD)。然后,使用SSD(single shot multibox detector) 、Faster R-CNN、YOLOv5x(you only look once v5x) 和YOLOX 4种模型 对PDD 进 行训练检测。经过训练,4种模型的mAP(mean average precision)均超过了77%,其中YOLOv5x的 结果最优,mAP达到了91%, 同时证明创建的数据集PDD有效。最后,使用YOLOv5x作为系统主要检测方法结合透视变换、 图像分割 和骨架提取获取缺陷的长度、宽度和面积等信息,进而计算路面状况指数 (pave- ment condition index,PCI) 得到路面破损等级 ,以及相应 的维修建议,提高了路面缺陷检测的实用性。

    • 基于ARD-PSPNet网络下的水下鱼类图像分割算法研究

      2022, 33(11):1173-1182.

      摘要 (453) HTML (0) PDF 1.55 M (209) 评论 (0) 收藏

      摘要:水下鱼类图像因受到光线散射和吸收、水体杂质 等因素影响,导致水下鱼类图像质量 较低,本文通过改进自动彩色均衡(automatic color equalization,ACE)算法进行水下鱼类 图像增强,有效改善图像质量,并为后续的水下图像分割打下良好的基础。针对水下鱼类图 像分割效果差、实时性低等问题,本文提出ARD-PSPNet网络模型,使用ResNet101网络模型 作为特征提取网络,利用分割性能良好的PSPNet(pyramid scene parsing network)网络模 型作为基础图像分割模型,通过引入深度可分离卷积来降低计算量,通过R-MCN网络结构, 充分利用浅层网络特征层丰富的位置信息和完整性,改进损失函数使得分割位置更加准确, 在Fish4knowledge数据集上进行实验, 结果表明:新模型与原模型相比,在平均交并比(mean intersection over union,MIOU)上提高了2.8个百分点,在平均像素准确率(mean pixel accuracy,MPA)上提高了约2个百分点。

    • >光电子信息技术
    • 基于双平行MZM调制器的矢量毫米波信号传输性能分析

      2022, 33(11):1183-1191.

      摘要 (518) HTML (0) PDF 1.85 M (230) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于双平行马赫-曾德尔调制器(dual parallel Mach-Zehnder modulators,DP- MZM) 的单边 带矢量毫米波信号产生和传输方案, 在MATLAB和VPI联合仿真环境下分析了90 GHz波段不同调制格式信号的产生和传输性能 。仿真中,DP-MZM工作在光载波抑制(optical carrier suppression,OCS) 模式时,小信号驱动的两个子调制器输出的单边带信号相互叠加后,无 需使用滤波器,可以实现完全抑制中心载波的效果。结果表明:经过该系统传输后,各调制 信号的误码率(bit error rate,BER) 均可达到硬判决前向纠错(hard judgment forward error currection,HD-FEC) 阈值。概率整形后正交幅度调制信号的误码性能明显 优于均匀正交幅度调制信号,其中,7 bit/symbol概率整形256阶正 交幅度调制(probability shaping 256 quadrature amlitude modulation,PS-256QAM) 信号经过 系统传输后功率增益最为明显,经过50 km光纤传输后,提升了 2.94 dB的功率增益。与目 前存在的载波抑制毫米波产生方案相比,该系统结构相对简单,可调节度高,信号传输增益 明显,因此具有一定的应用价值。

    • 联合限幅和μ律压扩抑制可见光通信系统的峰均功率比

      2022, 33(11):1192-1200.

      摘要 (410) HTML (0) PDF 1.26 M (219) 评论 (0) 收藏

      摘要:直流偏置光正交频分复用(DC-biased optical orthogonal frequency division mul tiplexing,DCO-OFDM)可见光通信(visible light communication,VLC) 系统具有较高的峰均功率比(peak-to-average power ratio,PAPR)。为解决此问题,提出一种 联合限幅和归一化μ律压扩算 法抑制DCO-OFDM系统的PAPR。首先,该联合算法利用限幅操作对时域信号中的大峰 值信号进 行削波来降低信号的幅值;其次,对限幅后的信号再进行压扩变换。通过这种联合算法,DC O-OFDM 系统的PAPR可以显著降低。实验仿真结果表明,当采用16QAM调制方式,互补累计函 数的值为10-3 时,相比较于联合限幅和传统μ律压扩算法,此联合算法的PAPR下降了约2. 206 dB。

    • >生物医学光子学
    • 基于MLP神经网络的圆锥角膜辅助诊断

      2022, 33(11):1201-1206.

      摘要 (319) HTML (0) PDF 795.18 K (220) 评论 (0) 收藏

      摘要:圆锥角膜在病变过程中会导致角膜中央部位向前 凸出,使角膜呈现出圆锥形,而且会导 致高度不规则近视和散光,对视力造成不同程度损害。疾病一般发生于青少年时期,为了能 及时治疗避免病变严重,筛查区分圆锥角膜具有十分重要的意义。而且临床上对于圆锥 角膜诊断通常是采用角膜地形图的方法,可以得到角膜形态学的改变,但是有一定的 误诊率。目前研究发现,角膜力学特性改变先于形态学,所以本文从角膜生物力学角度出发 ,提出一种基于多层感知机(multi-layer perceptron, MLP)神经网络区分圆锥角膜的模型。首先,利用可视化生物力学分 析仪(corneal visualization scheimpflug technology, Corvis-ST)测得角膜的生物力学视频,进行处理计算得到角膜生物力学参数作为数据 集,其中包含正常角膜和圆锥角膜2种类别;然后,针对角膜生物力学参数数据集构建ML P 神经网络模型,将70%数据集作为训练集,30%数据集作为测试集。在数据集 上训练及测试的结果表明,该模型区分圆锥角膜的准确率为97.6%。

    • 用于视网膜血管分割的半监督深度学习框架

      2022, 33(11):1207-1214.

      摘要 (339) HTML (0) PDF 1.25 M (224) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前视网膜血管分割任务中伪标签质量参差 不齐,获得高质量的伪标签需要经过 筛选的问题,本文提出了一种新的用于视网膜血管分割的半监督深度学习框架。该框架采用 分而治之的思想来处理数据,针对有标签数据,采用传统的深度学习方法;针对无标签数据 ,采用Mean teacher模型,通过对比同一输入的不同形态输出,让模型学习无标签数据之间 的共同特征,避免了采用伪标签技术带来的筛选过程。本文将U型网络(u-neural networks, U-Net)、Dense-Net和Ladder - Net 3个基准网络放入该框架,在DRIVE和CHASEDB1数据集上进行训练测试,均取得了较好的 分割效果,表明本文框架具有提高网络区分不同阈值像素的能力。

    • 融合多层级特征的脑肿瘤图像分割方法

      2022, 33(11):1215-1224.

      摘要 (439) HTML (0) PDF 1.56 M (234) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对脑肿瘤图像分割中网络模型信息损耗、上下 文信息联系不足及网络泛化能力较差导致分割精 度较低的问题,提出了一种新型的脑肿瘤图像分割方法,该方法是通过深度门控卷积模块(depth gate convolution,DGC) 和 特征增强模 块(feature enhancement module,FEM) 组成的多层级连接(multi-level connection,MC) 脑肿瘤分割模型。采用深度卷积模块降低特征信息在逐层传递的信息损 耗;使用控 制门单元(control gate unit,CGU) 实现各个尺度的特征图的MC,其中组合池化来减少下采样过程中的信息丢 失;通过FEM增强分割区域的特征权重。实验结果表明,预测分割脑肿瘤的整体肿瘤区(whole tumor,WT) 、核心 肿瘤区(tumor core,TC)和增 强肿瘤区(enhancement tumor,ET)的 Dice系数分别达到了0.92和0.83,Hausdorff距离达到了0.77、1.5 0,脑肿瘤分割精度 相较于当前较多方法分割精度和计算效率较高,具有良好的分割性能。

    • 基于简化脉冲耦合神经网络和改进稀疏表示的脑部图像融合算法

      2022, 33(11):1225-1232.

      摘要 (405) HTML (0) PDF 1.25 M (213) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决单一模态脑部图像存在的局限性,进一步 突出细节特征,增强视觉效果,提出一个基于多尺度边 缘保持分解和改进稀疏表示(improved sparse representation,ISR) 的算法框架。首先,分解源图像获得高频子带和低频子带。其次, 采用多范数加权度 量改进的稀疏表示融合低频子带,以多尺度形态学梯度(multiscale morphological gradient,MSMG) 改进的引导滤波器去除细节特征;同 时,经简化的 脉冲耦合神经网络(simplified pulseoupled neural network,SPCNN) 融合其高频子带。最后,逆变换得到融合后的脑部图像。实验证明,本文在 边缘信息的保 护,融合效率的提高,时间成本的节约等方面优势显著。