• 2022年第33卷第4期文章目次
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    • >光电子器件和系统
    • 水填充太赫兹空芯布拉格光纤温度特性研究

      2022, 33(4):337-341.

      摘要 (329) HTML (0) PDF 887.05 K (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:空芯太赫兹(Terahertz,THz)光纤因其损耗低 和易集成功能材料等优点是当前 研究热点。液态水在太赫兹频段具有的独特性质使其在太赫兹辐射、传感和器件等方面具有 多种潜在应用。本文设计一种带有水缺陷层的太赫兹空芯布拉格光纤(hollow core Bragg fiber,HCBF),并采用有限元法分析了其温度特性。结果表明,设计的太赫兹光纤在0.34 THz到0.44 THz频段内存在明显的温度可调的吸收峰,且限制损耗随 着水温的升高而增加。 同时,光纤具有较高的核芯功率比,其值均大于98.6%。本文所研究 的水填充太赫兹光纤在 研究太赫兹与液体相互作用、太赫兹调控器件等领域具有潜在的应用价值。

    • 基于多锥晶体的多能点X射线光谱仪

      2022, 33(4):342-348.

      摘要 (278) HTML (0) PDF 1.15 M (182) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了克服传统弯曲晶体光谱仪存在检测的像差问 题,基于衍射聚焦X射线特征能量谱范围、衍射光源 位置、聚焦成像距离等关键的物理参数,设计了具有高光谱分辨力及宽光谱检测范围的多锥晶 体X射线谱仪。 从结构原理上讨论了该光谱仪的特点,研制完成了连续光滑的多锥表面X射线衍射聚焦弯曲 晶体,通过单次 X射线衍射聚焦诊断实验即能实现不同能量X射线无像差检测。对Ti的Kα与K β射线光谱进行了多次衍射聚焦 检测实验,获得了不同聚焦成像位置下的Kα与Kβ特征谱线 强度分布,并完成了光谱仪谱线聚焦能力与光谱 分辨力分析。根据晶体对X射线聚焦程度与成像位置的关系,进行了不同聚焦成像位置处连 续锥面光谱仪的聚 焦性能分析,确定了最佳聚焦位置。实验结果表明:多锥晶体X射线光谱仪的聚焦能力得到 显著提升,能谱 检测范围可以覆盖4.51 keV,且在 较大尺寸光源基础上仍能保证光谱分辨力达到600以上。

    • 光纤端面涂覆敏感材料的高灵敏度传感器

      2022, 33(4):349-355.

      摘要 (281) HTML (0) PDF 1.42 M (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:描述了一种基于法布里-佩罗干涉仪(Fabry-Pero t interferometer,FPI)结构的双参数光纤传感器,并演示了它可以同时测量气压和温度。 所提出的FPI 传感结构由覆盖在单模光纤端面上半球形的紫外固化 胶组成,FPI产生的光谱干涉峰对环境温度和气压变化敏感。选择传感器干涉谱中两个谐振 峰波谷Dip 1和Dip 2,跟踪它们的波长随气压和温度的变化,构建传输矩阵,能够 同时测量气压和温度 ,并消除交叉敏 感。实验结果表明Dip 1点的气压与温度灵敏度分别为2.925 nm/MPa 和-1.165 nm/℃,Dip 2点的气压与温 度灵敏度分别为4.715 nm/MPa和-1.209 nm/ ℃。利用Dip 1和Dip2的气压与温度灵敏度构建测量矩阵,传 感器实现了多参数测量。通过长时间稳定性实验发现传感器测量气压与温度的最大误差分别 为0.068 MPa和0.19 ℃。该传感器具有灵敏度 高、结构简单紧凑、造价低廉等优点,在工业生产中具有一定的应用价值。

    • 2种不同结构的1维光子晶体窄带滤波器

      2022, 33(4):356-363.

      摘要 (196) HTML (0) PDF 1.70 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着光通信技术的发展,滤波器在光的波分复用 技术中具有举足轻重的作用。但是, 传统滤波器存在尺寸大、滤波性能差、制备较复杂的问题。对此本文设计了2种形如 (AB)NBM(AB)N、(AB)N(BA)N结构的1维光子晶体窄带滤波器,并利用传输矩阵法 对这两种 光子晶体滤波器进行了计算,针对其光子禁带和滤波性能进行了分析,在优化结构设计的基 础上探究了不同参数对于滤波性能的影响。结果表明:1维叠层缺陷型光子晶体窄带滤波器 和1维镜像型光子晶体窄带滤波器在一定的波长范围内,均可以获得一个较窄的透过带,叠 层缺陷型光子晶体窄带透射率接近99%,镜像型光子晶体窄带透射率 为96%,滤波性能优 异,能够满足窄带滤波技术的要求,并有望在光波分复用技术中获得广泛的应用。

    • >图像与信息处理
    • 基于二值神经网络的大场景点云分类

      2022, 33(4):364-372.

      摘要 (474) HTML (0) PDF 1.18 M (210) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年随着3维数据采集技术不断发展,大场景 点云数据的获取越来越方便。目前深 度学习网络框架在2维图像处理领 域越来越成熟,而大场景点云是一种3维无规则化的数据,3维卷积神经网络直接处理大场 景3维数据会存在分类精度低和计 算复杂等问题。因此为了有效解决基于深度学习的点云分类任务中存在的计算时间长和分类 精度低的问题,本文提出基于二值 神经网络的大场景点云分类方法,针对不规则的3维点云数据设计特征值计算方法,基于IR -Net二值神经网络处理输入的点云 特征图像,进一步采用Dynamic ReLU激活函数,提高神经网络的计算效率,最后得出点云分 类结果。实验结果表明,所提出 的方法在Oakland数据集上分类精度达到97.6%,在GML数据集中取得 了92.3%和97.2%的分类精度,实验结果证明Dy -ResNet 能够有效提升了点云分类的精度,减少计算的复杂度,并提高了训练效率。

    • 联合多通道均衡与多尺度融合的水下图像增强方法

      2022, 33(4):373-382.

      摘要 (283) HTML (0) PDF 1.98 M (184) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对不同场景水下退化图像出现的颜色失真和低 对比度等问题,提出了一种联合多通 道均衡与多尺度融合的水下图像增强方法。首先利用绿通道补偿红通道并通过区域红通道 均值二次加强红通道,其次利用自适应平台直方图均衡扩展R、G、B 3通道灰度级范围并 重新分配灰度值,最后将经过Gamma 、GUM 和CLAHE 算法处理的亮度V(Value )分量进 行多尺度融合。实验结果表明,本文算法简单而有效,能够明显改善图像雾化现象和蓝绿 外观,增强图像清晰度,且在多种场景下均表现出较强的泛化适应能力。

    • 基于双支路特征融合的MRI颅脑肿瘤图像分割研究

      2022, 33(4):383-392.

      摘要 (257) HTML (0) PDF 1.70 M (220) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)颅脑肿瘤区域误识别与分割网络空间信息 丢失问题,提出一种基于双支路 特征融合的MRI脑肿瘤图像分割方法。首先通过主支路的重构VGG与注意力模型 (re-parameterization visual geometry group and attention model,RVAM) 提 取网络的上下文信息,然后使用可变形卷积与金字塔池化模型(deformable convolution and pyramid pooling model,DCPM)在副支路获取丰富的空 间信息,之后使用特征融合模块对两支路的特征信息进行融合。最后引入注意力模型,在上 采样过程中加强分割目标在解码时的权重。提出的方法在Kaggle_3m数据集和BraTS 2019数 据集上进行了实验验证,实验结果表明该方法具有良好的脑肿瘤分割性能,其中在 Kaggle_3m上,Dice相似系数、杰卡德系数分别达到了91.45%和85.19%。

    • 基于渐进式特征推理的裂缝图像修复方法研究

      2022, 33(4):393-402.

      摘要 (465) HTML (0) PDF 1.52 M (185) 评论 (0) 收藏

      摘要:图像修复是计算机图形学与计算机视觉中的研 究热点之一。针对传统裂缝图像修复 采用一次性补全修复方法并没有语义理解能力,当语义场景较为复杂且图像缺陷较大时 修复效果不佳的问题,提出了一种基于渐进式特征推理的裂缝图像修复方法。该方法从孔洞 边缘逐步修复图像,加强对孔洞中心的约束。首先通过计算掩膜占比确定修复比例,使用部 分卷积更新掩膜,然后利用VGG-16网络进行特征提取,再使用语义注意力机制,生成高质 量的图像特征,并采用跳跃连接方法,增强遥远距离的梯度相关性,为后续图像修复提供多 尺度多层次的特征信息。最后,将递归生成的特征图进行融合解码生成修复图像。实验结果 表明,与传统图像修复方法相比,本方法修复的裂缝图像峰值信噪比提升了0.5 dB—1.2 dB,产生语义明确的修复结果。

    • 基于自适应高斯混合模型的铁轨异物入侵检测研究

      2022, 33(4):403-413.

      摘要 (304) HTML (0) PDF 1.91 M (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复杂铁路环境下异物入侵动态检测抗扰能力弱和快速性差等问题,本文提出了 一种基于自适应高斯混合模型(adaptive Gaussian mixture model,AGMM)的铁轨异物入侵检测方法。通过分析铁路场景发生复 合抖动时存在随机性的特点,首先对输入的铁路视频进行抖动检测,然后引入仿射变换与中 值滤波,对视频序列中存在抖动的图像进行处理。再采用逐帧迭代填充的方法,对去抖后图 像出现的黑边进行填充,得到无抖动和无黑边的铁路视频帧。最后,在现有高斯混合模型的 基础上,设计了自适应选择高斯分布个数和学习率,利用改进后的高斯混合模型实现复杂铁 路视频的背景建模,并由此提高前景目标的检测速度。实验结果表明,本文方法在铁路视频 存在抖动的情形下,轨道异物入侵目标检测的精度是原有的2.6倍, 检测速度是2.8倍,能提高目标检测的抗干扰性和快速性。

    • 提升小波与能量检测联合优化下的频谱感知方法

      2022, 33(4):414-420.

      摘要 (197) HTML (0) PDF 1.02 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的频谱感知方法易受噪声波动的干扰,而且 在低信噪比的无线通信条件下检测 精度较差。通过结合提升小波去噪与动态门限能量检测算法,能有效提高传统频谱感知方法 的抗噪声性能和检测精度。首先对含噪信号进行奇偶抽样,分解信号,去除噪声部分,再重 构为去噪新信号,然后通过能量检测方法来统计信号的能量积累,设置动态门限,最后以动 态门限判断用户信号是否存在。提升小波去噪能够有效地去除采样信号中的噪声,减少噪声 对能量检测法检测精度的影响,动态门限能根据噪声波动进行调整来适应复杂的噪声环境。 仿真结果表明,提升小波去噪结合动态门限能量检测算法相比于传统的频谱感知要有更优的 检测精度。此方法不但提高了其对不确定噪声的抵抗性,使之能适应复杂的通信环境,而且 提高了频谱感知过程的可靠性。

    • >测量·检测
    • 基于残差与注意力机制的原棉杂质检测

      2022, 33(4):421-428.

      摘要 (251) HTML (0) PDF 1.28 M (166) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对原棉杂质检测准确率不高的问题,以新疆棉花 为研究对象,提出基于残差与注意力机制的原棉杂质检测算法。该算法为2阶 段算法,准确率较高。首先,采集原棉杂质图象后对图像进行标注,再进行数据增广,可以 避免训练过程中的过拟合现象,接着在原框架引入视觉注意力机制,通 过改进算法结构来提高原棉杂质检测的准确率。其次,通过分析对比几种不同网络对原棉杂 质检测的准确 度,选取ResNet50为特征提取网络,该网络提高了算法的复杂特征提取能力。最后,采用R oI Align来减 少量化误差,从而提高检测原棉杂质的准确性。实验结果表明,改进的算法虽然略微增多检 测时间,但其 整体检测准确率明显优于原算法,整体识别的准确率可达到 94.84%, 较改进前Faster R-CNN(faster region-based convolutional neural network)的识别率提 高了5.58%。同时通过对比不同网络模型,结果显示改进后的Faster R-CNN对原棉杂质检测的效果更好。

    • 基于双目深度估计的牛体尺测量方法设计

      2022, 33(4):429-435.

      摘要 (234) HTML (0) PDF 1.03 M (201) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决传统人工接触式测量工作量大、测量条件 相对艰苦及影响牛正常生活习性的繁琐问题,提 出了基于目标检测的双目深度估计牛的体尺测量方法。首先,通过双目相机采集图片,利用 YOLOv5(you only look once v5)目标检测算法检测图像中的体尺特征部位,结合边缘检测等算法获取牛 体尺测点。其 次,利用双目立体匹配算法将双目2维图片转化为空间3维深度信息图,在深度信息图上读 取测点3维坐 标。最后,在3维坐标系下运用空间欧氏距离进而计算牛的体尺参数。搭建了测试平台进行测 量,实验结果 表明,该方法的测量精度高于现有相关方法,其中体长的平均相对误差为2.4%、体高的平均 相对误差为1.1%、体斜长的平均相对误差为3.3%,为牛体尺测量提供了可行的示范。

    • >光电子信息技术
    • 基于改进粒子群算法的后向泵浦RFA设计

      2022, 33(4):436-442.

      摘要 (336) HTML (0) PDF 1.11 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了满足第六代移动通信(6G)系统对光通信网 络的高速率及大容量的要求,进一步 提高光传输网络中光纤放大器的带宽、响应速率及放大倍数等成为目前的研究重点。在使用碲 酸盐光纤作为光纤增益介质的同时,提出一种改进粒子群优化算法,通过在迭代过程中动态 的调整速度、位置及惯性权重值,获得更高收敛速度,增强全局搜索的能力。应用该算法对 拉曼光纤放大器的各个泵浦光参数配置进行优化、分析及仿真验证,最终设计出平均开关增 益为23.738 dB,增益平坦度为0.209 dB的后向泵浦拉曼光纤放大器。结果表明,改进的 粒子群优化算法对拉曼放大器泵浦光的参数配置有很强的适应性,能够获得较低的增益平坦 度,对未来拉曼光纤放大器的设计具有一定的参考意义。

    • >材料
    • 横观各向同性复合材料激光超声检测的数值模拟

      2022, 33(4):443-448.

      摘要 (194) HTML (0) PDF 1.14 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了分析横观各向同性复合材料的内部材料属性 ,结合激光超声理论,使用仿真软 件Comsol Multiphysics 建立了复合材料在激光热弹下激发出超声波的等效模型,通过设置 完美匹配层、低反射边界等方法消除了边界回波。采用有限元法模拟了横观各向同性材料中 激发超声波的物理过程,对缺陷回波信号进行了时域分析。结果表明:平板厚度的增加会使 超声波逐渐转变为高阶模态,且随着平板厚度的增加,模态的截止频率会逐渐降低,同时在横观 各向同性复合材料中传播的超声波将逐渐失去Lamb波的特征,转而表现出表面波特征,将 Lamb波向表面波转化激发出Rayleigh波。本次模拟为进一步研究复杂介质中超声波的产生 和缺陷定位奠定了基础。