• 2022年第33卷第5期文章目次
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    • >光电子器件和系统
    • 干涉仪速度波动对光谱信噪比的影响规律研究

      2022, 33(5):449-457.

      摘要 (409) HTML (0) PDF 1.50 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:干涉仪速度波动是影响光谱信噪比的重要因素之 一,为了进一步提高光谱信噪比 ,对干涉仪速度波动与光谱信噪比 之间的关系进行了研究。文中从旋转角度、反馈速度测量、电路噪声等方面定量分析了倾斜 式干涉仪光程差速度波动的成因, 在此基础上,通过理论分析和实验验证了光程差速度不稳定性对光谱信噪比的影响规律。实 验结果表明,在同一波数区间,光 程差速度稳定性越高,光谱信噪比越好,速度稳定性提高5%时,光谱信噪比提高约14%—16%。当光程差速度恒定时,低波数段 的光谱信噪比明显优于高波数段,2100200 c m-1波段比2500600 cm-1波段的信噪 比高约20%。该研究成果为高信噪比光谱仪的设计提供了理论基础。

    • 单模光纤拉伸器分布式双折射特性实验研究

      2022, 33(5):458-464.

      摘要 (272) HTML (0) PDF 1.25 M (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:在偏振敏感光纤系统中,光纤双折射是重要的参 量。基于压电陶瓷的单模光纤(single-mode fiber,SMF)拉伸器是光纤系统中引入应变、光程或 相位变化等常用的器件,而少有人关注过光纤拉伸器引入的双折射特性。本文提出基于分布 式偏振分析的SMF拉伸器双 折射特性表征方法,结合全穆勒矩阵分析和光频域反射仪技术,可以得到SMF拉伸器缠 绕光纤的分布式双折射特性。实 验得到:在光纤拉伸器使用过程中,光纤双折射随驱动电压增大而增加;当光纤拉伸器缠绕 光纤表面不平整时,可引入更高 的基底双折射,且在施加驱动电压时,基底双折射增加更加明显;设计合适的拉伸机构和光 纤缠绕方法,能有效地避免光纤拉 伸器使用过程中双折射的改变,但可能会引入较强的基底双折射。本文研究结果对于在偏振 敏感光纤系统中使用光纤拉伸器时系统性能的评估及优化具有指导意义。

    • 基于琼脂薄膜的微型端面光纤F-P湿度传感器

      2022, 33(5):465-470.

      摘要 (319) HTML (0) PDF 1.34 M (180) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于琼脂薄膜的微型法布里-珀罗(F abry-Perot,F-P)光纤湿度传感器。传感器通过将标准单模光纤插入空 芯玻璃管并在玻璃管端面浸涂琼脂薄膜形成双F-P结构 。当环境相对湿度变化时,琼脂薄膜的体积和 折射率发生改变,从而引起干涉光发生波长偏移。搭建了湿度传感实验系统,对传感器的湿 度传感特性进行了表征,在50%RH—80%RH的相 对湿度范围内实现了高达1.232 nm/%RH的相对湿度测量灵敏度。该传感器尺寸紧凑、成本低、具有较好的线 性 灵敏度,且制备方式简单。

    • 微纳光栅结构提高OLED器件性能的研究

      2022, 33(5):471-478.

      摘要 (490) HTML (0) PDF 1.81 M (209) 评论 (0) 收藏

      摘要:有机发光二极管(organic light emitting diode, OLED)具有重量轻、功耗低、 响应时间快及具有柔性等特点,在平板显示 及固态照明等方面均显现出巨大的优势。为进一步提高OLED器件性能,本文利用ExpertOLED 仿真软 件对具有不同光栅结构的实际OLED器件进行仿真模拟,分析不同结构的微纳光栅对双金属电 极OLED 器件电致发光((electroluminescent,EL)光谱、发光视角及器件内部电场强度分布的影响。通过优化,得到增强 器件发光强度 和拓宽发光视角的微纳光栅结构。在不同的光栅周期下,改变光栅高度对器件的发光性能有 不同的影响。 调节发光层中分子偶极取向,优化器件内部电场强度分布,可进一步对器件的发光性能进行 优化,从而为实验上利用周期性微纳光栅结构提高OLED器件性能提供了具有价值的参考。

    • >图像与信息处理
    • 基于多级特征选择的自然场景文本识别算法

      2022, 33(5):479-487.

      摘要 (290) HTML (0) PDF 1.29 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有场景文本识别方法只关注局部序列字符 分类,而忽略了整个单词全局信息的问题,提出 了一种多级特征选择的场景文本识别(multilevel feature selection scene text recogn ition,MFSSTR)算 法。该算法使用堆叠块体系结构,利用多级特征选择模块在视觉特征中分别捕获上下文特征 和语义特 征。在字符预测过程中提出一种新颖的多级注意力选择解码器(multilevel attention sele ction decoder, MASD),将视觉特征、上下文特征和语义特征拼接成一个新的特征空间,通过自注意力机制 将新的特征 空间重新加权,在关注特征序列的内部联系的同时,选择更有价值的特征并参与解码预测, 同时在训练 过程中引入中间监督,逐渐细化文本预测。实验结果表明,本文算法在多个公共场景文本 数据集上识 别准确率能达到较高水平,特别是在不规则文本数据集SVTP上准确率能达到87.1%,相比于当前热门算法提升了约2%。

    • 一种基于可变形卷积的高光谱图像分类算法

      2022, 33(5):488-494.

      摘要 (321) HTML (0) PDF 921.29 K (177) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着深度学习的不断发展,基于深度学习的机器 视觉方法被广泛应用,其中,卷积神 经网络(convolutional neural network,CNN)对高光谱图像(hyperspectral imagery,HSI ) 分类有着显著的效果。传统卷积网络中卷积核的采样位置是固定的,不能根据HSI中复杂的 空间结构而改变,忽略了数据在空间分布上的特征,为了提高高光谱图像分类在实际应用中 的性能,本文提出了一种基于可变形卷积的高光谱图像分类方法,考虑到HSI高维度的特性 , 将可变形卷积从2D引伸到3D,从而更好地提取3D空间上的特征。本文结合双分支双注意机制网络(double- branch dual-attention mechanism network,DBDA)的网络结构和3D可变形卷积,在Indi an Pines(IP)和Botswana(BS)2个数据集上进行了实验。实验结果表明,本文的方法在 综合精度(overall accuracy, OA) 、平均精度(average accuracy, AA)、KAPPA评价标准上均获得了更好的分类准确 率,相较于次优算法,OA提高了0.15%—0.23%,AA提高了0.21%, KAPPA提高了0.000—0.001。

    • 基于FPGA的实时幸运区域融合算法

      2022, 33(5):495-504.

      摘要 (258) HTML (0) PDF 1.71 M (194) 评论 (0) 收藏

      摘要:大气湍流对光学目标图像的分辨率会产生随机性 的影响。幸运区域融合(lucky-region fusion,LRF)是一 种针对受大气湍流影响图像序列的图像合成技术,通过在一系列短曝光图像中选取具有高分 辨率的区域进行融合,从而获得一张清晰的图像。LRF 算法在台式计算机上实现比较简单, 但这是事后处理的方法,没有实时性。描述一种针对灰度图像流实时地进行提取、分区处理 和合成的LRF算法及其系统实现技术。根据现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)数字信号处理的特点 , 提出了一种适合于FPGA处理的实时LRF算法。用硬件描述语言对该算法进行逻辑设计,将 其嵌入到一个中小规模的FPGA上,从而构成一个纯硬件的紧凑的LRF处理系统。通过模拟 的序列图像和在实验室实际拍摄了短曝光序列图像,对该系统进行了测试。实验结果表明, 所提出的实时LRF算法可行,所实现的FPGA系统可以实现输入灰度图像序列的实时动态幸 运区域融合,并最终获得高分辨率的融合图像。

    • 基于PiT的皮肤镜图像分类方法研究

      2022, 33(5):505-512.

      摘要 (270) HTML (0) PDF 1.36 M (194) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着计算机技术的进步,现有的Transformer被 扩展成处理计算机视觉任务的网络结 构。为提高黑色素瘤的早期确诊率以提高皮肤病患者的治愈率,本文提出一种改进的基于 PiT(pyramid pooling transformer)的网络模型来实现对7种皮肤病变的皮肤镜图像进行自 动 分类。本文模型主要由PiT模块和抗干扰模块等2个部分组成,Pit继承了ViT的优点,并通 过池化进行空间尺寸转换来提高模型的鲁棒性,经过预训练的PiT网络拥有大量的自然图像 特征,且PiT部分网络可为下游的分类任务提供所需的图像特征,本文设计出抗干扰模块, 用来抵抗皮肤镜图像中的干扰因素(如毛发、异物遮挡)的影响,从而提高模型性能、提高分 类精度。实验结果表明,本文模型 在 ISIC 2018验证集上的分类准确 率、精确率、召回率、 F1-score值分别高达91.58%、83.59%、89.92%、86.34%,每秒传输帧数(frames per second,FPS)达到85Hz与 现有的几种先进的分类网络相比,分类性能和模型效率都有所提高,具有相对优势,证明本 文模型具有一定的实用价值。

    • >模式识别
    • 基于深度学习和灰度纹理特征的铁路接触网绝缘子状态检测

      2022, 33(5):513-520.

      摘要 (336) HTML (0) PDF 1.36 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:铁路接触网绝缘子状态检测对铁路行车安全有着 重大的意义,为解决目前人工对绝缘 子图像检测结果的不确定性,提出一种深度学习结合灰度纹理特征的检测方法。首先使用 Faster R-CNN (faster region-based convolutional neural network)目标检测算法对图像中绝缘子精确识别,再通过灰度共生矩阵对绝缘子纹理 特征进行分析提取,之后结合支持向量机将绝缘子分为正常绝缘子和异常绝缘子,实验数 据结果证明使用能量、熵、相关度3种纹理特征进行绝缘子状态分类时对实验数据中的正 常状态绝缘子的分类精度可达100%,异常状态绝缘子的分类精度达97.5%,最后依据绝缘 子图像灰度分布的周期性特点,利用灰度积分投影将异常绝缘子分为破损绝缘子和夹杂异 物绝缘子。实验结果表明所提方法可以有效对绝缘子状态进行检测分类。

    • >光电子信息技术
    • 自适应光电混合互连分流结构建模与性能分析

      2022, 33(5):521-528.

      摘要 (226) HTML (0) PDF 1.34 M (210) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对片上光电混合互连网络(hybrid optoelect ronic network-on-chip,HONoC)拥 塞控制与自适应能力差、无法实现光电联合仿真等问题,提出一种适用于可重构阵列处理器 的自适应光电混合互连分流结构,在此结构上设计了自适应分流路由算法与一种低损耗无阻 塞的5端口光路由器,并搭建了基于System verilog与Verilog的光电混合互连功能仿真与 性能统计模型。实验结果表明,在边缘节点阻塞的情况下所设计的路由算法避免拥塞能力平 均提升了17.5%,光路由器所需交叉波导与微环谐振器数量大幅减少,平均光路由器级插入 损耗仅为0.522 dB,所设计的光电混合互连性能统计模型具有支持 设计拓扑、结构和路由策 略等功能,并且可以对资源使用、功耗开销、插入损耗等性能进行统计分析。

    • 基于GMD-BD预编码的多用户MIMO可见光通信系统

      2022, 33(5):529-535.

      摘要 (231) HTML (0) PDF 1.11 M (189) 评论 (0) 收藏

      摘要:在基于奇异值分解(singular value decomposition,SVD)的块对角(block diagonal,BD)预编 码多用户多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO) 室内可见光通信(visible light communication,VLC)系统中,同一用户终端的不同光接收机误码率性能有较大差别,而 用户终端误码率性能受限于最差性能的接收机。针对此问题,本文利用决策反馈均衡(decision feedback equalization,DFE) 非线性接收机,提出了基于几何均值分解(geometric mean decomposition,GMD)的BD预编码多用户MIMO室内VLC 系统,并利用同一用户终端采用不同视场角(field of view,FOV)的接收机进一步提高用户终端误码率性 能,分析了用户终端位置对用户终端误码率性能的影响。最后通过仿真验证了本文提出的系 统使同一用户终端的不同接收机获得相近的误码率性能,提高了最差接收机的性能,降低了 用户终端误码率。当单个发光二极管 (light emitting diode,LED)的发射功率为10 mW和系 统传输速率为100Mbit/s 时,在室内95%的区域内用户终端能够达到10-6左右的误码率性能。

    • >光物理
    • 基于飞秒激光对PbI2薄膜瞬态克尔磁光效应研究

      2022, 33(5):536-542.

      摘要 (366) HTML (0) PDF 1.22 M (187) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文利用飞秒瞬态反射光谱和克尔旋转光谱,系 统研究了溶液法制备的厚度为~200 nm的PbI2薄膜 的动力学过程,并讨论了自旋弛豫机制。研究结果表明,瞬态反射光谱在502 nm处出现漂白峰,在487 和522 nm处出现吸收峰,分别归因于带填充效应和带隙重整效应。左 旋圆偏振光和右旋圆偏振光激发得 到的克尔磁光信号符号相反、大小相等,最大克尔旋转角和椭偏率分别达到10°/μm。自旋弛豫寿 命随抽运光通量的增加而缩短,最短弛豫寿命为1.6 ps,自旋弛豫机 制归因于强自旋轨道耦合效应导致的 Elliott-Yafet机制。另外,结果发现克尔磁光效应在带隙附近信号较强。在测量的波长 范围内,自旋弛豫 寿命均在几个皮秒量级,表明了PbI2材料是制备自旋电子器件的良好材料,并且在带隙附 近灵敏度最高。

    • >信息安全
    • 基于模糊逻辑的智能群体编队移动控制方法

      2022, 33(5):543-553.

      摘要 (183) HTML (0) PDF 1.98 M (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对群体移动过程中,各个智能体因受力波动较 大,而导致群体运动振荡的问题,提 出了一种基于分布式人工势场法与模糊控制相结合的控制算法。通过分析群体运动过程中单 智能体的受力情况,建立耗散力对移动中振荡进行优化,减小群体移动中的振荡负面影响, 提高群体运动的一致性。建立保持力对编队稳定和保持进行优化,提高编队的稳定性。将优 化过后的合力作为模糊控制器的输入,通过强化学习适应环境变化,调节参数控制输出,实 现群体跟随移动控制。此外,给出了可自动调整大小的多种编队控制生成模型,实现群体编 队移动控制。仿真结果表明能 稳定、有效控制群体跟随移动,编队移动中能有效避障,可使 编队提升移动效率和保持拓扑稳定性。

    • >生物医学光子学
    • 基于多尺度空洞分离卷积的U-Net分割前列腺图像

      2022, 33(5):554-560.

      摘要 (269) HTML (0) PDF 1.20 M (215) 评论 (0) 收藏

      摘要:前列腺核磁共振(magnetic resonance,MR)影像切片后发现有些影像 没有有效的边缘信息,这导致无法明 确定位边缘位置,进而无法分割出前列腺。同时,传统的卷积网络需要参数量庞大占用模型 的存储空间过多。本文提出了一种结合多尺度空洞可分离卷积和通道注意力的U-Net来分 割 前列腺的方法。首先,对50个3维(three-dimensional,3D)前列腺样品进行切片并对切片后图像 进行对比度增强。随 后,将处理后数据输入到残差U-Net中,使用多尺度空洞卷积和通道注意力作为编码-解 码 单元来提取特征信息。最后,使用Dice系数和豪斯多夫距离(Housdorff distance, HD)来评估分割结果。实验 在PROMISE12挑战赛数据集验证,最终Dice系数和HD分别为88.13%、14.17 mm,参数量和 存储空间降低57%。结果表明,本文方法不仅可以分割出没有有效边缘 的前列腺区域提高其分 割精度而且能有效的降低参数量和存储空间,能够应用于模糊边缘的医学图像中。