摘要:本研究提出一种基于级联双驱动马赫-曾德尔调制器(dual-drive Mach-Zehnder modulator,DD-MZM)的超平坦光频梳(optical frequency comb,OFC)生成方法。 系统仅需要两个DD-MZM和一对振幅不超过2Vπ的射频(radio frequency,RF)信号源,即可在2 dB功率波动范围内产生23梳状谱线,输出光谱带宽达460 GHz,频率间隔约20 GHz。针对不同Vπ的调制器,仅需根据本文提出的一个简化的平坦谱数学关系式调节RF信号的振幅,即可生成具多谱线数与超平坦特性的OFC。

摘要:针对复杂道路环境下小目标密集、光照不均产生的遮挡问题,提出一种融合Swin Transformer和判别力增强模块网络(fusion Swin Transformer spatial attention module network,FSTS-Net)的目标检测算法。首先将Swin Transformer作为主干网络,构建全局信息捕获模块,增强对小目标及密集目标的检测；其次,针对光照不均导致的目标遮挡问题,设计了判别力增强模块(spatial attention module for discriminative feature enhancement,SAM),以增强目标特征的学习能力;最后,使用SIoU(structured intersection over union)作为模型的损失函数,提高了检测精度。实 验结果表明,模型的平均精度均值(mean average precision,mAP)提高了2.82%,准确率提高了5.12%,召回率提高了7.61%,优于YOLOv8等其他常见的算法,能够有效解决复杂道路环境下的小目标和遮挡问题。

摘要:针对传统瞳孔定位算法精度不够高、实时性不好、易受环境干扰问题,提出一种结构简单的改进定位算法。首先,利用Dlib人脸模型对输入人脸图像进行特征提取；然后引入灰度化、滤波、腐蚀等操作,对人眼关键区域进行图像处理,结合质心法完成瞳孔中心初定位；最后基于图像灰度值差异,采用可变滑动窗口补偿算法完成坐标修正,在BioID人脸数据集上进行算法比对实验。实验结果表明,数据集中每幅图片的平均测量时间仅为26 ms,能够满足实时性要求,同时瞳孔检测准确率较传统算法有显著提高。虚拟驾驶场景的应用实验表明,所提算法能够适用于不同人群,具有较好的实时性和鲁棒性,对眼机交互的工程应用具有重要参考意义。

摘要:为了在彻底去除雾霾效果的同时,避免产生光晕伪影和亮度偏暗等不足,提出了一种基于自适应暗通道先验与中值大气光的图像去雾方法。该方法提出了自适应的暗通道先验,根据像素邻域的亮度、饱和度以及标准差,自适应地确定求取暗通道的邻域大小,从而动态估计透射率,在保持图像适宜亮度的同时避免光晕伪影；选取亮度最大的10%像素,并以这些像素在3个通道内的中值作为大气光值；根据估计的透射率和大气光,利用大气散射模型对有雾图像进行去雾恢复。实验结果表明,本文方法处理后的有雾图像,在视觉效果上优于现有方法,信息熵和平均梯度分别比现有方法提高了2.12%和5.58%,且直方图分布更合理。因此,本文方法能更有效地应用于图像去雾。

摘要:本文针对传统去雾方法存在图像失真、对比度下降、饱和度过高、天空区域处理较差等问题,提出一种结合天空区域分割、暗通道先验(dark channel prior,DCP) 、亮通道先验(bright channel prior,BCP) 理论的图像优化去雾算法。首先求取有雾图像梯度图的香农熵,得到有雾图像的纹理图,纹理图可以粗略确定天空区域所在位置。再结合区域生长算法和Canny算子对天空区域进行精细分割,并在分割的天空区域内求取大气光值。此外,本文引入BCP理论,采用暗亮通道融合的方式估算透射率,最终根据大气散射模型得到清晰的无雾图像。实验表明,所提出的去雾算法能有效优化传统去雾算法在天空区域失效的问题,且得到的去雾图像更加满足人类视觉体验。同时,也有着较好的客观评价指标,验证了所提算法的可行性、有效性和优越性。

摘要:可见(visible,VIS) 和红外(infrared,IR) 图像之间存在着巨大的模态差异,学习模态共享显著性特征仍然是跨模态行人重识别(visible-infrared person re-identification,VI-ReID)任务中一个具有挑战性的问题。现有的方法在学习模态共享特征时忽略了低级和高级特征之间的关联性且训练样本有限,不能充分挖掘跨模态线索。因此本文提出一种邻级特征融合指导网络(adjacent-level feature fusion guided network,AFGNet)。首先,邻级交叉注意力融合模块(adjacent-level cross attention fusion module,ACFM)通过交叉注意力挖掘相邻特征空间和通道之间的潜在关系,引导邻级特征融合,有效生成模态共享特征。其次,多特征生成模块(multi-feature generation module,MFGM)使用多分支空洞卷积生成结构在特征嵌入空间生成不同的样本,缓解训练数据不足的问题。本文在SYSU-MM01数据集的全搜索模式中rank-1和mAP分别达到了76.26%和73.56%,验证了本文方法的有效性。

摘要:带钢的表面质量直接关系到最终产品的使用寿命和可靠性。针对二维主成分分析算法 (two-dimensional principal component analysis,2DPCA)应用于带钢表面缺陷识别时存在特征提取能力有限、分类识别率低以及鲁棒性不足等问题,本文提出了一种结合二值权重和最优均值的鲁棒二维主成分分析算法 (binary weight optimal mean 2DPCA with L₁ norm,BWOM-2DPCA-L₁),同时给出了贪婪求解方法,有效地消除了异常值的干扰。通过该算法提取缺陷特征,并结合支持向量机 (support vector machine,SVM)对带钢表面缺陷进行类型识别。为了验证算法的有效性,本文选用NEU-CLS表面缺陷数据集,并加入不同比例噪声块进行实验。结果表明,相比其他2DPCA算法,所提算法在图像重构、平均重构误差和分类率等方面均表现出明显的优势,具有较强的鲁棒性。

摘要:针对近岸背景复杂、小目标和船型较多的情况下,传统机器视觉对船舶的检测精度不足的问题,提出了一种基于改进YOLOv8的内河船舶目标检测识别方法:IRS-YOLO(inland river ships-YOLO)。首先,将注意力尺度序列融合(attentional scale sequence fusion,ASF)集成到YOLOv8的颈部,更好地融合了不同尺度的特征图,提升了多尺度信息提取能力；其次,为了提升网络在复杂背景下的检测能力,在Backbone和Neck中的部分C2f模块中加入可变性大核注意力(deformable large kernel attention,DLKA) ,称为C2f_DLKA；最后,将YOLOv8原有的CIoU回归损失函数替换为Inner-SIoU,提升了回归框的回归性能,提升了模型对小目标的检测精度。将改进后的模型在SeaShips数据集上进行实验,较原YOLOv8的平均精度均值(mean average precision,mAP)提升1.5%,达到97.9%,说明IRS-YOLO在对内河船舶进行检测时具有更好的准确度和鲁棒性。

摘要:本文设计了一种介电层间隔的金纳米颗粒与金薄膜复合结构模型,并采用时域有限差分法(finite-difference time-domain method,FDTD) 对复合结构进行了模拟。深入分析介电层的介电特性以及金纳米颗粒的几何结构对表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR) 的影响,并综合考虑了各个因素与多物理场之间的相互作用。此外,在金纳米颗粒中引入了空腔,增加了结构的复杂性,并引入了新的耦合模式。研究表明,通过改变腔体的大小和位置,可以在可见光到近红外范围内精确控制SPR。空腔边长的增加不仅引起共振峰的红移,而且在短波长区域形成新的共振峰。新峰的形成是由于空腔内部和外部表面等离子体场的耦合激发所致。当空腔偏离中心时,结构原有的对称性被打破。不对称结构带来了新的结构复杂性,具有更丰富的光学性质和应用潜力。

摘要:对于光正交频分复用(optical orthogonal frequency division multiplexing,OOFDM)系统中信号高峰均功率比(peak to average power ratio,PAPR)和信号载波间串扰(inter-carrier interference,ICI)的问题,提出一种基于频率索引调制技术的恒包络OOFDM (constant envelope OOFDM with frequency index modulation,CE-OOFDM-IM) 基带系统设计方案。该基带系统在星座调制的同时进行索引调制以降低ICI,在数模转换之前将正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)信号调制到恒包络载波信号的相位上,之后调制到光载波上,最终得到PAPR接近于0 dB的OOFDM信号。在Matlab中搭建系统的数学模型进行仿真,在现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)上对基带系统进行实现,计算出通信系统的误码率(bit error rate,BER) 以及信号的PARR。实验结果表明:所提出的CE-OOFDM-IM基带系统在实际中可以提升信号处理性能,并将PAPR降低至接近0 dB。

摘要:采用固相法制备不同比例的Eu³⁺掺杂的β″-Al₂O₃荧光粉。测试了粉体物相结构、表面形貌、荧光光谱、电/磁偶极跃迁强度随Eu³⁺浓度的变化规律、荧光寿命以及CIE色度值。结果表明:Eu³⁺不等价取代Na⁺后,其浓度的差异对于样品的晶体结构影响较大,当Eu³⁺的掺杂量低于0.03 mol时,产物保持β″-Al₂O₃相,当掺杂浓度大于0.03 mol时出现杂相。在395 nm近紫外激发下,发射光谱表现出强5D₀→⁷F₂跃迁,说明大部分Eu³⁺处于β″-Al₂O₃传导层中非反演对称格位上。基于浓度猝灭理论分析,确证电多极距作用在β″-Al₂O₃:Eu³⁺荧光粉的浓度猝灭过程中占主导地位。此外,通过计算样品的平均荧光寿命,得出在β″-Al₂O₃:Eu³⁺体系中存在能量传递。CIE色度分析结果证实β″-Al₂O₃:Eu³⁺的发光色值接近于红光标准值,有望成为显示器件中潜在的红色组分。

摘要:光片荧光显微镜(light-sheet fluorescence microscopy,LSFM) 是一种新型光学成像方法,其照明路径和检测路径具备正交特性,可以实现高时空分辨率、低光毒性和光漂白的三维成像。但是,目前的光片荧光显微镜大多采用传统的搭建方式,即:照明物镜被固定在与标本相平行的水平面上,检测物镜与其正交排布。该布局会约束样本尺寸及其横向移动,无法对厘米级的大尺寸样本进行多角度成像分析。本文通过优化成像系统布局,结合光束调制手段构建了一套基于无衍射光束的开顶式光片成像系统。使用位于样本室下方的3枚物镜对物体进行光学层切并实现了高-低分辨率跨尺度成像。仿真结果以及标定实验证明了成像视场及分辨率提升的有效性。此外,本文还通过小鼠创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI) 模型的成像分析,展示了该成像系统在临床疾病研究与治疗中应用的巨大潜力。

摘要:针对滤纸基底上显色反应的检测要求,提出了一种基于光热-激光背向散射干涉(backscattering interferometry,BSI) 的纸基生物分子定量检测技术,并进行了实验验证。该技术通过泵浦光激发纸基底上有色物质的光热效应,使产生的热量传递给毛细管,并引起毛细管内液体折射率变化,从而使得探测光的BSI条纹发生位移,移动量与纸基底上的有色物质的浓度正相关。文中以肾病生物标志物视黄醇结合蛋白(retinol binding protein,RBP)为例,利用酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)方法使得RBP显色,并将显色溶液滴加至滤纸基底,采用泵浦光调制的光热-激光BSI技术,实现了RBP的定量检测,检测限为0.22 μg/mL。