最新刊期
2025年第33卷第13期
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激光诱导铝等离子体结构演化及传播机制 AI导读
“在等离子体瞬态成像领域，专家搭建了高时空分辨成像系统，突破传统技术局限，为激光诱导击穿光谱应用提供理论支撑。”摘要：搭建了具有1 ns时间分辨率和0.01 mm空间分辨率的高时空分辨等离子体瞬态成像系统。在氩气环境与10 GW/cm²的激光条件下，实现了对铝等离子体中中性原子（Al I/Ar I）和一次电离离子（Al II/Ar II）的空间分布动态测量。实验结果表明，等离子体呈狭长形态，其轴向膨胀速度高于径向速度。由于激光与氩气层的强耦合作用，冲击气体层呈现高电离度，氩离子会与铝蒸气羽核相互重叠，其形态特征符合激光支持爆轰波理论模型。还讨论了不同类型粒子的寿命，揭示了上能级能量差异与离子复合过程对激发态粒子布居数衰减速率的影响机制。该成像系统突破了传统成像技术采集强度为观测方向积分值的局限性，为观察等离子体粒子的分布结构和膨胀过程提供了新方法，所揭示的等离子体时空演化规律有望为高精度激光诱导击穿光谱应用提供理论支撑。关键词：激光光谱;激光诱导等离子体;激光支持爆轰波;粒子分布29|20|0更新时间：2025-08-08 -
全塑料3倍全动型变焦镜头设计 AI导读
“在消费电子领域，全塑料3倍全动型连续变焦镜头设计实现高分辨率成像，光学性能、紧凑性及可制造性表现出色。”摘要：为满足消费电子领域对紧凑型、高性能变焦镜头的需求，设计了一个全塑料3倍全动型连续变焦镜头。该设计采用全动型变焦结构，所有透镜组均可运动，以优化变焦倍率和像质水平。利用Q型非球面提高成像质量，并结合塑料材料降低制造成本，使用LightTools为光学系统各表面设置相应的光学属性，通过光线追迹进行鬼像分析。优化后镜头实现了22.72~68.16 mm的3倍变焦，F数为4.5，光学总长小于68 mm。在10，1，0.2 m的物距下，不同焦距各视场80 lp/mm处衍射MTF大于0.3，160 lp/mm处MTF大于0.22，实现了高分辨率成像，且凸轮曲线设计流畅无拐点。鬼像分析表明，各表面组合形成的鬼像与像点最大辐照度之比均小于0.012 2%，对系统影响较小。全塑料3倍全动型变焦镜头在光学性能、紧凑性及可制造性方面均表现出色，为高性能、小型化变焦镜头的设计提供了技术参考。关键词：光学设计;全动型变焦;全塑料镜头;Q型非球面;变焦凸轮设计;鬼像分析16|36|0更新时间：2025-08-08 -
微小型MEMS-FPI近红外光谱仪 AI导读
“在生物医学检测与食品质量分析领域，研究者基于滨松MEMS-FPI近红外光谱传感器C14272，成功研发了微小型化近红外光谱仪，为经济高效解决方案提供新思路。”摘要：针对传统近红外光谱仪器体积庞大且成本高昂的现状，基于滨松MEMS-FPI近红外光谱传感器C14272，成功研发了工作波长为1350-1650 nm的微小型化近红外光谱仪。该系统采用模块化架构，整合高效信号获取与数据处理单元，显著降低系统成本。通过系统性能评估，包括波长精度、光谱分辨率、动态范围等指标，并通过温度特性补偿算法有效抑制了温度漂移。实验结果表明：该光谱分析系统具备优异的稳定性与重现性，光谱分辨率约为15.2 nm。结合卷积神经网络算法，构建的葡萄糖溶液浓度预测模型在检测未知样本时表现出高准确性（R²>0.99）和低误差率（RMSE<0.2%）。所研制的微小型化近红外光谱仪为生物医学检测与食品质量分析提供了经济高效的解决方案。关键词：红外光谱;微小型光谱仪;卷积神经网络;葡萄糖浓度检测22|13|0更新时间：2025-08-08 -
面向海面反光抑制的最优偏振探测角度估计 AI导读
“在海洋目标探测领域，专家基于Cox-Munk模型提出最优偏振探测角度估计方法，分析了观测角度与偏振信号强度的关系，为提升目标成像质量提供方案。”摘要：在海洋目标探测中，不同观测几何条件下接收到的偏振信号强度存在较大差异，为了提高目标的图像质量与识别能力，提出一种基于Cox-Munk粗糙海面模型的最优偏振探测角度估计方法，分析了不同风速、风向、太阳入射天顶角、观测天顶角和方位角对偏振反射率与偏振度的影响规律，得到了“太阳—海面—探测器”三者之间的不同观测角度组合与接收到的偏振信号强度之间的定量关系，以获取最大化偏振信号和偏振度为切入点，针对不同受限情况下的观测几何条件，得出相应的最优偏振观测角度组合方案。海面偏振反射率的有效分布主要集中在方位角150°至210°内，并且在相对方位角为180°时达到相对峰值。在该方位角范围内，海面偏振度的峰值出现在太阳入射天顶角与观测天顶角之和约为
现代应用光学
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全息曝光干涉条纹相位锁定系统设计 AI导读
“在全息光栅制造领域，专家设计了相位锁定系统，有效提高了干涉条纹稳定性，为大尺寸光栅制造提供解决方案。”摘要：为了制作高质量的全息光栅，提高分振幅曝光系统的条纹稳定性，分析了不同分束器件对条纹稳定性的作用，设计实现了全息光栅干涉条纹的相位锁定系统。基于干涉曝光的原理以及条纹漂移对曝光对比度的影响，分析了使用不同分光器件时对光源指向性的要求，提出了基于基准光栅Moiré条纹的干涉条纹变化检测方法。选取合适的探测器件与执行器件，基于STM32单片机结合PID算法设计了条纹相位闭环锁定系统。实验结果表明：该锁定系统能实现1 kHz的控制频率，对主要存在于0~3 Hz的低频漂移有良好的抑制效果，锁定后条纹漂移的RMS值为 -
谐波减速器集成式薄膜温度传感器设计与测试 AI导读
“在谐波减速器领域，专家提出了一种薄膜温度传感器，实现了工作温度信号的实时采集，为故障诊断和性能优化提供解决方案。”摘要：谐波减速器工作状态下温度数据的实时采集和监控有助于及时对谐波减速器进行故障诊断和性能优化，因此提出一种原位集成于谐波减速器内部的薄膜温度传感器。为降低谐波减速器工作时柔轮应变对温度传感器测温准确性的影响，采用有限元计算方法分析谐波减速器不同工作状态下的应变规律，对薄膜温度传感器进行结构设计降低应变对测温的干扰。基于MEMS工艺制备薄膜温度传感器，对应变影响进行温度补偿，并对传感器的测温性能进行测试。测试结果表明，薄膜温度传感器静态测温精度为±0.30%，动态测温精度为±0.52%。对自制薄膜温度传感器测温性能进行重复实验，在20~120 ℃温度内，相对于标准温度传感器的标准差为0.072~0.296 ℃，实现了谐波减速器工作温度信号的实时采集。关键词：温度传感器;谐波减速器;有限元分析;集成式传感器9|617|0更新时间：2025-08-08 -
共轴球面并联跟踪机构运动学建模与应用 AI导读
“在光学动态跟踪领域，研究者提出了3-RRR共轴球面并联机构，通过几何向量法和单位四元数理论，实现了快速响应的动态跟踪任务。”摘要：为完成大范围、高刚度及快速响应的动态跟踪任务，研究了一种应用于光学动态跟踪的3-RRR共轴球面并联机构。首先，通过几何向量法对机构进行正、逆运动学分析，基于向量投影从至多8组解析逆解中解出符合构型的唯一逆解，根据所提出的逆运动学算法在正运动学至多8种封闭解中确定与实际构型对应的唯一正解。然后，结合正逆运动学求解算法、运动奇异性指标和碰撞约束算法，系统分析了该类共轴球面跟踪机构在无奇异、无碰撞条件下的实际笛卡尔空间与构型空间分布。最后，基于单位四元数理论构建动平台姿态球面插值法，实现在工作空间内从任意姿态至目标姿态的平滑变换。计算与实验结果表明：运动学解析正解算法相较于约束迭代算法计算速度提升94%，计算误差降至10-14，且无初始值选取问题。工作空间求解结果表明：无运动学奇异与碰撞的机构俯仰角能够达到48.42°~138.42°，方位角达到-180°~180°。在此范围内绕指向轴滚转自由度依旧存在。理论分析与实验均表明，共轴球面并联跟踪机构具有优异的运动性能，满足光学动态跟踪任务的需求。关键词：并联机构;动态跟踪;正逆运动学;工作空间;轨迹规划;共轴球面15|13|0更新时间：2025-08-08
微纳技术与精密机械
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质子辐照下动态星敏感器质心定位 AI导读
“在质子辐照下动态星图质心定位领域，专家提出了基于深度学习的星点质心定位算法，建立了星点拖尾质心关键点模型，并构建了检测网络，具有较强的抗辐射噪声及高动态干扰能力，为星敏感器在复杂条件下的应用提供了新的思路和解决方案。”摘要：为了对质子辐照下动态星图进行精准的质心定位，提出了一种基于深度学习的星点质心定位算法。建立了星点拖尾质心的关键点模型，并依据该模型构建了星点质心关键点检测网络。根据动态星图能量退化行为及质子辐照的影响，结合质子累积以及瞬态实验建立星图数据集。使用该数据集和实际辐照动态星图对关键点检测网络进行训练和验证，并将网络的定位精度与传统基于复原的定位方法进行比较。在仿真无辐照星图上进行对比验证，在合角速度从0 （°）/s到7 （°）/s时，质心定位精度从0.03变化到0.2个像素长度，比基于复原的定位方法精度高一个数量级左右；实际拍摄辐照动态星图的合角速度从2.5 （°）/s到10 （°）/s时，质心定位精度从0.4变化到1.8个像素长度。对于传统方法无法处理的场景，如星斑与瞬态亮斑的区分以及星斑相互交叠，本文方法也能很好地处理。该方法具有较强的抗辐射噪声及高动态干扰能力，为星敏感器在复杂条件下的应用提供了新的思路和解决方案。关键词：星敏感器;动态;质心定位;质子;亚像素;神经网络11|202|0更新时间：2025-08-08 -
基于光照引导的三阶段低光照图像增强 AI导读
“在图像处理领域，研究者提出了一种基于光照引导的三阶段低光照图像增强算法IG-TSNet，有效提升图像亮度、抑制噪声并保持色彩准确。”摘要：针对在低光照条件下拍摄图像噪声严重、色彩偏差、伪影等问题，提出了一个基于光照引导的三阶段低光照图像增强算法（IG-TSNet）。该算法将傅里叶频域在捕捉图像全局信息的优势与Transformer在空域的远程依赖建模优势结合起来，并采用光照信息指导增强全过程。IG-TSNet由三个阶段级联组成，在像素增强阶段，通过自适应参数调整机制增强图像的全局表征；在傅里叶重建阶段，使用光照先验对幅度和相位谱进行双通道优化，实现图像全局重建；在交叉注意力融合阶段，设计了一个内嵌轻量级交叉注意力机制的双路径U型结构网络，对经过傅里叶重建的输出与光照分支获得的光照引导信息进行交叉注意力融合。最后，在6个LLIE基准数据集上进行了算法评估。实验结果表明，IG-TSNet可以有效提高欠曝光区域的亮度，可靠抑制噪声不会引入斑块和伪影，并稳健保持图像色准。IG-TSNet在9项指标上达到最优。在3个配对数据集上的PSNR分别达到26.968，27.880，28.939 dB，SSIM分别达到0.867，0.882，0.947，LPIPS分别达到0.099，0.141，0.047。在3个非配对数据集上BRISQUE分别达到25.67，20.51，18.80，NIQE值分别达到3.79，4.09，4.02。本文为低光照图像增强提供了一种可行的频域-空域联合增强算法。关键词：图像增强;低光照图像;傅里叶频域;交叉注意力;Transformer17|94|0更新时间：2025-08-08 -
面向多模式图像的改进暗通道先验去雾增强 AI导读
“最新研究突破图像去雾技术，多模式图像去雾增强算法在图像清晰度、边缘和细节恢复方面取得显著提升，为图像处理领域提供新解决方案。”摘要：针对现有算法存在处理图像模式单一和通用性受限的问题，基于暗通道先验提出了一种多模式图像去雾增强算法，对偏振强度、斯托克斯参量、线偏振度不同模式偏振图像和传统的RGB和黑白图像均适用。对偏振图像，利用K-means聚类、网格化和双线性插值估计大气光值，引入亮度与结构权重估计大气透射率，暗通道计算采用多尺度高斯滤波与基于梯度的自适应权重融合；对RGB、黑白图像，利用K-means聚类并采用天空像素95%分位数估计大气光值，结合高斯拉普拉斯边缘检测和双线性插值估计大气透射率，暗通道计算使用多尺度腐蚀操作和基于局部对比度的权重；在户外薄雾和室内人造浓雾下采集不同模式图像，并与暗通道先验、多尺度Retinex算法的去雾增强效果进行了对比。结果表明：所提算法在图像清晰度、边缘和细节恢复方面取得显著提升，平均梯度、图像熵和峰值信噪比较多尺度Retinex算法，偏振图像最少提升112.6%，14.0%，5.0%，非偏振图像最少提升103.6%，20.6%，21.9%。该算法不仅在增强图像质量方面具有优越性，同时对不同模式图像具有通用性。关键词：图像去雾;图像增强;偏振;暗通道先验;多尺度Retinex算法13|22|0更新时间：2025-08-08 -
点云法向量与曲率关键特征配准 AI导读
“在复杂特征目标点云配准领域，专家提出了点云法向量与曲率关键特征配准方法，为解决复杂目标大角度配准问题提供解决方案。”摘要：针对复杂特征目标的点云配准问题，提出了点云法向量与曲率关键特征配准方法。通过主成分分析法计算不同邻域半径下的曲率来选择关键点，对初始点云数据进行降采样。对于每个关键点，采用由4个法向量和3个曲率组成的七维特征描述符，该描述符研究了法向量夹角及曲率特征。分析了源点云与目标点云关键点特征描述符之间的相似性，通过欧氏最小距离和次小距离比值法确定源点云与目标点云的初始对应关系，采用随机一致性算法剔除错误对应关系降低误匹配。为实现高精度配准，采用迭代最近点算法进行精细配准，计算变换矩阵并定量化研究配准误差。实验结果表明，复杂目标的特征提取与配准的均方根误差达到了3.32 mm，并且在0~50°配准实验中平均误差增量为0.33 mm/（°），通过对比说明本文提出的方法在复杂目标大角度配准方面稳定性更高。空间卫星目标的特征提取与配准实验的均方根误差为2.71 mm，Y方向姿态角误差为0.427°，该方法也可以应用到空间目标位姿测量与配准方面，具有更广泛的应用价值。关键词：点云配准;复杂目标;法向量;曲率;误差分析18|21|0更新时间：2025-08-08
信息科学
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