最新刊期
      2025年第33卷第7期

        现代应用光学

      • 激光跟踪仪主动对准式复合传感高精度姿态测量 AI导读

        “在大型高端装备制造领域，专家设计了激光跟踪仪的主动对准式姿态测量靶标，建立了测量模型和误差校正方法，为工业大尺寸姿态参数精密测量提供解决方案。”
        程智, 董登峰, 李洋, 邱启帆, 王建国, 霍汉林, 黄云鹏, 周维虎
        2025, 33(7): 1007-1018. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1007
        摘要：为满足大型高端装备制造质量检测与装配过程的控制需求，设计了面向激光跟踪仪的主动对准式姿态测量靶标，建立了姿态测量数学模型以及相应的模型参数标定与非线性误差校正方法。首先，介绍了主动对准式姿态测量靶标的结构组成、工作原理、坐标系定义以及测量数据获取和预处理方法，然后基于光束矢量约束和重力矢量约束条件，分别建立了靶标姿态解算模型，并进一步采用神经网络算法对模型解算得到的姿态数据进行非线性误差校正，分析并提出了姿态求解过程涉及的模型参数矩阵标定方法和神经网络训练方法，最后应用主动靶标开展参数标定与姿态测量实验。实验结果表明：在15 m范围内，主动对准式姿态测量靶标与Leica T-MAC传感器的姿态测量均方根偏差为0.030°，可满足工业大尺寸姿态参数精密测量的应用需求。  
        关键词：姿态测量;激光跟踪仪;参数融合;主动对准;惯性传感   
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        更新时间：2025-05-27

      • 基于双棱镜的全视场外差干涉测量 AI导读

        “在全视场外差干涉测量领域，专家提出了基于双棱镜的新型干涉仪构型，有效降低寄生波混频影响，提升测量精度。”
        焦琪璐, 朱聪慧, 吕彤, 伍洲, 张文喜
        2025, 33(7): 1019-1030. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1019
        摘要：为了提升全视场外差干涉仪的测量适用性，降低寄生波、混频对干涉仪测量结果的影响，实现高精度低噪声的动态干涉测量，提出了基于双棱镜新型干涉仪构型。该系统能够适用于全视场外差动态干涉测量技术，解决混频对测量结果的影响，进一步降低寄生波对测量结果的影响，同时采用光纤出射的理想光代替参考面，能够避免参考面不均匀对测量精度的影响。解释了干涉仪的基本构型，描述了测量原理，对提出的双棱镜结构的寄生波进行建模仿真，对混频误差进行论证，并进行了寄生波、混频情况的实验验证。实验结果表明：发散结构寄生波相对平行光结构寄生波自然对数量级相差最高为3.2，该构型无混频因素的影响，在测量反射率为3%的元件时，引入的面形测量误差相对泰曼构型优于0.015 5λ，与仿真结果一致。基于双棱镜的全视场外差干涉测量技术提升了测量适用性，降低寄生波混频对干涉仪中低频率测量结果的影响，抑制了混频的影响，进一步提升了干涉仪的测量精度。  
        关键词：干涉测量;双棱镜构型;全视场外差;寄生波;混频   
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        更新时间：2025-05-27

      • 波长调制-直接吸收光谱法Rb同位素比测量 AI导读

        “最新研究显示，波长调制-直接吸收光谱技术在铷同位素丰度测量中具有高信噪比和免标定优势，为地质科学等领域提供快速高灵敏度测量方案。”
        徐积政, 孟远, 卢兴吉, 黄俊, 杨韬, 赵强, 寿欢欢, 黄印博, 曹振松
        2025, 33(7): 1031-1041. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1031
        摘要：Rb同位素分析可提供待测样品的起源和历史信息，在地质科学、生物医学以及核法证学等领域具有重要意义。波长调制-直接吸收光谱（WM-DAS）具有高信噪比和免标定的优势，对气态分子或原子可实现快速高灵敏度测量，适合用于气态金属原子同位素丰度现场快速测量。采用RbCl固体样品作为实验对象，使用电热还原法获取气态Rb原子，在WM-DAS方法基础上添加阈值去噪，用直接吸收光谱和WM-DAS以及阈值去噪后的WM-DAS分别测量了Rb原子D2跃迁线的吸收率函数，用高斯线型进行拟合，信噪比分别提升了1.40倍和1.84倍。考虑D2线超精细结构后信噪比提升1.48倍，并反演气态Rb原子温度为439 K和饱和蒸气压1.826 Pa。同位素比85Rb∶87Rb为2.613±0.007，测量精度达到0.779%，精度和不确定度均优于DAS方法，85Rb检测限为0.23%，可满足铷矿石探测需求。WM-DAS与电热还原原子化装置相结合，在固体金属检测领域具有探测精度高、抗干扰能力强等优势，更利于现场快速测量，在同位素丰度测量分析方面具有很好的应用前景。  
        关键词：波长调制-直接吸收光谱;Rb同位素;超精细结构;吸收率函数   
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        更新时间：2025-05-27

      • 基于神经网络的全斯托克斯光电探测器 AI导读

        “在全斯托克斯探测领域，研究者提出了基于石墨烯-金属纳米天线的偏振探测器，利用石墨烯上矢量光电流及神经网络方法解算，实现全斯托克斯参数时空一致探测，为集成化、小型化探测提供新思路。”
        王守桐, 张然, 褚金奎, 蒙海龙, 蔡德好
        2025, 33(7): 1042-1050. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1042
        摘要：传统的全斯托克斯探测方法都是基于分时或分空间形式，有着设备体积大、装备困难以及无法时空一致探测等缺点。二维材料以及超材料的最新发展使得基于亚波长尺寸的偏振敏感结构的超紧凑时空一致全斯托克斯探测器实现成为可能。提出了一种基于石墨烯-金属纳米天线的偏振探测器，利用石墨烯上矢量光电流以及神经网络方法解算，可实现全斯托克斯参数时空一致探测。通过FDTD仿真获得不同偏振态入射光下的矢量光电流，然后根据神经网络算法建立全斯托克斯参数S^和记录的矢量光电流I^之间的映射关系S^=f(I^)，成功检测了全斯托克斯参数，在4 μm波段下均方误差为0.007 69，入射光实际值和预测值的斯托克斯参数的最小包围球相对半径差为7.68%。该探测器克服了分时与分空间机制固有的技术限制，为实现集成化、小型化的时空一致全斯托克斯探测提供了新的思路。  
        关键词：偏振光电探测器;全斯托克斯;时空一致;神经网络;石墨烯   
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        更新时间：2025-05-27

      • 基于双丝型像质计测定射线照相检测系统性能 AI导读

        “在射线照相系统性能测定领域，专家构建了双丝型像质计射线理论成像模型，推导出图像对比度传递函数的计算公式，为射线照相系统性能测定提供有效技术途径。”
        阳庆国, 谭伯仲, 何小中, 唐若, 杨柳, 廖树清, 孙云飞, 马超凡, 邓建军
        2025, 33(7): 1051-1064. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1051
        摘要：针对当前国际标准对双丝型像质计的应用局限于测定基本空间分辨率，其潜在价值未得到充分挖掘的现状，为了拓展双丝型像质计的应用，提出利用其测定射线照相系统性能的方法。首先构建双丝型像质计射线理论成像模型，推导出图像对比度传递函数（CTF）的计算公式，并深入分析像质计摆放位置、射线能量以及线扩散函数（LSF）的影响。运用最小二乘法估计CTF值，进而计算LSF和调制传递函数（MTF），结合改进的Akima插值方法，更精确地测定射线照相系统的基本空间分辨率。最后，利用双丝型像质计标定探测器与射线源焦斑形状，并实现对系统任意成像放大比下LSF和MTF的预测。该方法在我国自主研发的9 MeV微焦点花瓣CT系统和300 kV微焦点工业CT系统中得到了有效验证。实验结果表明，双丝型像质计不仅可用于测定图像基本空间分辨率，还在射线源、探测器和照相系统的CTF，LSF和MTF的测定中发挥重要作用，为射线照相系统性能测定提供了有效的技术途径。  
        关键词：射线照相检测;双丝型像质计;对比度传递函数;线扩散函数;调制传递函数;焦斑测量;花瓣CT系统   
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        更新时间：2025-05-27

        微纳技术与精密机械

      • MEMS振镜式结构光三维重建综述 AI导读

        “结构光三维重建技术在多个领域展现应用潜力，MEMS振镜式结构光技术发展潜力巨大，为提高测量精度指明方向。”
        韩民, 张琛萍, 张宗华, 李星辉
        2025, 33(7): 1065-1090. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1065
        摘要：结构光三维重建是智能系统感知三维现实世界的上游环节，在工业检测、智能制造、生物医药、智能机器人视觉引导、虚拟现实、具身智能等未来产业展现出很大的应用潜力。本文总结了常见的条纹投影技术，重点分析了当下主流的DLP条纹投影技术和新型MEMS振镜式条纹投影技术，并从工作原理、性能指标及特点等维度进行综合性对比，展示出MEMS振镜式结构光技术的发展潜力。针对MEMS结构光的非逆反相机特性导致的标定困难问题，总结了专门适配MEMS结构光系统的具有物理可解释的标定模型。不同于DLP结构光技术，采用激光束扫描方式的MEMS结构光具有独特的误差源，对MEMS结构光系统的特有误差源进行了总结和分析，为进一步提高其测量精度指明方向。最后，介绍了结构光的具体应用，并展望了MEMS结构光的未来发展趋势。  
        关键词：结构光;三维重建;MEMS振镜式;条纹投影轮廓术;误差源;系统标定   
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        更新时间：2025-05-27

      • 高信噪比荧光检测微反射器零模波导器件的研制 AI导读

        “在微弱荧光检测领域，研究人员设计了高信噪比微反射器零模波导器件，荧光检测信噪比提升约4.27倍。”
        刘轩硕, 李传宇, 焦春笑, 黄润虎, 周连群, 郭振
        2025, 33(7): 1091-1099. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1091
        摘要：针对零模波导器件在荧光信号检测中信号收集效率受限、信噪比低的问题，设计并研制了一种实现高信噪比荧光检测的微反射器零模波导器件。通过电磁场有限元仿真数值计算，模拟了该器件在荧光检测中显示出更优的激发光与发射光场强分布。采用厚胶工艺进行曝光刻蚀，结合聚焦离子束打孔等微纳工艺，制备了零模波导孔以及高度为6.48 μm、底部直径为4.24 μm的“三段式”微反射器结构。利用荧光微球对所制备的器件荧光效果进行信号检测性能评估，并对荧光检测成像结果进行灰度量化和信噪比计算。结果显示，该微反射器零模波导器件荧光检测信噪比达到119.6，相较于仅有零模波导孔的器件，荧光检测信噪比提升约4.27倍。所研制的高信噪比零模波导器件有望应用在微弱荧光检测等领域。  
        关键词：零模波导;微反射器;信噪比;荧光信号检测   
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        更新时间：2025-05-27

      • 涵道式飞行汽车设计与气动特性研究 AI导读

        “在飞行汽车领域，专家提出了一种新型气动外形设计，通过仿真模拟验证了其安全性和稳定性，为飞行汽车发展提供了新方向。”
        高舒煜, 李京阳, 王哲, 白韶斌, 张增奎
        2025, 33(7): 1100-1113. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1100
        摘要：针对飞行汽车高速度、长航时的技术难题，提出一种隐藏涵道式搭配环形空腔的气动外形。综合飞行汽车总体质量的限制以及发动机和环形空腔的要求，设计了参数化建模的流程，对外表面、环形空腔和双立尾尾翼进行三维建模，确定了飞行汽车的气动布局。考虑到不同气动特性的实际影响，建立单立尾和双尾撑两种构型并进行比较，利用FLUENT软件进行了多组仿真模拟。对三种构型在地面行驶状态以及飞行状态时，0°，3°，5°攻角下的气动特性进行了深入分析，得到了对应的云图以及气动特性曲线。实验结果表明，在同一运行状态下，增大飞行汽车的攻角，飞行汽车的升力系数、阻力系数和升阻比同时呈现增大的趋势，但单立尾和双尾撑构型的阻力系数出现明显的突变点。相比之下，双立尾构型的数据变化更为稳定，更能满足飞行汽车安全性和稳定性的要求。  
        关键词：飞行器;涵道式;参数化建模;气动特性;双立尾   
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        更新时间：2025-05-27

        信息科学

      • LightDiffu-DCE：基于光照强度扩散的低光照图像增强 AI导读

        “在图像增强领域，专家提出了基于光照强度扩散的低光照图像增强方法LightDiffu-DCE，有效提升了图像轮廓清晰度和色彩鲜明度。”
        闫光辉, 吴佰靖, 马龙
        2025, 33(7): 1114-1129. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1114
        摘要：针对低光照图像中不同光源的光照强度分布不均，在图像增强时造成轮廓特征丢失及效果不自然的问题，提出一种基于光照强度扩散的低光照图像增强方法（Light Diffusion based Zero-DCE Image Enhancement Algorithm，LightDiffu-DCE）。为增强模型的泛化能力，提出了基于光源光照强度建模的扩散模型，以生成不同光照强度的训练数据集。设计了边缘特征融合的深度曲线估计网络，能够提取更丰富的低光照图像的多尺度轮廓和细节特征，提升对光照强度估计的准确性。为恢复出光照更加自然的图像，融合大气光估计来计算不同图像区域的光照强度，实现了对光增强曲线和光增强系数的动态微调。在无参考数据集ExDark和有参考数据集LOL上，使用6种评价指标进行实验分析。实验结果表明，相较于基准方法，LightDiffu-DCE在ExDark上的无参考评价指标NIQE，PIQE和RISQ上分别提升了约8.35%，6.20%和21.83%，在LOL数据集上的有参考评价指标PSNR，SSIM和RMSE提升了约12.12%，4.76%和49.89%。该方法可以有效增强低光照图像，且恢复出的低光照图像轮廓更加清晰，色彩鲜明且效果更自然。  
        关键词：计算机视觉;扩散模型;低光照增强;边缘特征;深度曲线估计网络   
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        更新时间：2025-05-27

      • 面向机翼线缆支架的装配符合性视觉检测 AI导读

        “在飞机机翼装配领域，专家提出了基于视觉的线缆支架装配检测方法，实现了96.08%的准确率和100%的错误装配零件召回率，显著提高了检测效率和准确性。”
        王鑫, 李鹏程, 崔海华, 葛鑫鑫
        2025, 33(7): 1130-1140. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1130
        摘要：飞机机翼的装配中存在大量线缆支架，为保证其装配质量，传统的方法是依靠人工目视执行装配检测，其稳定性、准确性难以保证，针对现有装配检测方法存在的不足，提出了基于视觉的机翼线缆支架装配符合性检测方法。为解决金属支架的强反光导致的图像信息缺失问题，引入偏振成像技术来提升支架成像效果；针对装配场景中前后景信息杂糅的问题，耦合YOLOv8与SAM形成两阶段实例分割算法，能够快速部署并精确分割零件；为弥补实际标准与待测装配图之间由重复定位误差导致的视角差，提取不变性特征进行图像对齐；最后，计算对应零件之间像素级掩膜交并比，筛选出存在错漏装的零件。本文方法相比人工检测方式效率显著提高，通过实验验证了方法的有效性，实现了96.08%的准确率与100%的错误装配零件召回率，达到了较高的部署效率、准确性，以及稳定性。  
        关键词：视觉检测;实例分割;模板匹配;线缆支架;偏振成像   
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        更新时间：2025-05-27

      • 基于多分支残差注意力网络的水下图像增强 AI导读

        “最新研究提出基于多分支残差注意力网络的水下图像增强算法，有效改善图像色彩、对比度和细节，为水下图像分析提供新方法。”
        程竹明, 李佳轩, 黄三傲, 韩立超, 王培珍
        2025, 33(7): 1141-1151. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1141
        摘要：针对水下图像存在的颜色失真、对比度低、细节模糊等问题，提出一种基于多分支残差注意力网络的水下图像增强算法。该网络在编码器和解码器的前后分别引入多分支色彩增强模块，用来自适应校正图像的颜色偏差，在网络颈部设计了残差注意力模块，以减少编码器和解码器之间的特征丢失，从而增强图像细节；最后，构造了联合特征损失函数，确保网络能够学习到图像的丰富特征，在改善图像色彩的同时可以有效保留边缘信息。分别利用LUSI和EVUP两种测试集与6种先进方法进行了对比，实验结果表明：通过本文算法增强后的图像在主观感受和客观评价上均取得了最优指标，在LUSI测试集上，平均峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）分别达到27.420 dB，0.885，与次优方法相比提高了3.9%和0.8%；在EVUP测试集上，PSNR和SSIM分别达到26.159 dB和0.851，与次优方法相比提高了3.3%和1.3%。该算法具有良好的图像质量增强效果与稳定性，可以为水下工程中的图像分析提供一种有效的方法。  
        关键词：水下图像增强;深度学习;残差注意力模块;多分支色彩增强模块;注意力机制;联合损失函数   
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        更新时间：2025-05-27

      • 基于多尺度空间注意力互补的红外与可见光图像融合 AI导读

        “在图像融合领域，研究者提出了一种基于多尺度空间注意力互补的红外和可见光图像融合方法，有效平衡复杂场景信息，为复杂场景下目标检测和识别提供潜在应用价值。”
        张永兴, 连博文, 顾乃庭, 李方召, 李杨
        2025, 33(7): 1152-1168. DOI: 10.37188/OPE.20253307.1152
        摘要：针对当前红外与可见光图像融合方法过度引入红外冗余信息导致复杂场景下无法平衡复杂场景信息，融合效果不佳的现状，提出基于多尺度空间注意力互补的红外和可见光图像融合方法，采用双分支卷积网络分别提取红外和可见光图像特征信息并进行差异互补，利用多尺度空间注意力互补处理后回归叠加至图像特征中，实现互补特征中途回归叠加的图像融合，有效平衡复杂场景信息。实验结果表明：相比于Densefuse，PIAFusion等主流融合方法，该方法在通用性较强的互信息（MI）方面分别提升了4.1%和4.3%，在视觉信息保真度（VIF）方面分别提升了5.0%和2.3%，有效保留了复杂场景下的目标特征信息并实现对冗余特征的有效抑制，具有良好的特征平衡能力，在复杂场景下目标检测和识别中具有潜在应用价值。  
        关键词：图像融合;红外和可见光图像;双分支卷积网络;差异互补;多尺度空间注意力;回归叠加   
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