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最新刊期
2023 年 第 7 期
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五维位姿监测的差动共焦曲率半径测量
摘要：为提高球面透镜曲率半径的测量精度，提出基于五维位姿监测调整的差动共焦曲率半径高精度测量方法。通过驱动被测样品回转，在探测器上监测被测件的共焦点轨迹，测量被测件球心点与测量光轴之间的偏心误差，结合位姿调整系统对偏心误差进行自动补偿，确保测量过程中被测件球心与测量光轴重合，消除被测样品球心离轴引入的测量余弦误差，进而消除每次装调的样品位姿误差对测量精度的影响。理论计算和初步实验表明：该方法对曲率半径的相对重复测量精度（RMS）可达到3.2×10-6。该方法显著提升了曲率半径的重复测量精度，为曲率半径的精密测量提供了有效途径。同时，该方法还为透镜中心偏、焦距、厚度、镜组间隔等多种参数的高精度测量提供了有效方法。关键词：曲率半径;激光差动共焦;五维位姿监测;五维位姿调整;余弦误差- 382
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发布时间：2023-04-14 -
基于3×3干涉仪和相位信号解调的信号采样对激光噪声的影响
摘要：提出了一种基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪和相位信号解调的激光器线宽测量系统，基于相位信号解调的微分交叉相乘算法，可对所采信号进行高速实时处理，快速给出待测激光器的频率噪声信息和线宽值。该系统光路结构简单，无须主动控制，测量结果重复性高。考虑采样信号是否同时包含源信号的最大值和最小值这一重要问题，在仿真和实验两种情况下着重讨论了对源信号进行采样窗口为0.5，0.4，0.1，0.05和0.01 s的采样对所测试激光器频率噪声功率谱密度的影响。仿真和实验均表明，使用采样窗口为0.1，0.05和0.01 s未同时包含源信号的最大值和最小值的采样信号计算获得的激光频率噪声功率谱密度幅值偏高。进一步使用β-分割线法对1.5 μm波段商用激光器和实验室自制的2 μm波段激光器进行线宽测量验证，结果表明，使用同时包含源信号最大值和最小值的采样信号处理得到1.5 μm波段商用激光器的线宽值在测量时间为2 ms时为5 kHz，同时本结论可拓展至全波段适用。关键词：单频窄线宽激光器;线宽测量;频率噪声;相位信号解调- 188
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发布时间：2023-04-14 -
空间调制外差干涉型偏振光谱测量系统
摘要：鉴于偏振光谱仪系统追求的目标是高偏振光谱分辨率、全Stokes谱静态测量、兼顾小体积轻质量，结合偏振光谱强度调制技术与空间外差干涉技术，提出空间调制外差干涉型偏振光谱仪系统。介绍了空间调制外差干涉型偏振光谱仪系统的结构原理，并对系统干涉图数据采集和全Stokes矢量解调复原进行了理论分析，给出了完整数学推导。结合空间外差光谱仪参数，匹配设计了调制器模块，给出一套完整的设计实例。在实验室搭台建立空间调制外差干涉型偏振光谱仪原理实验装置，通过对已知偏振态线偏振光的测量实验以及实验数据解析，验证系统原理及测量数据处理流程的正确性。结果表明：几种已知偏振态的线偏振光，由实验装置测量数据解析得到的Stokes矢量谱与理论分析结果基本一致，误差小于3%，验证了空间调制外差干涉型偏振光谱获取技术的可行性。关键词：偏振光谱测量;强度调制;解调;空间外差干涉技术- 136
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发布时间：2023-04-14 -
结合互相关和B样条插值的激光三角光斑定位
摘要：激光三角光斑定位通常受到像点光斑偏态的影响，为提高激光三角位移传感器的测量精度和物面适应性，在分析激光三角光斑的偏态特征的基础上，针对偏态特性提出了一种基于互相关和非均匀有理B样条插值的光斑定位算法。对光斑信号采取时域和空域相结合的滤波处理方法，降低外部噪声干扰。引入邻域标定光斑进行互相关运算，充分利用光斑偏态分布的灰度和位置相似性约束，确定像素级相关系数分布。最后，对相关系数序列进行三次非均匀有理B样条插值细分，实现亚像素级光斑质心定位。在激光三角位移传感器中验证算法，实验结果表明：该算法通过结合互相关和非均匀有理B样条插值细分，将测量重复性误差降低至0.4 μm，精度相对于传统定位算法显著提高；同时，在互相关算法中采用的邻域标定光斑模板不仅容易获取，几何相似度更高，而且对不同物面特性的适应性更强。本文方法精度高、适应性强，为有效提升激光三角位移传感器的性能提供了新的技术路径。关键词：激光三角法;光斑中心;定位误差;互相关;非均匀有理B样条- 196
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发布时间：2023-04-14 -
分焦平面偏振图像传感器信噪比标定
摘要：为了标定分焦平面偏振图像传感器的信噪比，设计了分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比标定实验。对分焦平面偏振图像传感器信噪比参数对偏振角度测量结果的影响程度、信噪比标定原理、标定实验流程等进行了研究。根据分焦平面偏振传感器的结构和数字图像传感器的数学模型得到信噪比的标定原理。在不同信噪比、不同入射角度线偏振光情况下，对偏振角度测量结果进行了仿真。然后，根据标定原理设计标定实验的装置结构和实验流程。最后，进行实际标定并对实验数据进行了分析。信噪比-偏振角度测量精度仿真结果表明：分焦平面偏振图像传感器的信噪比越大，偏振角度测量精度越高，且入射偏振光角度也会影响测量精度。分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比参数的实际测试结果表明：标定值与指标值相差不超过0.55 dB。实验结果证明，该方法是准确有效的，能够较好地完成分焦平面偏振图像传感器各通道信噪比的标定任务。关键词：测试计量技术及仪器;偏振图像传感器;分焦平面;信噪比;偏振角- 134
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发布时间：2023-04-14
现代应用光学
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单片集成光耦隔离式驱动芯片
摘要：在功率半导体市场中，绝缘栅双极型晶体管（Insulated gate bipolar transistor，IGBT）和碳化硅金属氧化物半导体场效应管（Silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，SiC MOSFET）具有出色的耐压性与频率特性，逐渐取代了传统的MOSFET。为了提高IGBT和SiC MOSFET驱动电路的可靠性，设计了一款光耦隔离式栅极驱动芯片，通过协同设计光探测器与驱动电路，从而实现单片集成。使用Silvaco软件对光探测器进行了仿真。仿真结果显示：光探测器对800 nm波长红外光的响应度约为0.277 A/W，-3 dB带宽约为90 MHz。进一步对光耦的光学结构进行优化设计，实现了控制端与后端高压驱动电路的有效隔离，从而解决了串扰问题。使用Maxchip 0.18 μm 40 V BCD工艺进行流片，并对封装芯片进行测试。在光源输入电流为10 mA、芯片供电电压为12~40 V、输入信号频率为20 kHz的测试条件下，芯片的传播延时仅为98 ns。关键词：协同设计;单片集成;光耦隔离;低延时- 123
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发布时间：2023-04-14 -
纳米金刚石磨粒团聚对熔石英摩擦磨损性能的影响
摘要：为了研究磁流变抛光液中磨粒团聚对光学玻璃元件的磨损性能，利用环境可控的直线往复式摩擦磨损试验机，以不锈钢球为对磨副，以熔石英为基底，系统地研究了磁流变抛光液中纳米金刚石磨粒团聚程度对熔石英摩擦磨损性能的影响，并利用光学显微镜、白光干涉仪等设备分析熔石英的磨损机制，最后将摩擦学实验结果与实际磁流变抛光结果进行对比。实验结果表明：纳米金刚石磨粒团聚程度越大，熔石英表面的材料去除率越大，磨损区域亚表面损伤情况越严重。当载荷为0.5 N时，熔石英在团聚磨粒作用下的磨损主要以黏着磨损为主，伴随着轻微的磨粒磨损，同时熔石英的亚表面无明显损伤；当载荷从0.5 N增加到4 N时，熔石英的磨损形式以磨粒磨损为主，熔石英的表面和亚表面出现大量损伤。采用相同磨粒团聚程度的抛光液进行熔石英磨损与磁流变抛光实验发现，熔石英在磁流变抛光过程中的材料去除率与磨损实验的材料去除率变化趋势保持一致，表明借助摩擦磨损实验在一定程度上可以预测实际磁流变抛光中的材料去除率。关键词：磁流变抛光;磨粒团聚;纳米金刚石;熔石英;磨损性能- 76
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发布时间：2023-04-14 -
大口径望远镜次镜桁架调整机构设计
摘要：大口径望远镜主次镜之间的相对位姿有着非常严格的要求，由于主镜质量较大，因此常常将次镜系统设计为有多个自由度的可调整机构，其调整效果对望远镜成像有着重要的影响。为了降低望远镜的整体高度，对次镜桁架和次镜调整机构进行融合，设计了一种可用于大口径望远镜的次镜桁架调整机构。首先对所设计的调整机构进行了详细的介绍，之后对所设计的机构进行静力学和模态分析，然后对试验样机进行运动学性能测试。所设计的机构在Z方向的移动行程可达±5 mm，绝对定位精度优于16 μm，在X/Y方向的偏转行程可达±0.574°，绝对定位精度优于6.4″。满足大口径望远镜对次镜调整精度和行程的要求。关键词：大口径望远镜;次镜系统;调整机构;支撑结构- 122
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发布时间：2023-04-14
微纳技术与精密机械
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基于RGB色彩平衡方法的沙尘降质图像增强
摘要：针对沙尘环境下室外图像存在的色差，低对比度以及低清晰度的问题，提出一种基于RGB色彩平衡方法的沙尘降质图像增强算法，该算法主要包括色彩校正、对比度提升两个任务。针对沙尘图像色彩分布的特殊性以及灰色世界算法的启示，提出了保持颜色分量均值的RGB色彩平衡方法（RGBCbm），使得RGB三通道分量根据颜色分量的均值进行拉伸，有效去除了图像中沙尘造成的色幕问题，进一步采用带色彩恢复的多尺度视网膜增强算法提高色彩校正结果；利用相对全局直方图拉伸算法结合Lab颜色模型对图像的对比度、色彩以及明亮度进行最后的增强和校正。对实验数据进行测试，结果表明，该算法可以有效解决各类沙尘降质图像的色差问题，并在提高图像色彩丰富性和对比度的同时增强图像细节的清晰度。与其他先进算法相比，水下图像质量指数和图像对比度指数分别达到了0.602和0.994，分别提高了0.140和0.018。关键词：计算机视觉;沙尘图像增强;色彩平衡;颜色校正;多尺度视网膜增强算法;相对全局直方图拉伸算法- 169
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发布时间：2023-04-14 -
高湿度环境下爆炸物太赫兹光谱的特征提取与精准识别
摘要：材料太赫兹吸收谱的指纹特性已被广泛应用于物质识别，但实际大气环境下，水蒸气对太赫兹波的强烈吸收会导致光谱严重振荡，假峰、弱峰、混叠峰相继增多，严重影响寻峰比对的精度及物质识别的能力。针对上述问题，提取相对湿度为2%，15%，35%，45%和60%环境下爆炸物的太赫兹吸收光谱信息数据，利用连续小波变换将光谱在频域上展开得到具有特征唯一性的频域尺度图；再基于深度学习方法，以ResNet-50网络模型为基本网络结构，对上述5种不同湿度环境下得到的爆炸物频域尺度图进行网络分类训练，其测试集分类准确率达96.6%。为验证该技术在未经训练湿度样本下的有效性，将相对湿度为50%，55%和67%时爆炸物的时域信号送入该识别系统，分类准确率可达96.2%。实验结果表明，基于小波变换与ResNet-50网络分类训练的太赫兹物质识别方法相比于传统寻峰方法大幅提升了爆炸物在高湿度环境下的识别准确率，规避了降噪、平滑等一系列复杂预处理操作，极大拓展了太赫兹光谱探测技术的工程适应性，为山地、森林、洼地等高湿度、极复杂的作战环境下精确探测、识别地雷等爆炸物提供了技术支持。关键词：太赫兹光谱;高湿度环境;连续小波变换;ResNet-50;爆炸物分类识别- 229
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发布时间：2023-04-14 -
基于密集双流聚焦网络的肺炎辅助诊断模型
摘要：X光片对肺炎疾病的诊断具有重要作用，但其成像时易受噪声污染，导致肺炎疾病的影像学特征不明显和病灶特征提取不充分。针对上述问题，提出密集双流聚焦网络DDSF-Net的肺炎辅助诊断模型。首先设计残差多尺度块，利用多尺度策略提高网络对医学影像中不同尺寸肺炎病灶的适应性，采用残差连接提高网络参数的传递效率；然后设计双流密集块，采用全局信息流和局部信息流并行结构的密集单元，其中Transformer对全局上下文语义信息进行学习，卷积层进行局部特征提取，利用密集连接方式实现两种信息流的深浅层特征融合；最后，设计具有中心注意操作和邻近插值操作的聚焦块，利用裁剪医学影像尺寸来过滤背景噪声信息，利用插值对医学图像进行放大，增强病灶的细节特征。在肺炎X光片数据集中与典型模型进行对比，本文模型的准确率、精确率、召回率、F1，AUC值和训练时间分别为98.12%，98.83%，99.29%，98.71%，97.71%和15 729 s，准确率和AUC值较密集网络分别提升了4.89%和4.69%。DDSF-Net能够有效缓解肺炎影像学特征不明显和病灶特征提取不充分的问题，通过热力图和三份公共数据集进一步验证了本文模型的有效性和鲁棒性。关键词：医学图像处理;肺炎X光片;密集网络;残差多尺度块;全局和局部信息流;聚焦块- 105
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发布时间：2023-04-14 -
潜在低秩表示下的双判别器生成对抗网络的图像融合
摘要：为了改善红外与可见光图像融合的视觉效果，通过潜在低秩表示将两种不同源的图像分别分解为各自的低秩分量和去除噪声的稀疏分量，采用KL变换确定权重对稀疏分量进行加权融合得到融合稀疏图。再对双判别器的生成对抗网络重设计，借助VGG16网络提取两种源的低秩分量特征作为该网络的输入，通过生成器和判别器的博弈来生成融合低秩图。最后，将融合稀疏图与融合低秩图进行叠加获得最终的融合结果。实验结果表明，在TNO数据集上，与所列的5种先进方法相比，本文所提出的方法在熵、标准差、互信息、差异相关性总和及多尺度结构相似度5种指标上均获得最优结果，相比于次优值，5种指标分别提高了2.43%，4.68%，2.29%，2.24%，1.74%。在RoadScene数据集上只在差异相关性总和及多尺度结构相似度两种指标上取得最优，另外3种指标仅次于GTF（gradient transfer and total variation minimization）方法，但图像视觉效果明显优于GTF方法。综合主观评价和客观评价分析，本文所提方法确实能获得高质量的融合图像，与多种方法相比具有明显的优势。关键词：红外图像;可见光图像;潜在低秩表示;改进双判别器生成对抗网络;图像评价- 83
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发布时间：2023-04-14 -
利用时序多光谱影像实现红树莓地种植区域的自动提取
摘要：树莓有“第三代黄金水果”的美誉，对于红树莓之乡——尚志而言，准确获取树莓的种植面积对该区域的农作物种植结构调整、产业发展有着重大的意义。以黑龙江省尚志市苇河镇周家营子村为研究区，利用Sentinel-2数据较高的空间和时间分辨率，获得研究区的时序数据，基于该影像剖析研究区作物成长中每个时期的光谱特性和归一化植被指数的时序变化，采用CART算法开展了研究区树莓种植面积估计的研究。与仅依据多时相遥感影像得到的种植区域结果对比，探究NDVI时序数据的参与给区域提取精度带来的变化，并与基于最佳时相数据的面向对象分类和支持向量机分类两种分类算法所得的结果相比较。实验结果表明：基于时序CART算法的两种方法提取树莓种植面积较另外两种分类算法都有更理想的效果，可以得到作物种植面积与空间分布，能够满足作物监测的需求；在利用多时相数据分类的基础上，NDVI时序数据的加入，使作物之间的光谱差异得以放大，分类精度得到提升，相比仅依据Sentinel-2多时相数据分类精度提高了1.67%，Kappa系数提高了0.02。关键词：多光谱遥感;树莓种植面积;时序数据;Sentinel-2;CART- 86
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发布时间：2023-04-14
信息科学
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