最新刊期
      2024 年 第 32 卷 5 期

        现代应用光学

      • 赵会宁,闻杰,夏豪杰
        2024, 32(5): 635-642. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0635
        摘要：针对具有精密旋转轴系类的高端制造装备或精密测量仪器，其旋转角度采用传统圆光栅难以消除偏心误差对测量角度精度的影响，提出了一种基于二维混合式位置编码的旋转角度高精度测量方法。该测角系统由一个二维混合式位置编码盘、两个CCD相机和远心镜头组成，二维混合式位置编码盘被固定在精密旋转轴系上以获得其旋转角度。然后，建立了测角模型并从数学上证明了测角精度与安装偏心无关。利用多齿分度台对已提出测角系统精度进行检测，测量角度误差在±1″。最后，利用已提出测量方法对直驱转台的角度定位精度进行测量，角度定位误差在±5″内。与传统圆光栅测角相比，该方法不需要考虑安装偏心误差对测角精度的影响，具有稳定性好、使用简单等特点，可用于角度定位误差的检测。  
        关键词：二维混合式位置编码;偏心误差;旋转角度;多齿分度台   
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        发布时间：2024-03-14
      • 袁兆林,吴永炜,余璐瑶,何剑锋,徐能昌,汪雪元,路鹏飞
        2024, 32(5): 643-652. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0643
        摘要：为了获得高性能和低成本的氧化锌（ZnO）基紫外光探测器，使用Ga掺杂ZnO（ZnO∶Ga）作为光敏层，采用水热法合成了不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒，Ga与Zn的原子比分别为0%（未掺杂），0.5%，1%，2%和4%。使用X射线衍射仪（XRD）测试所有样品的晶体结构，发现它们都为六方纤锌矿结构的ZnO。采用扫描电子显微镜（SEM）观察它们的形貌，都呈现棒状结构。进一步，制备叉指图案氟掺杂的氧化锡（FTO）导电玻璃基底，将不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒分别涂覆在FTO上，得到5种简单结构的紫外光探测器，系统研究了它们的性能。结果表明：所有ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器对365 nm紫外光表现出良好的响应。其中，1% Ga掺杂ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器性能最佳，经计算，在365 nm波长处，它的响应度、增益和比探测率分别为13.13 A/W （5 V），44.63 （5 V），3.31×1012 Jones，响应时间和衰减时间分别为12.3 s和36.4 s。说明在ZnO微米棒中进行合适Ga掺杂能有效提高紫外光探测器的性能。该研究有助于基于ZnO∶Ga材料的紫外光探测器及相关器件发展。  
        关键词：紫外光探测器;镓掺杂氧化锌;微米棒;水热法;响应度   
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        发布时间：2024-03-14
      • 方向明,周起成,孙宇,乔志铭,耿秋丹,高世勇
        2024, 32(5): 653-660. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0653
        摘要：为了实现在无外部供能下对紫外光的有效探测，基于Ag修饰的Bi2O3纳米块（Ag/Bi2O3）纳米块制备了自供能紫外探测器。通过煅烧法制备Bi2O3纳米块，随后采用室温溶液法在其表面沉积Ag纳米粒子，进而成功制备了Ag/Bi2O3纳米块，且对所制备样品的晶体结构和微观形貌等进行了表征。结果表明，Ag/Bi2O3纳米块的平均尺寸约为1 μm，且Ag纳米粒子随机分布在Bi2O3纳米块表面。将涂覆Ag/Bi2O3纳米块的FTO作为工作电极，并进一步构建了自供能紫外探测器。在365 nm的紫外光照射下，Ag/Bi2O3纳米块紫外探测器能在零偏压下实现对紫外光的快速检测，这证实其具有自供能特性。相比于Bi2O3纳米块紫外探测器，Ag/Bi2O3纳米块紫外探测器的光电流得到明显提升，上升和下降时间分别缩短至29.1 ms和40.2 ms，并具有良好的循环稳定性。  
        关键词：紫外探测器;Bi2O3纳米块;Ag纳米粒子;自供能探测   
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        发布时间：2024-03-14
      • 王驰,曹鹏,黄庆,王超,盛才良
        2024, 32(5): 661-669. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0661
        摘要：提出一种基于目标检测算法的柔性浅埋物的声-振智能探测方法，将声波激励、激光散斑干涉测振和目标检测算法有机结合，用以柔性浅埋物的大范围快速探测。在论述YOLO系列目标检测算法原理的基础上，选择并优化柔性浅埋物的智能探测网络模型；然后，搭建声-光融合智能探测系统，构建不同柔性浅埋物的激光散斑干涉条纹图数据集；最后，对数据集进行训练和测试，验证该算法用于干涉条纹图识别的可行性。实验结果表明：在给定实验条件下，柔性浅埋物智能探测网络模型的精确率为98.39%，召回率为84.72%，平均识别精度为99.66%。该声-振智能探测方法可以在给定实验环境下对多种柔性浅埋物的激光散斑干涉条纹图进行智能识别，适用于浅层地下柔性掩埋物的大面积快速探测。  
        关键词：声-光融合探测;柔性浅埋物;YOLOv5;声-地震耦合;干涉条纹   
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        发布时间：2024-03-14
      • 段政,孟星星,李凯亮,孙小聪,田亚莉,宫廷,李传亮,邱选兵,蔡廷栋
        2024, 32(5): 670-677. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0670
        摘要：为了实现煤热解过程中痕量乙烯（C2H4）标识气体的在线识别与检测，结合波长调制与长光程技术，搭建了煤热解乙烯在线激光吸收光谱检测装置。采用中心波长为1 620 nm通信波段DFB激光器作为激光光源，有效光程为15 m的多光程吸收池为样品吸收池，利用SR830进行波长解调，通过二次谐波信号反演得到乙烯浓度。使用高精度流量控制器，利用高纯氮气稀释乙烯配比，制备得到10×10-6到90×10-6的标准乙烯样气，其线性拟合的相关系数R2为0.998 9；对浓度为20×10-6的乙烯进行连续4 000 s的Allan方差分析，实验结果表明，检测极限为121×10-9。为了研究不同气体氛围下煤热解过程中乙烯浓度的演化规律，控制气体流速为150 mL/min，分别在氮气、空气以及合成空气中对乙烯标识气体的释放过程进行热重分析实验。研究发现，当温度小于500 ℃时，3种气体环境下乙烯释放量较少且基本一致，当温度在500~700 ℃时，氮气环境中乙烯释放量要远高于其他两种气体，但空气中乙烯释放的增速最快，最大释放量约为40×10-6，温度高于700 ℃时乙烯释放量均开始减少。这一结果为进一步探索煤热解中乙烯的生成机理提供了理论和实验基础。  
        关键词：可调谐半导体激光吸收光谱技术;乙烯;Allan方差;波长调制;煤热解   
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        发布时间：2024-03-14

        微纳技术与精密机械

      • 曲友阳,钟兴,戴路,范林东,徐开
        2024, 32(5): 678-693. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0678
        摘要：从控制的角度综述了多功能、高质量成像需求下，超稳定、超精确、超敏捷高分辨率光学遥感卫星精密敏捷控制的关键技术和研究进展。以卫星成像与姿态控制系统性能的关系为基础，从姿态机动能力与多功能成像、姿态确定精度与成像质量和姿态控制精度与成像质量三个方面论述了精密敏捷控制技术对光学遥感卫星成像的重要性。在此基础上，结合光学遥感卫星姿态控制系统的组成及原理，分析了影响姿态控制精度和姿态机动能力的主要因素，对高精度姿态确定、精密姿态控制和敏捷姿态控制三个关键技术方向进行了讨论和总结。最后，综合当前技术的发展趋势，围绕一体化成像控制的设计思想展望了精密敏捷控制技术未来的发展趋势，为实现高分辨率光学遥感卫星多功能、高质量成像控制提供了理论依据和工程参考。  
        关键词：光学遥感卫星;多功能成像;高质量成像;精密敏捷控制;一体化成像控制   
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        发布时间：2024-03-14
      • 秦超,周洪海,贺帅,徐振邦,朱赫
        2024, 32(5): 694-703. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0694
        摘要：针对遥感卫星地面微振动实验的复杂要求，设计了一种同时具备微振动模拟与主被动隔振功能的一体化微振动实验平台，并对该平台的主、被动隔振性能以及微振动模拟效果分别进行了仿真分析和实验测试。其中，被动隔振由气浮支撑实现，主动隔振采用主动阻尼方法抑制共振峰，微振动模拟采用基于线性系统频响函数的控制策略。实验结果表明，平台前六阶的模态频率分布均小于10 Hz，被动隔振系统能大幅抑制10~200 Hz频段内的地面微振动；主动隔振能够实现14 dB的隔振系统共振峰衰减效果。微振动模拟功能能够有效产生接近星上的单频和多频真实扰动线谱，在特定频谱的扰动模拟实验中，幅值最大误差为5.9%，在误差允许范围内。该多功能一体化实验平台的各项功能均能满足地面模拟实验需求。  
        关键词：微振动实验;有限元分析;主动隔振;被动隔振;微振动模拟   
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        发布时间：2024-03-14
      • 李宏涛,项华中,郑泽希,丁琦慧,张欣,王彭,张大伟,庄松林
        2024, 32(5): 704-713. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0704
        摘要：为了改善和优化眼镜镜片的加工流程，避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量，提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描，获得镜框凹槽点云数据文件，编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法，实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法，依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给，并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后，对加工后的镜片进行误差测量，结果表明，通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性，有效缩减了加工流程，提高了加工效率。  
        关键词：光学加工;数控系统;非均匀有理B样条;曲线拟合;刀具路径   
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        发布时间：2024-03-14

        信息科学

      • 周涛,彭彩月,杜玉虎,党培,刘凤珍,陆惠玲
        2024, 32(5): 714-726. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0714
        摘要：针对肺部X射线图像的病灶区域较小、形状复杂，与正常组织间的边界模糊，使得肺炎图像中的病灶特征提取不充分的问题，提出了一个面向特征增强的双残差Res-Transformer肺炎识别模型，设计3种不同的特征增强策略对模型特征提取能力进行增强。设计了组注意力双残差模块（GADRM），采用双残差结构进行高效的特征融合，将双残差结构与通道混洗、通道注意力、空间注意力结合，增强模型对于病灶区域特征的提取能力；在网络的高层采用全局局部特征提取模块（GLFEM），结合CNN和Transformer的优势使网络充分提取图像的全局和局部特征，获得高层语义信息的全局特征，进一步增强网络的语义特征提取能力；设计了跨层双注意力特征融合模块（CDAFFM），融合浅层网络的空间信息以及深层网络的通道信息，对网络提取到的跨层特征进行增强。为了验证本文模型的有效性，分别在COVID-19 CHEST X-RAY数据集上进行消融实验和对比实验。实验结果表明，本文所提出网络的准确率、精确率、召回率，F1值和AUC值分别为98.41%，94.42%，94.20%，94.26%和99.65%。DRT Net能够帮助放射科医生使用胸部X光片对肺炎进行诊断，具有重要的临床作用。  
        关键词：肺炎识别;X射线图像;特征增强;双残差结构;Transformer   
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        发布时间：2024-03-14
      • 李大湘,辛嘉妮,刘颖
        2024, 32(5): 727-739. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0727
        摘要：针对无人机视角下航拍图像小目标多且检测困难的问题，提出了一个位置敏感Transformer目标检测（PS-TOD）模型。设计了一个基于位置通道嵌入三维注意力（PCE3DA）的多尺度特征融合（MSFF）模块，即PCE3DA利用空间与通道信息的相互依赖关系生成三维注意力，用于加强模型对兴趣区域的特征表达能力，且基于它构造了一个自底向上的跨层MSFF方案，使得融合后的特征语义信息更加丰富；然后，设计了一种新的位置敏感自注意力（PSSA）机制，且以此构造位置敏感Transformer编-解码器，使模型在捕获图像全局上下文信息的长期依赖关系时，也可提高模型对目标的位置敏感能力。基于无人机航拍数据集VisDrone的对比实验结果表明，提出模型的AP达到28.8%，与基线模型（DETR）相比提高了4.1%。该模型在复杂背景下能对无人机航拍图像进行精确的目标检测，且改善小目标的检测效果。  
        关键词：目标检测;无人机图像;位置敏感Transformer;多尺度特征融合;注意力机制   
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        发布时间：2024-03-14
      • 邓耀华,黄志海
        2024, 32(5): 740-751. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0740
        摘要：针对单可见光或单红外条件下的IC器件表面缺陷对比度不足，缺陷检测精度低的问题，提出多光谱图像融合的IC器件表面缺陷检测方法。针对IC器件可见光与红外图像配准中存在尺度不一致和对比度反转问题，引入拉普拉斯金字塔和特征描述符重组策略改进ORB（Oriented FAST and Rotated BRIEF）图像配准算法。在图像配准的基础上，提出NSST_VP图像融合方法，以非下采样剪切波变换（Non-Subsample Shearlet Transform， NSST）得到红外图像和已配准可见光图像的低频和高频子带，对低频子带采用视觉显著图（Visual Significance Map， VSM）加权融合规则，高频子带则采用自适应脉冲耦合神经网络（PA- Pulse Coupled Neural Network， PA-PCNN）决策融合规则，进而通过NSST逆变换得到高质量多光谱融合图像。最后，将融合图像输入YOLOv8s模型进行检测。实验结果表明，改进ORB的图像配准平均精度为87.8%，比ORB图像配准精度提高了62%，NSST_VP图像融合算法在主观视觉效果和客观评价指标上均有所提高。在缺陷检测实验中，NSST_VP融合方法的均值平均精度（mean Average Precision， mAP）达到83.15%，比单可见光、单红外缺陷图像检测的mAP分别提高了22.97%，28.31%，比双树复小波变换融合、曲线变换融合、非下采样轮廓波变换融合方法的mAP分别提高了13.14%，15.01%，20.35%。  
        关键词：缺陷检测;IC器件;多光谱图像融合;图像配准;非下采样剪切波变换;YOLOv8s   
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        发布时间：2024-03-14
      • 龚坤,徐鑫,陈小庆,许悦雷,张兆祥
        2024, 32(5): 752-763. DOI: 10.37188/OPE.20243205.0752
        摘要：针对室内弱纹理环境下基于点特征的视觉同步定位与建图（Simultaneous Localization and Mapping， SLAM）存在的轨迹漂移等问题，提出了一种融合点线特征的双目视觉SLAM系统，并对线特征的提取与匹配问题展开研究。为了提高线特征的质量，通过长度与梯度抑制、短线合并等方法，进一步改进LSD（Line Segment Detector）线特征提取方法。同时，通过将匹配问题转换为优化问题，并利用几何约束构建代价函数，提出了一种基于几何约束的快速线段三角化方法。实验结果表明，本文所提方法在多个数据集上的表现都优于基于描述子的传统方法，尤其在室内弱纹理场景下，其平均匹配精度达到91.67%，平均匹配时间仅需7.4 ms。基于此方法，双目视觉SLAM系统在弱纹理数据集上与已有算法ORBSLAM2，PL-SLAM的定位误差分别为1.24，7.49，3.67 m，定位精度优于现有算法。  
        关键词：双目视觉;线特征提取;视觉同步定位与建图;特征匹配   
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