最新刊期
2025年第33卷第18期
- “在燃烧化学反应机理领域，专家提出了一种修正的中红外激光吸收光谱测温方法，大幅提高火焰温度测量的可靠性，为高效清洁燃烧技术提供有效解决方案。”摘要：精准测量对冲扩散火焰温度对于构建高保真燃烧化学反应机理、揭示污染物生成机制以及开发高效清洁燃烧技术，具有重要的理论指导意义和工程应用价值。激光吸收光谱技术（Laser Absorption Spectroscopy， LAS）作为一种广泛应用的非接触式测温手段，近年来受到广泛关注。然而，由于吸收路径上热力学和化学参数的非均匀分布，传统基于视线（Line-of-Sight， LOS）积分的测量方法在获取火焰温度信息时存在较大不确定性，影响其测量的准确性和可靠性。尽管传统的层析重建方法和多谱线轮廓拟合技术能够一定程度上恢复火焰中心的温度信息，但这类方法通常实现过程复杂、计算耗时，难以满足高保真测试诊断的需求。本文提出了一种视线效应修正的中红外激光吸收光谱测温方法，该方法通过计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics， CFD）和光谱数值模拟定量不同火焰位置非均匀性对LOS测温结果的偏差影响，最终实现LOS测温修正。为验证该方法，基于H2O分子吸收光谱在2.5 μm附近的强吸收谱线对开展系统LOS测温实验，并对比层析重建测量结果和耦合详细化学反应机理的仿真结果。实验结果表明本文提出的温度修正方法对不同燃料燃烧对冲扩散火焰的LOS测温结果可靠性有明显提升，与层析重建实验和CFD结果相比，相对结果差异由修正前的10%~20%降至5%以内，且大部分测量位置小于2%。本文提出的温度修正方法可大幅提高LOS测量方法的可靠性，同时省去了耗时的机械式层析扫描步骤，为对冲扩散火焰温度的快速、准确测量提供了一种有效解决方案。关键词：视线效应;中红外激光吸收光谱技术;温度分布;温度修正68|20|0更新时间：2025-11-04
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基于蒙特卡洛的手机变焦镜头设计 AI导读
“在消费电子产品领域，专家利用蒙特卡洛搜索程序，探索了变焦镜头轻量化设计方法，为高性能小型化变焦光学成像系统设计提供了新思路。”摘要：随着消费电子产品的不断升级，用户对高性能、小型化变焦光学成像系统的需求日益迫切。对于变焦系统，其组份光焦度分布、运动曲线等一阶配置对成像性能影响显著，但一阶配置方案的选择难以通过简单解析的方法解决，这增加了轻量化变焦镜头的设计难度。为了全局性地评估变焦镜头一阶配置的潜在性能，探索变焦镜头轻量化的设计方法，本文将蒙特卡洛搜索程序用于寻找变焦系统最佳一阶配置方案中。首先，基于蒙特卡洛生成各组份焦距，筛选满足变焦约束方程的有效分配方案。然后，根据有效方案生成镜头设计文件进行真实光线追迹和快速优化来评估方案性能，筛选出性能优异的光焦度组合方案。最后，以手机变焦镜头为例，将性能优异的方案作为初始结构，设计了一款F数恒定为2.9、等效焦距达61~183 mm、总长90 mm的紧凑型变焦镜头，其变焦曲线平滑，各视场、各焦距的MTF均优于0.45@80 lp/mm和0.15@160 lp/mm，畸变低于4%，相对照度高于20%，相较于常规变焦镜头，在轻量化方面具备明显优势。设计结果说明本文提出的基于蒙特卡洛生成一阶配置和真实光线追迹评估方法的有效性，为紧凑型变焦镜头设计提供了新的解决思路。关键词：光学设计;变焦镜头;蒙特卡洛;自动化设计47|24|0更新时间：2025-11-04 -
基于散斑去模糊的数字图像相关深度量程拓展 AI导读
“在二维数字图像相关技术领域，专家提出了一种融合维纳滤波和自适应局部平滑的离焦散斑去模糊方法，有效拓展了深度量程，提高了测量精度，为复杂动态场景下的全场振动监测提供技术支持。”摘要：在二维数字图像相关技术（2D-DIC）的振动测量中，有限的深度量程会在散斑离面位移过大时引发散斑图像模糊问题。为了实现深度量程的拓展，本文提出一种融合维纳滤波和自适应局部平滑的离焦散斑去模糊方法。该方法首先分析了散斑图像中离焦模糊的产生机制，并利用维纳滤波对原始模糊图像进行复原。随后，通过引入自适应局部平滑策略对维纳滤波反卷积产生的振铃效应进行抑制。最后，为了验证本文所提方法的有效性，分别进行了离焦散斑去模糊实验、离面位移测量实验和振动测量实验。在离焦去模糊效果实验中，散斑图像获得了更高的平均强度梯度和更小的最优子集尺寸，表明新方法可以有效提升散斑对比度并获得高质量复原图像；在离面位移重构实验中，最大动态测量范围提升了9%，离面位移测量值相对于真实值的离散程度降低了8.8%，有效拓展了2D-DIC的深度量程；在实际振动测量中，该方法将周期振动信噪比提升了5.5%，同时将均值误差降低了2.4%，有效提高了2D-DIC的测量精度。本文所提出方法显著拓展了传统2D-DIC在深度方向的测量能力，为复杂动态场景下的全场振动监测提供了可靠技术支持。关键词：散斑去模糊;深度量程拓展;数字图像相关技术;离面位移;维纳滤波60|13|0更新时间：2025-11-04 - “在多光谱硫化锌表面处理领域，专家通过优化化学机械抛光工艺参数，实现了表面高精度与高质量的协同控制，为高性能光学器件应用提供技术支持。”摘要：针对多光谱硫化锌难以在化学机械抛光中获得高表面质量的问题，本文围绕抛光过程中样品平面度与表面粗糙度的协同优化开展实验研究。首先通过单因素实验确定抛光时间，磨粒种类、抛光盘转速与抛光压力的合理取值及范围，在此基础上采用响应曲面法设计实验，引入灰色关联法分析各参数及其交互作用对表面形貌的影响。实验结果表明：抛光盘转速是影响表面质量的主导因素，其次为抛光压力和磨粒粒径。通过模型优化确定最优工艺参数为：磨粒粒径0.5 μm，抛光盘转速55 r/min，抛光压力16 N。在此条件下进行工艺验证，工件表面平面度PV达112.49 nm，粗糙度Sa降至1.11 nm，表面形貌均匀且缺陷较少。通过优化CMP工艺参数可实现多光谱硫化锌表面高精度与高质量的协同控制，为其在高性能光学器件中的应用提供技术支持。关键词：多光谱硫化锌;化学机械抛光;响应曲面法;高表面质量;灰色关联度分析法46|18|0更新时间：2025-11-04
现代应用光学
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多频磁场耦合的绝对式时栅角位移传感器 AI导读
“在工业测量领域，专家提出了多频磁场耦合的绝对式时栅角位移传感器设计方案，有效解决了磁场式传感器体积大和码道串扰问题，提升了信噪比与测量精度，满足了空间约束测量需求。”摘要：为了解决磁场式传感器双码道结构体积大和同频激励导致的码道串扰问题，并提升信噪比与测量精度，提出了一种多频磁场耦合的绝对式时栅角位移传感器设计方案，实现实时绝对角位移测量，以满足工业应用中的空间约束测量需求。首先，建立平面线圈瞬态磁场耦合理论模型，分析不同形状激励线圈磁场分布特性，基于增量式测量原理构建绝对式单码道角位移传感器模型；建立对极数互质绝对式时栅位移解算方案，采用500 kHz（粗机）与1 MHz（精机）双频同步激励方案下，利用高频转低频原理，解决高频激励信号下传感器高信噪比和高分辨力之间的矛盾问题；通过电磁仿真与误差分析，确定传感器最佳耦合间隙为1.0 mm；最后，研制了外径84 mm的传感器样机，并完成性能测试验证。实验结果表明，该传感器在实现小型化的同时，有效抑制了粗机和精机码道间的磁场串扰问题，在整周测量范围内，最大测量误差为 - “在能量转化领域，研究人员设计了新型三自由度压电俘能器，有效提升能量转化效率，为低功耗无线传感器提供能源支持。”摘要：为提升单自由度压电俘能器的能量转化效率和拓宽俘能工作方向，结合压电能量转化机制、多自由度压电俘能器原理和力放大结构原理设计了一款新型三自由度压电俘能器。俘能器由两两正交悬臂梁式俘能器和力放大拉压模式俘能器组合而成。基于MATLAB/Simulink搭建模型进行仿真分析，获得了激励参数与结构参数对系统动态响应的影响。在此基础上制作俘能器的实验样机，通过实验验证了所设计的俘能器在XYZ三方向均能有效输出电能，以及结构参数（悬臂梁间距、质量块质量和弹簧刚度）对俘能器性能的影响。实验表明X，Y方向在电阻为15 kΩ时，输出功率为2.924 mW，可点亮22个LED二极管，Z方向在电阻为40 kΩ时，输出功率为4.871 mW，可点亮33个LED二极管。结果表明在不同振动方向下俘能器均能实现稳定电能输出，为低功耗无线传感器提供能源支持的可行性。研究成果为新型多自由度压电俘能器的设计提供了一定理论指导。关键词：三自由度;振动能量收集;力放大结构;正压电效应;拉压模式21|7|0更新时间：2025-11-04
- “在大视场测量领域，提出了一种新型十字形标定靶标及其识别方法，有效解决了传统靶标制造困难、携带不便等问题，为工业现场大视场相机快速标定提供了解决方案。”摘要：针对大视场测量中传统大尺寸标定靶标制造困难、携带不便及易变形的问题，提出一种基于交比不变性的十字形标定靶标及其识别方法。首先，设计了由两根等长靶尺相互垂直连接而成的十字结构靶标。该靶标的四条臂等长，且各臂上布置满足交比恒定为4/3的靶标点（圆形非编码标志点），主体采用铝合金或碳纤维复合材料，兼顾了轻量化和高强度。其次，利用交比不变性设计了靶标点的编码规则，并开发了十字形靶标识别流程，实现标定图像中靶标点的自动检测与解码。最后，制作了靶标实物并开展了实验测试。实验结果表明所设计的靶标在80°的大倾角范围内仍能准确识别，并且其结构简单、易于制造、携带及拆装，能够满足工业现场复杂环境下大视场相机的快速标定需求。关键词：相机标定;交比不变性;十字形靶标;大视场20|13|0更新时间：2025-11-04
微纳技术与精密机械
- “在开放词汇目标检测领域，研究者提出了KI-DBFOVD方法，有效提升了新类检测精度，为开放场景下的目标检测提供了新方案。”摘要：针对开放场景中检测器新类概念理解弱、标签混淆与新类检测性能不足的问题，提出了一种知识嵌入引导的双分支融合增强开放词汇目标检测（KI-DBFOVD）方法。首先，设计知识嵌入（KI）模块，利用视觉语言模型（VLM）生成的伪标签，嵌入检测器中以促进新类概念的学习；然后，提出标签匹配（LM）模块，通过多级阈值调节和基类-新类独立匹配细化标签匹配过程，缓解检测器训练过程中基类与新类标签混淆现象；最后，将传统视觉分支和视觉语言分支通过几何平均的方式进行融合，构建了一种新颖的双分支融合模块（DBF），在保持基类检测精度的同时能够更有效地挖掘和定位新类目标，进一步提升了KI-DBFOVD方法整体的检测性能。实验结果表明，本文方法在COCO数据集上对新类的检测精度达到了38.6%，在类别更加繁多且检测难度更高的LVIS数据集上对新类取得了25.4%的检测精度，优于多个主流方法，能够更好地应用在不同的开放场景中。关键词：开放词汇目标检测;知识嵌入;标签匹配;双分支融合25|15|0更新时间：2025-11-04
- “在图像质量评价领域，研究者提出了一种基于视觉感知的无参考IQA方法BCTCSP，通过综合亮度、色度、纹理、清晰度和局部对比度等特征，构建了一种有效的IQA模型，实验结果表明其性能优于现有28个模型。”摘要：为了提出一种符合视觉感知且精度、泛化性和复杂性综合效益较高的图像质量评价（IQA）方法，以实现更好地控制图像处理并满足其实际应用需求，结合人眼视觉系统（HVS）的对比敏感、亮度感知非线性、视觉感知舒适度和纹理复杂度感知等特性，基于图像亮度、色度、纹理、清晰度和局部对比度等画面信息和特征，提出了一种无参考IQA方法及其模型BCTCSP。在该方法中，首先分析图像亮度、灰度分布、颜色深度及其饱和度、亮度非线性感知、视觉感知舒适度等与图像质量之间的关系，提出图像亮度色度及其视觉感知对IQA贡献和影响的量化和计算方法；再结合灰度梯度共生矩阵计算和统计图像纹理特征，并采用纹理加权平均和HVS复杂目标感知模型，提出量化和计算图像纹理信息熵及其视觉感知对IQA的贡献和影响的方法；接着，计算图像每一点的对比度值和觉察阈值，结合HVS的对比敏感度特性及其模型和掩蔽特性，量化和计算图像局部对比度及其视觉感知对IQA的贡献和影响；之后，采用锐度、信噪比、高频成分占比和分辨率4个因子描述图像清晰度，提出其量化和计算方法，得到图像画面的清晰度指标；最后综合4个方面的因素，构建IQA模型，量化其度量标准。同时，采用6个国际开源数据库（TID2013，CSIQ，LIVE，IVC，SPAQ和Koniq 10k）中6430幅失真图像进行测试和验证，并就精度、复杂性、泛化性、以及其模型效果方面，与28个现有典型IQA模型进行对比。实验结果表明，所提BCTCSP模型的精度PLCC值在6个数据库中最低可达0.892 1，最高达到0.966 4，6个数据库的加权PLCC达到0.917 4，其综合效益高于该28个现有IQA模型。综合理论和实验结果表明，BCTCSP是一种有效的、性能优越的无参考IQA模型。关键词：图像质量评价;图像画面;视觉感知;纹理信息熵37|13|0更新时间：2025-11-04
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均值强度差先验驱动的水下图像复原 AI导读
“在水下图像复原领域，研究者提出了一种均值强度差先验驱动的复原模型，有效提升了色彩还原度、对比度和细节锐度，为水下视觉感知任务提供可靠数据支撑。”摘要：。针对水体选择性吸收和多次散射造成的水下图像低对比度、严重色偏与细节模糊等退化现象，提出一种均值强度差先验驱动的水下图像复原模型。首先，并行计算局部窗口内“蓝~绿、红”与“绿~蓝、红”两条分支的均值强度差，并取其平均值，构建噪声鲁棒的三通道耦合衰减先验，用于强度差估计。随后，依据“强度差~景深~透射率”链式物理关系，引入自适应斜率的指数映射，并结合一阶泰勒展开与差分近似，精确估计三通道透射图。同时计算强度差最大的像素集合均值，以估计背景光。最后，将透射图与背景光代入水下成像模型逆解，实现色彩自然、细节清晰的图像复原。在真实水下图像数据集UIEB与UCCS上的定性与定量实验表明，所提模型在UIQM，UCIQE，CCF，MWF等指标上均取得综合最优成绩，显著提升了色彩还原度、对比度和细节锐度。应用实验显示，复原图像的关键点检测数量显著增加，边缘表达更加连贯清晰，分割结果目标边界更清晰且误检率较低。该模型可自适应不同水体环境，复原色彩真实、细节清晰的水下图像，为后续水下视觉感知任务提供可靠的前端数据支撑。关键词：水下图像复原;低质图像增强;强度差先验;透射图估计;背景光估计31|11|0更新时间：2025-11-04 -
高效Mamba驱动的端到端光场图像压缩 AI导读
“在光场图像压缩领域，研究者提出了一种高效Mamba驱动的端到端压缩方法，实现了码率降低和PSNR提升，同时显著提升了编解码效率。”摘要：光场图像因记录了光线的空间与角度信息，可提供比传统2D图像更丰富的视觉信息，但其高维特性导致现有压缩方法在全局特征利用、长距离相关性挖掘及计算复杂度上存在局限，限制了压缩性能和效率的提升。为此，本文提出了一种高效Mamba驱动的端到端光场图像压缩方法。首先，从4D光场图像中提取包含空间和极平面信息的2D切片，并利用Mamba充分捕捉其全局上下文信息。其次，为了在多个方向上扫描光场图像并避免计算复杂度的大幅增加，引入了一种通道高效的2D选择性扫描策略，以精确高效地提取光场特征。最后，在解码端设计了一个残差重建模块，该模块在降低参数量和减少编解码时间的基础上，显著提升了重建图像的质量。实验结果表明，与现有代表方法SADN相比，所提方法在7×7角度分辨率的光场图像上平均实现了7.4%的码率降低和0.37 dB的PSNR提升，同时在主观视觉质量上也表现更佳。在编解码时间方面，所提方法实现了10~20倍的显著提升。此外，与现有最新方法LFIC-DRASC相比，所提方法在13×13角度分辨率的光场图像上平均实现了19.5%的码率降低和0.58 dB的PSNR提升。关键词：光场;图像压缩;端到端;Mamba40|13|0更新时间：2025-11-04 -
遥感图像双模态融合去云方法 AI导读
“在合成孔径雷达图像去云领域，研究者提出了一种结合光学图像的去云网络，有效提升了图像去云性能。”摘要：针对合成孔径雷达（SAR）图像结合光学图像数据融合去云过程中不能准确处理云与背景的差异问题，本文提出了一种基于双分支结构的SAR图像与光学遥感图像结合的去云网络。在特征提取阶段，引入多尺度注意力机制，有效捕捉图像中全局与局部信息，为后续的融合和去云操作提供更具有代表性的特征信息表示。重新设计局部融合分支与差分支的并联结构，并通过门控机制动态平衡两者贡献，充分挖掘两者的互补性，更加细化光学有云图像中的云层边缘，从而恢复出更加精细的无云光学图像。采用位置感知增强的Swin Transformer将局部特征密集连接，使网络模型面对复杂环境具有更好的鲁棒性。所提模型的峰值信噪比（PSNR）和结构相似性指数（SSIM）较目前最优算法分别高出0.833 1 dB和0.024 6。证明本文算法在图像去云任务中对比其他方法具有更优性能。关键词：遥感图像;合成孔径雷达图像;光学图像;多模态;数据融合;云去除41|17|0更新时间：2025-11-04
信息科学
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