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基于改进U-net的金属工件表面缺陷图像分割方法
王一, 龚肖杰, 苏皓
摘要:
针对金属工件表面小尺寸缺陷及受非均匀光照影响的图像缺陷难以分割的问题,提出了一种改进的U-net语义分割网络实现金属工件表面缺陷图像的精确分割。首先,在U-net网络中融入CBAM(convolutional block attention module)模块来提升图像中缺陷目标的显著度;其次,采用深度超参数化卷积DO-Conv(Depthwise Over-parameterized Convolutional)代替网络中部分传统卷积,增加网络可学习的参数数量;然后,采用Leaky Relu函数代替网络中部分Relu函数,提高模型对负区间的特征提取能力;最后,采用中值滤波及非均匀光照的补偿方法进行图像预处理,减弱非均匀光照对金属工件图像表面缺陷的影响。结果表明:改进后的网络平均交并比、准确率和Dice系数指标分别达到0.8335、0.9332、0.8674,改进的网络显著提升了对金属工件表面缺陷图像的分割效果。
内埋式光电搜索瞄准指示系统的广域扫描控制技术
陆红强, 张璟玥, 刘超, 吴玉敬, 刘莹奇, 王亚楠
摘要:
研制了一型适用于隐身机载平台的内埋式光电搜索瞄准指示系统,该系统具备广域侦察、凝视监视、激光测距、激光照射等功能。推导并验证了地理稳定结合快调反射镜光学像移补偿的广域扫描控制技术,基于样机在实验室和外场开展算法验证。试验结果表明,该系统在成像清晰前提下实现了二维无缝广域扫描搜索功能,能够对扫描视频图像进行实时拼接和显示,满足信息化战争对目标侦察、监视和指示的功能要求。
单目视觉融合激光投射的无人机障碍探测方法
刘峰, 汪瓒, 王向军
摘要:
针对微小型无人机在飞行作业任务中的主动避障需求,本文提出一种用于微小型无人机避障的基于单目视觉与主动激光点阵投射的障碍探测方法。使用单目相机采集投射的激光点阵图案,经过图像分割、聚类、质心提取等处理过程,通过像面激光线方程约束快速排除特征一致激光点的歧义,使用激光点探测出无人机前方空间中障碍的方位信息。实验验证装置在基线距离为65 mm,工作距离为7 m的条件下,障碍探测的相对误差在1.5%以内。本文方法精度高、时间复杂度低,可满足低算力的微小型无人机对障碍探测方法的需求,为进一步的避障策略的生成提供数据支撑。
多接口融合光纤总线光网络终端设计
张丹群, 薛海东, 白玉杰, 尹海林, 吴琦, 殷洪波, 林小娟, 王海萌
摘要:
光网络终端(network terminal,NT)是光纤数据总线中的数据传输与处理终端,是光纤总线的重要组成部分。介绍了一种集成通用异步收发传输(universal asynchronous receiver & transmitter,UART)、控制器域网(controller area network,CAN)、以太网、高速串行计算机扩展总线(peripheral component interconnect express,PCIE)等多种接口的NT 。这种NT以现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)为硬件基础,通过设计各接口对应知识产权模块(intellectual property core,IP核),以及基于FPGA平台设计不同接口数据格式转换逻辑模块,完成了符合光纤数据总线要求的NT设计。以该方法设计的NT可以低延时处理在光纤数据总线上UART、CAN、以太网、PCIE等接口的数据。最后,通过与国内外相似总线产品和标准的比对,表明该种NT组成的光纤数据总线可以有效解决不同类型接口之间数据传输的问题。
基于光子集成芯片的可穿戴光纤光栅解调研究
李鸿强, 毛泉桦, 安芷萱, 林志琳, 王英杰, 孟文涛, 朱智越, 张振, Juan DanielPrades Garcia
摘要:
为了实现光纤光栅传感器在可穿戴系统中的应用,提出了一种基于硅基光子集成芯片的可穿戴光纤光栅传感解调系统。基于比利时iSiPP50G工艺的光子集成芯片由4×1长波长VCSEL阵列、1×8阵列波导光栅、2×2 MMI耦合器、4×1光纤光栅耦合器阵列、Ge-on-Si波导光电探测器、直波导和弯曲波导等组成。在完成对VCSEL光源金线键合和光子集成芯片光纤耦合封装的基础上,设计了手环式解调电路,对人体温度和心音信号进行了实时测量。实验结果表明: 解调系统的动态波长检测范围为1 540 nm~1 560 nm,波长分辨率为0.08 pm,解调精度为5 pm,温度监测范围为35 ℃~42 ℃,误差为±0.1 ℃;可检测50 Hz~100 Hz频率范围内的心音信号,可识别出第一心音和第二心音,并计算出心动周期、心率、第一心音时限、第二心音时限和心力等特征参数。
舰船尾迹和海面红外仿真成像
黄子亮, 张昊春, 王琦
摘要:
舰船在军事领域有着极其重要的地位,其尾迹对海面的温度和高度都会造成相较明显的变化,且具有持续时间长、不易消除等特点,所以模拟舰船尾迹和海面红外辐射图像可以更为直观的识别舰船目标,具有强烈的军事需求。以MODTRAN软件模拟的不同背景环境下大气对8 μm~14 μm波段的透过率为数据基础,结合Cox-Munk坡度概率分布模型并考虑海浪遮挡因素建立了一种舰船尾迹红外辐射模型,模拟了不同背景环境、不同探测距离的红外尾迹图像。仿真结果表明:相同探测条件下,随着探测距离增大,舰船尾迹辐射亮度减小,但粗糙海面对红外辐射的遮挡作用显著减弱,海面舰船尾迹更易被识别;大气传输模型对红外成像结果影响较大,夏季背景辐射能量大且海面平均遮挡作用小,舰船尾迹红外成像更为清晰。
40x大变倍比宽波段连续变焦光学系统设计
王美钦, 潘海俊, 刘斌
摘要:
为了实现对远处目标的瞄准、识别与跟踪,光电跟踪系统往往需要其光学系统可连续变焦,并且具有大变倍比、宽波段、光轴一致性高等特性。详细阐述了连续变焦光学系统的基本构造形式、初始结构参数估算等,并在确定了相关技术参数的基础上,设计了一种变倍比为40×的宽波段连续变焦光学系统。设计的连续变焦光学系统全部使用球面镜,易于加工,成像质量较好,各视场MTF值在150 lp/mm处均大于0.2,并且凸轮曲线平滑,无拐点,杂散光控制较好,对系统影响很小。最后通过外景试验测试,该系统光轴一致性小于0.1 mrad,系统的各项性能指标都可满足设备的使用要求,为光电跟踪系统的工程化提供了参考价值。
基于优化残差网络的复杂纹理表面缺陷检测
林李兴, 夏振平, 徐浩, 宋玉, 胡伏原
摘要:
产品表面缺陷检测是工业自动化生产的重要环节,准确率是评价自动检测系统可靠性的主要指标。基于复杂纹理表面缺陷检测的特殊性以及对检测方法的实时性、通用性等要求,提出了优化骨干网络并使用迁移学习特征映射构建复杂纹理表面缺陷的检测方法。该方法通过优化残差网络模型并建立仿真数据集的方式进行迁移学习,以解决实际情况中复杂纹理表面产品数据集样本数量少、数据集制作困难、相似问题难以互相兼容等问题。实验结果表明,提出的方法可以准确地检测随机复杂纹理的人造木质板材表面缺陷,平均准确率可达99.6%。现有实验条件下单张人造木质板材的检测时间为305 ms,可以满足在线检测的实时性要求。研究结果可为基于深度学习的复杂纹理表面缺陷检测提供新的思路与理论参考。
基于卷积神经网络的光学元件表面缺陷图像分类
侯劲尧, 刘卫国, 周顺, 高爱华, 葛少博, 肖相国
摘要:
光学元件的表面疵病,即表面缺陷,其形状的大小会直接影响光学系统的性能,在对表面缺陷进行分类时,所面对的很多表面缺陷的形状都是不规则的,依靠普通的模式识别技术,分类很难达到预期的效果。为解决精密光学元件表面缺陷分类方法中精度低、耗时长的问题,提出了基于卷积神经网络的精密光学元件表面缺陷分类方法。采用散射法获取表面缺陷图像分析其成像特点,通过对图像进行旋转,镜像扩增了数据集,加强了网络的训练能力。使用AC训练网络模型,在不增加额外计算量的同时加强了网络的特征获取力。最后,通过Softmax分类器,将精密光学元件表面缺陷分为划痕、麻点及噪点3类。实验结果表明,所使用的模型对缺陷分类精度超过99.05%。
基于高动态范围成像的极端亮度测量方法研究
秦艳, 刘瑞星, 康臻, 李宏光, 宫经珠, 孙宇楠, 赵俊成
摘要:
为了解决光污染中存在的极端亮度对比问题,针对此类复杂照明光环境,提出了一种基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法。利用24色标准色卡和CS-2000分光辐射亮度计对D5300数码相机进行标定,获得了高动态范围亮度分布图像与CIE 1931-XYZ表色系统刺激值之间的拟合关系,实现了极端亮度对比环境中亮度分布的准确测量。通过在城市道路中实地测量,验证了基于高动态范围成像技术的极端亮度测量方法的亮度测量动态范围可达104,其测量值与CS-2000分光辐射亮度计测得的标准亮度值的相对误差分别为−2.2 %和−2.5 %,表明该方法具有良好的适用性,可为道路照明质量的高效、高准确度测量提供计量保障,为有效防治光污染等复杂光环境问题提供了解决方案。
指向精度对光学姿态测量精度的影响分析
胡小丽, 唐明刚, 蔡文泽, 张玉伦, 张思琪, 张三喜
摘要:
为验证光轴指向误差对光学姿态测量精度的影响程度,并为后续实况类设备实现姿态测量提供理论依据,以中轴线法为依据,对算法步骤进行拆分,并对光轴指向误差的影响进行溯源,得出指向误差影响姿态处理结果可从两个方面进行分析。同时对模型内交会算法的直接影响和模型外动态基准的间接影响进行推导分析,以仿真计算和实测数据进行结合验证,获取了在典型中长远光学姿态测量中指向误差200″对姿态角误差不超过0.1°的结论,为现有姿态测量可靠性分析以及后续靶场设备能力拓展奠定了理论基础。
一种光学单站姿态处理二义性正确解确定方法
胡小丽, 唐明刚, 蔡文泽, 吴海英, 张思琪, 张三喜
摘要:
因单站成像的信息欠缺以及成像的对称性,光学单站姿态处理的二义性是普遍性难点问题,针对光学单站姿态处理二义性解问题,以目标主体直线矢量与姿态角对应关系为突破点,以主体直线矢量的物像映射关系为单站姿态处理基础,从处理结果界定局部二义性错误解,后根据单站姿态求解关键步骤修正二义性解,修正前后处理结果与常规交会处理结果比较效果显著,在文中所述场景下,误差量级至少缩小20%,该方法为光学单站姿态处理获取正确解提供了可靠理论支持。
基于双尺度4分离层优化的石墨烯太赫兹宽带吸波结构
檀立刚, 骆明伟, 李捷
摘要:
为实现对未来远程太赫兹雷达的高效对抗与隐身,针对典型太赫兹雷达工作频率设计了一种石墨烯太赫兹宽带吸波结构。宽带吸波结构以表层金属层/石墨烯层/介质层/底层金属层为基本吸波结构单元,利用遗传算法对双尺度基本吸波结构单元进行4分离层优化设计,确定宽带吸波结构的各层结构参数。仿真结果表明:宽带吸波结构在0.138 THz~2 THz频率范围内吸收效率优于80%,在0.157 THz~2 THz频率范围内吸收效率优于97.46%,典型太赫兹雷达工作频率处吸收效率均优于92.27%,满足太赫兹雷达对抗与隐身要求。
层次卷积滤波红外弱小目标检测方法
陈灿灿, 夏润秋, 刘洋, 刘力双, 陈青山
摘要:
针对单帧复杂背景红外图像点目标检测算法存在复杂背景下处理效果不理想、处理时间长的问题,提出了一种层次卷积滤波检测算法。主要分为2个部分:第一,根据红外小目标特性,设计一种层次卷积滤波的算子,对图像进行滤波处理,实现图像中小目标的增效和背景抑制的效果;第二,采用基于最大值的自适应阈值方法,对图像进行二值化操作,过滤背景杂波,最终提取到待检测的目标。在大量不同背景红外图像中进行实验,论文算法在背景抑制因子和信噪比增益的性能量化结果上优于现有5种典型红外弱小目标检测算法的性能结果,且平均处理时间上仅为高斯拉普拉斯(laplacian of gaussian,LoG)滤波算法的30.42%。通过实验对比,表明该层次卷积滤波算法可以有效解决在不同复杂背景下的红外图像中对小目标检测的问题。
改进Canny算法的红外人脸图像边缘轮廓提取
王鑫刚, 田军委, 于亚琳, 王沁, 张杰
摘要:
红外人脸图像的边缘轮廓特征对于红外人脸检测、识别等相关应用具有重要价值。针对红外人脸图像边缘轮廓提取时存在伪边缘的问题,提出了一种改进Canny算法的红外人脸图像边缘轮廓提取方法。首先通过对引导滤波算法引入“动态阈值约束因子”替换原始算法中的高斯滤波,解决了原始算法滤波处理不均匀和造成红外人脸图像弱边缘特征丢失的弊端;接着对原始算法的非极大值抑制进行了改进,在原始计算梯度方向的基础上又增加了4个梯度方向,使得非极大值抑制的插值较原始算法更加精细;最后改进OTSU算法,构造灰度-梯度映射函数确定最佳阈值,解决了原始算法人为经验确定阈值的局限性。实验结果表明:提出的改进Canny算法的红外人脸轮廓提取方法滤波后的图像,相较于原始Canny算法滤波处理,信噪比性能提升了34.40%,结构相似度性能提升了21.66%;最终的红外人脸边缘轮廓提取实验的优质系数值高于对比实验的其他方法,证明改进后的算法对于红外人脸图像边缘轮廓提取具有优越性。
光腔衰荡法数据截取对时间常数测量精度的影响分析
张金玉, 金尚忠, 张彪, 吴磊, 俞兵, 袁良, 黎高平
摘要:
光腔衰荡方法是目前测量光学元件超高反射率(反射率>99.9%)的唯一方法。介绍了一种对光腔衰荡法中激光信号强度与时间关系的优化提取方法。设计了基于光腔衰荡法的光学元件超高反射比的测试系统,通过对采集的光腔衰荡曲线数据进行分段指数拟合,将光腔衰荡曲线数据分为5段,对每段指数拟合结果对应的R2 (R-square)和RMSE(root mean squared error)值进行对比分析,通过计算每段指数拟合的衰荡时间。实验结果表明截取光腔衰荡曲线数据40%~60%部分拟合得到的结果最接近真实值,求得对应的腔镜的反射率99.988 977%。最后通过与腔镜的自身反射率进行比较,表明该种数据拟合方法能比较有效地测量腔镜的反射率,并能减小实验数据本身带来的误差。
激光损伤阈值自动测量装置及实验
陈超, 杨斌, 于东钰, 阴万宏, 宫经珠, 李辉, 王楠茜, 杨科
摘要:
设计并搭建了一套1 064 nm、532 nm的双波长光学元件激光损伤阈值自动测量装置,用于光学元件膜层激光损伤阈值的自动化检测。装置主要由脉冲激光光源、光束参数诊断组件、损伤在线诊断组件、待测件扫描运动平台和控制系统组成。整个测量装置和测量过程由基于Labview编制的计算机综合测量软件自动控制,可实现损伤阈值在0.1 J/cm2~100 J/cm2能量密度范围内的自动测量,并利用该装置对1 064 nm增透膜和铝反射膜样品进行了测量,得到损伤阈值分别为27.09 J/cm2和3.21 J/cm2,相对不确定度分别为3.91%和5.61%。
高低温试验装置中多光谱光学窗口组件设计
惠刚阳, 张博, 左晓舟, 王中强, 刘欣, 赵红军
摘要:
箱外光电系统综合检测仪是光电成像系统高低温性能检测装置的重要组成部分,多光谱光学窗口是高低温箱和外置目标模拟器的接口。该文根据应用需求及材料分析结果,选取多光谱ZnS作为光学窗口材料,通过热传导理论对光学窗口组件低温使用状态进行分析,重点分析窗口组件在低温条件下加热对窗口组件面型的影响,并提出了实现微应力装配的结构形式及解决窗口组件在低温条件下结霜结雾的设计方案;通过sigfit对有限元计算结果进行提取、处理以及数据拟合,并通过CODE V分析口径为Φ310 mm窗口组件在使用温度范围内的波像差rms,分析结果显示优于λ/15,均满足窗口组件的光学性能要求,最后通过实物样机进行了验证。实验结果表明:该多光谱光学窗口组件的结构设计方案既满足多波段使用要求,又满足低温除霜除雾要求,同时保证了高低温条件下的光学性能要求。
基于光谱图像的森林病虫害自动检测方法研究
周晓丽, 周立君, 伊力塔, 刘宇
摘要:
我国天然林区分布范围广,地形复杂,依靠传统的护林员巡检方式进行林木病虫害防治,效率较低,难于及时发现早期的林木病虫害,可能因此错过防治的最佳时机。针对g该问题,设计了一种基于多光谱图像检测林木病虫害的深度学习网络,研发了一套检测软件,通过无人机挂飞实验,利用搭建的深度学习网络,完成林区染病区检测,对检测结果进行了分析。
测量大口径光学元件反射率用精密扫描系统误差分析
张彪, 张金玉, 吉晓, 段园园, 吴磊, 黎高平, 于东钰, 阴万宏
摘要:
为测量高能激光传输系统中大口径高反射率光学元件的反射率,设计了一种大口径光学元件二维扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理,分析了影响系统测量精度的因素,从理论上分析了扫描系统的系统误差对测量精度的影响,结果表明在垂直于光束传播方向上,水平偏差在0.29 mm时,测量误差在10−6量级;腔长的变化量是较小时,可通过对衰荡腔腔镜的调节,实现对旋转轴偏差的补偿及对系统的精细调节。通过拟合处理光强与时间的数据得到对应的一次指数函数拟合曲线,并通过计算得到衰荡时间和反射率,经过对比分析可知,该误差分析方法能比较有效地测量腔镜的反射率并能减小实验数据本身带来的误差。
基于语义特征的遥感舰船关重部位检测网络
张冬冬, 王春平, 付强
摘要:
在近岸场景中,受背景影响,舰船关重部位误检概率高、检测精度低。针对以上问题,提出了一种基于语义特征的舰船关重部位检测网络,并命名为CPDNet(critical part detection network)。通过优化网络结构及引入注意力机制,提升网络的特征表达能力以及对关重部位的感知能力;基于语义信息,设计了语义掩膜模块,以降低背景对检测精度的影响;增加角度参数,使网络适用于具有方向性的目标;构建了舰船关重部位数据集,命名为CP-Ship,以验证所提网络的有效性。在CP-Ship数据集上的实验结果表明:所提网络的平均精度比RetinaNet提高了11.35%,与其他网络模型相比,在检测精度和速度均表现优异。
基于投影强度的快速高动态范围三维形状测量
周国平, 朱文韬, 易传华, 曾龙辉, 黄舒欣, 祝振敏
摘要:
条纹投影轮廓术由于具有速度快、精度高、对环境光照和表面纹理具有鲁棒性等优点,在许多领域得到了广泛的应用。但是,它容易受到高动态范围(high dynamic range, HDR)对象的影响。因此提出了一种快速计算最佳投影亮度的方法。通过求解相机与投影仪之间的响应关系,结合所提出的一个简便的投影亮度确定方法,可以得到测量所需要的投影亮度。再基于所提出的图像融合算法融合求得的各个亮度下的原始图片,从而获得高质量的融合图片,实现对HDR物体的高精度的三维重构。相较于传统方法,无需盲目投射和拍摄大量图片或计算复杂的单应性矩阵,仅需要投影一张均匀白光至被测物体,即可快速求解出相机和投影仪之间的响应函数从而获得所需的投影亮度,使得测量速度有极大的提升。
主镜组件热光学特性分析与热控技术研究
左晓舟, 王惠林, 周云, 惠刚阳, 张云龙, 赵红军, 余炳伟
摘要:
针对共光路系统对环境温度的适应性问题,以温度-光学变形特性研究为基础,提出了一种基于综合传热的主镜组件分区域热控方法。建立了主镜组件的传热模型并分析了典型热控工况下的温度分布特性;对不同材质的主镜进行了热仿真,以热光学试验结果修正模型,使主镜温度场的仿真与实测结果绝对偏差小于1.4 ℃,同时确定了主镜组件的温度梯度控制阈值;采用分区传热策略,使主镜组件达到高温升水平、低温度梯度的热控目标。以某主镜组件为对象进行了仿真与试验:当主镜平均温升达到16 ℃以上时,镜体轴向温度梯度≤2.5 ℃、径向与周向温度梯度≤2.4 ℃,主镜面形变化量小于0.005 λ,该结果可为共光路系统的整体热控方案设计提供优化思路。
原向反射式大面积三角形探测光幕灵敏度分布
段晨曦, 孙忠辉, 李海清, 倪晋平, 武志超
摘要:
分体式大靶面测试系统的探测光幕灵敏度直接影响飞行弹丸速度测量的精度。可在散布不大的情况下,使用反射膜与激光器代替矩形大面积测试系统中的人工光源,简化测试系统。对新建的三角形探测光幕的灵敏度进行了分析,综合考虑激光器在不同传播距离处的光强度衰减、空间的非均匀性分布及反射膜逆反射系数和镜头离轴效应等因素,采用数值仿真和实弹试验的方法,将同一弹径的弹丸穿过光幕不同位置时的灵敏度等效到同一基准点进行归一化分析。结果显示,镜头离轴效应对灵敏度影响最大,激光器空间非均匀性分布影响最小。在3.5 m×2 m(宽×高)的直角三角形探测光幕区域进行实弹试验,其结果与仿真结果一致,距镜头越近,灵敏度越高;反之越低。研究结果可为类似原向反射式大面积探测光幕的工程设计提供参考。
用于中小型飞行模拟器的球带幕投影镜头的光学设计
刘宵婵, 陈琛, 宋涛, 李维善, 张歆, 高松, 杨博
摘要:
针对现有沉浸式飞行模拟器进一步小型化和低成本化的需求,设计了一款应用于中小型飞行模拟器的球带幕投影镜头。论文确定了投影方案中各部件(球带幕、投影机、投影物镜)的关键参数,设计的球带幕投影镜头具有172°的视场角和6∶1的反远比,将一台装有该镜头的投影机置于银幕上沿就可以将画面投满整个球带幕。文中给出了大视场、大反远比光学系统的构造方法,对大视场非相似成像系统中的畸变、场曲和相对照度进行了分析和讨论,并给出了改善照度均匀性的有效途径。该镜头以8片透镜的低成本结构满足了4 k分辨率的高质量投影需求,在尼奎斯特频率185 lp/mm处全部视场的MTF值均达到了0.4以上,且具有良好的工艺性。
小口径大视场工业内窥镜光学系统设计
史天翼, 杨磊, 刘泽武, 苏晓琴, 谢洪波
摘要:
近年来,内窥镜广泛应用于复杂环境下小尺寸零件缺陷检测,该文设计一种用于航空发动机叶片检测的工业内窥镜光学系统。系统基本结构采用二次成像,物镜采用非对称反远距结构,将大视场光线收束进小口径腔体中,适配镜将物镜所成一次实像放大21倍,后接对角线长42 mm高速相机。系统基于Zemax设计软件进行系统优化、公差分析和像质评价,最终系统具有大视场(120°)、细孔径(3 mm)、耐高温(25 ℃~180 ℃)等特点。由于对视场、孔径和适配镜放大率有较高要求,因此合理引入非球面提高系统成像质量,入瞳直径提高至0.5 mm,系统空间截止频率在17 lp·mm−1处,全视场调制传递函数值均大于0.28,最大畸变值小于21.2 %。
多角度照射的不同材质表面偏振特性实验分析
王莉雅, 段锦, 付强, 郝有菲, 刘鹏, 范新宇
摘要:
相比于强度探测,使用偏振探测的方法能有效增强地物目标(如伪装目标)识别的准确性。设计并搭建偏振特性测试系统,对铁板、玻璃板、绿漆涂层铁板、绿漆涂层玻璃板、草皮这5种目标进行多角度偏振成像实验。首先,通过旋转偏振片将入射光源设置为完全线偏振光。其次,在偏振相机镜头前加滤光片,来获取同一中心波段下五种材质在各个探测天顶角、探测方位角下的图像。最后,将获得的偏振图像进行偏振度计算。结果表明,不同材质的保偏特性不同,且物体偏振度只与材质表面涂层有关,与内部组成成分无关;在镜面反射方向,目标的偏振度最大。这说明偏振光探测能作为材料分类的依据,可应用于遥感探测、物证搜寻等方面,还对反偏振侦察的特殊伪装材料制作有一定指导意义。
基于周期极化晶体MgO:PPLN的纠缠光子对制备过程的研究
吴杰, 王海龙, 张雄, 陈君, 王兆坤, 龚华平, 赵春柳
摘要:
基于二阶非线性效应的自发参量转换技术制备纠缠光子对过程中,以掺5 mol%MgO:PPLN周期极化晶体为研究对象,将光参量变换过程中的动量守恒和能量守恒条件与该晶体的色散方程,以及晶体极化周期随温度变化的热膨胀方程相联系,得到了355 nm,405 nm,532 nm,780 nm和1 064 nm这5个实验室常用波长点在制备纠缠光子对时的周期调谐特性和温度调谐特性。研究过程中发现,出现了晶体极化周期过小和产生两对纠缠光子对问题,总结并归纳了各波长点在一定极化周期和温度下与非线性晶体作用所产生的纠缠光波段范围。当选用其他非线性周期极化晶体进行实验时,改变QPM动量守恒条件中的极化周期项,同时根据具体使用的晶体改变色散方程。该研究方案可直接推广到使用不同非线性晶体产生通信光波段或红外光波段的纠缠光子对的研究中,在制备量子光源等领域具有重要研究价值。
基于多峰高斯拟合的分布式拉曼测温系统设计与应用
张均, 杜超, 于昌智, 张丽, 邓霄
摘要:
针对温感区域长度小于空间分辨率导致温度测量不准确的问题,提出一种多点温度校正方案,并介绍了一种可应用于中小尺度剖面温度分布测量的装置和方法。采用基于多峰高斯拟合的方案,实现了多个测量不准确温度点的同时校正,提高了系统的温度准确度,设计了分布式拉曼测温系统样机,通过将光纤部分缠绕在PPR管上实现了中小尺度剖面温度分布测量。实验装置使2 m和1.5 m温感区域的测量准确度提高到1 ℃;测得冬季黄河万家寨水库冰盖厚度为42.33 cm,与人工测量结果相差1.67 cm;测得36 m深河水剖面的温度约在0.32 ℃~0.90 ℃范围内波动。实验结果表明,采用该分布式拉曼测温系统能够在野外大范围监测河道流水剖面的温度分布。
基于光-热-结构模拟的罗兰圆型光谱仪热工况优化设计
鲁毅, 任万杰, 郭国建, 由欣然, 胡国星, 吴立军, 孙逊
摘要:
针对目前紫外光谱仪热工况优化研究缺乏的问题,该文设计出一款探测范围为200 nm~450 nm、全波段分辨率不低于0.2 nm的罗兰圆光谱仪,并耦合光、热、结构模拟对其光室热工况开展优化研究。热仿真结果表明:在无加热、无入口风速下光谱仪底座温度、温差随时间不断增加,难以达到热平衡;优化光室入口风速,发现当入口风速为0.8 m/s时,整体温度降至36.103 ℃~39.859 ℃;基于光学器件间的热变形量的计算,光学器件截距总热变形量为0.203 mm;优化加热方式,发现顶层式加热方式最佳,整体温度降至34.241 ℃~36.139 ℃,光学器件截距总热变形量降至0.122 mm。对此进行光学仿真,结果表明,优化工况后的罗兰圆光谱仪工作热变形后可清晰分辨出两束波长相差0.2 nm的光束。
基于格雷码的分区间相位展开方法
严飞, 祁健, 刘银萍, 吴迪, 于强, 刘佳
摘要:
格雷码因具有良好的鲁棒性和抗噪性,被广泛应用到结构光投影三维成像方法中。在三维测量过程中,由于设备以及其他环境噪声的影响,格雷码方法解码条纹级次边沿和截断相位边沿通常无法处于理想的对齐状况,使得展开的相位出现跳变现象。为了更好地避免级次跳变误差,使得边沿跳变区域的容错宽度更大,提出基于格雷码的分区间相位展开方法。在互补格雷码基础上增加一幅格雷码图像,利用所有格雷码解得附加码字,通过对附加码字进行不同位移量的条纹级次映射,得到两个辅助条纹级次。利用所有条纹级次,对截断相位进行分区间相位展开,在边沿跳变区域错误大于半个周期时,仍能获取到无跳变现象的展开相位。实验结果表明,当边沿错误区域宽度小于3/4个条纹周期宽度时,可以有效避免级次跳变产生的误差。
直升机旋翼三维动态变形测量与可视化分析
胡丙华, 晏晖
摘要:
针对直升机旋翼动载荷飞行试验测试需求,提出一种直升机旋翼三维动态变形测量与可视化分析方法。首先,根据直升机旋翼的结构特点和高速旋转特性,设计了以一组双目高清摄像头为核心的旋翼动态变形影像测量与监控及分析系统;其次,基于双目立体视觉测量理论,论述了测量系统标定、实时单点变形测量、散斑影像匹配、旋翼表面三维重建与三维动态变形可视化分析原理/方法;最后,在地面进行了模拟实测环境的仿真试验,实现了试验系统搭建、试验数据采集、处理与分析。试验证明,该方法可获得最大误差优于4 mm的定位测量精度,能很好地实现直升机旋翼三维动态变形测量,为飞行试验旋翼载荷测试数据分析等提供直观、可靠的数据与技术支撑。
基于改进ViT的红外人体图像步态识别方法研究
杨彦辰, 云利军, 梅建华, 卢琳
摘要:
针对卷积神经网络在步态识别时准确率易饱和现象,以及Vision Transformer(ViT)对步态数据集拟合效率较低的问题,提出构建一个对称双重注意力机制模型,保留行走姿态的时间顺序,用若干独立特征子空间有针对性地拟合步态图像块;同时,采用对称架构的方式,增强注意力模块在拟合步态特征时的作用,并利用异类迁移学习进一步提升特征拟合效率。将该模型运用在中科院CASIA C红外人体步态库中进行多次仿真实验,平均识别准确率达到96.8%。结果表明,本文模型在稳定性、数据拟合速度以及识别准确率3方面皆优于传统ViT模型和CNN对比模型。
基于Mask R-CNN结合边缘分割的颗粒物图像检测
李轩, 杨舟, 陶新宇, 王晓杰, 莫绪涛, 黄仙山
摘要:
对颗粒物的尺寸检测是生产中重要的环节,使用相机采集图像并处理是常用的非接触检测方法。围绕颗粒物的识别与尺寸检测需求,选用沙粒为检测对象,提出了一种改进颗粒物边界掩膜的Mask R-CNN模型。该模型结合经典的边缘检测技术并利用深度学习模型预测掩膜,根据边缘分割的结果来得到更高精度的掩膜。使用DenseNet作为检测网络的主干网络,使得整体网络参数量更少,并利用通道注意力机制加强网络的特征提取能力。实验表明,改进的网络可以提高检测的精度,且结合图像处理的方式能够改善掩膜尺寸检测的准确度,为颗粒物的工业检测提供了一种有意义的方法。
热压载荷作用下气体检测光学窗口对激光传输影响
李栋, 李品烨, 王迪, 吕妍, 郭曦
摘要:
采用有限元方法研究了不同热压载荷作用下多组分气体原位激光检测系统的光学窗口变形分布情况,并根据热光效应计算得到光学窗口折射率分布。采用光线追迹法对比分析了氮气吹扫前后光学窗口折射率变化及变形对到达接收面的通光量和辐照度分布影响规律。此外,基于高温光学窗口激光透射测试平台开展了高温光学窗口对检测信号影响研究。结果表明:高温高压环境会使光学窗口折射率变化幅度增大及变形加剧,导致激光光路偏折引起透射光强损耗和探测信号条纹干涉。氮气吹扫可以有效改善激光传输条件,增加到达接收面的通光量、优化辐照分布,提高激光传输质量。
螺旋形塑料光纤表面等离子体共振折射率传感器
徐跃, 薛鹏, 张瑞, 陈媛媛
摘要:
研究了基于波长调制的螺旋形塑料光纤(plastic optical fiber, POF)表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)折射率传感器。采用机械热压和扭曲法将塑料光纤制备成螺旋形,在螺旋形POF上通过磁控溅射蒸镀一定厚度(约50 nm)的金属薄膜来激励SPR效应,从而形成螺旋形POF-SPR传感器。通过对螺旋形POF-SPR传感器的结构进行修饰,研究不同结构参数对折射率传感特性的影响。实验结果表明,由厚度为500 μm扁平形POF扭制、螺纹数为4的螺旋形POF-SPR传感器具有较好的线性度和折射率传感特性,在折射率为1.335~1.400范围内测得的灵敏度为1 262 nm/RIU。该传感器具有成本较低、制备简单、结构稳定等优点。
矩形波宽带通滤光膜研究
董莹, 张艳茹, 胡荣, 刘永强, 杨崇民
摘要:
对矩形波宽带滤光片进行了深入研究,提出了一种设计、制备矩形波宽带滤光片的方法。使用该方法设计并制备了400 nm~1 100 nm波段,中心波长λ0=515 nm透射带λ=λ0±25 nm透射带平均透射率\begin{document}$\bar \tau $\end{document}≥92%,截止带λ=400 nm~475 nm、λ=555 nm~1 100 nm,截止带透射率小于0.1%的矩形波宽带通OD3-A滤光片。测试样片光谱,结果满足需求。该方法设计、制备矩形波宽带通滤光片克服了F-P型窄带滤光膜监控精度要求高、通带宽带窄、成本高以及传统长、短波截止膜组合方式膜层总厚度过大、通带透过率低、波形矩形度差的缺点。
基于法线引导的激光中心线提取方法
刘天赐, 刘桂华, 胡莉, 黄会明
摘要:
在线结构光三维测量系统中,高精度激光条纹中心线提取是提高测量精度的关键。针对现有激光中心线存在提取精度不高、保留细节差等问题,提出了一种基于法线引导的激光中心线提取算法。该算法具体实现步骤为:首先,对图像进行预处理,结合边缘检测和几何中心法对激光线初步提取;然后,用主成分分析法( principal component analysis,PCA)求取其法线,在激光中心点处划分角度八邻域,通过法线角度引导搜寻有效点集;最后,利用灰度重心法对点集进行亚像素提取。通过实验结果表明,该算法均方根误差与灰度重心法相比提高了0.2339 pixel,比Steger算法、方向模板法更好的保留光条细节,可以更精确地提取光条中心,达到亚像素级的精度。
30 ℃~420 ℃黑体温度控制及自整定研究
胡铁力, 王红红, 李四维, 曹锋, 胡心漪, 范喆, 杨毓鑫, 郭健, 尤越, 杨科, 李辉, 俞洋
摘要:
作为红外标准光源,要求30 ℃~420 ℃黑体能快速升温到设定温度点,并保持温度稳定。针对其升降温功率差别大、滞后大等特点,用开关控制冲击响应自整定方法,得到黑体温升超调量、最大升降温速率等参数,采用复合智能温控策略,实现了30 ℃~420 ℃黑体温升前期快,接近设置温度时改以渐进方式达到并稳定在设定温度点。实验结果表明,实现了30 ℃~420 ℃黑体无超调地到达设定温度点,且稳定性为±0.03 ℃/min,该指标达到了国际同类产品水平。
散斑自相关分辨率测量和修正
罗诗淇, 刘京宙, 陈炫辉, 谢向生
摘要:
散斑相关是许多基于散斑的光学测量和成像技术的基础,决定了光学系统的分辨率。当前散斑尺寸(颗粒度或分辨率)的理论描述不够精确,也缺乏实验验证。该文探究了散斑图样自相关尺寸的影响因素,与相同数值孔径物镜聚焦进行比对,揭示薄散射介质的“散射透镜”性质。通过散斑自相关和透镜聚焦尺寸的多组测量,结果表明,截趾函数会影响其分辨率,需要根据具体光路对阿贝判据做修正。对基于散斑的测量和成像技术具有一定的参考价值。
高温状态下的材料法向光谱发射率测量
袁良, 袁林光, 董再天, 李燕, 范纪红, 卢飞, 赵俊成, 张灯, 尤越
摘要:
为满足隐身材料、热防材料和隔热涂层等高温材料涂层的光谱发射率的高精度测量需求,研究了在1 273 K~3 100 K条件下准确测量材料法向光谱发射率的方法。基于发射率定义,建立了材料法向光谱发射率测量模型,并在该基础上研建了光谱范围为0.7 μm~12 μm的材料法向光谱发射率测量装置。为克服测量装置中样品高精度加热时伴随腔体效应的技术难点,研制了具备可移动石墨坩埚的样品加热炉,取得了良好的实验效果。使用发射率测量装置对SiC与低发射率涂层2种样品的法向光谱发射率进行实验测量。结果表明:2种样品的法向光谱发射率均随波长增加而降低,随温度的升高而升高。最后对高温状态下材料法向光谱发射率测量不确定度进行了评定,相对扩展不确定度为3.6%。
基于轻量化校准反射镜的旋转平移干涉绝对检验技术
第五蔻蔻, 高志山, 刘威剑, 车啸宇, 马燚岑, 范筱昕, 袁群
摘要:
光学干涉绝对检验技术能够实现参考面和待测面面形的有效分离,是对干涉仪进行精度标定的有效手段。面向大口径平面干涉仪的校准需求,旋转平移法仅需一块透射平晶和一块反射平晶,避免了额外加工第3块平晶的成本和难度。但随着口径的增大,自重和支撑使得反射平晶在平移和旋转多种状态下的变形较大,继而影响绝对检验精度。提出设计轻量化的校准反射镜作为反射平晶,采用旋转平移法实现大口径干涉仪的绝对检验。以Φ 1 500 mm平面干涉仪作为标定需求,采用碳化硅作为校准反射镜材料,以三角形轻量化结构和6点背部支撑方式进行轻量化设计,控制其质量仅为93 kg,支撑和重力引入的面形变形PV值为9.75 nm。将变形面形叠加至PV值λ/4、不同分布的加工面形进行旋转平移绝对检验仿真计算,对旋转对称程度低且包含较多高频成分的面形,检验精度为λ/30;而对分布平滑对称的面形,检验精度可达到λ/50。因此,为了实现对于大口径平面干涉仪λ/50精度的标定目标,要求碳化硅校准反射镜加工面形PV值低于λ/4、尽量避免高频成分、旋转对称程度高。
PSO-ASVR在三波长路面状态传感器定量标定中的应用
杨森, 田雨卉, 张厚庆
摘要:
路面状态传感器是路面状态定性识别和定量测量的重要工具,其定量测量性能依赖于定量标定模型的准确性。为了解决路面状态传感器定量标定数据非线性和非均匀分布问题对定量测量的不利影响,提出基于PSO-ASVR(particle swarm optimization - adaptive support vector regression)的路面状态传感器定量标定模型。构建AP(adaptive preprocessing)流程进行标定数据最优化预处理降低路面状态传感器非均匀分布问题影响下的标定数据处理误差。采用基于结构风险最小化的SVR(support vector regression)算法进行标定数据拟合,并利用PSO(particle swarm optimization)算法实现SVR中参数最优化,降低路面状态传感器标定数据非线性引入的数据拟合误差。不同路面状态条件下标定数据处理实验表明:新方法相比于传统方法在均方根误差RMSE上至少可减小63%,验证了其在提高定量标定模型精度上的有效性,实现了路面状态传感器定量标定误差的降低。
低慢小飞行物实时检测原理与实验研究
于凯洋, 张磊, 王克逸
摘要:
飞鸟撞击飞机与无人机黑飞是威胁航班起降安全的两大隐患,上述的飞鸟和无人机都属于“低慢小”飞行物。为保卫机场净空区的安全,需要研制具有反低慢小功能的预警系统。对此,设计并实现了一套低慢小飞行物实时检测系统,基于FPGA(field programmable gate array)驱动相机阵列实时采集大视场天空视频,将适于硬件操作的奇偶分流算法与帧间差分算法相结合进行运动目标检测,系统帧率达到17 fps@1 024×768 pixel,平均检测准确率为99.69%。采用千兆以太网、光纤和交换机将前端跑道视频传输至后端塔台指挥中心,支持3 km远距离传输。相比于传统基于软件串行处理的方式,该系统具有高实时性、低功耗与小体积的优势,适合部署在实际应用场景中。
基于PDMS薄膜的等离子体光栅仿真分析
陈壮壮, 王志斌, 李克武, 吴笑男
摘要:
为了实现对等离子体光栅共振波长的测量,研究光栅参数对应力的响应敏感程度,提出了一种新型的应力敏感型聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜等离子体光栅。利用时域有限差分法(FDTD)原理,建立了一种周期性等离子体光栅结构仿真模型。借助周期边界条件,通过对光栅施加应力,改变等离子体光栅参数(即周期、占空比及Au膜厚度)来实现共振波长的测量,研究光栅参数对力的响应敏感程度;并将仿真结果与理论值相比较得出相对误差。结果表明,当光栅周期为0.7 μm,占空比为55%,金膜厚度为0.02 μm时,此时对力的响应最敏感;其次,将仿真所得不同周期时的共振波长与理论值相比较可知二者结果相吻合;周期为0.7 μm时,共振峰的波长为1.251 μm,理论与仿真所得相对误差都小于2%,结果较为准确。此方法在单色仪、光谱仪和传感等领域中具有重要作用。
高灵敏光纤光栅加速度检波器理论模型研究
刘钦朋, 何雪, 贾振安, 傅海威, 高宏, 禹大宽
摘要:
针对两点封装,建立光纤光栅加速度检波器通用模型,理论推导加速度检波器灵敏度和谐振频率的解析表达式,深入研究加速度灵敏度和谐振频率的影响因素,讨论封装光纤刚度系数与检波器结构刚度系数之比对检波器响应特性的影响,并分析刚度比分别在0~1、0~100范围随着等效质量的增大(0~100 g),加速度灵敏度和谐振频率的制约关系,及在0~500 Hz(中低频)和0~1 200 Hz(中高频)范围内灵敏度的变化规律。此外,分别以封装光纤长度为10 mm和60 mm举例分析长度对上述二者的影响,各项仿真中灵敏度均会高达~1 000 pm/G,并引入品质因数的概念。所提理论研究对FBG加速度检波器的设计和综合性能的评价具有重要的指导意义,为器件参数优化提供理论依据。
混合残差学习与导向滤波的图像去雾算法
陈清江, 张雪
摘要:
为解决雾天场景图像恢复过程中图像清晰度和对比度下降的问题,提出了一种结合残差学习和导向滤波的单幅图像去雾算法。使用雾天图像与对应的清晰图像构建残差网络;采用多尺度卷积提取更多细节的雾霾特征;利用导向滤波各向异性的优点,对残差网络去雾后的图像进行滤波以保持图像边缘特性,得到更加清晰的无雾图像。实验结果表明,与DCP算法、CAP算法、SRCNN算法、DehazeNet算法和MSCNN算法相比,在合成雾天图像上,峰值信噪比值最高达到27.840 3/dB,结构相似度值最高达到0.979 6,在自然雾天图像上的运行时间最低达到了0.4 s,主观评价和客观评价均优于其它对比算法。所提去雾算法不仅去雾效果较优,而且速度较快,具有较强的实用价值。