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摘要

针对光学相干层析视网膜图像进行人工分类诊断时存在漏检、效率低等问题,提出一种基于深度学习技术构建联合多层特征的卷积神经网络分类算法。首先通过均值漂移和数据归一化算法对视网膜图像进行预处理,并结合损失函数加权算法解决数据不平衡问题;其次使用轻量深度可分离卷积替代普通卷积层,降低模型参数量,采用全局平均池化替换全连接层,增加空间鲁棒性,并联合不同卷积层构建特征融合层,加强层间特征流通;最后使用SoftMax分类器进行图像分类。实验结果表明,该模型在准确率、精确率、召回率上分别达到97%、95%、97%,缩短了识别时长,所提方法在视网膜图像分类诊断中具有良好的性能。

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摘要

针对采用高斯滤波器对图像进行滤波会导致图像边缘平滑,人为设定高、低阈值会导致阈值的自适应性差,采用双阈值法去除虚假边缘会导致去除效果不佳等问题,提出改进的Canny边缘检测算法并应用于影像测量领域。首先使用开关中值滤波代替高斯滤波,在去除噪声的同时保留非噪声像素点的灰度值不变,从而提高边缘定位精度;然后采用K-means聚类算法以得到高、低梯度值聚类中心,采用OTSU算法以得到梯度阈值,将两个方法结合,可以实现高、低阈值的自适应;最后采用面积形态学的方法去除图像的干扰边缘。实验结果表明,改进的算法具有定位精度高、自适应性强以及干扰点去除效果好等优点。

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摘要

点云是一种重要的三维表达方式,在计算机视觉和机器人领域都有着广泛的应用。由于真实应用场景中存在遮挡和采样不均匀等情况,传感器采集的目标物体点云形状往往是不完整的。为了提取点云的特征和补全目标点云,提出了一种基于多分支结构的点云补全网络。编码器从输入信息中提取局部特征和全局特征,解码器中的多分支结构将提取的特征转换成点云,以得到目标物体完整的点云形状。在ShapeNet和KITTI数据集以及不同残缺比例、不同几何形状的情况下进行实验,结果表明,本方法可以很好地补充目标缺失的点云,得到完整、直观、真实的点云模型。

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摘要

研究散斑旋转去相关的原理,分析散斑旋转去相关角的影响因素,推测出散斑旋转去相关角主要受散斑无序程度和计算时所用散斑面积大小这两方面因素的影响。为进行实验验证,分别改变光学系统的四个可调参数来观测散斑旋转去相关角的相应变化,即改变计算时所用的散斑面积、改变散射介质到探测器的距离、横向平移探测器、更换散射介质。实验结果表明,计算时选取的散斑面积越大、无序程度越高,对应的散斑旋转去相关角越小。在基于记忆效应的散斑成像中,研究结果能够给散斑旋转去相关的相关研究和应用带来帮助,具有一定的实际意义。

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摘要

提出了一种精确求取莫尔条纹局部倾角的图像处理方法,可用于求解在渐进多焦点镜片屈光度测量中出现的莫尔条纹局部倾角。研究了实际采集到的条纹图片特性,分析了理论推导时假设测量条件与实际测量条件的矛盾,进一步探究表明实际测量所需的莫尔条纹角度实质上是基于条纹相位场而非强度场。在此基础上,提出了基于相位拟合求取条纹局部角度的方法,该方法首先通过移相得到莫尔条纹的相位,然后对相位进行泽尼克多项式拟合,得到相位的多项式表达,最后通过求解多项式对两个方向的偏导数,计算出相应位置的条纹角度。理论分析和仿真结果表明,该方法能够避免背景光和光源振幅分布不均的影响,对条纹噪声和条纹周期变化不敏感,角度求取精度可达到0.2°。

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摘要

光学显微成像技术无论是在临床诊疗还是在基础科学研究上都发挥着重要的作用。伴随着新型荧光探针、光学控制、探测器件的不断发展,超分辨光学显微技术突破了传统光学衍射极限的限制,为现代生物医学研究提供了新的工具。在超分辨显微成像技术中,结构光照明显微镜(SIM)通过空间编码的结构光照明样品,将样品部分超出衍射极限的高频信息调制到低频中,从而通过光学系统实现超分辨成像。SIM具有成像速度快,光漂白和光毒性弱以及对荧光染料的非特异性需求等优点,被广泛应用于活细胞超分辨光学显微成像。本文回顾了SIM技术的重要原理与技术进步,重点介绍了SIM硬件设计与图像重构算法中关键的实验要点与技术难点,列举了现阶段SIM在生物成像中的部分应用,探讨了SIM未来的发展方向。期望本文能为SIM的设计和使用者提供一定的指导。

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摘要

为了解决光场相机应用于三维测量时,在弱纹理区域和精细结构区域难以获得准确视差估计结果问题,提出了基于深度学习技术对光场深度估计进行建模,并建立了光场视差与真实深度之间的转换关系。将所提方法应用于多种复杂场景中,实验结果均表明:该方法可以准确获取弱纹理区域和精细结构区域的视差信息,较好地复原场景的三维结构,视差估计处理时间压缩到1s量级,相比传统的基于代价优化的方法,降低了1~2个数量级。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(12):1204005
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摘要

提出一种新的结构光条纹中心线提取算法,该算法能在不同的干扰环境下稳定地提取出光条中心线,并且具备修补断线的能力。利用密度聚类算法的无监督特性,即使存在断线或噪声干扰,仍能快速聚类中心线的候选像素点集合,大幅缩小搜索范围;经过实验数据分析发现,不同场景的中心线还具有亮度高且趋于连续的共性特征,使用像素点间欧氏距离和亮度值定义能量函数对该特征建模,利用最短路径搜索算法迭代收敛实现中心线精确提取。实验结果表明,在三种强烈干扰的结构光图像中,算法提取中心线均方根误差约为0.4 pixel;处理速度相比同样抗干扰能力较强的图像接缝算法提高了12.48倍。所提算法在保持运算速度快、精度高的同时,大幅提高了抗干扰能力,有效降低了工业生产中使用结构光测量时的条件限制。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(12):1204004
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摘要

通过在锂离子电池内部埋入分布式光纤温度传感器,实现了对电池内温度场的实时分布式原位监测,并对其运行健康状态进行了预警和评估。根据锂离子电池结构设计模型,理论上模拟分析了不同运行环境下锂离子电池内温度场的分布状态和演化规律。基于此,选取特征温度点(正负极耳、中心点)优化传感器的布设位置,实现各种情况下温度场的准确测量,基于性价比给出传感器的优化组合,减少了传感器使用数量,降低了布设工艺的难度及解调设备的成本。在实验中埋入分布式级联的光纤光栅温度传感器,对模拟分析结果进行了验证。实验结果表明,随着外界环境温度的上升,各特征点温度都随之上升,但上升速率整体变小,而中心温度点具有较快的温升效应,实验结果与理论结果一致。该方法为未来大尺度锂离子电池集成组件健康状态的原位监测提供了技术参考和实施方案。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(12):1204002
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摘要

基于共振域光栅的特性,采用商用绝缘硅片设计并制备了一种用于近红外通信波段的高性能偏振器件。在1.460~1.625μm的波长范围内,利用时域有限差分算法设计了一种周期为0.98μm的全介质共振域光栅,该光栅的消光比最大值为55dB。根据设计结果,采用电子束直写曝光技术对该偏振光栅进行了实验制备,并进行偏振性能测试。结果表明,该光栅的横向磁场偏振光透过率约在80%以上,消光比在20dB以上,最大值可达到32dB,与仿真结果基本一致。相比于传统亚波长金属光栅的周期需要小于1/4入射光波长才能起偏的性质,该偏振光栅在周期为近波长的条件下即有较好的偏振性能,在制备上降低了光刻工艺的难度。此外,该偏振器件是基于商用绝缘硅片制备,与现有的成熟半导体工艺兼容,具有较强的集成性和实用性。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(12):1201005
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摘要

提出一种多通道单脉冲激光能量变化的监测方法,用于实时监测脉冲激光的状态。首先采用多合一光纤束,对待测激光进行取样;再经过消色差透镜将光纤合束端面成像到CMOS图像传感器的感光面,通过软件获取光斑图像并提取不同光斑的灰度值,以表征脉冲激光能量;最后根据各待测激光总能量大小对灰度值进行标定,即可实现不同位置处激光能量变化的同时在线监测。利用该方法,对全高程全天时大气探测激光雷达系统中1064,532,589nm激光以及脉冲染料激光器中自发辐射 (ASE) 荧光的单脉冲能量变化进行了长时间同时在线监测,得到了激光雷达运行过程中这4束光单脉冲能量的变化情况,并根据监测结果计算了倍频晶体的倍频效率、脉冲染料激光器的转换效率及ASE比例系数。该研究为需要对多路激光单脉冲能量变化进行同时在线监测的光电系统提供了一种有效的解决方法。

PDF全文HTML全文 中国激光 | 2020,47(12):1201004
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摘要

针对复杂形貌样品微区化学成分难以表征的难题,研制了一套激光共焦诱导击穿光谱(LIBS)显微成像系统。该系统利用反射的连续激光构建高空间分辨的激光共焦显微系统,实现样品的精准定焦及三维形貌测量;利用共光路脉冲激光诱导激发等离子体光谱信号,实现样品微区全元素探测,进而实现具有高空间分辨、抗漂移特性的三维LIBS显微元素成像。实验表明,该系统可以实现横向分辨率为10 μm的多元素图谱成像,系统光谱探测的合成不确定度为2.24%。该系统结合形貌信息和LIBS光谱信息实现三维图谱成像,为生物组织、微纳材料等复杂形貌样品的化学表征提供了新的有效途径。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(24):2430002
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摘要

甲烷是瓦斯的主要成分和温室气体之一,检测甲烷浓度对于工业生产安全和人员的生命健康保障均具有重要意义。本文设计了一种用于甲烷检测的共轴石英音叉增强光声光谱系统,利用石英音叉较高的品质因数克服了传统光声光谱技术中麦克风易受环境噪声干扰的缺点。设计了小型化气室,其体积仅为3 cm×2 cm×1 cm,简化了检测系统的结构。结合波长调制技术,分析了二次谐波信号幅值与调制深度的关系,实验得到的最佳调制电压幅度为0.175 V,对应的调制深度为0.169 cm -1。对甲烷浓度(体积分数为5×10 -4~5×10 -3)和二次谐波信号幅值进行拟合,线性度为0.99791;采用Allan方差分析了系统的稳定性,当平均时间为5 s时,系统的检测下限为4.337×10 -5。基于小体积光声池的光声光谱气体传感器具有体积小、质量轻、成本低的优点,更适合于便携式传感应用。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(24):2430001
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摘要

粉末压片与晶体测试结果存在较大差异,表现为粉末压片无法测出预期的晶体红外透过光谱,且其在晶体的红外截止波段会出现异常透过峰。从原理上分析了上述现象,并通过简化晶体红外介电性能的理论模型,提出了一种基于多晶粉末透射谱测定晶体红外介电性能的方法。用该方法对AgGaS2、ZnGeP2晶体的红外介电性能(如红外截止波长、长光学声子横模频率)进行了测定,结果与直接测量单晶基本一致。本研究对探索新型红外功能晶体材料具有重要意义。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(24):2426001
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摘要

在现有研究中,通常采用无记忆效应的马尔可夫过程模型来描述光电设备的随机退化,忽略了其退化过程中状态之间的长期相关性。鉴于此,首先,基于非线性分数布朗运动提出了一种具有记忆效应的随机退化模型,用于描述测量误差与随机效应影响下的光电设备退化过程;在此基础上,基于弱收敛理论推导得到了首达时间意义下设备剩余寿命的近似解析式。其次,分别采用极大似然估计算法与贝叶斯推理完成了模型参数的离线估计与实时更新,进而实现剩余寿命的自适应预测。最后,将所提方法应用于GaAs激光器的性能监测数据中,实验结果表明所提方法能有效提高光电设备剩余寿命的预测精度。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(24):2423001
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摘要

21世纪初诞生的超分辨光学成像技术在生命科学研究中发挥着巨大作用,极大地增强了人们探索微纳尺度亚细胞结构的能力,然而这些成像技术往往耗时长,成本高。如今,许多研究者致力于基于深度学习的图像超分辨重建算法的研究中。利用自主搭建的随机光学重构超分辨显微镜获得细胞微管骨架超分辨图像,然后采用双线性插值降采样法处理得到低分辨率输入图集,再分别使用传统的三次样条插值法和增强型深度超分辨率神经网络进行学习训练,实现低分辨率图像的超分辨重建。结果表明:通过深度学习所重建的各种降采样的图像效果均优于采用传统插值法得到的图像效果,尤其是二倍降采样重建图像在主观和客观评价指标上可比拟实验获得的微管骨架超分辨图像。基于增强型深度超分辨率神经网络的细胞骨架图像超分辨重建有望提供一种简捷、有效和高性价比的成像方法,可应用于对细胞骨架超微结构的快速预测。

PDF全文HTML全文 光学学报 | 2020,40(24):2410001
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摘要

差分吸收光谱法(DOAS)是利用气体分子窄带吸收特征来测量气体浓度的一种光谱测量技术。本文介绍了DOAS的基本原理,利用MATLAB开发了一套苯、甲苯和二甲苯(BTX)DOAS数据处理程序,并将BTX浓度假设值与反演值进行对比分析,同时研究了入射光强变化和颗粒物参数对浓度反演的影响。结果表明:BTX浓度反演值与假设值具有良好的一致性,说明BTX-DOAS数据处理程序是正确的;通过数值模拟验证了DOAS中理论上无法直接推导的前提条件的正确性。

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摘要

研究了硬边环带光阑内外半径和衰减因子对环带光阑圆形艾里光束(CAB)自聚焦特性的影响。结果表明,控制环带光阑内外半径,可以增加CAB第一个自聚焦峰光强且抑制传播后续聚焦峰光强;和无光阑时相比,添加环带硬边光阑有聚焦峰光强在不同的衰减因子下普遍增强的优点。因此,该方法在光操控粒子方面具有潜在的应用。

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摘要

采用全模式线性二次高斯控制时,多阶模式扰动模型的辨识以及高维控制矩阵的计算会导致实时处理机的计算负担加重。基于此,提出一种适用于实际自适应光学系统的混合控制方法。该方法联合最优模式增益积分控制和线性二次高斯控制算法,根据模式中是否含有窄带扰动来选择对应模式的控制策略。以云南抚仙湖观测站1 m新真空太阳望远镜中高阶自适应光学系统的实测数据为例,对提出的控制策略进行了验证。结果表明,采用本文提出的混合控制策略,使系统中95.85%的扰动得到有效滤除。该控制方法与全模式使用最优模式增益积分控制的方法相比,不同频率的窄带扰动得到明显抑制;该方法与全模式使用线性二次高斯控制的方法相比,扰动模型的辨识所花费的时间缩短了37.77%,控制运算所花费的时间缩短了73.8%,有利于扰动的实时校正。

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摘要

在钛宝石激光晶体的发展过程中,缺陷问题对激光性能有着重要的影响。近年来,研究者在高Ti浓度的钛宝石晶体中观察到一些新的光学现象,这表明晶体内部缺陷结构的变化可能会影响激光性能。介绍了钛宝石激光晶体缺陷研究方面的进展,并进行了简略讨论。

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摘要

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    摘要

    PDF全文HTML全文 红外与激光工程 | 2020,49(12):20200398-20200398
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    摘要

    针对实际作战中,由于敌潜艇潜航深度模糊性导致磁探仪搜索宽度不确定的问题,基于磁探仪的战技性能特点,提出了平均搜索宽度的概念,建立了磁探仪平均搜索宽度计算模型,为作战筹划提供了基本参数;给出了反潜巡逻机使用磁探仪进行区域搜索的“两类三种”搜索方法,以及得到接触后的“两类四种”行动方法;建立了反潜巡逻机使用磁探仪在指定区域搜索发现潜艇概率计算模型,该模型适用于逆计算。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(08):1
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    摘要

    研究了Petri网在双组元推进气路系统中的故障诊断问题。针对气路系统故障率相对较高且部分关键信息无法通过传感器获取的问题, 利用时间Petri网在实时系统中的重要作用, 把部分可观时间Petri网和状态类图(SCG)结合, 提出构建修正状态类图(MSCG)的方法。首先根据执行机构是否可观, 分为可观测变迁和不可观测变迁,并结合变迁触发关系(同步、异步)修正各变迁时间区间,建立系统的修正状态类图(MSCG)。然后根据所提的故障诊断算法, 寻找所有满足可观测变迁触发时间和序列信息的路径, 判断所有路径组成的集合是否包含故障变迁, 诊断系统是否发生故障。最后以双组元推进气路系统为例, 结合气路系统各执行机构可观测状态, 建立Petri网模型, 对系统不可观部分进行故障诊断, 验证了算法的有效性。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(09):93
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    摘要

    Bayes序贯检验和Bayes递推估计法分别从假设检验和参数估计角度对传统试验评定方法进行改进, 将二者联合运用, 检验和估计紧密结合, 运用于导弹命中精度评定试验, 充分利用验前信息以弥补现场数据的不足, 制定合理有效的评定方案, 使得试验结果更加准确、试验用弹量更少。实例分析表明, 该方法能够有效提高检验和估计结果可信性, 适用于小子样条件下的命中精度评定试验。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(09):88
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    摘要

    为满足某新型稳瞄伺服系统控制精度的要求, 重新设计该系统的伺服控制器。在简要描述该稳瞄伺服系统的结构及工作原理的基础上, 对系统的各个模块建立数学模型。提出将自抗扰控制器应用于系统的速度环, 将经过改进的非线性PID (NLPID)控制器应用于电流环, 并在Matlab/Simulink仿真环境下结合S-Function模块对系统进行仿真研究。仿真结果表明, 所设计的控制器不仅跟踪精度高, 而且具有较好的扰动隔离性能以及很强的适应性和鲁棒性, 为高精度稳瞄伺服系统的进一步研究提供理论参考。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(09):65
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    摘要

    针对不确定非线性多智能体系统的最优协同控制问题, 提出了基于辨识-评价结构的在线自适应最优控制方案。由于存在不确定性, 针对每一个智能体, 分别使用一个辨识神经网络用于估计多智能体系统的动态, 以及一个评价神经网络用于近似耦合哈密顿-雅可比方程的解, 继而导出最优协同控制律。基于辨识-评价结构, 辨识神经网络和评价神经网络可以同步调整权值。通过李雅普诺夫(Lyapunov)直接法同时保证辨识神经网络和评价神经网络的权值误差一致最终有界, 及闭环系统的稳定。最后通过仿真验证了所提方案的有效性。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(09):12
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    摘要

    针对传统的扩跳频信号源智能化程度低、携带不方便、效率低下等问题, 设计了一种基于FPGA+AD9915的体积小、功耗低、精度高的扩跳频信号源。使用Verilog语言在Quartus Ⅱ软件开发平台上编程实现系统软件设计, 在FPGA芯片内完成基带信号处理、跳频码产生和中频调制, 并通过FPGA实现对AD9915和数模转换芯片的控制, 最后混频实现扩跳频信号的产生。测试结果表明系统有较好的性能, 可以满足电台测试时对跳频速率、频率间隔等方面的要求。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):108
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    摘要

    针对某空间微型光学载荷主结构质量过重、地面重力变形过大以及基频太低的问题, 提出以质量最小、随机加速度响应RMS值为目标, 基频、变形为约束条件, 推导出多目标拓扑优化的表达公式, 建立优化数学模型, 并对光学载荷主结构进行拓扑优化设计。对优化后的主结构进行工程分析, 结果表明, 优化后的主结构质量较小, 基频较高, 变形和随机振动响应较小。最后对主结构和其上端安装的光学载荷进行了力学试验, 并对试验后的设备进行了性能检测, 结果满足总体指标, 证明了所设计的主结构具有良好的性能, 同时该主结构优化方法有效可行。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):104
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    摘要

    针对在MAP中, 测控设备高频率地采集数据导致数据呈现时序依赖性, 难以满足传统控制图要求的数据间相互独立的问题, 提出根据时间序列原理用受控状态下观测数据估计模拟出自回归模型AR(p),求出服从独立同分布的观测值残差, 建立控制图。为进一步说明残差控制图的有效性, 通过真实数据求出残差控制图并与休哈特控制图进行比较, 结果表明, 残差控制图的虚假警报明显减少。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):100
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    摘要

    为了利用单目视觉实现空间六自由度的形变监测方法, 研究基于方向预估的圆对跟踪算法、基于分水岭的轮廓提取算法和遮挡判别方法, 设计并研制了基于嵌入式平台的监测系统。系统包括靶标模块、视觉采集模块、中央处理模块和结果显示接口。靶标平面上包含5对等大的白色圆形标记, 将靶标固定在待测物体的外表面上, 通过跟踪各圆对的相对位置, 解算待测物体在空间笛卡尔直角坐标系下的位移和旋转角。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):94
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    摘要

    针对四旋翼飞行器多输入多输出、强耦合、非线性且欠驱动等特点带来的对外部干扰敏感问题, 提出了基于积分型反步法的控制系统。首先建立了四旋翼飞行器的动力学模型, 然后设计了位置控制回路外环及姿态控制回路内环的双闭环控制结构PID控制器,和由李雅普诺夫稳定性理论证明的Integral Backstepping法的控制器, 最后在Matlab/Simulink中对这两种控制器进行仿真实验分析。结果表明, 使用Integral Backstepping算法的控制器模型在控制精度、调节时间和抗干扰性上都明显优于经典PID算法。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):89
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    摘要

    针对存在执行器故障的一类仿射非线性系统, 基于自适应动态规划方法, 提出了一种新型的容错控制器。利用故障观测器估计执行器故障, 并利用故障信息构建一个改进型的性能指标函数, 将容错控制问题转化为最优控制问题。同时使用策略迭代(PI)算法, 通过构造评价神经网络来求解HJB方程, 获得近似最优容错控制律, 并且基于李雅普诺夫函数, 证明该容错控制器可以确保闭环系统渐近稳定。最后, 通过仿真验证了该方法的有效性

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):84
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    摘要

    针对Qball2四旋翼无人飞行器欠驱动、参数不确定、强耦合等特性, 采用一种跟踪微分器(TD)与线性自抗扰算法(LADRC)结合的控制方法, LADRC包括线性组合环节(PD)和线性扩张状态观测器(LESO)两个部分。LESO对系统内扰和外扰进行实时观测和动态补偿, 从而将复杂的Qball2系统简化为串联积分形式。LADRC参数整定简单, 而TD的引入使系统具有良好的快速性和鲁棒性。仿真和Qball2平台实验结果表明,所设计的控制器能满足系统的动态性能和稳态性能要求。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):78
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    摘要

    为了提高无人飞行器机载光电平台的稳定控制精度, 针对单速率环控制的抗扰动性能不足, 设计一种基于双速率环的串级控制方法。提出采用以陀螺仪构成内环、以光电编码器微分构成外环的双速率环控制结构, 从其抑制扰动性能、鲁棒性能以及动态响应性能上与单速率环结构进行了理论对比分析, 最后进行了实验验证。结果表明, 该方法具有更好的抗扰动性、鲁棒性以及动态响应性能, 能有效地提高无人飞行器机载光电平台的稳定控制精度。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):72
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    摘要

    胚胎电路是一种新型的仿生硬件, 具有自诊断和自修复的能力,它可以有效提高电子系统在复杂环境中的可靠性。胚胎电路故障自检测是胚胎电路实现自修复的前提, 是影响胚胎电路可靠性的重要因素之一, 也是胚胎电路研究领域的一个关键问题。介绍了胚胎电路自检测技术的基本概念和国内外研究现状, 对其进行了分类归纳, 比较了不同胚胎电路自检测技术的特点, 讨论了胚胎电路自检测技术存在的主要问题, 并对其未来的发展方向进行了展望。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):68
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    摘要

    针对可视化流动图像边缘扩散及噪声和异常点影响使得光流计算稳健性较差的问题, 提出一种基于物理学的稳健光流计算方法以改善光流计算稳健性。所提算法在基于物理学光流方法中引入各向异性滤波器以增强边缘光流稳健性, 并增加惩罚因子以减少噪声及异常点对光流计算的影响, 而后基于变分方法极小化光流能量函数以求解欧拉-拉格朗日方程, 最后通过迭代方法求得速度场。仿真结果表明, 与传统的Lucas-Kanade,Horn-Schunck,金字塔Lucas-Kanade以及基于物理的光流计算方法相比, 所提算法可显著减少边缘和角落区域光流扩散, 改善针对噪声及异常点的稳健性, 从而得到具有较好稳健性的速度场。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):62
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    摘要

    如何提高卫星导航定位P码的捕获速度和精度是军用接收技术研究的热点问题之一。在GPS P码扩展复制重叠(XFAST)捕获算法和均值捕获算法的基础上, 提出一种基于时频融合的捕获算法, 通过对本地序列进行XFAST处理, 在不影响相关度的基础上扩大搜索范围,并对处理后的本地序列和接收序列进行均值处理, 相当于减少之后相关的码元个数, 也即减少了运算量, 从而达到提高捕获速度的目的。对所提算法的可行性进行了分析, 给出了算法的具体处理过程, 仿真实验验证了该方法的有效性。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):57
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    摘要

    变步长LMS自适应滤波算法通过构造步长因子来进行权值调整, 使算法具有较快的收敛速度和较小的稳态误差。为了进一步改善算法的性能, 提出一种基于S函数的改进变步长LMS自适应算法。该算法基于S函数的曲线特点, 通过对函数的平移变换得到算法步长因子的表达式。为满足算法的可控性和抗干扰能力的要求, 通过引入可控参数和误差向量自相关值来调整步长因子, 得到算法的最终模型。详细分析了模型中各参数的取值对步长因子和滤波性能的影响。与现有算法的仿真结果对比表明,该算法在收敛速度、稳态误差及抗干扰能力方面的性能均有了很大的改善。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):52
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    摘要

    针对基于离散余弦变换的压缩感知哈希算法在光照变化、目标发生形变或者局部遮挡的情况下难以跟踪的问题, 提出了一种基于类间方差和离散余弦变换融合的模板匹配增强哈希算法。该算法是一种运用类间方差阈值分割和离散余弦变换来提取目标不同特征信息, 用快速增强差异法生成哈希序列来降低光照影响, 用抽屉原理缩短汉明距离的比较时间的自动更新模板的目标跟踪算法。本文算法与传统哈希算法、基于DCT的压缩感知哈希算法在视频David, Girl和CarScale中进行了跟踪实验。实验结果表明, 该算法在光照变化、目标形变和局部遮挡的情况下提高了目标的跟踪成功率, 具备良好的鲁棒性, 满足了实时跟踪的要求。

    PDF全文电光与控制 | 2018,25(10):47
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    摘要

    低空间分辨率和物质异质性等因素造成的图像混合像元问题,使像元级的数据处理和应用难以满足实际需求。光谱解混提取亚像元尺度上的端元和丰度信息,为现实应用的数据精细化定量分析提供技术支撑。文中介绍了近些年光谱解混理论方法和应用的相关研究进展,包括线性与非线性混合模型,以及几何、正则优化和统计机器学习原理框架下的方法研究成果。此外,分析了光谱解混对分类等其他技术性能的改善,以及该技术解

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    摘要

    为了增强通信系统中光电探测器件对波长为1550nm光的吸收,本文提出了一种包含硅栅、纳米银球和缓冲层的微纳复合结构,借助金属表面等离子激元共振局域场增强效应,以及硅栅的陷光和耦合作用,提高复合微纳阵列结构对光的吸收。利用FDTD软件计算仿真光经过填充了银纳米球和氧化铝的硅栅复合微结构阵列的光场分布,分析了硅柱阵列占空比、硅柱边长、高度以及填充物等对吸收性能的影响。研究结果表明:当硅栅线/

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    摘要

    本文从理论和实验两方面研究了球面波入射二维光栅的泰伯效应。基于菲涅尔-基尔霍夫衍射理论,利用二维光栅透射率函数傅里叶级数表达式,讨论了球面波入射二维光栅后在菲涅尔衍射区的光场复振幅分布,分析了泰伯像、相位反转泰伯像及泰伯子像的成像条件及成像周期,发现成像距离及成像周期均与光源平面至光栅的距离成反比。实验中,在特定位置处观察到清晰泰伯像、相位反转泰伯像及泰伯子像,泰伯子像成像图中无

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    摘要

    本文中我们提出了一种新型的端到端的网络,该网络利用改进的多尺度特征循环生成对抗网络解决单幅图像的去雾问题。不同于以往的模型,我们所提出的方法不依赖于传统的大气散射模型,并且在训练的过程中不需要对应匹配的图像,大大简化了训练过程。我们设计了一种新型的多尺度生成器,采用了双通道融合的特征金字塔结构来最大程度地提取图像的特征,同时引入了多个全局和局部的鉴别器用来改善网络的性能与图像的

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    摘要

    太阳能碟式聚光系统(简称碟式系统)中腔体接收器表面能流分布通常是强烈非均匀且高峰值,容易引起局部高温烧蚀和热应力破坏等问题,能流均匀化是解决上述问题的有效途径之一。本文利用光学凹形透镜中功能曲面对太阳光线传输的重新分配能力,提出在腔体接收器前端安装凹形石英窗(凹透镜)去改善其能流均匀性。基于此思路,建立了一种联合光线跟踪方法和遗传算法的优化设计方法去优化凹透镜的几何尺寸和安装位置

    PDF全文 光学学报 | 2021,41(10):102201
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    摘要

    为改善现有可见光通信中光OFDM(正交频分复用)系统性能,本文提出了一种新型的光空间调制OFDM系统,该系统使用哈特莱变换代替傅里叶变换降低近一半的计算复杂度;同时采用一种复-实转换函数在频域将复数符号转换为实数符号,去除了哈特莱变换中实星座映射的限制,大大增加了系统灵活性;最后利用两个LED区分时域信号的正、负极性并分别进行传输,提高系统的频谱效率和功率效率;相较于其它基于LED(发光二极

    PDF全文 中国激光 | 2021,48(09):090602
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    摘要

    日盲紫外探测器由于较高的探测灵敏度和较低的背景噪声被广泛应用于导弹制导、空间安全通信、臭氧层空洞监测和火焰检测等军事和民用领域。氧化镓(Ga2O3)是一种新型超宽禁带半导体材料,其较大的禁带宽度(4.2-5.3 eV)几乎占据太阳光谱的整个日盲波段,被认为是制备日盲紫外探测器的理想材料。本文主要介绍了Ga2O3的不同晶体结构和基本特性,并综述了基于多种Ga2O3结构的日盲紫外探测器的研究进展。基于Ga2O3

    PDF全文 中国激光 | 2021,48(11):110001
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    摘要

    多芯光纤拥有独特的空间结构和弯曲敏感等性质,已被广泛应用于光纤通信、温度和应变感知、形状和扭转传感等领域。由于多芯光纤中有多个独立并行的空间信道,在本文中,我们利用其实现空间分集,以解决基于传统单模光纤的分布式光纤声波传感系统所面临的信号衰落和信噪比受限问题。通过扇入扇出模块在多芯光纤的其中四个纤芯中进行信号的独立传输和分集探测,并采用相干合并技术将多路信号进行有效合并。实验结

    PDF全文 光学学报 | 2021,41(07):070603
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    摘要

    长余辉纳米颗粒(Persistent Luminescence Nanoparticles,PLNPs)因其独特而卓越的发光现象,可实现无损伤、无背景干扰的成像、检测及诊疗。PLNPs的发光中心决定其发射波长。Cr3+为发光中心的PLNPs由于发出近红外(NIR)光,组织穿透性良好,具有NIR光可激励的超强的持久余辉(PL)光等优点,在生物医学研究中得到广泛应用。本文评述了Cr3+为发光中心的PLNPs在生物检测、成像及多种治疗领域的研究成果。分析

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    摘要

    针对车载捷联惯导系统行进间对准过程中晃动干扰、惯性器件常值误差等导致的对准精度降低问题,提出了一种基于旋转调制的抗干扰车载激光捷联惯导系统行进间对准方法。针对行进间对准过程中存在的晃动干扰,采用惯性系下的姿态实时更新方法跟踪姿态变化,以克服角晃动干扰,并对比力方程进行积分降低线振动干扰,同时结合姿态最优估计求得起始时刻的姿态,在更新方向余弦阵过程中,采用“单子样+前一周期”的等效

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    摘要

    [目的]为了提高工业带钢产业的品质和产量,针对于传统人工识别鉴定难度大,效率低和客观性不够等问题。[方法]本文提出了一种基于软注意力机制的带钢表面缺陷识别方法,对传统深度残差网络ResNet模型进行改进,并使用图像增强技术伪彩色图像增强处理图片得到新的训练集。[结果] 实验结果表明,在不同信噪比情况下,相比于传统的模型,改进过后的模型A-ResNet50和A-ResNet101都能准确识别不同类型的带钢表面缺陷

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    摘要

    “达碧兹”结构是指由“臂”、“核”和主体部分组成的特殊结构。本文采用多种现代测试手段对“达碧兹”海蓝宝石进行测试,分析了其光谱学特征,并对其结构成分进行了研究。结果表明,其红外光谱符合贫碱结构水型绿柱石特征。拉曼光谱测试表明其“核”、“臂”和主体部分成分一致,均为绿柱石。紫外-可见光吸收光谱测试表明,Fe2+同时存在于八面体和隧道中,八面体中的Fe2+是导致样品呈现蓝色的主要原因。成分

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    摘要

    人脸表情识别在各种人机交互场景中有广泛的应用。为了解决深度学习模型在人脸表情识别研究中存在数据集需求大、硬件配置要求高等问题,使其能部署在小型设备上,提出基于卷积注意力的轻量级人脸表情识别方法。首先,该方法使用分解卷积对模型进行参数降维;然后通过在模型中嵌入卷积注意力机制模块提高模型的特征提取能力;接着针对数据集中类别不平衡问题,采取代价敏感的损失函数对模型进行优化;最后,在进

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    摘要

    在法庭科学中,口红被认为是重要的物证之一。为了建立一种新的检验口红的方法,利用差分拉曼光谱结合化学计量学方法对50个口红样本进行了检验。在本研究中,从差分拉曼光谱中可以观察到口红含有各种油、蜡和氧化物。通过解析谱图,可以根据一个或多个拉曼特征峰,区分不同品牌、同一品牌不同系列的口红样本,DP值为100%。聚类分析将所有样本合理分成了10类,DP值为88.16%。利用距离判别法建立了判别函数模型,

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    摘要

    针对身份识别容易被仿冒和造假的问题,本文提出了一种利用近红外相机捕获手背静脉同时具有活体检测功能的身份识别方法,手背静脉图像提供静脉特征作为身份识别的依据,与此同时获取的脉搏波的周期性特征作为活体检测的标志。利用自行搭建的手背静脉和脉搏波捕获实验装置,研究了70个个体的手背静脉图像以及活体和假体的静脉图像特征,并研究了提高身份识别准确率的算法。采用主成分分析对活体静脉特征向量降维

    PDF全文 光学学报 | 2021,41(06):061002
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    摘要

    采用激光选区熔化技术制备了GH3536合金,并研究了热等静压和固溶处理对GH3536合金的组织、力学性能和疲劳裂纹扩展性能的影响。结果表明:沉积态合金中存在熔池、枝晶、柱状晶以及孔洞和裂纹缺陷;热等静压能有效地愈合缺陷、消除熔池和枝晶,并使晶粒长大为等轴晶,但是会导致碳化物沿晶界连续析出;固溶处理后大量碳化物会回溶进基体。沉积态合金的抗拉强度、硬度和伸长率分别为782.1MPa、227.9HV和17.7%,缺

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    摘要

    乳腺癌是最常见的恶性肿瘤之一,严重威胁女性生命健康。目前的治疗手段以传统的手术、化疗和放疗为主,副作用明显。光动力疗法因其创伤性小、高选择性和可重复治疗等优点,近年来在癌症治疗领域备受青睐。基于此,本文设计了一种新型金属有机框架载药平台用于乳腺癌细胞的消融。金属有机框架材料(MOF)PCN-224既可以作为光敏剂又可以作为抗癌药物的搭载平台,以此设计的纳米药物对乳腺癌细胞具有双重杀伤效果

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    摘要

    铝合金液冷板是航空航天、国防等领域电子设备的重要散热零件,一般具有微细流道和复杂外形,非常适合采用激光选区熔化(SLM)增材制造技术整体成形。为提升液冷板整体成形效率,本文研究了1kW高功率激光SLM成形铝合金的致密化行为、显微结构、力学性能及微孔最小孔径。结果表明:随激光体能量密度增加,SLM成形AlSi10Mg试样的致密度先提升后趋于稳定;成形高致密(致密度>99.5%)试样所需的激光体能量密度

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    摘要

    本文针对室内场景下重建场景虽然光线稳定,环境干扰少,但是重建物体所处场景结构复杂,包含颜色信息丰富,导致传统双目算法在室内场景下对物体重建实时性和精度一般的问题,本文提出一种基于特征点的双目运动恢复结构(SFM)改进算法。首先针对图像匹配环节提出一种融合彩色信息的改进Harris-SIFT算法,提升系统的匹配准确率。其次针对双目SFM环节提出一种主动选择式图像匹配策略,提高三维重构环节实时性。

    PDF全文 激光与光电子学进展 | 2021,58(08):081017
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    摘要

    为了研究不同贮藏期与淡水鱼质构品质的相关关系,该文以武昌鱼为研究对象,应用近红外光谱淡水鱼质构品质的快速无损检测模型。利用AntarisⅡ傅里叶变换近红外光谱仪采集武昌鱼肉样本光谱数据,并使用TMS-PRO型质构仪测得样本的硬度值、弹性值和咀嚼性值;采用SavitZky-Golay卷积平滑法对原始光谱进行预处理,结合竞争性自适应重加权算法(CARS)、稳定性竞争自适应重加权采样算法(SCARS)和连续投影算法(SPA)算法

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