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    2021年 第50卷 第5期    刊出日期:2021-05-25
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    2021, 50(5):  0. 
    摘要 ( 16 )   HTML ( )   PDF (300KB) ( 43 )  
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    ※封面论文※
    计算成像内涵与体系(特邀)
    邵晓鹏, 苏云, 刘金鹏, 刘飞, 李伟, 席特立
    2021, 50(5):  511001-0511001.  doi:10.3788/gzxb20215005.0511001
    摘要 ( 1221 )   HTML ( 49)   PDF (10884KB) ( 1462 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    传统光电成像技术受工业化设计思想限制,性能已近极限,难以满足信息时代下越来越高的应用需求。计算成像技术是信息时代发展的必然,在信息获取、传递和解译等过程中与数学计算、信号处理深度耦合,可有效突破光学成像过程中物理信息获取难、建模难和解算难的瓶颈,同时在信息的维度、尺度和分辨率等方面皆可实现质的突破。尽管计算成像发展很快,但目前仍呈现出碎片化、分散化的态势,缺乏系统性的体系引领其技术发展。因此,凝练计算成像技术的概念和内涵,建立计算成像技术体系分类,分析待解决的共性基础问题和关键技术,尤其是非线性成像模型问题;从更远作用距离、更高成像分辨率、更广视场和更小光学系统四个典型需求进行剖析,对超大口径及超衍射极限、仿生光学、光场信息深度解译、计算光学系统设计以及计算探测器应解决的关键问题进行阐述。本文提供了一种全局视角,将更好地推动计算成像技术的发展和应用进程。

    成像系统
    可见/红外双色共孔径光学系统设计及实现
    马占鹏, 薛要克, 沈阳, 赵春晖, 周藏龙, 林上民, 王虎
    2021, 50(5):  511002-0511002.  doi:10.3788/gzxb20215005.0511002
    摘要 ( 93 )   HTML ( 10)   PDF (4035KB) ( 64 )  
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    为解决现有的共孔径双波段相机成像质量差、结构复杂、体积庞大的问题,提出了一种可见/长波红外双色光学系统设计。在两个波段共用前端反射结构、主镜背部加分色镜,实现了可见光与长波红外同时成像,保证了系统结构的紧凑性。分析了分色镜对红外波段成像的影响,以及分色镜偏离竖直方向不同角度的影响。对红外波段的校正系统及像面进行了-2.39 mm的偏心处理,使红外波段像质得到了极大提高,并通过外场试验成像验证了分析结果的正确性。该系统具有较强的容差特性,结构简单、光学元件少,具备易加工、装调的优点,工程可实现性强,能够有效提升相机的目标探测与识别能力。

    单光纤扫描内窥成像制动技术研究
    于海洋, 章慧英, 刘思梦, 杨静, 王天亮, 毛邦宁, 孟彦龙, 裘燕青, 李裔
    2021, 50(5):  511003-0511003.  doi:10.3788/gzxb20215005.0511003
    摘要 ( 58 )   HTML ( 7)   PDF (5287KB) ( 41 )  
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    研究了一种单光纤扫描内窥成像系统,通过直径1 mm的压电陶瓷管驱动单根光纤沿螺旋线扫描并照射目标区域,同时收集散射光来构建图像。光纤扫描运动的精确控制和成像质量息息相关,研究发现光纤由原点出发沿螺旋线扫描结束后,需要回归原点以备下一个扫描成像周期。因光纤回归的时间内无法成像,利用光纤扫描制动控制光纤快速回归原点是提高扫描成像效率的关键。同时光纤回归到原点后的残余振动大小,也对下一扫描周期的成像效果有很大影响,尤其是处于扫描起始段的中心区域。为解决上述问题,建立了单光纤扫描振动的模型,通过力学方程分析其受迫振动过程,提出了一种主动施加合适的制动信号抵消光纤惯性位移的方案,基于有限元分析的光纤制动模拟结果也证实了该主动制动的有效性。最终通过对制动控制信号的优化,光纤扫描成像效率由0.629提高为0.897,提升约1.4倍,同时中心区域的畸变消失,成像质量得到改善。该研究结果在超细多模态内窥镜、OCT以及工业内窥探测等领域都有重要的参考与应用价值。

    集成光学
    光子集成干涉探测系统关键器件和集成化设计方法研究
    丁红杰, 刘鹏, 刘勇, 常虹, 陈守谦, 张旺
    2021, 50(5):  513001-0513001.  doi:10.3788/gzxb20215005.0513001
    摘要 ( 82 )   HTML ( 5)   PDF (4721KB) ( 67 )  
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    基于光波波动效应,采用光束传播法,设计了光程匹配波导、阵列波导光栅、相位调制器以及多模干涉耦合器等光子集成器件。在此基础上,对光子集成器件进行耦合特性分析与计算,设计了完整的光子集成芯片。通过对光子集成干涉系统各组成模块的分析、研究及优化,集成化设计了光子集成干涉探测系统电子样机。结果表明:设计的光子集成器件最小损耗为0.07 dB,光子集成芯片损耗为7.46 dB。光子集成干涉探测系统电子样机在等效口径为110 mm,系统高度口径比为1∶4时,具有视场角0.5 °,100 km处空间分辨率5 m的技术指标。

    基于Y型分支与布拉格光栅结构的集成光芯片研究
    尹小杰, 郑之远, 訾幸壮, 晁明举
    2021, 50(5):  513002-0513002.  doi:10.3788/gzxb20215005.0513002
    摘要 ( 54 )   HTML ( 1)   PDF (1825KB) ( 27 )  
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    采用Y型分支与深刻蚀布拉格波导光栅相集成的方案,制备了带有通道监控功能的1×8光分路器集成芯片。耦合封装后的集成光芯片同时实现了稳定的通道光信号传输与监控功能。集成光芯片8通道反射谱中心波长范围为1 597 nm~1 639 nm,间隔为6 nm,3 dB带宽最大为0.67 nm,通道反射率最低为88.24%。1 550 nm波长下测试8通道的平均插损为11.92 dB,输出均匀性为0.19 dB。本文设计并制备的集成光芯片结构简单、集成化高,可以应用于光纤到户建设及其他光网络传输中,实现网络链路状态的实时监控。

    集成光波导直流电场传感器设计与实现
    张建鑫, 张家洪, 陈福深
    2021, 50(5):  513003-0513003.  doi:10.3788/gzxb20215005.0513003
    摘要 ( 40 )   HTML ( 2)   PDF (5093KB) ( 18 )  
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    针对集成光波导电场传感器无法直接对直流电场响应的问题,基于场磨式电场传感器的基本原理,研制了一种由直流电机、屏蔽电极、集成光波导和感应电极构成的直流电场传感器,其体积为87.5 mm×58.5 mm×17.5 mm。推导给出了集成光波导直流电场传感器的工作原理,利用COMSOL软件构建了传感器的三维仿真模型,仿真得出了感应电极上的电场强度随着屏蔽电极的旋转进行周期性的变化。建立直流电场测试系统,对研制的集成光波导直流电场传感器的动态范围进行测试。结果表明:传感器的最小可测电场为5 kV/m,最大可测电场大于140 kV/m,线性相关系数为0.995 1,适合用于直流电场测量。

    激光与激光光学
    基于泵浦控制的波长可调谐Er: YAG中红外脉冲激光
    桑友宝, 王鹏远, 陈莹, 苏新军, 刘金波, 郭敬为, 桑凤亭
    2021, 50(5):  514001-0514001.  doi:10.3788/gzxb20215005.0514001
    摘要 ( 38 )   HTML ( 2)   PDF (2615KB) ( 27 )  
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    在腔内不添加任何调谐元器件,并且不改变输出耦合率的情况下,分析能级寿命和受激辐射截面,调控泵浦脉冲模式,实现同一台激光器中多种波长模式的输出。典型输出模式包括:2 699 nm激光(1.06 mJ)和2 803 nm激光(1.25 mJ)的单波长输出,2 699 nm(1.06 mJ)和2 803 nm(0.86 mJ)双波长激光的时间分离分频输出,2 699 nm(1.06 mJ)和2 830 nm(1.35 mJ)双波长激光的时间分离分频输出。本文研究有望成为测量有机物浓度的差分吸收雷达的光源,使单一探测器实现差分测量,同时大幅度简化差分吸收雷达的检测系统,降低成本。

    基于微光纤Sagnac环的可切换多波长掺铒光纤激光器
    季彦呈, 陈育培, 刘文, 孙丹, 李帅, 章国安, 朱晓军
    2021, 50(5):  514002-0514002.  doi:10.3788/gzxb20215005.0514002
    摘要 ( 69 )   HTML ( 3)   PDF (3408KB) ( 52 )  
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    提出了一种基于微光纤Sagnac环的可切换多波长掺铒光纤激光器。 微光纤Sagnac环梳状滤波器是由一个腰区直径为5.68 μm的微光纤耦合器熔接一段5.5 cm的保偏光纤而成。 将该滤波器熔接到光纤环形腔中,通过调节偏振控制器,实现了四波长激光输出。此外还分别实现了稳定可切换的单、双、三波长激光输出,且双波长和三波长激光的输出间隔可调谐。实验结果表明,所有输出激光光谱的3 dB线宽均小于0.027 nm,边模抑制比均大于40 dB,最大可达到58 dB。对输出三波长的激光进行稳定性测试,其在1 h内波长偏移量小于0.028 nm,峰值功率波动量小于0.9 dB。该激光器单色性好、稳定性好,可应用于波分复用及全光通信系统等领域。

    氮化铝微环谐振腔临界耦合条件及制备工艺研究
    韩毅帅, 孙天玉, 贾慧民, 唐吉龙, 房丹, 王登魁, 王晓华, 张宝顺, 魏志鹏
    2021, 50(5):  514003-0514003.  doi:10.3788/gzxb20215005.0514003
    摘要 ( 57 )   HTML ( 4)   PDF (2985KB) ( 46 )  
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    针对氮化铝微环谐振腔实现临界耦合条件困难的问题,设计并制备了氮化铝弯曲耦合微环谐振腔。分析了微环谐振腔耦合系数公式,分别阐述了多种提高耦合强度方案的优势和劣势,最终选用弯曲耦合结构来增强耦合强度,得到了在宽耦合间隙下,实现临界耦合条件的解决方案。在蓝宝石衬底上生长了高质量的氮化铝单晶薄膜,选用导电胶克服材料的不导电性,并利用电子束曝光系统将弯曲角度为40°、耦合间隙0.19 μm、波导宽度0.41 μm的微环谐振腔图形化,分析优化多项氮化铝刻蚀参数,最终将图形转移至氮化铝层,得到了耦合间隙均匀、侧壁平整的弯曲耦合氮化铝微环谐振腔。该研究为氮化铝微环谐振腔实现临界耦合条件提供了选择参考。

    基于复合腔的单纵模589 nm 激光器(英文)
    杨飞, 李萌萌, 高兰兰
    2021, 50(5):  514004-0514004.  doi:10.3788/gzxb20215005.0514004
    摘要 ( 38 )   HTML ( 1)   PDF (2175KB) ( 31 )  
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    基于体布拉格光栅的Nd:YAG/Cr4+:YAG激光器波长调谐特性
    蒙裴贝, 齐明, 荣微, 李梦龙, 王春辉, 陶宇亮
    2021, 50(5):  514005-0514005.  doi:10.3788/gzxb20215005.0514005
    摘要 ( 50 )   HTML ( 0)   PDF (3176KB) ( 25 )  
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    通过建立包含体布拉格光栅波长特性的速率方程模型,模拟了不同泵浦功率、体布拉格光栅中心衍射效率和带宽情况下,激光器的波长调谐特性,包括波长调谐范围、激光光谱、能量和脉冲宽度。实验搭建了以体布拉格光栅作为输出镜的激光二极管泵浦Nd:YAG/Cr4+:YAG激光器,测试了不同体布拉格光栅温度和泵浦功率时的激光波长、线宽、能量和脉冲宽度,实验结果和理论分析结果基本相符。在重复频率为10 kHz,脉冲宽度为40 μs,峰值功率为10.7 W的矩形脉冲泵浦下,通过调整中心衍射效率为70%,带宽为60 pm的体布拉格光栅温度,获得了1 063.77~1 064.48 nm的波长调谐。当体布拉格光栅为50℃时,获得了单脉冲能量为109.5 μJ,脉冲宽度为1.71 ns,中心波长为1 064.432 nm,线宽为38.3 pm,光束质量M2因子小于1.2的激光输出。研究结果可为体布拉格光栅的应用、激光器的光谱分析及设计提供参考。

    光纤光学与光通信
    一种小尺寸抗弯曲光纤的制备与性能研究
    曹珊珊, 郭朝阳, 徐海涛, 油光磊, 刘志忠, 郑加金, 韦玮
    2021, 50(5):  506001-0506001.  doi:10.3788/gzxb20215005.0506001
    摘要 ( 65 )   HTML ( 2)   PDF (2060KB) ( 23 )  
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    制备了一种外径远小于常规G.652光纤的大模场抗弯曲单模光纤。通过设计凹陷包层的预制棒结构,提高光缆光纤的抗弯曲性能,同时保持与G.652光纤相似的模场直径。测试结果显示光纤涂层外径为180 μm、模场直径为9.1 μm,且在7.5 mm半径单圈弯曲下,其宏弯损耗低于0.4 dB @1 550 nm,长期环境性能附加衰减不大于0.03 dB/km。利用这种新型光纤制备的光缆可节约44%的空间,能有效地铺设于拥挤和狭窄的通道中。

    基于LWT的可见光DCO-OFDM系统
    赵黎, 董航航, 张峰
    2021, 50(5):  506002-0506002.  doi:10.3788/gzxb20215005.0506002
    摘要 ( 73 )   HTML ( 12)   PDF (2171KB) ( 27 )  
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    为了解决传统正交频分复用技术峰均比过高、复值型信号结构无法直接应用于强度调制直接检测系统等问题,将提升小波变换(LWT)应用于正交频分复用(OFDM)中,选择正交小波基作为子载波,通过对信号的预测与更新,将信号的高低频分离,并结合可见光通信(VLC)多次反射信道模型,建立了DCO-LWT-OFDM系统模型,推导了LWT-OFDM信号迭代分解与更新重构公式,对其性能分别进行了仿真分析与实验验证。模拟仿真实验表明,在4 m×4 m×3 m室内空间中,当系统误码率为10-4时,DCO-LWT-OFDM系统较DCO-FFT-OFDM系统的性能大约提高了5 dB,综合效率提高了70%,当系统峰均比为10dB时,DCO-FFT-OFDM系统的互补累积分布函数值接近10-1,DCO-LWT-OFDM系统的互补累积分布函数值为0。实验验证中,选择1 W LED灯珠在光学导轨上搭建点到点DCO-LWT-OFDM VLC系统,传输距离为20 cm,系统调制误差率为11.4 dB,可靠性可达10-4。本文研究为提高可见光通信的传输速率,降低系统误码率,抑制系统峰均比提供了一种有效途径。

    基于Sagnac环的FBG时分复用强度解调技术
    王晓丽, 董波, 陈恩情, 李杨
    2021, 50(5):  506003-0506003.  doi:10.3788/gzxb20215005.0506003
    摘要 ( 48 )   HTML ( 1)   PDF (2622KB) ( 14 )  
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    提出了一种基于Sagnac光纤环的布拉格光栅时分复用强度解调方法,多个中心波长相同的光纤布拉格光栅组成时分复用传感网络,通过光纤布拉格光栅网络输出光谱的强度变化对光信号进行解调;在系统信号解调模块,采用小波分析与高斯拟合的算法对信号进行滤波处理及拟合优化处理。实验结果证明,系统信号信噪比由8.06 dB提高到11.7 dB,提高了约36%,有效提升了系统的抗干扰能力以及检测外界参量传感的准确度。该方法在极大降低解调系统成本的同时,有效提高了布拉格光栅传感器复用数量,可用于各种传感系统或者参量检测系统中。

    基于双电平脉冲宽度调制的低功耗可见光通信技术
    王桂发, 郭梦月, 顾佳美, 唐敏, 魏正军, 王金东, 王申涛
    2021, 50(5):  506004-0506004.  doi:10.3788/gzxb20215005.0506004
    摘要 ( 51 )   HTML ( 0)   PDF (2094KB) ( 23 )  
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    为降低可见光通信系统中的额外功耗,对可见光通信中发光二极管结电容充放电导致的额外功耗进行了理论分析,给出了通信速率、结电容和调制方式对额外功耗的影响.基于此,提出了新型的双电平脉冲宽度调制技术,从额外功耗、带宽需求和差错性能三方面对双电平脉冲宽度调制进行了理论分析,并与非归零开关键控调制、脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制进行了对比。结果表明,双电平脉冲宽度调制和非归零开关键控调制误时隙率相同,但额外功耗仅为非归零开关键控调制的M/2,(M为调制阶数);虽然相比于脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制,双电平脉冲宽度调制需要更高的信噪比,但额外功耗仅为脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制的1/2,带宽需求也小于脉冲位置调制和数字脉冲间隔调制,在功耗和带宽敏感的可见光通信系统中有较大优势。

    绝缘体上硅波导侧壁粗糙度与模式损耗的相关性
    2021, 50(5):  506005-0506005.  doi:10.3788/gzxb20215005.0506005
    摘要 ( 49 )   HTML ( 0)   PDF (1240KB) ( 39 )  
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    绝缘体上硅光波导侧壁粗糙度引起的光损耗是限制硅基集成线路被广泛应用的重要因素之一,利用激光扫描共聚焦显微镜精确测量了SOI波导各相异性分布的侧壁粗糙度,进而将一个三维侧壁粗糙度引入到光波导传输损耗计算的传统理论模型中,获得了更加精确的模型。数值模拟表明,侧壁粗糙度与波导结构决定的相关长度与侧壁粗糙度对光传输损耗产生同步影响。用法布里-珀罗(F-P)腔调制谐振输出方法测量光波导传输损耗,测量结果与数值计算结果非常吻合,说明各相异性粗糙度分布的测量精度及其引起的光传输损耗的理论模型具有很高的可信度。一条4 μm脊宽SOI波导,当侧壁粗糙度在水平和垂直方向的平均值分别为22 nm和23 nm时,对于TE-和TM-模式,计算获得的传输损耗均为4.5~5.0 dB/cm,实验获得的平均光传输损耗为4.3 dB/cm。本文研究结果与结论对SOI光波导器件的研究与开发具有参考价值。

    光纤布拉格光栅与空芯光纤多模干涉混合型温度应变双参量传感器
    申佳鑫, 王伟, 张军英, 陈海滨, 郭子龙, 张雄星
    2021, 50(5):  506006-0506006.  doi:10.3788/gzxb20215005.0506006
    摘要 ( 75 )   HTML ( 3)   PDF (1738KB) ( 65 )  
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    针对光纤应变传感器由于温度敏感而引入的测量问题,提出了一种基于光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应的混合型温度-应变双参量传感器。该传感器由两根单模光纤与一段内径小于单模光纤纤芯直径的空芯光纤熔接制成,其中一根单模光纤的光纤端面附近预刻一组光纤布拉格光栅。空芯光纤长度为厘米量级,光波以多模形式在空芯光纤侧壁中传播。结合光纤布拉格光栅和空芯光纤多模干涉效应对温度和应变的不同响应灵敏度,通过求解双参数耦合矩阵同时获取温度和应变两个参量,并有效解决了单个传感器在温度或应变测量时的温度-应变交叉敏感性问题。采用中心波长为1 550.172 nm的光纤布拉格光栅与一段长为2.5 cm、内径为5 μm的空芯光纤制备了相应的传感器,并进行了温度和应变测试。结果表明,光纤布拉格光栅和空芯光纤的温度灵敏度分别达到10.530 6 pm/℃和1.802 1 pm/℃,应变灵敏度分别达到0.720 7 pm/με和1.243 2 pm/με。

    一种聚苯胺膜微纳光纤氢离子浓度探针
    顾星晨, 李丽君, 马茜, 孙佳佳, 李敏, 邵常升, 吕钰梦
    2021, 50(5):  506007-0506007.  doi:10.3788/gzxb20215005.0506007
    摘要 ( 45 )   HTML ( 0)   PDF (2135KB) ( 11 )  
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    提出了一种聚苯胺膜微纳光纤液体氢离子浓度探针,并研究了该光纤探针的氢离子浓度传感特性。传感部分由单模光纤-小芯径光纤-单模光纤对芯熔接而成,聚苯胺材料作为敏感膜涂覆于小芯径光纤。首先,对光纤探针传感原理和聚苯胺主链结构变化机理进行理论分析;然后,通过氢离子浓度传感实验进行验证并分析不同膜厚对光纤探针传感特性的影响;最后,完成液体折射率变化实验干扰测试,并评价探针响应-恢复时间和稳定性能。实验结果表明:在氢离子的作用下聚苯胺主链结构发生改变,光纤探针干涉光谱随氢离子浓度增大向短波方向漂移,检测范围随着聚苯胺膜厚增大而增大,但灵敏度与线性度均有明显下降;氢离子浓度范围在10-6~10-1 mol/L时,光纤探针灵敏度为-15.74 nm/mol/L,响应与恢复时间分别为25 s和35 s。实验验证了聚苯胺膜与氢离子反应后的光学性质变化,同时也为液体氢离子浓度检测提供了一种新的方法。该光纤氢离子浓度探针还具有固膜强度高、制作简单和成本低等优点。

    皮秒量级的快速率可重构光混沌逻辑运算
    2021, 50(5):  506008-0506008.  doi:10.3788/gzxb20215005.0506008
    摘要 ( 43 )   HTML ( 0)   PDF (5678KB) ( 12 )  
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    基于垂直腔表面发射激光器(VCSEL)自身的光反馈以及线性电光调制效应,设计了一种实现动态可重构的光混沌逻辑运算的技术方案。归一化注入电流被调制为逻辑输入,横向电场被调制为控制信号,逻辑输出通过对VCSEL输出的x偏振光光强的均值与阈值做差进行解调。通过转换控制信号与逻辑输入的逻辑运算关系,系统就能在基本的逻辑运算如NOT、AND、NAND、OR、NOR、XOR以及XNOR间自由切换。码元宽度为600 ps且噪声强度高达2.75×109情况下,逻辑运算的成功概率仍为1,表明系统具有良好的抗噪声性能。并且噪声强度等于2.5×109时,码元宽度至少达到579 ps,逻辑运算的成功概率才恒为1。本文研究对于研发快速稳定的组合逻辑运算器件等具有参考价值。

    遥感与传感器
    一种偏振光/双目视觉仿生组合导航方法
    褚金奎, 陈建华, 李金山, 佟坤, 李晋, 胡瀚珮
    2021, 50(5):  528001-0528001.  doi:10.3788/gzxb20215005.0528001
    摘要 ( 68 )   HTML ( 3)   PDF (3413KB) ( 22 )  
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    针对复杂干扰环境下智能移动机器人自主导航问题,为了实现低成本、高精度、强鲁棒性、完全自主的导航,提出了一种偏振光/双目视觉仿生组合导航方法。首先,设计了图优化紧耦合的组合算法,推导优化函数并将偏振定向传感器/双目视觉传感器的数据融合,然后,搭建仿生偏振定向传感器/双目视觉传感器仿生组合导航实验平台,最后,通过室外汽车搭载实验对该仿生组合导航系统的性能进行了测试,并与传统视觉算法进行了比较。结果显示:航向角精度较传统视觉算法提高了38.9%,位置精度提高了8.9%。该组合导航系统可以减小传统视觉算法航向角误差、提高鲁棒性,而且使用仿生偏振定向传感器实时性好、抗干扰能力强,可以满足室外地面载体导航时的精度和可靠性要求,同时该组合导航系统使用两种仿生导航方式,更加接近生物导航机理。

    基于异丙醇填充和游标效应增敏的氢气传感器
    毛勋, 王攸, 戴玉堂
    2021, 50(5):  528002-0528002.  doi:10.3788/gzxb20215005.0528002
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    采用高热光系数的异丙醇和平行连接结构,使基于Pt-WO3敏感膜的法布里-珀罗氢气干涉仪灵敏度得到了大幅度提升。传感器的异丙醇腔由孔径126 μm空心光纤和端面镀有银膜的单模光纤组成,结构紧凑且稳定。氢敏测试结果表明:干涉仪在0~2% (vol%)氢气浓度范围内的灵敏度为1.746 4 nm/%,响应速度快,重复使用性好。将两个具有微小腔长差的干涉仪通过2×2的耦合器平行连接,利用光学游标效应实现灵敏度放大,组合后的传感器达到了15.729 3 nm/%的高氢气灵敏度,并且两个干涉仪本身可以达到温度自补偿,大幅度降低了温度交叉敏感度。本文为制备灵敏度高、低成本、适用范围广的氢气传感器提供了一次有益的探索。

    仪器,测量,度量学
    基于相邻子区相关系数的散斑质量评价方法
    李相伯, 龚俊, 胡丹, 宋健文, 刘凯
    2021, 50(5):  512001-0512001.  doi:10.3788/gzxb20215005.0512001
    摘要 ( 42 )   HTML ( 16)   PDF (3858KB) ( 34 )  
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    通过分析相邻子区间的相关系数与散斑质量的关系,提出一种新的全局散斑质量评价参数,即平均近邻零均值归一化互相关系数,可用于单个散斑的评价。与信息熵、平均灰度梯度这两种常用的全局散斑质量评价参数对比分析发现,提出的平均近邻零均值归一化互相关系数稳定性更好。实验结果表明,平均近邻零均值归一化互相关系数越大,位移测量中的均值误差和标准差越小,散斑的质量越高;当散斑在位移实验中的最大均值误差为0.01 pixel时,平均近邻零均值归一化互相关系数一直稳定在0.90左右,而其他几种参数值随着散斑尺寸的增大发生了较大的变化,证明了该参数的有效性,且更适合单个散斑的质量评价。

    前向光散射颗粒测量技术中遗传算法的应用
    戴珺, 沈建琪
    2021, 50(5):  512002-0512002.  doi:10.3788/gzxb20215005.0512002
    摘要 ( 50 )   HTML ( 3)   PDF (1480KB) ( 20 )  
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    在前向光散射颗粒测试技术中,反演算法是影响测量结果的主要因素之一。遗传算法作为一种较新的自适应全局优化算法,其参数优化和目标函数的设计决定了颗粒粒径分布的反演效果。本文对遗传算法中相关参数的设置进行讨论,通过数值模拟验证了该算法对多分散颗粒系统粒径分布的反演效果,并对聚苯乙烯标准颗粒进行实测和反演计算。结果表明:遗传代数为3 200、种群尺度为50、交叉算子0.7、变异算子为0.002和光顺因子权重系数为1.5×10-5的优化遗传算法在颗粒粒径分布反演时具有较好的稳定性和抗噪性能,能够有效重建颗粒粒径分布。

    基于云偏振的偏振成像仪参量检验方法
    涂碧海, 姚萍萍, 李树, 提汝芳, 孟炳寰, 黄禅, 洪津
    2021, 50(5):  512003-0512003.  doi:10.3788/gzxb20215005.0512003
    摘要 ( 57 )   HTML ( 1)   PDF (5513KB) ( 37 )  
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    依据云偏振辐射传输仿真结果,选取具有偏振虹特性的水云作为实验目标,对关键偏振参量的空间环境适应性进行检验。针对偏振成像仪宽幅成像特点,通过云相态识别大面积水云,使用水云不同检偏方向的测量数据,根据仪器偏振辐射模型,对相对透过率、起偏度参量进行检验。计算结果表明:相对透过率变化小于0.2%,光学镜头起偏度变化小于0.01,仪器状态稳定,同时验证了偏振成像仪通过云偏振特性对云相态的辨识能力。检验方法及结果可为偏振成像仪在轨检测、定标提供依据,为使用多角度偏振数据的云反演应用提供参考。

    大气与海洋光学
    光电式日照计室内检定中散射辐射模拟方法研究
    王凌云, 麻跃, 李昊洋, 李光茜, 郑茹, 杜雨欣
    2021, 50(5):  501001-0501001.  doi:10.3788/gzxb20215005.0501001
    摘要 ( 53 )   HTML ( 2)   PDF (2745KB) ( 20 )  
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    由于光电式日照计中散射辐射光电传感器的测量精度会严重影响日照计测量太阳辐照度的准确性,为降低散射误差,在室内检定时需进行较为准确的散射辐射模拟。通过对逐日时间尺度下辐射衰减率与各气象因子间的线性相关性分析,进行多元线性回归拟合后得出长春地区逐日水平面太阳散射辐射模型,并在室内检定系统中对水汽、尘埃等散射作用造成的辐射衰减进行了模拟,设计了室内散射环境模拟室。实验结果表明,水平面太阳日散射辐射量的拟合值与实测值匹配较好,实测值与拟合值均匀分布在拟合线两侧,相关系数(R2)在0.8以上,表明散射辐射模型效果较好。

    图像处理
    基于光幕约束和分段调整的去雾算法
    杨燕, 梁小珍
    2021, 50(5):  510001-0510001.  doi:10.3788/gzxb20215005.0510001
    摘要 ( 85 )   HTML ( 4)   PDF (5241KB) ( 32 )  
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    针对雾天条件下成像设备采集到的图像目标主体不清晰,细节信息不明显,可辨识度低等问题,提出了一种基于光幕约束和分段调整的图像去雾算法。首先将大气光幕的基本不等条件映射至正方形及其内切圆平面模型中,得到约束后的初始大气光幕;然后利用饱和度逼近构造粗糙大气光幕,以模糊无用的边缘信息,并通过梯度约束求取边缘代价对初始大气光幕进行修正。为了改善近景失真和远景去雾不彻底,建立自适应分段调整函数对大气光幕进行优化;最后通过复原模块得到清晰图像。实验结果表明:与一些经典的去雾算法相比,所提算法可以应用于各类图像,去雾效果良好,不仅保留了原图像特性而且得到的复原图像色彩明亮,清晰自然,各项指标优势明显。