中国航天科工集团 北京遥感设备研究所，北京 100039
为实现高数据传输率、强抗干扰性和超低误码率的目标，采用光纤通信技术传输高帧频、高分辨力的数字图像数据。本设计针对Cameralink 接口红外图像数据源，设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)控制的自适应分辨率和帧频的光纤收发系统，采用了低成本SPARTAN6器件XC6SLX45、串并转换芯片组DS90UB903/904、小型化单模小封装可插拔(SFP)单纤双向收发光模块，实现了双路图像光纤收发功能。其中FPGA 接收Cameralink 接口图像数据，进行图像转换处理，再通过内部集成电路(I2 C)总线控制串并转芯片组实现自适应图像串行化和解串功能，并驱动光模块实现光电转换。本设计实现了分辨率640×512、帧频100 Hz 红外图像数据的发送和接收功能，并通过了各项环境试验，已应用于实际型号项目中。
光纤通信 Cameralink 接口 串并转换芯片组 optical fiber communication Cameralink serial-to-parallel conversion module 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(6): 782
1 京市农林科学院质量标准与检测技术研究所, 北京 100097农业农村部农产品质量安全风险评估实验室（北京）, 北京 100097
2 京市农林科学院质量标准与检测技术研究所, 北京 100097
3 延安产品质量安全检验检测中心, 陕西 延安 716099
4 北京市农林科学院质量标准与检测技术研究所, 北京 100097农业农村部农产品质量安全风险评估实验室（北京）, 北京 100097
以番茄可溶性固形物含量（SSC）的无损速测为例， 分别采用线性渐变分光（LVF）、 数字光处理（DLP）近红外光谱仪对大、 小番茄采集近红外光谱数据; 分别基于两种近红外光谱仪数据计算大、 小番茄平均光谱及差谱， 并比较两种近红外光谱仪所采集大、 小番茄近红外光谱数据的特征; 对两种近红外光谱仪的数据分别进行主成分分析（PCA）， 并比较了大、 小番茄前3主成分的得分分布; 按SSC梯度对数据进行分级， 采用偏最小二乘（PLS）回归结合全交互验证算法分别基于两种近红外光谱仪数据建立番茄SSC定量校正模型。 结果表明: （1）大、 小番茄LVF近红外光谱的平均光谱及其差谱的光谱特征分别与DLP近红外光谱的平均光谱及其差谱的光谱特征相似。 （2）大、 小番茄LVF近红外光谱数据PCA前3主成分得分散点分离趋势不明显， 而DLP近红外光谱数据PCA前3主成分得分散点基本上不具有分离趋势。 （3）基于LVF近红外光谱数据所建各模型的相对预测性能（RPD）皆不低于2.11， 其中标准化预处理所建模型具有最佳性能， 模型维数（Nf）、 校正测定系数（R2C）、 校正均方根误差（RMSEC）、 交互验证测定系数（R2CV）、 交互验证均方根误差（RMSECV）、 RPD、 预测相关系数（RP）、 预测均方根误差（RMSEP）分别为8、 0.949 1、 0.27、 0.899 9、 0.38、 3.16、 0.882 6、 0.63; 基于DLP近红外光谱数据所建各模型的RPD皆不低于1.60， 其中标准化预处理所建模型具有最佳性能， Nf、 R2C、 RMSEC、 R2CV、 RMSECV、 RPD、 RP、 RMSEP分别为5、 0.823 5、 0.49、 0.728 6、 0.62、 1.94、 0.788 4、 0.80。 该研究可为番茄SSC的无损快速测定以及果蔬品质无损快速检测的仪器选择与评价提供一定的参考。
番茄 可溶性固形物含量 近红外光谱仪 定量模型 Tomato Soluble solid content Near-infrared spectrometer Quantitative models 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1351
大气与环境光学学报
2023, 18(5): 494
1 西安工程大学纺织科学与工程学院，陕西 西安 710048
2 西安工程大学大学科技园，陕西 西安 710048
为修复破损纺织品文物图像，在Criminisi算法基础上，提出一种改进的基于K-means颜色分割的纺织品文物图像修复算法。根据纺织品文物图像的特点，将RGB图像转化为Lab颜色模型，采用K-means分类器对a*b*层数据基于颜色进行分割处理，对纹样图案边缘进行标定并缩小匹配块搜索区域；引入L值的标准差来表示颜色离散度，对优先权函数以及自适应匹配块进行改进。用所提算法与文献报道的3种算法对自然破损纺织品文物图像和人为破损纺织品图像进行修复，并对修复结果进行评价。实验结果表明，所提算法修复的图像纹理自然、结构合理，峰值信噪比、结构相似性、特征相似性、均方误差值更好。
破损纺织品文物 纹样图案 Criminisi算法 图像修复 K-means聚类 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1610011
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Millimeter Waves, Southeast University, Nanjing 210096, China
2 Institute of Electromagnetic Space, Southeast University, Nanjing 210096, China
3 Frontiers Science Center for Mobile Information Communication and Security, Southeast University, Nanjing 210096, China
4 National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University, Nanjing 210096, China
5 National Key Laboratory of Electromagnetic Information Control and Effects, Shenyang 110035, China
6 Key Laboratory of High-Speed Circuit Design and EMC of Ministry of Education, Xidian University, Xi’an 710071, China
Simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) architecture is commonly applied in wireless sensors or Internet of Things (IoT) devices, providing both wireless power sources and communication channels. However, the traditional SWIPT transmitter usually suffers from cross-talk distortion caused by the high peak-to-average power ratio of the input signal and the reduction of power amplifier efficiency. This paper proposes a SWIPT transmitting architecture based on an asynchronous space-time-coding digital metasurface (ASTCM). High-efficiency simultaneous transfer of information and power is achieved via energy distribution and information processing of the wireless monophonic signal reflected from the metasurface. We demonstrate the feasibility of the proposed method through theoretical derivations and experimental verification, which is therefore believed to have great potential in wireless communications and the IoT devices.
simultaneous wireless information and power transfer asynchronous space-time-coding digital metasurface quadrature phase-shift keying modulation Chinese Optics Letters
2023, 21(8): 080005
1 延安市农产品质量安全检验检测中心, 陕西 延安 716099
2 北京市农林科学院质量标准与检测技术研究所, 北京 100097
中红外光谱以及近红外光谱在现代分析化学中有重要的地位, 是人类认识物质结构、 功能、 成分以及含量的重要途径。 小杂粮泛指生育期短、 种植面积少、 种植地区和种植方法特殊, 有特种用途的多种粮豆, 其特点是小、 少、 特、 杂。 小杂粮营养丰富, 既是传统口粮, 又是保健食品资源。 随着人民生活水平的提高和膳食结构的改善, 小杂粮作为药食同源的新型食品资源, 在现代绿色保健食品中占有重要地位。 对小杂粮进行品质检测可为小杂粮生物活性物质研究、 品质分级、 小杂粮育种、 产地溯源与真伪鉴别等方面提供可靠的数据支撑。 按照麦类小杂粮及豆类小杂粮分类, 对国内近30年来小杂粮品质检测有关文献加以综述。 研究表明, 麦类小杂粮品质检测文献更多, 约占文献数量的2/3左右, 且以近红外光谱技术应用居多; 豆类小杂粮品质检测文献相对较少, 约占文献数量的1/3左右, 且以中红外光谱技术应用居多。 中红外光谱、 近红外光谱在小杂粮品质检测分析方面有诸多重要应用。 其中, 中红外光谱更多应用于小杂粮中活性物质以及小杂粮加工过程的表征, 而近红外光谱则更多应用于小杂粮中粗蛋白、 粗脂肪、 水分等主要品质指标的定量分析检测, 可为小杂粮品质监测、 科学育种提供高效的数据来源。 近年来, 随着化学计量学的发展和计算机技术的进步, 近红外光谱不再局限于小杂粮品质指标定量分析, 而且还被应用于小杂粮产地溯源等领域, 亦取得了良好的效果。 最后对中红外光谱、 近红外光谱在小杂粮品质无损分析检测方面做出了展望。
小杂粮 中红外光谱 近红外光谱 品质检测 Minor coarse cereals Mid-infrared spectroscopy Near-infrared spectroscopy Quality Testing
1 西安建筑科技大学理学院，陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学应用物理研究所，陕西 西安 710055
以激光二极管（LD）端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG复合晶体为研究对象，采用有限元分析方法，并根据热传导理论以及连续LD端面泵浦方形YAG/Yb∶YAG的工作特点，系统分析了泵浦功率、YAG晶体厚度及截面尺寸对激光晶体温度、热应力及热形变的影响。计算过程中经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为400 μm。研究结果表明：当Yb∶YAG晶体尺寸为4 mm×4 mm×1 mm，YAG晶体厚度为0.1 mm时，随着泵浦功率由60 W增加为80 W，YAG/Yb∶YAG方片晶体内最高温升明显增大，由37.19 ℃变为82.92 ℃；当YAG晶体厚度由0 mm增加为0.5 mm时，薄片晶体内最大热应力由26.93 MPa变为10.438 MPa，最高温升也随之降低了18.18 ℃，但由热应力产生的热形变基本保持不变。利用方片YAG/Yb∶YAG复合晶体能够有效降低激光晶体内最大热应力及最高温升，对全固态Yb∶YAG激光器的设计及高功率输出具有指导意义。
激光器 激光二极管 YAG/Yb∶YAG 热效应 复合晶体 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114001
1 合肥工业大学 微电子设计研究所, 合肥 230601
2 合肥工业大学 教育部IC设计网上合作研究中心, 合肥 230009
随着集成电路工艺的发展以及晶体管尺寸的不断减小, ADC转换率变得更快、功耗更低, 但器件的失配误差随之变得更大, 从而影响精度, 因此引入校准电路已成必然趋势。文章首先介绍了几种ADC的常见误差及其校准方法, 然后介绍了神经网络的工作原理, 并总结了几种主要的基于神经网络的数字校准方法, 分析了不同方法的优势和劣势。最后, 针对14位流水线ADC, 给出了神经网络校准算法的系统级仿真验证结果。经校准后, 有效位数(ENOB)从10位提升到125位, 无杂散动态范围(SFDR)从80 dB提升到100 dB。
模数转换器 全数字校准 神经网络 ADC all-digital calibration neural network
1 西安建筑科技大学理学院，陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学应用物理研究所，陕西 西安 710055
为了解决LD端面泵浦晶体引起的热效应问题，根据脉冲LD端面泵浦复合晶体工作特点，利用热传导理论建立了脉冲激光二极管泵浦YAG/Nd∶YAG 复合晶体的有限元热模型。定量分析了泵浦功率、未掺杂晶体厚度、脉冲宽度对复合晶体温度场及热形变量的影响。结果表明，当掺杂晶体厚度为8 mm，未掺杂晶体厚度为3 mm，脉冲宽度为3 ms，经光学耦合系统准直聚焦的泵浦光斑半径为300 μm，重复频率为100 Hz时，使用泵浦功率为80 W的脉冲LD端面泵浦复合晶体YAG/Nd∶YAG，泵浦端面中心的最高温度及最大热形变量分别66.84 ℃和0.12 μm。可见，复合晶体能有效缓解晶体的温升和晶体端面的热形变。该研究为实现Nd∶YAG激光器高功率输出目标提供了理论指导。
激光光学 复合晶体 热效应 温度场 激光二极管 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2114001
武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
制备磷建筑石膏制品是磷石膏资源化利用的一条重要途径, 而合适的改性技术是保证建筑石膏制品能够工业化生产的关键。分别利用3种减水剂、3种缓凝剂、2种黏结剂、2种保水剂对磷建筑石膏进行改性, 探讨外加剂品种对磷建筑石膏的适应性, 研究外加剂掺量对磷建筑石膏的性能影响规律, 并采用扫描电镜对优选出的外加剂的改性机理进行分析。结果表明: 聚羧酸减水剂(PC)、醋酸乙烯酯-乙烯共聚物可再分散乳胶粉黏结剂(VAE)、羟丙基甲基纤维素保水剂(HPMC)和骨胶缓凝剂(BG)对磷建筑石膏具有较好的适应性, 可分别用于改善磷建筑石膏的绝干强度、黏结强度、保水性能及延长其凝结时间; PC和VAE能改善磷建筑石膏硬化体内部晶体结构的致密性, 而BG、HPMC则使磷建筑石膏硬化体结构更加疏松。
磷建筑石膏 改性 减水剂 缓凝剂 黏结剂 保水剂 机理 phosphorus building gypsum modification water reducer retarder binder water retaining agent mechanism
