海军航空大学航空作战勤务学院，山东 烟台264000
高光谱成像技术源于遥感探测，具有谱图合一的独特优势，在农林、地矿、防伪和环境保护等领域的应用日益广泛。作为高光谱技术最常见和最基本的功能，目标分类在各个高光谱领域的应用均具有至关重要的作用。综述了高光谱目标分类技术的发展现状，分析了高光谱数据的结构特点，归纳了高光谱目标分类的一般流程，并详细阐述了数据读取、图像预处理和目标分类等高光谱目标分类流程的主流方法及其基本原理。结合近年来的典型案例，分析了高光谱目标分类的过程，并对其发展趋势进行了分析和展望。
高光谱 目标分类 图像预处理 特征提取 hyperspectral target classification image preprocessing feature extraction
透水混凝土具有显著的孔隙特征，可有效缓解城市内涝，涵养地下水系。针对透水混凝土由孔隙大导致的抗压强度低等问题，采用矿物掺合料替代部分水泥作胶凝材料，能够实现降低生产成本并提高抗压强度的目的。本文以粉煤灰、矿渣、偏高岭土等固体废弃物为掺合料，通过抗压强度、透水性能测试分析矿物掺合料单掺、复掺、三掺对透水混凝土性能的影响，并探究其水化机理。结果表明：复掺以及三掺体系的透水混凝土力学性能明显优于单掺体系；当三掺体系粉煤灰、矿渣、偏高岭土掺量分别为15%(质量分数，下同)、15%、10%时，透水混凝土性能最佳，抗压强度达22.1 MPa，孔隙率和透水系数分别为14.3%、3.27 mm/s，满足行业标准。
透水混凝土 矿物掺合料 抗压强度 透水系数 孔隙率 pervious concrete mineral admixture compressive strength permeability coefficient porosity
1 1.河南理工大学 材料科学与工程学院, 焦作 454000
2 2.河南理工大学 化学化工学院, 焦作 454000
3 3.焦作伴侣纳米材料工程有限公司, 焦作 454000
改善尖晶石锰酸锂的大倍率性能是目前锂离子电池的重点研究方向之一。本研究用高温固相法合成掺K+的尖晶石锰酸锂, 研究K+提高锰酸锂倍率性能的微观机制。结果表明, 尽管随着电流密度增大, 电极的放电比容量下降, 但掺K+提高材料的大倍率性能效果显著, 如最佳掺K+量(物质的量分数)1.0%时, 在10C (1C=150 mA·g-1)下比容量提高了一倍, 远高于0.5C下的1.9%。原因在于掺K+后, 首先, 锰酸锂的晶胞体积扩大, Li-O键变长, Li、Mn阳离子混排程度降低, 载流子(Mn3+)量增多; 其次, 电极极化和电荷迁移阻抗降低, 提高了材料的充放电可逆性、导电性及锂离子扩散能力; 再者, [Mn2]O4骨架更稳定, 减小了电化学过程中内应力变化, 抑制了晶体结构变化和颗粒破碎; 最后, 钾离子掺杂使制备过程中材料团聚, 从而减小电解液与电极的接触面积, 减轻电解液的侵蚀, 抑制锰的溶解。
锂离子电池 正极材料 钾离子掺杂 微观机制 倍率性能 lithium-ion battery cathode material K+ doping microscopic mechanism rate performance
1 湖南省生态环境监测中心, 国家环境保护重金属污染监测重点实验室, 湖南 长沙 410019
2 力合科技(湖南)股份有限公司, 湖南 长沙 410205
铊作为剧毒的重金属元素, 具有较强的蓄积性、 潜伏性和迁移性, 含铊矿床的开采及其工业三废的大量排放, 都可导致铊进入地表环境, 参与到土壤圈、 水圈、 大气圈、 生物圈物质循环, 并逐步在土壤和水体中富集, 破坏生态环境, 最终会通过食物链危及人体健康。 近年, 水质铊污染突发事件时有发生, 水环境铊的分析技术也成为铊分析技术研究的热点, 但多集中在实验室分析方法的改进方面, 水质铊在线监测分析方面的研究甚少。 而实验室分析方法在运输、 保存过程中难免有污染、 损失等; 且在数据时效性上也导致了一定的滞后, 很难应用于水体铊的应急监测分析, 从而影响了污染事故的分析和处置, 成为处置污染事故的最大瓶颈。 为了快速、 准确响应水质铊现场监测, 开展的水质在线监测技术研究对水质铊元素监测具有重要的应用意义, 可以实现水体铊污染的监测与预警, 进而有效降低因环境铊污染引起的铊中毒的风险。 建立了一种基于三电极方法原理的水质铊监测新技术。 该方法所用仪器小型、 便携、 低成本, 不仅可用于铊污染事故应急现场监测, 还可以用于污染源监管、 地表水风险预警自动监测。 本文就仪器检出限、 正确度、 精密度、 方法比对、 现场应用等各项性能指标进行了验证。 实验表明, 该技术用于测定水质铊的方法检出限为0.02 μg·L-1, 与ICP-MS仪的检出限一致; 用于测定铊标准溶液的相对误差范围为-5.5%~2.9%; 测定实际水样的相对标准偏差范围为0.60%~6.2%; 其加标回收率达到101%~127%。 当水样含量在0.08 μg·L-1以上, 该方法在现场应急监测比对中, 与实验室ICP-MS法具有可比性, 表明该技术具有很好的适用性。
水质 铊监测 新技术 三电极 自动 Water quality Thallium monitoring New technology Three electrodes Automatic 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3642
1 河南科技大学材料科学与工程学院，河南 洛阳 471023
2 有色金属新材料加工与先进加工技术省部共建协同创新中心，河南 洛阳 471023
3 中国船舶集团有限公司第七二五研究所（洛阳船舶材料研究所），河南 洛阳 471023
为优化TA2工业纯钛的激光焊接工艺，以ABAQUS软件为平台，采用有限元分析法建立了非线性瞬态热力耦合模型。分析厚度为6 mm的TA2工业纯钛激光焊接过程的热应力场。考虑了材料热物理性能参量的温度依存性，利用FORTRAN编程实现了移动高斯面热源和圆锥体热源复合的加载。通过实验验证了复合热源的可靠性，并对比分析了不同工艺参数下熔池内不同位置的最高温度及不同温度区间内的冷却速度。结果表明，激光功率和焊接速度对熔池的最高温度和不同温度区间的冷却速度均有较大影响，且熔池受焊接速度的影响更大。
激光光学 激光焊接 工业纯钛 数值模拟 工艺参数 温度场 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714011
1 海军航空大学航空作战勤务学院，山东 烟台 264000
2 烟台大学光电信息科学与工程学院，山东 烟台 264000
3 中国人民解放军92485部队，辽宁 大连 116041
为充分利用光学相关识别系统的空间-频谱带宽，提高光学相关识别系统的速度和精度，提出一种基于多通道联合变换相关器和综合鉴别函数的旋转和缩放不变性目标识别方法，并将峰值位置变化标准差作为识别判据。首先，分析以局域峰值杂波均值为相位优选约束条件时存在的问题，提出新的相位优选约束条件——峰值位置变化值，用于选择一定旋转和缩放范围内目标的公共相位，将公共优选相位用于多通道联合变换相关器并结合综合鉴别函数实现了旋转和缩放不变性识别；然后，分析了当目标缩小或综合鉴别函数集成训练图像数量增加时系统的识别容限；最后，分析了场景图像中背景发生变化时所提方法的适用性。研究结果表明，在设定的图像尺寸和背景复杂度条件下，所提方法能够在9通道并行处理的前提下对目标缩小60%、综合鉴别函数集成9幅图像的旋转和缩放目标进行有效识别，且对像素数变化不超过50%的背景具有较好的适应性，提高了目标识别的速度和精度，对多通道光学相关器的实用化具有重要意义。
信息处理 光学模式识别 多通道联合变换相关器 综合鉴别函数 旋转和缩放不变性识别 中国激光
2022, 49(13): 1309001
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
飞秒光学参量振荡器(OPOs)是一种高效灵活的波长转换系统，可以在传统激光增益介质无法有效工作的波段内产生超短脉冲激光。宽光谱超短脉冲激光光源在多分子检测、光学相干断层成像和超快科学等新兴领域具有重要的应用价值。通过相位匹配设计，非线性晶体可以获得极大的参量增益带宽。而如何利用大增益带宽的非线性材料，基于飞秒OPO来产生宽谱激光逐渐成为近几年的研究热点。本文综述了近些年国内外飞秒OPO腔内光谱展宽技术的研究进展，重点介绍了本课题组基于腔内光谱合束、啁啾脉冲振荡、腔内脉冲压缩等技术方案实现飞秒OPO宽谱输出的研究成果。
非线性光学 飞秒光学参量振荡器 光谱合束 啁啾脉冲 光谱展宽 脉冲压缩 中国激光
2022, 49(12): 1201004
1 海军航空大学航空作战勤务学院, 山东 烟台 264000
2 烟台大学光电信息科学与工程学院, 山东 烟台 264000
3 中国人民解放军32200部队, 辽宁 锦州 121000
为了充分利用光学相关识别系统的空间-频谱带宽,提高光学相关识别技术的并行处理效率和识别准确度,提出了基于功率谱压缩-平移算法的多通道联合变换相关识别方法,该方法将峰值位置变化的标准差作为相关识别的判据。在输入空间光调制器的不同区域加载场景图像和N幅参考图像,然后在图像上分别叠加经迭代算法优化的相位模板,使得场景图像的傅里叶谱和每一幅参考图像的傅里叶谱在频谱面的不同空间区域相干叠加。调节相位优化算法的约束参量,使得每个通道的联合变换功率谱互不干扰,可实现N个通道的并行处理。分析了不同优化相位的傅里叶谱的局域峰值杂波均值和相关输出的峰值位置变化标准差之间的关系,并将其作为相位优选的依据。研究结果表明,在所提实验和数值模拟参数条件下,多通道联合变换相关识别系统可以在不增加经典相关识别系统复杂度的前提下,实现16通道的并行处理,这对光学相关器的实用化具有重要意义。
傅里叶光学 光学模式识别 多通道联合变换相关器 相位优化算法 功率谱压缩-平移 光学学报
2021, 41(22): 2207001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Photochemical Conversion and Optoelectronic Materials, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2 Centre of Material Science and Optoelectronic Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Epitaxial high-crystallization film semiconductor heterostructures has been proved to be an effective method to prepare single-crystal films for different functional devices in modern microelectronics, electro-optics, and optoelectronics. With superior semiconducting properties, halide perovskite materials are rising as building blocks for heterostructures. Here, the conformal vapor phase epitaxy of CsPbBr3 on PbS single-crystal films is realized to form the CsPbBr3/PbS heterostructures via a two-step vapor deposition process. The structural characterization reveals that PbS substrates and the epilayer CsPbBr3 have clear relationships: CsPbBr3(110) // PbS(100), CsPbBr3[ ] // PbS[001] and CsPbBr3[001] // PbS[010]. The absorption and photoluminescence (PL) characteristics of CsPbBr3/PbS heterostructures show the broadband light absorption and efficient photogenerated carrier transfer. Photodetectors based on the heterostructures show superior photoresponsivity of 15 A/W, high detectivity of 2.65 × 1011 Jones, fast response speed of 96 ms and obvious rectification behavior. Our study offers a convenient method for establishing the high-quality CsPbBr3/PbS single-crystal film heterostructures and providing an effective way for their application in optoelectronic devices.
Journal of Semiconductors
2021, 42(11): 112001
1 北京交通大学计算机与信息技术学院交通数据分析与挖掘北京市重点实验室, 北京 100044
2 北京交通大学计算机与信息技术学院, 北京 100044
基于深度学习的裂纹检测方法严重依赖大量的像素级标注信息,为此提出一种基于半监督学习的裂纹检测方法。该方法将多尺度模块引入到裂纹检测的网络模型中,仅利用小部分的像素级标注数据进行全监督训练。对于无标签数据,融合多种显著性区域检测方法生成伪标签,可以减少对像素级标注信息的依赖。在裂纹数据集上对改进网络进行实验验证,并与常用语义分割网络和弱监督实验基准从主观评价、精度、召回率和F1-score的角度进行比较。实验结果表明,改进网络可以有效提升裂纹的识别准确率,提出的半监督训练策略在仅需6.25%像素级标注信息的情况下,能够取得与全监督方法相当的识别精度和召回率。
机器视觉 裂纹检测 语义分割 多尺度模块 半监督 激光与光电子学进展
2021, 58(6): 0615004
