为了实现大像面、小投射比、高清画面要求，设计了一款折反式超短焦投影镜头。根据性能指标要求选择了反远距系统，采用缩放法获得初始结构，由出瞳位置不同视场光线与像面的高度关系，计算获得了反射镜坐标数据，拟合得到反射镜面型。采用点列图、场曲/畸变和调制传递函数(ModulationTransferFunction，MTF)曲线对像质进行了评价。最终获得了焦距为 5.45mm，投射比为 0.4的物方远心系统，在投影距离 720mm时可投射 80inch画面，清晰度为 1080p，视场角为 136°，放大倍率约为 125倍，系统点列图均方根(RootMean Square，RMS)半径小于 750μm，畸变小于 0.2%，相对照度在 96%以上，其 MTF曲线幅值在 0.54lp/mm时均大于 0.3。公差分析表明，系统设计合理，成像质量良好。相较于其他折反式超短焦投影镜头，该系统在保证成像质量的同时折射部分未使用非球面，有效降低了加工和装配难度。
超短焦投影 光学设计 折反式成像 非球面反射镜 公差分析 ultrashort focal projection optical design catadioptric imaging aspheric mirror tolerance analysis
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Metallic Materials of Jiangsu Province, School of Materials Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, People’s Republic of China
2 Department of Chemistry, University of Zurich, Winterthurerstrasse 190, CH-8057 Zurich, Switzerland
3 School of Materials Science and Engineering, Anhui University of Technology, Ma’anshan, 243002 Anhui, People’s Republic of China
Exploiting high-rate anode materials with fast K+ diffusion is intriguing for the development of advanced potassium-ion batteries (KIBs) but remains unrealized. Here, heterostructure engineering is proposed to construct the dual transition metal tellurides (CoTe2/ZnTe), which are anchored onto two-dimensional (2D) Ti3C2Tx MXene nanosheets. Various theoretical modeling and experimental findings reveal that heterostructure engineering can regulate the electronic structures of CoTe2/ZnTe interfaces, improving K+ diffusion and adsorption. In addition, the different work functions between CoTe2/ZnTe induce a robust built-in electric field at the CoTe2/ZnTe interface, providing a strong driving force to facilitate charge transport. Moreover, the conductive and elastic Ti3C2Tx can effectively promote electrode conductivity and alleviate the volume change of CoTe2/ZnTe heterostructures upon cycling. Owing to these merits, the resulting CoTe2/ZnTe/Ti3C2Tx (CZT) exhibit excellent rate capability (137.0 mAh g-1 at 10 A g-1) and cycling stability (175.3 mAh g-1 after 4000 cycles at 3.0 A g-1, with a high capacity retention of 89.4%). More impressively, the CZT-based full cells demonstrate high energy density (220.2 Wh kg-1) and power density (837.2 W kg-1). This work provides a general and effective strategy by integrating heterostructure engineering and 2D material nanocompositing for designing advanced high-rate anode materials for next-generation KIBs.
Nano-Micro Letters
2023, 15(1): 225
海军航空大学航空基础学院, 山东 烟台 264000
飞行动作识别对飞行训练质量评估、提升飞行员的驾驶技术具有重要意义。在飞行动作序列数据中, 某时刻飞行状态数据及该状态对应的某些飞参数据对飞行动作识别有非常重要的贡献, 但传统的注意力机制只关注上层状态特征的贡献值, 而忽略了下层特征的影响。为有效提取飞参数据的关键特征表示, 提出聚焦注意力(FA)机制, 扩展了传统注意力机制, 进一步聚焦注意力, 学习其下层特征对上层的贡献。同时, 本研究将FA机制扩展到BiLSTM网络中, 提出FA-BiLSTM网络模型, 该模型不仅重点关注飞行动作序列中关键时刻的飞行状态数据, 还可学习该飞行状态中关键的飞参数据。实验表明, 该方法有效提升了飞行动作识别的准确率, 加权平均准确率达到了94%。
飞行动作 聚焦注意力 飞行训练 飞参数据 注意力机制 flight action focus attention flight training flight parameter data attention mechanism
阎雨梦 1,2,3,**张元 1,2,3,*庞敏 1,2,3熊风光 1,2,3杨晓文 1,2,3
1 中北大学计算机科学与技术学院，山西 太原 030051
2 机器视觉与虚拟现实山西省重点实验室，山西 太原 030051
3 山西省视觉信息处理及智能机器人工程研究中心，山西 太原 030051
针对点云去噪过程中难以分离和去除贴近模型表面的噪声，或者去除时会损失有效数据点的问题，提出一种改进的点云引导滤波算法。首先使用统计滤波筛选出较难平滑的噪声，并进行初次引导滤波，降低平滑难度较大的噪声对整体滤波效果的影响；然后根据点云各点的几何特征，自适应地调整权重参数，并将其代入改进的引导滤波算法中，对点云整体进行二次引导滤波，利用自适应的权重参数，得到更加光滑且保留有效数据点的点云数据。实验结果表明，所提算法对噪声点云的平滑效果更明显，处理后的点云模型有较明显的边缘线条，较难平滑的噪声也能得到很好处理。
图像处理 点云滤波 统计滤波 点云引导滤波 点云曲率 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2211006
1 河北工业大学 电子信息工程学院 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
3 哈尔滨工业大学 可调谐激光技术国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080
双光子荧光（two-photon fluorescence，TPF）显微成像技术借助荧光探针实现样品中被标记成分的特异性成像，具有天然的三维层析能力、高成像深度与空间分辨率、以及更小的光漂白与光损伤，已经发展成为化学、医药学和生命科学领域的一项重要研究工具。文中通过分析高斯光束复振幅在空间中的分布，推导出TPF信号的纵向与径向分布公式，以此估算出文中的TPF显微成像系统的横向分辨率为453 nm，纵向分辨率为2.087 μm。使用飞秒激光器作为激发光源，搭建了TPF显微成像系统。在800 nm波长的飞秒脉冲激发下，测量了罗丹明B溶液的TPF光谱，从而选择636~703 nm作为显微成像的荧光探测窗口。随后开展了对罗丹明B染色的小鼠大脑切片的TPF显微成像实验研究，利用断层扫描成像的方式获得了小鼠大脑切片在0~14 μm深度内的荧光强度分布。通过三维重构完成了对生物样品的三维立体成像，获得了小鼠大脑中灰质与白质在不同深度的分布情况，实验结果证明了搭建的显微成像系统具有优异的成像深度与空间分辨能力。
小鼠大脑切片 飞秒激光 双光子荧光 三维成像 mouse brain section femtosecond laser two-photon fluorescence three-dimensional imaging 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230201
1 河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室, 河南 郑州 450001
2 河南工业大学信息科学与工程学院, 河南 郑州 450001
3 河南工业大学人工智能与大数据学院, 河南 郑州 450001
小麦质量安全是粮食安全的重要组成部分。传统的小麦霉变籽粒识别检测方法需要复杂的处理步骤, 耗时较长且特征提取能力较差, 易造成图像有效信息的丢失, 导致小麦霉变籽粒识别检测效果不佳。为解决上述问题, 提出了一种基于去噪宽度学习 (D-BLS) 的霉变小麦太赫兹光谱图像识别方法。该方法对传统宽度学习 (BLS) 算法进行了改进, 通过引入去噪卷积神经网络 (DnCNN) 模块, 构建D-BLS霉变小麦分类识别模型, 以增强图像质量, 提高霉变小麦太赫兹光谱图像的识别精度。初步研究表明, D-BLS在识别准确率方面优于传统BLS算法, 识别准确率达到93.13%。进一步使用支持向量机 (SVM)、后向传播神经网络 (BPNN)、卷积神经网络 (CNN) 与D-BLS进行建模对比。研究结果表明, D-BLS网络的分类准确率分别比SVM、BPNN和CNN高出了13.83%、7.79%和3.96%。因此, D-BLS 能够为小麦发霉早期鉴别提供一种新方法。
光谱学 太赫兹 宽度学习 霉变小麦 图像处理 spectroscopy terahertz broad learning system mildewed wheat image processing
西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
为了解决空间对地遥感光学系统探测波段窄、分辨率低等问题, 设计了一款非球面离轴三反光学系统。对计算得到的同轴三反结构进行了视场离轴处理, 优化了像差, 分析及评价了离轴三反系统的成像质量。设计得到的光学系统分辨率在可见光及短、中波红外波段都得到了提升, 分别能够达到2 m、3.3 m以及10 m的地元分辨率, 系统三个反射镜面型均为偶次非球面, 焦距600 mm, 相对孔径1/4.3, 视场角8°×4°, 最大畸变0.4%。各波段在奈奎斯特频率处的MTF值均高于0.2, 且RMS半径满足小于探测器最小像元尺寸的成像要求。实现了高分辨率、宽波段的设计目标所要求的各项指标, 从而提升了系统全时间段、全天候的信息获取能力。
光学系统设计 离轴三反光学系统 偶次非球面 视场离轴 高分辨率 optical system design off-axis three-mirror optical system even asphere off-axis field of view high resolution
1 武汉理工大学资源与环境工程学院, 武汉 430070
2 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室, 武汉 430070
3 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
岗岩强度高, 硬度大, 吸水率低, 化学稳定性好, 耐久性强, 色泽美观, 被广泛用于制备优质建筑石材。但花岗岩切割过程中会产生大量锯泥, 占用大量土地且污染环境。本文在分析花岗岩锯泥堆存现状及危害基础上, 介绍了花岗岩锯泥的主要处理方式, 论述了利用花岗岩锯泥再生产建材的几种途径, 总结了锯泥在微晶玻璃、发泡陶瓷、陶瓷釉料和加气混凝土砌块等产品中的应用与发展, 为花岗岩废料在建筑材料领域的高值利用提供一定参考。
花岗岩锯泥 微晶玻璃 发泡陶瓷 陶瓷釉料 加气混凝土砌块 granite saw mud glass-ceramics foamed ceramics ceramic glazes aerated concrete block
1 战略支援部队信息工程大学, 河南 郑州 450001
2 河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室, 河南 郑州 450001
3 河南工业大学信息科学与工程学院, 河南 郑州 450001
我国是农业大国, 保障粮食安全是国家发展的战略需要。 农产品检测技术的应用和发展对监控质量, 预防由农产品品质问题引发的安全事故至关重要。 太赫兹(Terahertz, THz)波位于电磁频谱空隙, 频率高于微波而低于红外线, 具备光子能量低、 穿透性好、 能表征分子结构等优点。 基于太赫兹波的光谱检测技术受到研究人员广泛关注, 在生物医学、 安全检查等方面得到应用, 被证明是一种可靠的检测手段。 在农产品应用领域, 太赫兹波特有的非接触、 无标记检测能力为农产品成分分析、 质量控制提供了技术手段, 其良好的穿透性和无损害性, 可以用来在不破坏农产品表面及外包装的前提下, 检测内部成分变化。 与其他光谱(超声、 X射线、 红外等)检测手段相比, 太赫兹波频率范围宽、 表征能力强, 可实现对目标物质的快速无损检测。 近几年, 随着太赫兹发射源、 探测器等设备以及光谱和成像技术的发展, 其在农产品领域的应用有了新的进展。 通过收集整理近期的文献资料, 综述了太赫兹技术在农产品检测方面的应用拓展和研究成果, 总结了目前存在的应用局限。 在此基础上, 对未来太赫兹光谱和图像检测的研究方向进行了展望, 提出提高检测灵敏度和检测速度是农产品领域太赫兹技术产业化应用的研究重点。 在检测系统中引入基于超材料的传感器是提升灵敏度的一种有效手段, 可以突破原有的太赫兹光谱检测极限, 对研究农药残留、 真菌毒素等危害农产品安全的痕量污染物具有重要意义。 在农产品快速成像检测方面, 基于单像素成像和压缩感知理论的太赫兹计算成像技术是提高检测速度的可行方案。 这些研究成果将为后续太赫兹技术的发展提供方向性指导, 对农产品检测领域的应用推广具有重要参考价值。
太赫兹波 太赫兹光谱 太赫兹成像 农产品检测 Terahertz Terahertz spectrum Terahertz imaging Agriculture detection 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3330
