1 中国科学院深海科学与工程研究所, 海南 三亚 572000
2 上海海洋大学工程学院, 上海 201306
3 中国科学院大学, 北京 100049
由于海水吸收和水中悬浮颗粒散射,水下机器人通过人造光源获得的深海图像普遍存在模糊、色偏和清晰度低等问题。围绕深海图像快速精准复原所需解决的关键问题,首先建立真实深海图像数据集,分析深海图像的成像特点,基于图像特征的统计结果提出一种线性景深模型,然后通过有监督方法进行模型参数辨识,最后根据景深模型分别快速估计出原始图像的传输地图和背景光,进而有效避免累计误差,实现深海图像的有效复原。实验结果表明,所提算法在图像复原结果、有效性、质量和实时性指标上均优于同类算法,在Nvidia Jetson TX2嵌入式设备上处理600 pixel×800 pixel大小的图像,平均复原速度是4种优秀水下图像增强算法中最快的3.08倍。
图像处理 深海图像 人造光源 景深模型 图像复原 嵌入式图像处理器
1 北方爆破科技有限公司，北京 100089
2 北京奥信化工科技发展有限责任公司，北京 100040
针对乳化药卷供应不足制约预裂爆破进展的问题，探索了一种新的装药结构模式，即采用低威力的多孔粒状铵油炸药轴向连续、径向不耦合的装药方式。在理论上验证了该装药结构的可行性，同时采用LS-DYNA软件数值模拟的手段，对照矿山实际孔径建立1∶1模型，对比分析了与传统乳化药卷不耦合装药结构的差别，得出了粒状铵油炸药轴向连续装药在保护孔壁及裂纹扩展方面具有优势的结论，确定了适合莱比塘矿山岩性的PVC管直径为40 mm，最优孔间距为1.8 m，并在现场实践中得到了验证。
预裂爆破 装药结构 数值模拟 pre-splitting blasting charge structure LS-DYNA LS-DYNA numerical simulation
1 上海海洋大学工程学院, 上海 201306
2 中国科学院深海科学与工程研究所, 海南 三亚 572000
3 中国科学院大学, 北京 100049
针对水下机器人搭载平台进行深海遗迹探寻所面临的数据样本缺乏、采集图像模糊、嵌入式系统计算能力有限的问题,分别在数据增强、视频增强和目标检测算法压缩等方面提出了有效的解决方案。首先,利用数据增强提高小样本数据的泛化能力,通过迁移学习进行知识迁移,加速模型收敛;然后,基于结构相似性对采集视频进行关键帧图像选择,采用限制对比度直方图拉伸对选择后的关键帧进行实时图像增强;最后,基于多粒度剪枝策略对YOLOV4进行通道和卷积层的双向压缩。实验结果表明,压缩后的YOLOV4模型运算复杂度(BFLOPS)降为10.588,在Jetson TX2嵌入式图像处理器上,对大小为640 pixel×480 pixel的输入图像的平均检测速度可以达到18.2 frame/s。
图像处理 视频图像增强 模型压缩 嵌入式图像处理器 目标检测 水下机器人 激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1410019
1 中国科学院高能物理研究所, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京 100049
文物遗存是人们认识历史发展的重要依据, 通过对它们的相关研究可以了解古人的生存方式、 生产技能、 人与自然的关系等。 X射线光谱（X射线荧光光谱和X射线吸收精细结构谱）作为重要的无损分析方法, 可以用来研究物质内部元素组成和特定元素近邻结构等信息, 为文物的保护研究和价值认知等提供支撑, 目前被广泛应用于各种古代物质遗存的研究工作中。 对近些年X射线光谱在不同类型文物研究中的应用情况进行简要的总结和介绍。 总的来看, X射线荧光光谱技术在古陶瓷、 油画、 青铜器的断源断代研究方面发挥了重要作用, 而基于X射线荧光光谱的成分数据库建设和X射线吸收精细结构谱在文物研究相关问题的深度介入是应用实践中的难点, 也应是未来研究工作中的重要课题。
物质遗存 无损分析 断源断代 文物保护 Substantial relics Nondestructive analysis Provenance Conservation of relics 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1329
淮阴师范学院物理与电子电气工程学院，淮安 223300
采用固相烧结法制备一系列Er3+单掺与Er3+/Yb3+共掺0.96Na0.5Bi0.5TiO3-0.04CaTiO3(NBT-CT∶xEr3+/yYb3+,x=0.002~0.015,y=0.010)无铅压电陶瓷。通过X射线衍射仪和荧光光谱仪分别对样品的物相结构和上转换发光特性进行表征和分析。结果表明，样品的主晶相为NBT晶相。在波长为980 nm的近红外光激发下，Er3+单掺与Er3+/Yb3+共掺NBT-CT陶瓷均呈现强的以绿光为主的Er3+特征上转换发光。在NBT-CT∶xEr3+中，当x=0.010时上转换发光性能最佳; Yb3+能够起到敏化作用，明显增强Er3+的上转换发光强度。
无铅压电陶瓷 固相烧结法 上转换发光 lead-free piezoelectric ceramics Na0.5Bi0.5TiO3 Na0.5Bi0.5TiO3 Er3+/Yb3+ Er3+/Yb3+ solid-state sintering method up-conversion luminescence
中国矿业大学机电工程学院, 江苏 徐州 221116
针对煤矿井下近红外煤岩识别中所存在的粉尘问题, 采用无烟煤与抑爆剂9:1混合的混合物模拟煤矿井下粉尘环境, 构建了粉尘环境煤岩光谱识别实验装置。 为了研究粉尘环境对典型煤岩近红外光谱的影响, 从全国各地收集了页岩、 砂岩、 灰岩3类岩石样本及无烟煤、 烟煤、 褐煤3类煤类样本的原位典型煤岩试样23个, 采集无粉尘情况下的23个煤岩样本表面近红外波段1000-2500nm的反射光谱作为实验标准数据库, 分别从实验标准样本库中3类典型煤样本与3类典型岩样本中随机选择1个样本作为实验样本, 分别采集测试样本在600, 1 000, 1 500和3 000 mg·m-3粉尘浓度下的近红外波段的反射光谱数据, 结果显示: 粉尘的加入导致1 000~1 200 nm波段与2 400~2 500 nm波段的光谱图像信噪比降低; 随着粉尘浓度的增加, 粉尘中的无烟煤的不透明物质使得实验样本中的特征吸收谷减弱; 采用光谱角度匹配SAM以及皮尔逊相关系数对试样和标准样本库进行相关性分析, 无烟煤类样本、 烟煤类样本、 砂岩类样本、 灰岩类样本在光谱角度匹配SAM匹配模型下有着较高的匹配度, 匹配度在各个粉尘浓度下均处于0.9以上; 相关系数匹配模型匹配度受粉尘的影响剧烈, 平均相关系数为0.73; 实验标准数据库及实验样本经SG卷积和SNV标准正态预处理后, 预处理后的样本数据库与实验样本光谱角度匹配SAM匹配模型匹配度无明显变化, 相关系数匹配模型匹配度显著提升, 平均相关系数为0.78; 除褐煤2号外, 所有的样本光谱相关系数平均提升0.13, 无烟煤2号样本各个浓度平均相关系数提升76.3%, 而样本12褐煤2号的光谱相关系数经光谱预处理降低。 建立光谱角度匹配SAM以及皮尔逊相关系数煤岩识别模型, 二值化煤岩样本, 煤为“0”岩为“1”, 通过两种识别模型对不同浓度下的6个实验样本进行煤岩识别, 光谱角度匹配SAM的识别准确率P为100%, 识别时间为8 ms, 皮尔逊相关系数的识别准确率P为87.5%, 识别时间为852 ms。
煤岩识别 典型煤岩 近红外光谱 粉尘环境 Coal and rock identification Typical coal rock Near infrared spectroscopy Dust environment 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3430
华南理工大学 材料科学与工程学院 高分子光电材料及器件研究所, 广东 广州 510640
在COVID-19流行期, 为考察新型紫外线消毒技术研究及其应用状况, 对紫外发光二极管和222nm远紫外消毒技术两类新型紫外消毒技术进行了探讨。详细介绍了UV-LED的单波长照射, 脉冲紫外照射和多波长协同照射三种消毒方案的研究进展、应用场所并对其潜力进行了探讨; 重点介绍了222nm远紫外消毒技术, 对其应用和未来发展做出了展望; 讨论了UV-LED现阶段遇到的问题并对紫外消毒市场发展做出了展望, 预计未来紫外消毒市场中将形成汞灯为主, LED为辅, 两者相互补充的格局。
生物光学 紫外线消毒 低压汞灯 紫外发光二极管 远紫外 biological optics ultraviolet disinfection low pressure mercury lamp(LP) ultraviolet light emitting diode(UV-LED) far ultraviolet
1 华南理工大学 材料科学与工程学院, 广东 广州 510640
2 广东金鉴检测科技有限公司, 广东 广州 511300
芯片漏电会对LED灯珠稳定性和寿命造成很大影响,为此本文对LED样品的漏电失效机理进行了研究。在微光显微镜观测下,样品的芯片正电极位置存在漏电异常。利用氩离子精密刻蚀系统对样品进行截面制样,并采用扫描电镜进行观察,分析可能导致漏电的原因。SEM下观测到漏电样品芯片正极出现空洞,且空洞对应的外延层出现较明显的裂缝。分析认为,在焊接时电极产生空洞,在后续高温回流焊、封装和使用过程中压力和应力集中在裂缝处,使GaN外延层受损导致漏电。研究结果为LED芯片漏电检测手段、机理分析提供了良好的参考方案,并为解决芯片裂缝和空洞问题提供了理论参考方向。
发光二极管 失效分析 漏电 静电 light emitting diode failure analysis leakage static
中国矿业大学机电工程学院, 江苏 徐州 221116
近红外波段的反射光谱测量较方便, 不需对试样进行预处理, 同时也适用于在线分析。 为利用近红外光谱实现综放开采自动化放煤技术中的煤岩识别, 从某矿井的综放工作面收集了炭质泥岩、 砂质泥岩、 砂岩、 气煤4种典型的块状煤岩试样, 综合考虑工作面后部刮板输送机的堆煤情况, 在实验室利用光谱仪采集了常见探测距离（1.3, 1.4和1.5 m）与探测角度（10°, 20°, 30°, 40°和90°）下的4种典型煤岩的近红外漫反射光谱。 通过对4种典型煤岩光谱特征分析, 发现探测角度与距离对光谱曲线波形和吸收谷位置无明显影响, 但明显影响光谱曲线的反射率。 炭质泥岩、 砂质泥岩、 砂岩这3种岩样, 均在1 400, 1 900和2 200 nm波段附近出现较明显的吸收谷, 此外, 砂岩与炭质泥岩在2 200 nm波段附近出现双吸收谷, 气煤在近红外波段内的漫反射光谱曲线整体呈水平趋势, 无明显的吸收谷。 在 1.3 m探测距离下, 光谱曲线反射率随着探测角度的增大而增大; 在1.4和1.5 m探测距离下, 光谱曲线反射率随着探测角度的增大而减小。 在10°, 20°和30°探测角度下, 光谱曲线的反射率随着探测距离的增大而增大; 在40°和90°探测角度下, 光谱曲线的反射率随着探测距离的增大而降低。 使用一阶微分（FD）、 Savitzky-Golay卷积平滑（S-G卷积平滑）、 标准正态变量变换（SNV）这三种方法来增强光谱曲线吸收特征以及消除探测条件对煤岩漫反射光谱的影响, 发现S-G卷积平滑在增强光谱吸收特征的前提下, 还有效的消除了探测角度与高度对光谱曲线的影响。 利用余弦相似度与皮尔逊相关系数两种模型分别进行煤岩定性分析, 结果发现, 基于S-G卷积平滑预处理后的余弦相似度模型分类效果最优, 其正确分类率为100%。 最佳预处理方法与定性分析模型的获得可以为在不同探测距离与探测角度下直接利用反射光谱的波形进行快速、 定性地识别煤岩提供参考意义。
煤岩反射光谱 近红外 定性分析 探测距离 探测角度 Reflectance spectrum of coal-rock Near infrared Qualitative analysis Detection distance Detection angle 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2737
