1 苏州科技大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215009
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
针对传统水接触角测量过程需要人工干预，导致测量结果精度低、可复现性差等问题，提出一种基于改进Faster RCNN的水接触角测量方法。首先，把Faster RCNN骨干网络VGG16替换为ResNet101，在其残差块末尾处添加注意力机制模型convolutional block attention module（CBAM），增强网络提取特征的能力；其次，融入特征金字塔网络（FPN），充分提取不同尺度下的特征信息，此外，引入Focal损失函数来解决正负类样本不均衡的问题；最后，对定位到的水滴进行边缘检测和角点提取，再利用迭代重加权最小二乘法（IRLS）拟合椭圆轮廓计算水接触角。实验结果表明，改进后的Faster RCNN目标检测算法与原算法相比，平均精度均值提高10.794%，速度提升11 frame/s，水接触角测量结果平均标准偏差为0.109°。
图像处理 水接触角 特征金字塔网络 注意力机制 Faster RCNN 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812002
Author Affiliations
Abstract
1 Jiangsu Key Laboratory of Micro and Nano Heat Fluid Flow Technology and Energy Application, School of Physical Science and Technology, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009, China
2 School of Chemistry and Life Sciences, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009, China
The distribution of metal nanoparticles on the surface of a surface enhancement Raman scattering (SERS)-active substrate plays a prominent part in not only the enhancement of Raman vibration signal, but also the spectrum uniformity. Here, a facile method to fabricate SERS substrates with excellent homogeneity and low cost was proposed, in which a lyotropic liquid crystal soft template was introduced for the coordinated growth of the silver nanoflowers in the process of electrochemistry deposition. Simulation was carried out to illustrate the dominated influence of the distance of electrodes on the deposited nanoparticle number. Two kinds of conductive materials, silver plate and indium tin oxide (ITO) glass, were chosen as the anode, while the cathode was fixed as ITO glass. The simulated conjecture on the effect of electrode flatness on the uniformity of deposited nanoparticles in silver is experimentally proved. More importantly, it was demonstrated that with a relatively smooth and flat ITO glass anode, a SERS substrate featuring higher spectrum uniformity could be achieved. This work is of great significance to the actual applications of the SERS substrate for quantitative detection with high sensitivity.
SERS Raman spectrum surface flatness nanoparticle distribution electrodeposition Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 113001
1 苏州科技大学物理科学与技术学院，江苏省微纳热流技术与能源应用重点实验室，江苏 苏州 215009
2 江南大学理学院，江苏 无锡 214122
3 北京联合大学数理部，北京 100101
4 中国航天科技集团公司上海卫星工程研究所，上海 201109
随机并行梯度下降（SPGD）算法广泛应用于光学系统静态像差校正，其性能指标对校正效果影响较大。由于传统的环围能量（EE）校正精度低、平均半径（MR）稳定性差，提出性能指标组合法，以实现静态像差的高精度、稳定校正。所提方法将EE与MR性能指标相结合进行像差校正，首先以EE作为性能指标对畸变图像进行校正，待能量集中于环围区域后，利用MR性能指标继续进行校正，直至能量分布均匀，校正终止。首先进行了校正仿真，结果显示：相比于EE和MR方法，性能指标组合法对静态像差的校正精度高、稳定性好。搭建实验光路，验证了所提方法的有效性。模拟和实验结果均表明，采用性能指标组合法可以获得高的校正精度且校正稳定。该方法可以应用于光学系统静态像差的校正和消除，实现其接近衍射极限的光学性能。
成像系统 随机并行梯度下降算法 静态像差 性能指标 校正精度 稳定性
江南大学理学院江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
对于暗弱目标探测,现有的方法仍然存在探测误差较大的问题,为了提高夏克-哈特曼波前探测器的质心探测精度,提出了一种改进的距离-幂指数质心探测算法。在不同情况下将所提算法与现有的几种质心算法进行对比,仿真结果表明,在不同信噪比、不同光斑直径、子区域不同像素等因素影响下,所提算法的质心探测误差低于其他算法的误差,且更为稳定。
探测器 信息处理 夏克-哈特曼波前探测器 质心探测算法 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 040401
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Applied Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
This Letter presents an optical design method based on the Seidel aberration theory for dynamic refocus systems. The function of a dynamic refocus system is to increase the amount of return photons when a pulsed laser travels over an extended height range. In this study, the dynamic refocus system is a short focal image system. The aberrations of the dynamic refocus system are calculated individually. Aplanatic lenses are used to eliminate the main spherical aberration. A field lens is used to change the stop position in order to eliminate comas and astigmatism. The effectiveness of the initial design results are confirmed, and the designed dynamic refocus objective with an aperture of F-number 0.98 and a focal length of 14.325 mm is achieved. The total motion of the dynamic refocus mirror is approximately 216 μm at heights that ranged from 8 to 18 km. The optimum result shows that the dynamic refocus system is an ideal optical image system at each conjugating height with 10 km sample thicknesses.
350.1260 Astronomical optics 010.7060 Turbulence 220.4830 Systems design Chinese Optics Letters
2016, 14(4): 042202
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学,北京 100049
在天文观测中,瑞利激光导星自适应光学系统可以补偿大气湍流对成像的影响,并且提高天空覆盖率。能够发射一颗合格的瑞利导星成为该技术的前提。为了实现瑞利激光导星在天文观测中的应用,设计了一套瑞利导星发射系统。首先,根据瑞利激光导星自适应系统的基本要求,介绍了激光器的脉冲能量与重复频率的影响; 接着,根据湍流理论分析了发射系统的最佳发射口径与大气湍流对导星的光斑大小的影响; 然后,根据发射要求利用Zemax软件设计出一套瑞利导星发射系统。该系统最佳的发射口径为260 mm,采样层为10~11 km,导星最佳聚焦高度为9.8 km,理想的导星光斑半径为0.45″,存在大气湍流情况下导星光斑半径小于1″; 最后利用Zemax软件对该系统进行公差分析,分析结果表明该系统相对较容易地实现加工与装调。该发射系统满足激光导星自适应系统的要求,实用性高,设计方法普适。
瑞利导星 自适应光学 发射系统 Rayleigh guide star adaptive optics laser projected system 红外与激光工程
2016, 45(8): 0818002
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
对于自适应光学系统, 液晶波前校正器是一个非常有前景的波前校正器件。传统的向列相液晶波前校正器的主要缺点是偏振依赖和工作波段窄。采用了基于偏振分束器的开环光路设计和优化的能量分割方法来分别解决上述问题。结果显示, 开环光路非常适合于液晶波前校正器, 且新颖的能量分割方法显著提高了液晶自适应光学系统的探测能力。
开环 自适应光学 液晶波前校正器 open loop adaptive optics liquid crystal wavefront corrector 红外与激光工程
2016, 45(4): 0402002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Applied Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100039, China
3 Liquid Crystal Institute, Kent State University, Kent, OH 44242, USA
In order to detect the aberration from a wide field of view (FOV) on the retina with adaptive optics, we present a multiple-object Shack–Hartmann wavefront sensor (MOSHWFS) design. The simulated results indicate that the wavefront from our MOSHWFS can be reconstructed for multiple objects, and the measurement error can be less than λ/7 with an MOSHWFS with an FOV of 6.7°, for maximum eye aberration. The experimental result with two objects indicates that the measurement error can be less than λ/14, with the root mean square of the reference wavefront as 0.798λ and 0.895λ, respectively.
080.1010 Aberrations (global) 330.7321 Vision coupled optical systems 330.4460 Ophthalmic optics and devices Chinese Optics Letters
2015, 13(12): 120801
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,应用光学国家重点实室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室, 吉林 长春 130033
4 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,光栅技术实验室, 吉林 长春 130033
增加激光导星的散射层采样厚度可以提高波前探测器的探测能量,但是存在探测光斑弥散问题.针对该问题,分析并设计了动态聚焦系统.首先分析了采样厚度对波前探测能量的影响,结果显示,波前探测能量随着采样厚度非线性增大,当采样厚度为4 km、激光脉冲能量为10 mJ时,望远镜子孔径接收到的光子数为120,满足探测精度要求.然后分析了光斑弥散对波前探测精度的影响,当采样厚度为4 km 时,波前探测误差约为0.5 λ,探测误差较大.为了实现精确探测,依据分析结果设计了动态聚焦系统,将聚焦反射镜的移动距离由111 mm 缩小到100 μm、移动速度由4200 m/s降低到3.8 m/s,满足应用需求.最后利用Zemax软件进行优化,结果表明,对于4 km采样厚度,光学系统均能实现理想成像.
光学设计 自适应光学 动态聚焦系统 激光导星
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 浙江大学海洋学院, 浙江 杭州 310000
为了提高自适应光学系统中压电倾斜镜(TTM)的控制精度，提出一种基于神经网络建模对TTM的磁滞非线性进行补偿的方法。实验得到TTM磁滞响应数据后，选用反向传播(BP)神经网络对磁滞特性建模，并通过软件编程模拟磁滞响应过程，进而实时计算控制量，实现对TTM的前馈补偿控制。为了满足自适应光学系统中实时控制的要求，根据BP网络内部运算机理得到BP网络运算的函数表达形式，以函数运算代替耗时的网络仿真运算。仿真结果显示这种替代在保证运算精度的前提下，提高了运算速度。实验结果表明，通过补偿，TTM的磁滞非线性减小约70%，提高了TTM的整体线性度和控制精度。
自适应光学 磁滞补偿 压电倾斜镜 神经网络 磁滞非线性 中国激光
2013, 40(11): 1113001
