1 河北工业大学, 天津 300400
2 中国科学院国家天文台, 北京 100012
天文学上把亮度随时间变化的恒星称为变星。 它对于研究星系的距离, 恒星的演化以及恒星在不同阶段的性质具有非常重要的意义。 目前对变星的识别主要依靠长时间观测其亮度变化, 并结合对恒星的光谱进行分析才能最终完成认证。 这项工作需要天文学家投入大量时间, 难以开展大规模分类。 针对上述问题本文提出了一种将测光图像与一维光谱进行数据融合用于对变星进行分类的方法——光谱-测光融合网络(ASPF-Net)。 该网络由C1网络和C2网络两部分组成, 其中C1是用于提取光谱特征的一维卷积神经网络, C2是用于提取测光数据特征的二维卷积神经网络; 最后将两者提取到的特征进行融合, 用一个全连接前馈神经网络完成分类。 该研究在对食变星、 脉冲变星和标准星分类问题上进行了实验。 实验数据均来自于斯隆数字巡天项目(SDSS), 该项目包含了测光图像和光谱两种数据。 对于光谱数据本文选取波长在380.0 ～680.0 nm范围内的流量值。 测光图像由: u、 g、 r、 i和z共5个波段数据组成, 对应的中心波长分别为: 355.1、 468.6、 616.6、 748.0和893.2 nm。 相比于传统的利用其中三个波段合成RGB图像, 原始SDSS数据拥有更高的灰度等级。 为了方便网络训练, 对测光数据和光谱数据均做了标准化处理。 分类性能分析方面, 使用了精确率, 召回率, F1值和平均准确率四个指标进行评估。 提出的光谱-测光融合网络(ASPF-Net)在针对食双星、 脉冲变星和标准星的分类任务, 精确率分别为: 91.1%、 92.8%和98.2%。 实验证明, 数据融合之后的分类性能优于单独使用光谱数据或测光数据的分类性能。 说明将光谱数据和测光数据结合起来对变星进行分类是一种有效的方法, 这为今后的变星的分类提供了一种新的思路和方法。
数据融合 光谱分类 多模态融合网络 测光图像 变星分类 Data fusion Spectral classification Feature fusion network Photometry image Variable star classification 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1869
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
3 北京烁科中科信电子装备有限公司北京 101111
4 四川大学 华西医院医学装备创新研究中心成都 610041
5 湖南省肿瘤医院放射物理技术部长沙 410013
6 RaySearch中国上海 200120
为了系统研究FLASH效应的放射生物学机制，需要一个可以进行超高剂量率细胞辐照实验的平台，该实验平台应具有稳定、大小合适且大范围可调的剂量和平均剂量率。基于国产7 MeV医用质子直线注入器，使用蒙特卡罗程序FLUKA设计并优化了一个单散射照射头。该照射头的材料为40 μm厚度的钽箔，它既充当真空窗又充当散射体，源皮距为26 cm。经过模拟验证，该平台可提供直径为2 cm的照射野，剂量均匀度为4.9%。通过调整单质子脉冲的流强（0.1~1 mA）和脉宽（20~200 μs），该实验平台的平均剂量和平均剂量率可以在6~667 Gy和3.3×105~3.3×106 Gy·s-1之间调节。基于此，设计了使用单脉冲穿透模式辐照单层细胞的实验，剂量率为3.3×105 Gy·s-1，剂量在7~40 Gy范围内变化。该实验平台可以探究细胞FLASH效应的总剂量依赖关系，为揭示FLASH效应的机制提供支持。
FLASH 质子治疗 蒙特卡罗 实验平台设计 医用直线注入器 FLASH Proton therapy Monte Carlo Design of experimental platform Medical linear injector
1 中南民族大学计算机科学学院，湖北 武汉 430074
2 中南民族大学激光与智能制造研究院，湖北 武汉 430074
聚四氟乙烯由于具备低介电常数、对0.7~2.5 THz的光传输损耗低等特性，在光子晶体基底材料领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。采用飞秒激光器对聚四氟乙烯薄板进行制备二维光子晶体的工艺研究，其中激光器脉宽为388 fs，重复频率为100 kHz。通过对激光烧蚀试验结果拟合，得到聚四氟乙烯薄板在1040 nm波长下的单脉冲损伤阈值为840 mJ/cm2。此外，分析了不同激光参数对二维光子晶体制备工艺结果的影响，发现激光在多脉冲叩击法路径下获得的单层微孔加工质量最好。进一步研究了激光加工功率、扫描速度和扫描次数对圆柱形周期性结构的影响规律，结果表明，在激光加工功率为9 W、扫描速度为100 mm/s、扫描次数为9时能获得结构均匀的微孔阵列。本试验对采用超快激光加工制备聚四氟乙烯二维光子晶体有一定的参考价值。
光栅 二维光子晶体 飞秒激光加工 聚四氟乙烯薄板 损伤阈值 微孔阵列 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0905001
1 山东科技大学 土木工程与建筑学院，青岛 266590
2 山东房源实业集团有限公司，临沂 276004
3 枣庄市金星爆破有限公司，枣庄 277021
为进一步研究爆破切口高度对小高宽比框架结构倒塌效果的影响规律，利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件，通过建立分离式共节点钢筋混凝土框架结构模型，根据倒塌角理论，依次取倒塌角为20°、25°、30°、35°、35°(松动爆破)、40°。对6种不同爆破切口下结构的倒塌效果进行模拟，将数值模拟结果导入到后处理软件LS-PrePost中进行处理，将1 s作为时间间隔，以结构竖向塌落速度小于200 mm/s为倒塌完成时刻并与工程实际进行对比。研究结果表明：随着爆破切口高度的增加，积累能量也就越多，结构的后坐距离也不断增加，且增速呈上升趋势; 而爆堆高度和爆破切口的高度成反比，且随切口高度的增加逐渐趋于稳定。对爆破拆除小高宽比框架结构的类似工程要尽量避免过大的爆破切口高度，合适的爆破切口高度为上仰夹角在30°~35°。
框架结构 分离式共节点 爆破切口 数值模拟 爆破拆除 frame structure separated joints blasting cut height numerical simulation blasting demolition
1 深圳大学电子与信息工程学院，广东 深圳 518060
2 深圳光峰科技股份有限公司，广东 深圳 518052
高动态范围（HDR）激光显示一方面可以显示接近人眼动态范围的高对比度场景，另一方面可以最大化显示色域，是下一代显示技术的重要发展方向。为了实现高亮度、高效率、低成本的HDR激光显示，提出了一种基于区域调光的HDR激光显示架构，即模块化的激光光源通过光纤阵列的方式拼接出一个阵列照明光场，在图像显示时，每个激光器会根据画面各个区域的亮度来动态控制发光强度，而空间光调制器会根据动态的照明光场和要显示的图像内容进行相应的像素调制。另外，针对激光器波长差异导致的显示色差，提出了一种消除激光色差的区域调光算法，其主要原理是，激光器调制光强输出后，空间光调制器上的每一个像素点均根据该处混合照明光的三基色色坐标计算出对应的调制值，进而实现HDR图像的无色差显示。
仪器、测量与计量 激光显示 高动态范围 区域调光 激光色差 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2312003
中南民族大学激光与智能制造研究院，湖北 武汉 430074
液晶聚合物（LCP）是一种液晶聚合物，作为基板材料在微波/毫米波电路中表现优良，在5G封装中获得了广泛的关注。采用紫外纳秒激光对LCP挠性覆铜板进行去膜加工试验，在200 kHz重复频率下，采用控制变量的方法，研究了不同激光功率、扫描速度和扫描层数对LCP材料去膜深度的影响。为了减小热影响对电子器件和柔性电路板的影响，结合LCP的特性和实际加工结果，进一步分析LCP基板边框处热影响区范围随激光参数的变化规律。试验结果表明，以低热影响加工为目标，当扫描层数为5，扫描速度为600 mm/s，激光平均功率为2.1 W时，均匀性较好，加工深度可达49.84 µm，边框处热影响区较小，可达28.43 µm。该试验结果为LCP基板在柔性电路封装中提供了理论基础。
激光技术 紫外激光加工 液晶聚合物挠性覆铜板 去膜 低热影响 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714007
1 北方夜视技术股份有限公司, 江苏 南京 211106
2 中国科学院国家天文台空间天文与技术重点实验室, 北京 100012
3 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
扇形X射线微孔器件(MPOS)是一种新型的X射线聚焦器件。相较传统微孔聚焦器件,其具有集成度高、轻量化等优势,在空间X射线探测方面具有应用前景。基于MPOS聚焦理论,设计并研制出MPOS聚焦器件,其微孔内壁粗糙度为0.4~0.5 nm,微孔排列精度约为5.5%。使用点对点X射线测试平台对器件的聚焦能力进行检测,结果表明,在工作电压为5.0 kV,电流为0.1 mA条件下,聚焦焦斑形貌为清晰的类六角星形,角分辨率为7.7'@1 keV。
光学学报
2022, 42(11): 1134020
1 北方夜视技术股份有限公司, 江苏 南京 211106
2 北方夜视科技(南京)研究院有限公司, 江苏 南京 211106
3 中国科学院国家天文台, 中国科学院空间天文与技术重点实验室, 北京 100012
4 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
龙虾眼X射线聚焦望远镜是未来X射线空间天文观测的重要设备之一,这种设备将成为在各种太阳风条件下研究地球空间环境的有力工具。针对龙虾眼型X射线微孔光学器件有效面积的设计与仿真工作,研究了结构参数与几何收集面积的关系,并基于菲涅耳公式计算了不同膜层材料和表面粗糙度对X射线反射率的影响。利用X射线束流测试设备并采用单光子采集模式完成了有效面积X射线的性能测试。结果表明,龙虾眼型光学器件的有效面积主要由膜层材料与内壁粗糙度共同决定,同时沉积Ir膜后在能量为1 keV的情况下有效面积能从2.15 cm 2增大至2.47 cm 2。
散射 龙虾眼 X射线 聚焦成像 有效面积
1 西南林业大学大数据与智能工程学院,云南 昆明 650233
2 西南林业大学大数据与智能工程研究院,云南 昆明 650233
3 西南林业大学林业生态大数据国家林业与草原局重点实验室,云南 昆明 650233
云南茶园主要分布于山区, 往往与其他地物混合, 破碎化程度高, 给基于遥感的高精度茶园提取带来困难。 破碎化山地茶园的遥感识别能力有待进一步提高。 以西双版纳北部及普洱市南部山区为研究区, 以高分一号(GF-1)遥感影像为数据源, 基于易康(eCognition9.0)软件, 采用多尺度分割(MRS)方法对影像进行分割, 并通过ED3Modified评估影像的最优分割尺度。 首先构造了包括14个光谱特征、 6个纹理特征和3个空间特征的23维初始特征, 通过计算样本的分离度对分类特征空间进行优化, 确定了16维最优特征空间。 然后应用面向对象的监督分类方法[贝叶斯(Bayes)、 决策树5.0(DT5.0)及随机森林(RF)]对研究区茶园进行提取。 采用实地调查样点和随机点结合的方法对提取结果进行精度验证, 并比较了不同分类方法的茶园提取精度。 面向对象的监督分类[多分类(茶园、 森林、 农田、 不透水层、 水体)]结果的总体精度(OA)和Kappa系数分别为(Bayes: 87.73%, 0.70), (DT: 88.52%, 0.72), (RF: 91.23%, 0.78)。 三种分类方法对茶园提取的生产者精度(PA)和使用者精度(UA)分别为(Bayes: 67.23%, 75.33%), (DT: 68.84%, 83.83%), (RF: 70.54%, 87.13%); 相比于面向对象的RF多分类, 面向对象RF二分类(茶园、 其他地物)OA和Kappa系数分别提高了3.24%和0.07, 茶园提取的PA与UA分别提高了5.99%和5.61%; 相较于仅利用光谱特征的基于像元的RF多分类, 面向对象的RF二分类OA与Kappa系数分别提高了23.32%和0.27, 茶园提取PA与UA分别提高了21.10%和29.03%。 结果表明: 采用面向对象的监督分类方法在对茶园提取方面有应用潜力, 尤其面向对象的RF分类精度更高, 二分类相较于多分类对于茶园提取更为精细和准确。 该方法对于复杂、 破碎山地茶园提取精度较高, 能够满足基于高空间分辨率多光谱影像的茶园精细化识别应用需求。
茶园 面向对象 纹理特征 空间特征 多光谱 监督分类 Tea plantations Object-oriented GF-1 Texture feature Spatial feature Multispectral Supervised classification GF-1 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2565
1 北方夜视技术股份有限公司, 江苏 南京 211106
2 中国科学院国家天文台,中国科学院空间天文与技术重点实验室, 北京100012
3 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京100049
Angel型龙虾眼X射线光学器件是一种新型X射线聚焦成像器件,具有独特的4π立体角聚焦能力和最佳有效面积-重量比,是未来最具有运用前景的X射线成像光学系统之一。依据龙虾眼的结构特性,采用微通道板方孔阵列制作技术成功研制了龙虾眼光学器件。采用Zygo干涉仪、条纹反射面型仪以及X射线束流检测设备对龙虾眼光学器件球面成型精度和聚焦成像特性进行了测试。测试结果表明:微孔光学器件的球面面型精度均方根为0.72 μm,峰谷值为2.27 μm,曲率半径约为752.3 mm。在电压为2 kV,电流为50 μA条件下,横轴和纵轴的焦斑半峰全宽的直径约为0.39 mm和0.42 mm,对应的成像角分辨率分别为3.65 arcmin和3.93 arcmin。
X射线光学 龙虾眼 光学器件 聚焦成像 角分辨率
