针对在线更新式跟踪方法易受嘈杂样本干扰进而产生漂移现象的问题,在跟踪流程中加入丢失检测步骤,并结合多任务学习训练方式,提出一种适合长期跟踪的方法。该方法在跟踪过程中长期收集目标外观来构建动态样本库,根据样本相似度检测目标的丢失,并使用动态阈值适应不同目标,来减少跟踪器对嘈杂样本的学习。为使跟踪器建立完整的目标外观模型,本文联合训练短期记忆子任务和长期记忆子任务。在丢失目标后的重检测过程中,根据区域轮廓特征和目标尺度信息进行区域提议,以提高目标重检测的质量。该方法在目标跟踪数据集OTB-2015和VOT-2016上进行了评估,其精确度为90.8%,成功率为68.1%。实验结果表明,在遮挡等复杂场景下该方法可以有效地跟踪目标。

贵金属纳米材料在入射光激发下能够产生表面等离激元, 即金属表面自由电子产生集体振荡。 当其振荡频率与入射光频率相同时, 发生表面等离激元共振, 形成一种特殊的电磁场模式和光谱特性。 利用该电磁场模式和光谱特性, 能够调节金属纳米材料的光谱学行为, 例如通过改变金属纳米结构的大小、 形状以及周围介质介电常数等参数, 在微纳尺度上实现光谱学信号的有效调控。 目前, 除了具有一定对称性的贵金属纳米材料被大量研究和应用外, 非对称纳米结构的表面等离激元光谱特性也受到广泛关注。 研究表明, 在可见-近红外波段光谱范围内设计表面等离激元光电传感器件的关键问题在于, 如何有效地调节其消光谱的共振波长、 半峰宽以及峰值强度等主要特征参数。 提出一种基于银纳米双环组成的非对称结构, 利用时域有限差分方法, 在可见-近红外波段内, 通过分别改变银纳米双环的尺寸、 间距及入射光偏振方向等参数, 计算了该纳米结构在不同条件下的消光谱。 结果表明, 在0.4～3 μm的消光谱内, 入射光能够激发产生两个独立的表面等离激元共振峰。 通过研究峰值波长处的电场分布图发现, 上述共振峰分别对应两种不同的电磁场模式。 结果还表明, 消光谱内两个独立的共振峰可以通过改变该双环结构的不同参数, 被分别地进行调节。 其中, 可以通过改变该双环结构的半径来有效调节短波长峰的共振波长和半峰宽, 同时保持长波长峰的共振波长和半峰宽基本不变。 此外, 通过改变两环间距或入射光偏振方向, 可以分别以不同趋势来调节两个共振峰的峰值强度。 在提出的非对称银纳米双环的消光谱中, 获得了能够被分别调节的两个表面等离激元共振峰, 研究结果能够为可见-近红外波段内基于银纳米材料光电传感器件的开发设计提供理论基础。

设计了一种用于无线光传输的激光投影系统并提出了一种基于深度学习的改进型YOLOv3(you only look once,v3)网络用于检测小鼠图像的位置。该网络使用分组卷积对网络参数进行压缩以提高目标检测速度,使用通道混洗方法以增强网络的信息流通能力。利用交叉熵损失函数中的两个超参数来调整正、负样本的比例以降低易分类样本在损失函数中的权值,提高了目标检测精度。在PASCAL VOC2007和自制小鼠图像数据集上分别进行实验,结果表明提出的基于改进型YOLOv3网络的检测算法检测精度达90.3%,检测速度和检测精度都优于传统型网络结构。应用该算法的激光投影系统可以实时检测运动小鼠目标并进行无线光传输等光遗传实验。

表面等离激元是金属表面自由电子在入射光激发下产生的电子集体振荡行为及其相应的电磁场分布。 目前, 金微纳颗粒表面等离激元除了在可见光波段内被大量研究和应用外, 在中红外波段内也显示出独特的光谱特性, 具备设计生产优良传感器的潜力, 因而同样备受瞩目。 研究表明, 在中红外波段内设计表面等离激元传感器的关键问题在于如何有效地调节共振谱的共振波长、 峰值吸收率以及半峰宽等主要特征参数。 相比于单个微纳颗粒而言, 阵列结构由于拥有良好的周期性, 从而能够在上述参数的宽光谱调节方面具有独特的优势。 基于此, 提出一种基于金微纳颗粒组成的阵列结构, 利用时域有限差分方法, 在4～18 μm波段范围内, 通过分别改变该阵列的结构参数, 包括颗粒半径、 高度、 间距及颗粒形状等, 系统地研究了该微纳阵列结构在中红外波段对入射光的反射光谱、 透射光谱和吸收光谱等特性的影响。 研究发现, 在8～10 μm光谱内, 入射光能够与其所激发的金微纳阵列表面等离激元产生共振效应, 表现出明显的共振峰特性。 可以通过分别改变上述结构参数来有效调节吸收率谱线共振峰的共振波长、 峰值吸收率和半峰宽等主要特征参数。 研究结果对中红外光谱内基于金微纳阵列结构传感器的科学研究和实际设计具有独特的理论应用价值。

有效提高薄膜硅太阳能电池光转换效率是清洁能源利用领域的一个重要问题。设计了一种以三角形一维衍射光栅为基础的薄膜硅太阳能电池的背部反射器结构,用以有效提高硅太阳能电池的光转换效率。利用时域有限差分(FDTD)法,从光栅结构形状、倾斜角度、光栅周期以及光栅间隔等4个方面分别研究了薄膜硅太阳能电池下表面的光反射率。结果表明,由等腰直角三角形组成的一维光栅结构的背反射能力最强,合理增大光栅周期也将有助于提高硅太阳能电池的背面光反射率。此外,研究还发现,对于间隔型一维衍射光栅结构,平面波入射光会在和光栅周期对应的波长处发生共振现象。利用该特性,一维衍射光栅结构还可作为一种波长选择器。