天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室， 天津市光纤传感工程中心，天津 300072
提出一种基于光频域反射（OFDR）差分相位解调的拉锥光纤分布式折射率传感方法。首先，理论分析了差分相位解调方法的原理并仿真计算了相位随外界折射率变化的灵敏度特性。实验中利用平均去噪与小波平滑实现了340 μm传感空间分辨率的分布式折射率传感解调，其中有效传感区域的长度为45 mm，相位与外界折射率变化的线性拟合度为0.997，各折射率下的最大标准差为0.0067 rad，灵敏度为1328.6 rad/RIU，接近仿真结果1483.7 rad/RIU。与互相关解调方法相比，差分相位解调方法的线性拟合度与标准差均较优，且传感空间分辨率提升了10倍。这种基于差分相位的解调方式为实现微米级分布式生物传感提供了思路。
光纤光学 分布式光纤传感 折射率传感 光频域反射技术 差分相位解调 拉锥光纤
1 中北大学机电工程学院，山西 太原 030051
2 散射辐射全国重点实验室，上海 201109
3 中北大学信息与通信工程学院，山西 太原 030051
多模式探测成为目标探测识别领域重点发展的技术手段之一，其中视距模型的优选成为指导探测器件设计的重要依据。本文以飞翼布局的低特征飞行器为研究对象，采用计算流体动力学（CFD）方法结合辐射平衡壁面模型预测本体温度，结合MODTRAN大气红外衰减数据库，采用视在光线（LOS）法计算考虑壁面遮挡效应的辐射传输，建立基于噪声等效辐照度（NEFD）、最小可探测温差（MDTD）和最小可分辨温差（MRTD）的地基探测视距模型，计算探测系统对低特征飞行器的最大探测距离和最大探测天顶角。结果表明：低特征飞行器在典型飞行工况下的光谱辐射强度在长波波段（8~12 μm）较中波波段（3~5 μm）辐射积分强度高出2个数量级；NEFD视距模型在长波波段的探测距离高出中波波段近1个数量级，MDTD和MRTD视距模型在中长波波段探测距离基本一致；三种视距模型在长波波段对应的探测能力依次为NEFD>MDTD>MRTD；在中波条件下MDTD视距模型的探测距离最大，对飞行器底部的探测距离约为57 km；MRTD视距模型在观察等级为辨认时无法辨别飞行器具体类型。该研究可为低特征飞行器的探测识别以及探测器的设计提供理论支撑。
视距模型 地基探测 红外辐射 低特征 探测距离
天津大学精密仪器与光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室，天津市光纤传感工程中心，天津 300072
现有光纤生化传感器只获取单点生化物质含量，难以得到其空间分布信息，而沿光纤轴向连续分布成百上千只传感器的分布式生化传感方式可实现这一目标。从准分布式光纤生化传感入手，全面综述了分布式光纤生化传感在气体传感、折射率传感以及生物化学传感方面应用的最新进展。最后对分布式光纤生化传感器的发展前景与当前挑战进行了展望。分布式光纤生化传感研究有望引领当前单点分立式光纤生化传感研究向多点连续分布式方向发展，有望成为化学、生物、医学等领域强有力的新工具。
传感器 分布式光纤传感 准分布式光纤传感 气体传感 折射率传感 生化传感
1 太原理工大学物理与光电工程学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，山西 太原 030024
光学三维成像在医学诊断、空间遥感、人工智能等领域具有广泛且重要的应用。然而，在散射环境中，入射光的波前相位会发生严重畸变，导致传统光学三维成像性能劣化，甚至失效。目前，研究透过散射介质成像大多使用的是昂贵的科研相机。为了降低成本，本团队提出了一种采用普通工业相机进行数据采集的透过散射介质的三维成像方法。针对普通工业相机采集的低信噪比图像，本文对代表成像系统点扩散函数的点光源散斑进行多次累加平均，获得了可与科研相机相媲美的高信噪比点扩散函数；然后，将该点扩散函数与单次曝光获得的结构光散斑进行反卷积运算，得到受物体面形调制的变形条纹；最后，基于傅里叶变换轮廓术恢复物体的三维信息。实验结果表明，该方法可以获得与科研相机相媲美的成像效果，为透过散射介质的三维成像提供了一种可行的低成本方案。
成像系统 三维成像 散射成像 结构光照明 累加平均 光学学报
2022, 42(14): 1411002
1 西安科技大学测绘科学与技术学院, 陕西 西安 710054
2 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100094
3 上海海事大学文理学院, 上海 201306
日光诱导叶绿素荧光(SIF)能够敏感反映作物病害胁迫信息, 然而冠层几何结构等因素严重影响了SIF对植被光合功能变化及其受胁迫状况的捕捉能力。 为此, 将能够敏感反映作物群体生物量的归一化差值植被指数(NDVI)和MERIS陆地叶绿素指数(MTCI)与SIFP相融合(SIFP-NDVI, SIFP-MTCI, SIFP-NDVI*MTCI), 对比分析融合前后SIF对小麦条锈病的遥感监测精度。 结果表明: (1)融合反射率光谱指数的SIFP-NDVI, SIFP-MTCI和SIFP-NDVI*MTCI较融合前的SIFP与病情指数(DI)相关性均有不同程度的提高, 其中O2-B波段提高最为明显, 分别提高了23.48%, 33.61%和36.49%, O2-A波段提高量最小, 分别提高了2.39%, 2.14%和1.51%; (2)以SIFP-NDVI和SIFP-MTCI为自变量, 基于随机森林回归(RFR)算法构建的小麦条锈病遥感监测模型预测DI值和实测DI值间的R2较SIFP分别平均提高了1.15%和4.02%, RMSE分别平均降低了2.7%和14.41%; (3)综合利用NDVI和MTCI处理后的SIFP-NDVI*MTCI为自变量构建的小麦条锈病遥感监测模型精度最优, 其预测DI值和实测DI值间的R2较SIFP平均提高了5.74%, RMSE平均降低了22.52%。 研究结果对提高小麦条锈病遥感监测精度具有重要意义, 同时亦对其他作物的病害监测具有一定的参考价值。
小麦条锈病 日光诱导叶绿素荧光 融合 反射率光谱指数 随机森林回归 Wheat stripe rust Solar-induced chlorophyll fluorescence Integration Reflectance spectral index Random forest regression
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
基于三维卷积神经网络(3DCNN)结构的深度学习立体匹配方法是目前实现高精度视差结果的重要手段,其核心是以高计算成本来换取匹配的精确性。为了实现低计算成本的立体匹配方法,提出一种基于门控循环单元网络的立体匹配方法。所提方法采用门控循环单元结构来代替三维卷积实现代价聚合,基于循环结构特性来减少网络所需的计算资源。同时,为了保证门控循环单元方法在弱纹理与遮挡区域的视差估计精度,通过“编码-解码”结构来增强网络在三维匹配代价空间中的感受野,以残差连接的方式对多尺度下的匹配代价进行有效融合。在实验验证过程中,利用KITTI2015和Scene Flow数据集进行方法性能验证。实验结果证明,所提匹配方法的精度与三维卷积立体匹配方法接近,但是显存消耗降低45%,运行时间减少18%,极大降低了立体视觉匹配的计算成本。
激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1415001
1 陆军装甲兵学院信息通信系, 北京 100072
2 中国人民解放军75773部队, 广东 珠海 519000
为了提高由有效视角图像切片嵌合(EPISM)方法获得的全息体视图再现像的质量,分析传统EPISM方法生成合成视差图像过程中的拼接错误,提出多参考面的EPISM方法。理论分析表明三维物体与算法参考面或者光轴重合部分的合成视差图像不存在误差,距离算法参考面或者光轴越远,合成视差图像的误差越大。减小采样相机的间隔可以在一定程度上减小误差。为了进一步改善EPISM方法,将传统EPISM方法的单个算法参考面拓展成多个,对生成的多组合成视差图像进行重新组合,最终得到更小误差的合成视差图像。仿真和光学实验结果表明,使用多参考面的EPISM方法可以有效提高全息体视图的成像质量。
全息 全息体视图 三维成像 全息打印 立体显示
1 中国人民解放军陆军装甲兵学院信息通信系, 北京 100072
2 中国人民解放军陆军研究院建设与发展研究所, 北京 100012
全息体视图技术是全息显示技术的研究热点,简要介绍了一种有效视角图像切片嵌合(EPISM)的单步全息体视图打印方法,通过单步打印可以获得凸出于全息干板的再现像,实现传统两步法的打印效果。为了实现白光再现,提高EPISM方法的实用性,分析了参考光光强对再现像亮度的影响,以及场景深度对再现像质量的影响。给出了白光再现的条件,并实现了EPISM方法全息体视图的白光再现。
全息 全息体视图 白光再现 光强比 激光与光电子学进展
2020, 57(12): 120901
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所, 上海 201800
为实现弱信号对比度的高动态范围测量,基于二阶自相关理论,提出了一种实现纳焦级弱信号对比度高动态范围测量的方法。理论分析了能量(功率)、相位匹配和测量噪声对测量动态范围的影响,发现通过对测量噪声能量的光子计数进行探测、精确设置相位匹配过程中的非共线角,并采用聚焦和滤波方式对测量噪声进行抑制,可有效提升测量的动态范围。在此基础上,建立了一台弱信号高动态范围测量系统,利用神光II高能拍瓦激光种子源,实现了纳焦级弱信号1.0×10 11的高测量动态范围,这一数值与理论分析结果相符;同时,实现了种子源4.3×10 8对比度的准确甄别。研究结果对国内高能拍瓦激光系统对比度的提升具有重要意义。
非线性光学 高动态范围测量 二阶自相关 弱信号 高能拍瓦激光系统
