陕西科技大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
表面张力自组装技术的一个重要前提就是利用润湿性分区结构将液滴限制在目标区域。提出一种采用微秒脉冲激光在复合基底表面上制造润湿性分区结构的方法。该方法可通过改变激光加工参数控制复合基底表面超疏水涂层的去除面积占比, 进而调控加工区域的润湿性。建立去除面积占比的数学模型和仿真模型, 研究加工参数对去除面积占比以及润湿性的影响。结果表明, 加工区域的去除面积占比与加工速度和扫描线间距成反比。采用不同的加工参数制备了不同的润湿性分区结构并测量了其接触角。试验结果表明, 随着加工速度从100 mm/s提高到9 000 mm/s, 扫描线间距从20 μm增加到150 μm, 加工区域的去除面积占比减小, 接触角从5°以下逐步增大到127°; 随着基底表面与激光焦平面之间距离的绝对值从0增加至3 mm, 加工区域的接触角从5°以下增大到170°以上。进行了微芯片自组装试验, 结果表明, 利用该方法制备的润湿性分区结构可实现液滴限制和微芯片自组装。研究结果为制造润湿性可控的自组装基底提供了新思路。
激光加工 复合基底 润湿性调控 自组装 laser fabrication composite substrates wettability control self-assembly
华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京 102206
泥料含水量是陶瓷生产中的重要参数，会影响陶瓷的收缩率、抗弯强度等性能。以电厂粉煤灰为主要原材料、糊精为造孔剂、羧甲基纤维素为黏结剂，采用挤出成型法制备了管状多孔陶瓷膜支撑体。通过控制陶瓷泥料用水量和烧结保温时间制备了不同支撑体，并对支撑体进行性能表征，考察了泥料含水量和烧结保温时间对支撑体微观结构、收缩率、孔隙率、孔径以及机械强度等性能的影响。结果表明：在水/固质量比质量为0.19时，1 150 ℃保温烧结2 h获得孔隙率40.5%、抗弯强度23.6 MPa、平均孔径0.41 ?m的支撑体。制备的支撑体应用于脱硫废水微滤处理，固体悬浮物截留率99.98%。为制备低成本粉煤灰陶瓷膜支撑体提供研究基础，有利于膜法水处理的扩大化应用。
粉煤灰 陶瓷膜 含水量 制备 废水 微滤 coal fly ash ceramic membrane water content preparation wastewater microfiltratio
1 西北大学 信息科学与技术学院，陕西西安7027
2 西北大学 西安市影像组学与智能感知重点实验室，陕西西安71017
3 西北大学 网络和数据中心，陕西西安710127
生物发光断层成像（Bioluminescence Tomography， BLT）是一种很有前途的在体分子成像工具，可以在细胞和分子水平上对生理和病理过程进行无创监测。BLT的重建精度受光传输模型误差和逆问题病态性影响，针对此问题，受高阶光传输模型可提高模型精度、多光谱方法可降低逆问题病态性的启发，本文将光谱差分理论和多光谱方法结合构建的光谱差分策略分别应用到基于扩散近似方程（Diffusion approximation Equation， DE）和三阶简化球谐近似方程（3rd Simplified spherical harmonic approximation equation， SP3）建立的光传输模型。首先，对这两种辐射传输方程（Radiative Transfer Equation， RTE）近似产生的误差进行分析，对比了光谱差分策略对两种光传输模型误差的衰减作用。前向仿真实验结果表明光谱差分策略能有效地减少DE和SP3的模型误差，对DE模型采用光谱差分，能够获得接近SP3模型的传输精度，并且降低高阶近似对运算时间和存储空间的高要求。在此基础上，将光谱差分策略分别应用到DE和SP3光传输模型进行光源重建。实验结果表明光谱差分策略在提高两种光传输模型精度的同时，缓解了BLT中逆问题的病态性，使光源重建的位置误差小于1 mm，在目标定位、形状恢复和图像对比度等方面取得了更准确的效果。相比于SP3模型平均耗时约1 525 s，DE模型结合光谱差分策略平均耗时仅为34 s左右，较好地兼顾了重建精度和重建速率。
生物发光断层成像 光谱差分 光传输模型 光源重建 bioluminescence tomography spectral differential optical transmission model source reconstruction 光学 精密工程
2022, 30(18): 2167
战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院，河南 郑州 450001
遥感影像海陆分割在海岸线提取、海岛礁识别、近岸目标检测等方面具有重要的应用价值。然而，复杂多样的背景环境和海陆边界易导致出现海陆边界分割不准确的现象。针对上述问题，提出了一种基于Res2Net的多尺度遥感影像海陆分割网络——MSRNet，该网络利用深层卷积神经网络Res2Net提取影像的多尺度特征图，并利用压缩和注意力模块对不同尺度的特征图进行特征增强，以加强海陆弱边界信息；将增强后不同尺度的特征图上采样至原始影像大小，同时利用深度监督策略对不同尺度的预测结果进行损失增强。选取两组包含不同海岸类型的遥感影像数据集进行实验，结果表明，所提网络能够得到更准确的海陆分割结果和更加清晰完整的海陆边界。
遥感 海陆分割 深度学习 多尺度特征 深度监督策略 光学学报
2022, 42(18): 1828004
Author Affiliations
Abstract
1 Anhui Province Key Laboratory of Aerospace Structural Parts Forming Technology and Equipment, Institute of Industry and Equipment Technology, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
2 Caltech Optical Imaging Laboratory, Andrew and Peggy Cherng Department of Medical Engineering, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA
3 Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale and CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, Department of Precision Machinery and Precision Instrumentation, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
A ring-shaped focus, such as a focused vortex beam, has played an important role in microfabrication and optical tweezers. The shape and diameter of the ring-shaped focus can be easily adjusted by the topological charge of the vortex. However, the flow energy is also related to the topological charge, making the individual control of diameter and flow energy of the vortex beam impossible. Meanwhile, the shape of the focus of the vortex beam remains in the hollow ring. Expanding the shape of focus of structural light broadens the applications of the vortex beam in the field of microfabrication. Here, we proposed a ring-shaped focus with controllable gaps by multiplexing the vortex beam and annular beam. The multiplexed beam has several advantages, such as the diameter and flow energy of the focal point can be individually controlled and are not affected by the zero-order beam, and the gap size and position are controllable.
microfabrication femtosecond laser structural beams microring Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 023801
结合光学被动无热化和机械被动无热化各自优势，提出一种低成本、高质量混合被动无热化方法。针对焦距75 mm，F/1 的无热化镜头研制要求，分别利用光学被动无热化和混合被动无热化设计实现。对比发现，相较于传统的机械被动式无热化，混合无热化可减小补偿结构的体积和复杂性，从而有助于系统的小型化、轻量化；相较于光学被动无热化，在保证成像质量相当的情况下，可减小系统的体积和加工难度。从而证实，利用混合被动无热化技术可实现低成本、高质量的长波无热化镜头设计。
光学设计 长波红外 光学被动无热化 机械被动无热化 混合被动无热化 optical design, long-wave infrared, passive optica
1 兰州石化职业技术学院, 甘肃 兰州 730060
2 航天科工智能机器人有限责任公司, 北京 100070
针对7.62~20.3 cm (3～8 in)的手机液晶模组, 以机器视觉为基础, 图像处理为核心, 并集成视觉定位系统, 实现液晶模组各种类型缺陷的全自动化检测。使用定位视觉软件, 串联定位模块和运动控制模块工作, 精确控制模组连接器位置, 实现模组金手指的自动对接, 对准精度小于0.03 mm。使用面阵CCD采集液晶模组点亮后图像, 视觉检测软件提取ROI区域, 做Gabor滤波、双阈值二值化、图像去噪等预处理。采用二维直方图斜分法定位图形边缘区域进行模糊增强处理, 最后计算出缺陷属性, 缺陷检测次品识别率大于95%。所设计的液晶模组自动光学检测系统能够降低生产成本和退货率, 简化生产线应用, 对液晶模组组装产业开发缺陷检测系统具有一定参考价值。
自动光学检测 表面缺陷 机器视觉 液晶模组 automated optical inspection surface defects machine vision LCD module
设计了一种用于长波非制冷红外和半主动激光复合导引的共口径折反式光学系统。为了减小反射式系统的零件加工和装调难度, 将卡塞格林系统次反射镜简化为平面反射镜, 主反射镜采用金属抛物面, 优化目镜组透镜尺寸, 避免光路内部遮挡, 利用反射式系统一次像面, 配合红外材料选取实现红外通道的光学被动消热差设计; 在平行光路中设置平板分光和激光窄带滤光片, 提高系统分光效率和透过率。设计结果表明: 红外通道特征频率35.7 lp/mm处MTF＞0.2, 激光线性区为2°, 满足系统指标要求。
折反式光学系统 激光/红外双模导引头 光学被动无热化 激光线性区 catadioptric optical system laser/infrared dual-mode seeker optical passive athermalization laser linear region
1 南京航空航天大学自动化学院, 南京 210016
2 南京航空航天大学中小型无人机先进技术工信部重点实验室, 南京 210016
设计了一种基于高阶一致性理论的四旋翼无人机编队飞行控制方法。首先,利用反馈线性化将四旋翼无人机非线性数学模型简化为两个四阶线性子系统和两个二阶线性子系统; 然后,利用代数图论和矩阵分析, 采用位置偏差矩阵描述编队队形, 设计了一种固定拓扑结构下的高阶一致性编队控制算法, 并给出其渐近一致的充分条件;最后,通过Matlab仿真实验证明, 在该算法下四旋翼无人机可以完成编队集结和编队队形变化等行为。
四旋翼无人机 编队控制 高阶一致性 代数图论 固定拓扑 quadrotor UAV formation control high-order consensus algebraic graph theory fixed topology
1 西安工业大学 光电学院，西安 710021
2 西安应用光学研究所，西安 710065
基于双目视觉原理，利用Unity3D游戏引擎开发了一种增强现实环境下的信息物理融合(cyber-physical systems, CPS)虚拟装配系统。通过研究快速定位算法识别特征标记点建立虚拟模型与实物装配单元的配准关系，融合虚拟模型投影图像与实物装配体图像实现虚拟装配仿真，实时输出在视频眼镜结构中显示。经过试验验证，该系统满足CPS实时性、稳定性以及信息世界与物理世界融合的要求。
增强现实 立体显示 追踪定位 虚拟装配 CPS CPS augmented reality stereoscopic display tracking location virtual assembly
