红外与激光工程
2022, 51(4): 20220194
曲阜师范大学物理工程学院, 山东省激光偏光技术重点实验室, 山东 曲阜 273165
基于理论、 实验和仿真相结合的方式, 着重研究了金属/介质(MD)薄膜中声子热辐射的空间特性和各向异性。 声子是由于晶格振动产生的元激发, 是物质的内在属性。 尽管声子不易调控, 但是声子与其他光学激发的耦合会产生奇异的光学现象。 特别是红外到太赫兹范围内的光子与极性介质中的声子强耦合产生表面声子激元(SPhP)。 SPhP具有强局域、 低损耗等特点, 与等离子体(plasmon polaritons)形成互补, 使得深亚波长光学成为可能。 为了进一步了解声子吸收的内在理论基础, 首先通过黄昆方程和超晶格连续介电模型在理论上分析了声子吸收。 实验上, 主要以SiO2声子作为研究对象, 利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法, 分别在Si/Al(150 nm)薄膜和Si衬底上制备出500 nm厚的SiO2薄膜。 基于傅里叶红外光谱仪(FTIR), 在垂直入射下得到热辐射光谱, 通过热辐射光谱分析, 并结合由时域有限差分算法(finite-difference time-domain, FDTD)计算得出的仿真光谱图, 对比了MD薄膜结构和非MD薄膜结构中声子的热辐射, 发现MD薄膜结构更能够有利于声子和SPhP的激发。 根据Berreman效应, 纵光学波(LO)声子只在倾斜入射时产生。 光谱线没有呈现洛伦兹线型, 因此, 虽然LO声子在垂直入射时测得的热辐射图中不辐射, 但同样影响横光学波(TO)声子辐射谱的线型。 另外, 利用FTIR对金属(Si/Al)/介质(SiO2薄膜)进行热辐射转角测试, 对热辐射转角图分析证明, Si/Al/SiO2薄膜中SiO2声子遵循LST(lyddano-sachs-teller)关系, 纵横声子成对出现, 且两种声子的空间辐射特性不同。 改变偏振, 发现在S偏振和P偏振下, 声子热辐射呈现不同的模式, 体现出声子的空间各向异性。 并且, 声子与光子耦合可以激发SPhP, 反过来, SPhP可以增强声子的吸收。 基于MD结构, 能够激发并调控SPhP和声子辐射行为, 为红外器件的实现奠定了基础。
表面声子激元 热辐射 偏振 Surface phonon polaritons Thermal radiation Polarization SiO2 SiO2 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2404
针对传统闭环检测算法在动态场景下不稳定、易失败的问题, 提出了一种在动态场景下能够准确检测到闭环的算法。首先, 改进基于场景流区分动、静特征点算法, 使得到的动静点划分更为准确;其次, 剔除动态特征点, 进行聚类, 将图像在视觉词典树各个节点的TF-IDF熵作为图像在该视觉单词的得分权重, 从而构造得分向量对场景进行描述;最后, 采用负指数幂函数作为计算两幅图像的相似性得分函数, 计算当前帧与候选关键帧的相似性得分, 经过最后的闭环确认环节, 得到最终的与当前帧发生闭环的关键帧。实际场景的实验表明, 所提算法在动态场景下能够有效检测到闭环。
闭环检测 动态场景 场景流 TF-IDF熵 相似性得分函数 loop closure detection dynamic scene scene flow TF-IDF entropy similarity score function
火箭军工程大学控制科学与工程系, 陕西 西安 710025
为了提升动态场景中视觉里程计的稳健性和精确度,提出一种基于运动物体检测的立体视觉里程计算法。首先,建立考虑相机位姿的场景流计算模型,用于表示物体的运动矢量。其次,提出构造虚拟地图点的方法,一方面结合场景流进行运动物体检测,另一方面使运动物体在图像中占比较大时仍有足够匹配点对用于位姿估计。最后,通过局部地图点及虚拟地图点与当前帧特征点的匹配结果,构建考虑虚拟点的非线性优化模型进行相机位姿估计,既保证静态地图点不与运动物体的特征点形成错误匹配,又避免因有效匹配点对过少而导致视觉里程计失效。数据集实验和实际场景在线实验结果表明,本文算法提升了视觉里程计在动态场景中的稳健性和精确度。
机器视觉 立体视觉里程计 动态场景 运动物体检测 场景流 虚拟地图点 光学学报
2017, 37(11): 1115001
1 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室, 上海 200072
2 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200072
提出了基于灰度图像直方图均衡与梯度法相结合的技术，应用于相干光时域反射计(COTDR)光纤传感信号处理，以COTDR 同一光脉冲所探测得到的信号为行向量，以一组光脉冲探测得到的同一空间位置的信号为列向量，构建了相干传感信号的二维灰度图像，通过计算灰度图像的梯度，并结合图像直方图均衡处理，降低了由环境干扰所引入的噪声信号，提高了系统对振动信号的分辨力。采用该技术，基于传感光纤长度为2.5 km 的COTDR 系统，有效地识别了压电陶瓷所施加的振动信号。
光纤光学 光纤传感 相干光时域反射计 直方图均衡 梯度法
1 南京师范大学电气与自动化工程学院, 江苏 南京 210042
2 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200072
针对荫罩式等离子体显示器屏板定位的特点，研究了基于计算机视觉的图像定位和基于衍射光栅的叠栅定位两种方法，利用这两种定位方法，建立了精密定位的复合控制系统，其中图像定位作为粗定位，光栅定位作为精定位。通过粗定位与精定位相结合的两段式复合定位，可保证在较大的工作行程范围内，实现显示器屏板的高速高精度定位，有效解决了定位精度、定位速度与信号捕捉范围三者之间的矛盾。系统采用的快速图像边缘检测技术、特征图形标识识别技术、精密光栅检测技术和精密驱动控制技术，确保了较高的定位精度及工作可靠性。实验结果表明，采用复合式精密定位可在50 mm的工作行程内获得±0.15 μm的屏板定位精度。
测量 精密定位 定位精度 复合控制 计算机视觉 衍射光栅 中国激光
2012, 39(s1): s108013
南京林业大学 信息科学技术学院，江苏 南京 210037
车辆检测技术是现代智能运输系统的重要组成部分，现有的相关视频检测算法能够检测目标且对环境具有一定的适应性，但其在算法实时性、识别率等方面仍有待提高。提出了一种基于Fisher准则函数法的自适应阈值背景减法和对称差法相结合的运动车辆检测算法，该方法采用surendra算法提取背景，通过背景减法提取出目标前景，再将其与对称差法相结合得到准确的运动目标区域并实时地完成背景更新。实验表明该方法快速、准确，具有一定的实用价值。
车辆检测技术 背景减法 对称差法 背景更新 vehicle detection technology background subtraction symmetrical differencing background updating
1 南京师范大学电气与自动化工程学院， 江苏 南京 210042
2 东南大学自动化学院， 江苏 南京 210096
3 上海海事大学物流工程学院， 上海 200135
应用光学理论分析了一种纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统，建立了衍射叠栅信号与对应位移的数学模型，并通过计算机仿真对叠栅信号的位移特性进行了研究。为提高位移检测信号的灵敏度及定位精度，提出了差动式和修正式两种定位方法，差动式定位由于能消除同相噪声干扰及激光管本身光强的波动，因此定位精度高于修正式定位，但修正式定位结构比较简单。利用研究的两种定位方法，建立了精密定位的复合控制系统，通过粗定位和精定位相结合的两段式复合定位，可保证在较大的信号捕捉范围内，实现高速高精度定位，有效地解决了定位精度、定位速度与信号捕捉范围三者之间的矛盾。实验结果表明，复合式精密定位可在1 mm的信号捕捉范围获得±10 nm的定位精度。
测量 纳米分辨率 叠栅信号 超精密测量 超精密定位 光学学报
2011, 31(s1): s100513
1 曲阜师范大学物理工程学院, 山东 曲阜 273165
2 曲阜师范大学职业与成人教育学院, 山东 曲阜 273165
用电化学法制备了高度有序的多孔阳极氧化铝模板,选用CoSO4溶液为电解液,用交流电化学沉积法在多孔阳极氧化铝的柱形微孔内制备含钴纳米线有序阵列。分别用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪对多孔阳极氧化铝模板和纳米线阵列的微观形貌和结构进行分析，结果显示阳极氧化铝膜内确有钴生成，且钴纳米线中的晶粒在生长过程中有(100)晶面的择优取向。搭建了磁致偏振特性测试系统，对样品在大范围磁场下的退偏现象进行了测试。 结果表明，含钴阳极氧化铝膜具有磁致偏光效应，达到磁饱和或接近磁饱和时，样品的的偏振性能最优，随着磁场的增强，出现了磁致退偏效应，并根据实验结果分析了磁致退偏效应的产生机理。
薄膜 多孔阳极氧化铝 纳米线阵列 磁致偏光 退偏度
1 安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室，安徽 合肥 230039
2 解放军电子工程学院，安徽 合肥 230037
提出了一种基于贝叶斯双变量模型（Bayesian Bivariate Model）和Contourlet 变换相结合的红外图像去噪算法。首先对含有加性高斯白噪声污染的红外图像进行Contourlet 变换，得到各尺度各方向上的Contourlet 系数；然后用贝叶斯双变量模型去挖掘图像Contourlet 系数的尺度间相关性；最后对处理后的系数进行Contourlet 反变换重构，得到去噪后的图像。实验结果表明，该方法有效地捕获了红外图像的轮廓信息，提高了图像的峰值信噪比，改善了图像的视觉效果。
贝叶斯双变量模型 Contourlet 变换 红外图像 去噪 Bayesian Bivariate model Contourlet transform infrared image denoising
