山东科技大学计算机科学与工程学院，山东 青岛 266590
针对低照度彩色图像整体亮度偏低、细节较差的问题，提出一种全变分与Gamma相融合的低照度图像增强算法。首先，采用局部变化偏差和空间自适应全变分模型（TV）将图像分为光照和反射图像，将权值与TV的指数形式相结合以提取纹理细节更好地反射图像；其次，从原始图像的HSV空间提取亮度V，执行改进的加权分布自适应Gamma矫正，获得增强的亮度矫正图像；最后，对以两种不同方式增强的图像进行加权融合，得到最终的增强结果。实验结果表明，该图像增强算法处理后的图像细节清晰，能够有效解决增强结果与原图像的亮度结构相似度较差的问题，减少图像失真和伪影现象。
图像处理 图像增强 Retinex理论 变分模型 自适应Gamma变换 加权融合 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1210022
南京邮电大学集成电路科学与工程学院，江苏 南京 210023
基于无磁性二维光子晶体设计了一种由直线波导及矩形谐振腔构成的类T型非互易性双通道滤波器。矩形谐振腔具有局域多频率电磁波且电磁波传播方向可调的特性，直线波导的结构尺寸决定了其对不同对称性电磁波的承载能力。利用矩形谐振腔和直线波导的特性实现了非互易性双通道滤波功能。实验结果表明：正向传输情况下，滤波器实现了中心波长分别为1534 nm和1574 nm，带宽分别为16 nm和8 nm的滤波传输，对应的插入损耗分别为0.4 dB和0.36 dB，通道间隔离度为33 dB和22 dB；反向输入情况下，电磁波对称模式的不匹配导致无法传输。这表明设计的双通道非互易滤波器滤波效果良好，在未来全光通信集成领域具有潜在的应用价值。
光学器件 光子晶体 非互易性 滤波器 隔离度 插入损耗 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0523003
中国矿业大学 信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221116
该文介绍了一款环形耦合的圆形贴片天线。采用圆形金属贴片作为天线的辐射贴片, 通过在介质板上引入两个谐振环, 产生两个新的工作谐振频段。通过调节圆形贴片和耦合环之间的高度, 进一步拓宽了天线的工作频段。通过3D打印技术对不规则的介质基板进行加工制作, 有效解决了传统加工方法加工难度大及生产周期长的问题。测试结果表明, 该天线在3.8~5.8 GHz工作频段内, 回波损耗小于-10 dB; 在5.1 GHz时, 天线增益达到8.4 dBi; 天线相对带宽为42%, 且具有良好的全向辐射特性。天线的测试结果与仿真结果基本吻合。
圆形贴片天线 耦合环 3D打印技术 全向辐射 circular patch antenna coupling ring 3D printing technology omnidirectional radiation
1 中国矿业大学 信息与控制工程学院，江苏 徐州 221116
2 东南大学 信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室，江苏 南京 211189
该文提出了一种带有梯形槽的双脊喇叭天线，天线在口径面和外侧壁引入梯形槽结构，抑制了喇叭外壁上的电流，从而达到降低喇叭天线旁瓣的目的。天线采用3D打印技术，有效地解决了传统方式加工难及一致性差的问题。仿真和实测表明，该天线设计可有效提高天线增益，在工作频带5~10 GHz内天线增益大于10.32 dBi，回波损耗小于-10 dB；在9.6 GHz时峰值增益可达14.61 dBi。将天线喇叭壁设计成空心结构，天线质量减小了74%。测试结果与仿真结果基本一致。
3D打印技术 梯形凹槽 双脊喇叭天线 增益 旁瓣 3D printing technology trapezoidal groove double ridged horn antenna gain sidelobe
南京邮电大学电子与光学工程学院，微电子学院，江苏 南京 210003
采用二维光子晶体设计了一种可扩展的小型化准密集型八通道波分复用器结构。二维光子晶体是由硅介质柱在空气中按照三角格子周期性排列而成，通过设计直线主波导、下载腔和输出波导结构，利用腔和波导之间的耦合效应实现波长选择。所设计的腔由一个内柱和四个外柱构成，结构简洁，腔模式可通过内外柱的直径进行调控，实现多波长的选择，具有可扩展性。实现准密集型波分复用结构，八个波长分别为：1542.2，1544.2，1546，1548.2，1550，1552，1554.4，1557.6 nm，平均波长间隔为2.2 nm，插入损耗分别为-0.5，-0.25，-0.25，-0.7，-0.25，-0.5，-0.1，-0.1 dB，最大信道串扰为-12 dB。器件尺寸为19.8 μm × 11 μm，面积为217.8 μm2，实现了小型化、高透射和高隔离，为用于光集成奠定了基础。其中设计及分析通过COMSOL软件有限元方法完成。
光学器件 光子晶体 波分复用器 插入损耗 信道串扰 有限元法 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2325001
天津城建大学计算机与信息工程学院, 天津 300384
针对DeepLab网络不能充分利用多尺度特征信息,忽略了高分辨率浅层特征以及直接上采样倍数过大导致的重要像素信息丢失问题,提出了一种基于改进DeepLabv3+网络的图像语义分割方法。首先,充分利用了网络产生的多尺度特征信息,并采用特征金字塔网络有效融合了高分辨率的浅层特征;然后,使用逐层上采样增强图像中像素信息的连续性;最后,将空洞空间金字塔池化模块中的标准卷积替换为深度可分离卷积,提高了网络模型的训练效率。在语义分割标准数据集PASCAL VOC2012验证集上的实验结果表明,本方法的平均交并比可达到79.97%。相比DeepLab网络,可预测出更精细的语义分割结果。
图像处理 改进的DeepLabv3+网络 特征金字塔网络 空洞空间金字塔池化模块 激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1610008
1 中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
水稻是我国主要的粮食作物之一,重金属含量的检测对其安全性及品质具有 重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)有望克服传统方法检测耗时的缺点,实现水稻等作物植株中重金属含量的快速 原位定量检测。利用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对水稻叶片中的重金属镉(Cd)元素进行了分析。 由于不同的特征谱线对结果有不同影响,为获取更准确、稳定的分析结果,采用样品表面多点烧蚀的实验方法,讨论 了Cd I: 228.8 nm、Cd II: 214.4 nm和Cd II: 226.5 nm三条共振线对于定标曲线相关系数(R2)和预测结果的 影响。对比研究发现, 532 nm激光先于1064 nm激光进行激发,且两束脉冲时间间隔为0.5 μs时能够获取最好的 光谱强度;在三条分析谱线中, Cd I: 228.8 nm、Cd II: 214.4 nm和Cd II: 226.5 nm谱线的定标曲线R2值分 别为0.86、0.60和0.93, 原子谱线定量结果高于离子谱线; Cd I: 228.8 nm谱线预测相对误差 低于10%, 检测限是3.03 mg/kg。实验表明通过对LIBS检测条件的优化,可以实现对水稻叶片中的重金属含量的检 测。另外实验中所优化的光谱采集和特征谱线选择方法,也有望应用在不同农产品的重金属成分检测上。
光谱学 激光诱导击穿光谱 重金属Cd 实验方法对比 spectroscopy laser induced breakdown spectroscopy heavy metal Cd comparison of experimental methods
Author Affiliations
Abstract
College of Physics and Electronic Engineering, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China
For Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA) based on distributed Brillouin amplification (DBA), constant Brillouin response achieved by the exponentially variable bandwidth/intensity pump modulation suffers from the much lower pumping efficiency for long-range sensing, which counterbalances the merit of DBA. In this Letter, pump modulation by multiple constant bandwidths was proposed and demonstrated. The ～98.9 km sensing with ～5 m spatial resolution and no use of optical pulse coding (OPC) was achieved by ～8 dBm Brillouin pump, which is lower by ～9 dB in theory by comparison with exponentially increased bandwidth modulation. Compared with traditional DBA-BOTDA, signal-to-noise ratio (SNR) enhancement with >4.6 dB was obtained. The flattened standard deviation (STD) of Brillouin frequency shift (BFS) (less than ～2 MHz) along the whole fiber was demonstrated.
060.4370 Nonlinear optics, fibers Chinese Optics Letters
2019, 17(1): 010603
1 中国科学院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
将基于图像清晰度评价函数的自动聚焦算法应用于共线双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS),基于LabVIEW编写的控制软件对共线DP-LIBS实验系统与CCD相机、三维移动平台进行有效控制,将图像清晰度评价、自动聚焦算法和三维移动平台相结合,实现了样品的自动聚焦功能。实验结果表明:两激光脉冲间隔的最优位置为0.55 μs;原子谱线的稳定性高于离子谱线;采用自动聚焦系统后,光谱强度的相对标准偏差(RSD)从16.7%降低到6.7%,钢样中Cr元素和Mn元素定量分析的相关系数分别从0.851和0.639提高到0.947和0.923。自动聚焦系统能够提高信号的稳定性和测量精度。
光谱学 激光诱导击穿光谱 光谱信号稳定性 自动聚焦 清晰度评价函数
Author Affiliations
Abstract
College of Physics and Electronic Engineering, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China
The impacts of Brillouin pump depletion and nonlinear amplification in coded long-range Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA) based on distributed Brillouin amplification (DBA) were studied. The error of Brillouin frequency shift (BFS) due to Brillouin pump depletion was compared for DBA-BOTDA using non-cyclic and cyclic coding. For non-cyclic coding, significant over- and under-shoots of BFS were found in the range with larger BFS variation, such as hot spot. The impact of Brillouin pump depletion can be reduced considerably by cyclic coding. Furthermore, to compensate the BFS error due to nonlinear amplification, a simple and effective log linearization was proposed and demonstrated.
060.2370 Fiber optics sensors Chinese Optics Letters
2018, 16(9): 090604
