通过对探测器杜瓦组件的悬臂梁结构进行理论分析，提出了杜瓦组件力学薄弱结构的优化设计方法，并利用Ansys软件对优化前后的杜瓦组件结构进行了模拟分析。结果表明，杜瓦组件的模态一阶基频大幅提高，比平行支撑结构的组件增加了130%，比常规无支撑结构的组件增加了317%。通过试验验证后发现，杜瓦组件的抗振动性能也得到了大幅提高，可以抗住15g的耐久随机振动、176g的短时大量级随机振动以及2000g的机械冲击。
红外探测器 杜瓦 振动 机械冲击 infrared detector dewar vibration mechanical impact
天津工业大学 天津市电气装备智能控制重点实验室，天津 300387
为了实现有特征物体和无特征物体更精准的三维重建，本文研究了多视角传感器下三维点云的自动拼接算法。首先由不同视角的传感器双目标定后进行轴线数据的标定，接着在三维空间内对多条轴线数据进行分析并提出了一种基于多视角传感器轴线融合的点云拼接方法，从而计算出误差最小的最优轴线数据，最后以拟合出的轴线数据为轴心在世界坐标系内进行三维点云的拼接。实验结果表明，在1.3~1.9 m的测量范围内，本文所提出的拼接方法对直径为144.954 2 mm的标准球进行三维重建的误差在0.037 mm以内，重建无特征点物体和有特征点物体都能有较好的拼接效果且拼接时间不受点云总量大小的限制。该拼接方法基本满足三维重建的稳定性好、效率快、精度高等要求。
三维重建 点云拼接 轴线 three-dimensional reconstruction point cloud splicing axis
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
现有的立体匹配算法在弱纹理、阴影等病态区域的匹配效果较差，为了充分利用场景上下文信息来提高视差匹配精度，提出一种有效的多重注意力立体匹配算法（MAnet）。特征提取阶段，通过多种注意力机制，即位置通道注意力和多头十字交叉注意力（MCA），调整特征通道并有选择性地聚合任意范围内的上下文信息，为匹配代价计算提供更有辨识性的特征。将MCA扩展到3D卷积中，扩大网络感受野，使聚合的匹配代价更准确。对于网络的损失函数，通过加权超过误差阈值部分的损失来提高网络对困难区域的学习能力。在KITTI数据集中对算法进行实验验证，MAnet对KITTI2015测试集的误差仅为2.06%，实验结果表明，与基准算法相比，MAnet提高了视差精度，有助于改善病态区域的匹配效果。
机器视觉 立体匹配 卷积神经网络 双目视觉 注意力机制 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1633001
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
左右图像非对称离焦模糊会导致双目立体视觉系统的立体匹配失败。为训练能够应对图像模糊的神经网络，基于归一化模糊度（NBL）的分层景深叠加算法，以FlyingThings-Stereo立体像对数据集为例，添加随景物深度变化的模糊，构建非对称离焦立体视觉数据集。新建的数据集提供非对称离焦的立体像对，可用于训练去模糊网络或立体匹配网络。在训练去模糊网络时，分别向网络的输入和输出端提供模糊和清晰的立体像对；在训练立体匹配网络时，向网络的输入和输出端提供模糊的立体像对和视差真值。利用虚拟合成和实景拍摄数据对训练后的网络进行验证，结果表明本数据集可以有效训练去模糊和立体匹配神经网络，使其具备应对离焦模糊的能力，实现图像去模糊和基于模糊图像的立体匹配。
光学学报
2022, 42(14): 1415001
擦除、 密写、 掩盖等隐性字迹的快速、 无损显现与检验是法庭科学文件检验领域的研究难点。 当前多采用切换多波段光源与滤光片的方法对隐性字迹进行显现, 但对隐性字迹显现的光谱学机理分析较少, 因此隐性字迹的显现效率与检验成功率均不高。 为提高擦除、 密写、 掩盖三类隐性字迹的显现效率与检验精度, 通过测量字迹的激发与荧光光谱、 反射与透过光谱、 微观形貌, 对其显现机理与快速显现方法进行深入研究。 并且基于液晶可调谐滤光器(LCTF)的高光谱成像技术与支持向量机(SVM)分类算法, 提出一种对隐性字迹同时显现与分类的快速检验方法。 晨光与百乐可擦笔字、 荧光密写笔、 柠檬汁均可在365 nm长波紫外光激发下发出较强荧光, 其中可擦笔和柠檬汁的荧光波长为716 nm左右, 荧光密写笔荧光波长为447 nm。 此外, 采用254或365 nm波长对柠檬汁隐性字迹进行紫外反射成像也可有效显现柠檬汁字迹。 掩盖字迹的研究中发现, 在700~2 500 nm红外波段, 走珠笔、 记号笔、 可擦笔字迹透过率在60%以上, 而中性笔字迹透过率在20%以下。 因此, 采用近红外波段850 nm成像有效显现了百乐走珠笔所覆盖的晨光中性笔字迹。 同时, 采用LCTF高光谱相机对三类隐性字迹在400~720 nm范围进行步长为5 nm的高光谱成像, 并通过SVM分类算法对图像中不同笔迹成分进行同时显现和分类, 分类总精度达99.284 4%, Kappa系数达0.959 1。 以365 nm波长光源作为激发光进行光致发光成像可有效显现擦除与密写字迹。 由于不同墨迹在近红外波段反射率差异较大, 近红外成像可以有效显现掩盖字迹。 基于LCTF高光谱成像的SVM分类技术可实现不同类别隐性字迹的同时显现与分类, 并且有较高的显现效率与分类精度。
高光谱成像 文件检验 激发光谱 荧光光谱 Hyperspectral imaging Document inspection Excitation spectrum Fluorescence spectrum SVM SVM 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3524
经过多年的研发工作，制冷型碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, MCT)中波红外探测器已经实现了批量化生产能力，其阵列规格也从最初的320×256发展到现在的1280×1024(百万像元级)。目前，随着武汉高德红外股份有限公司(以下简称“高德红外公司”)探测器产品水平的不断提高，基于红外探测器的热成像系统被广泛应用于机载、舰载、陆战以及手持观测等军用装备。以640×512/15 m碲镉汞中波红外探测器为例，介绍了高德红外公司探测器产品的工程化应用情况，并分析了探测器研制过程中需要解决的问题，最后指出了未来探测器发展及应用的方向。
红外探测器 碲镉汞 工程化问题 infrared detector HgCdTe engineering problem
1 长春理工大学 光电工程学院 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春130022
2 中车长春轨道客车股份有限公司 工程技术部, 吉林 长春 130062
为提高轨道客车装配时车体零部件的定位准确度, 解决现存人工划线、制作模板等传统工艺引起的定位精度差、工作效率低等问题, 基于激光扫描投影技术建立了全新的精准辅助装配系统。通过研究系统的数学模型, 分析了其在不同投影角度上的投影误差, 并依据上述分析得出了站位布置模型。将系统应用于实际装配中, 实现了定位准确、工作效率高的特点。实际应用效果表明, 定位精度可优于0.5mm, 有效克服了现存定位装配工艺中需制造大量专用模板工装, 工装定位位置不准确, 人工描线定位精度极差等缺点。
应用光学 激光扫描投影 轨道客车 数学模型 误差分析 applied optics laser scanning projection rail cars mathematical model the error analysis
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
开展了单结GaAs太阳电池808 nm、10.6 μm连续激光辐照实验研究, 结果显示, 相同激光耦合强度下两种激光对电池的损伤模式相似, 且随着激光耦合强度逐渐提高, 电池最大输出功率呈现“阶梯”状下降。通过对比辐照过程中温升速率、温度峰值以及高温持续时间对损伤结果的影响, 结合能谱仪和扫描电子显微镜的测量结果以及方差分析结果对损伤机理进行了分析和验证。认为高温导致GaAs分解、电极氧化是单结GaAs太阳电池性能退化的主因。
激光辐照效应 单结GaAs太阳电池 连续激光 热损伤 性能退化 laser irradiation effect single junction GaAs solar cell continuous wave laser thermal damage performance degradation 红外与激光工程
2018, 47(5): 0506001
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
为有效提高三光带激光三维人脸扫描仪的性能，提出一种基于辅助窗平面的优化方法。通过在测量区域的前沿安装窗平面，不但可有效定位扫描系统的测量区域，保证获得完整的待测人脸三维点云模型，最主要的是借助窗平面左右竖直边框散射的辅助光带可实现对三条测量光带的快速、可靠分组，有效解决了原扫描系统要求的在首帧图像中必须同时包含三条测量光带的问题。实验结果表明所提方法算法简单、鲁棒性强，使得扫描测量过程更加易于操控。
数字图像处理 三维扫描仪 三光带 窗平面 光带分组 digital image processing 3D scanner three light stripes window plane light stripe indexing
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100000
3 中国科学院沈阳自动化研究所, 沈阳 110000
4 中国刑事警察学院, 沈阳 110000
为了使光谱仪在分辨率基本不变的同时增宽工作光谱范围, 利用非成像原理设计了自由曲面透镜, 将光源发出的宽工作谱段的光束准直为两束波长不同、方向不同的平行光, 实现探测器上光谱的折叠分布.首先, 根据两束入射光线经自由曲面折射前、后的矢量关系, 建立自由曲面上点坐标的一阶偏微分方程组；然后, 采用Runge-Kutta法对偏微分方程组进行数值差分求解, 得到自由曲面离散采样点, 进而构建得到自由曲面透镜, 将自有曲面透镜导入ZEMAX软件中对光源的双光束准直进行模拟, 在Tracepro软件中进行光线追迹分析其照度分布；最后, 将自由曲面透镜应用于近红外光谱仪中, 将波段为800~2 400 nm的光源准直为两束波长分别为800~1 600 nm和1600~2 400 nm的方向不同的平行光束, 经单个光栅色散后由成像透镜组成像在探测器表面, 形成两组相互平行且首尾相连的折叠光谱, 光谱仪的分辨率优于10 nm.结果表明, 采用该自由曲面透镜可以同时实现光谱仪的高分辨率和宽工作光谱范围, 且使光谱仪的结构更加紧凑.
近红外光谱仪 自由曲面 双光束准直 偏微分方程组 Runge-Kutta法 near-infrared spectrometer freeform surface two-beam collimating partial differential equations set runge kutta method
