湖南科技大学机电工程学院，湖南 湘潭 411201
以典型的20 m2小型定日镜为对象，采用光-机集成建模方法，研究了自重和风载荷联合作用下定日镜的服役光学精度特性，综合考虑了定日镜工作高度角、风压大小和关键结构参数的影响。结果表明，沿镜面横向的斜率误差分量Dx要明显大于沿其竖向的Dy，螺栓数量N增加对Dx影响不显著，但能显著减小Dy，反射镜面自身刚度弱是其服役光学精度下降的主要原因；机架中角钢型材的边长a在30~50 mm之间对光学精度影响较小，但厚度t对光学精度的影响较为显著。定日镜结构变形与镜面斜率误差均随着风压载荷的增加而线性增加，且不同高度角β下总镜面斜率误差变化曲线斜率基本一致；仅在自重作用下，高度角0°~90°内总斜率误差能控制在1.45 mrad以内；镜面变形与其斜率误差分布规律完全不同，镜面斜率误差与镜面变形之间并非呈线性正比关系，采用光学精度进行评价或指导定日镜结构优化设计是最佳途径。
光学器件 塔式定日镜 服役载荷 光-机集成 镜面斜率误差 光学精度
1 中国航空工业集团公司 西安飞行自动控制研究所，西安 710065
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 710119
3 中国科学院大学，北京 100049
为分析死时间、暗计数等因素对单光子相干测速性能的影响，搭建了基于近红外单元单光子雪崩二极管探测器的外差相干测速实验系统，实验分析了探测器暗计数率和信号探测光子计数率对多普勒信息重建的影响，以及由探测器死时间决定的饱和计数率限制下的最优信号探测光子计数率。在1 μs探测器死时间、1 ms采集时间下，分别对1.8 kHz、52.4 kHz和194.4 kHz探测器暗计数率影响下的光子到达时间序列进行快速傅里叶变换，从频谱数据中提取拍频信号。实验结果表明，随着光子计数率的增加，相干拍频信号频谱信噪比逐渐增大而后趋于平稳，当接近饱和计数率时，在相干拍频信号频谱低频区域和拍频频率两侧出现了谐波分量，谐波频率间距与光子计数率数值基本相等，受谐波影响较小的最优光子计数率约为单光子探测器饱和计数率的90%。研究结果可为全光纤单光子多普勒测速雷达技术的发展和应用提供参考。
相干探测 光子计数 外差探测 多普勒 测速 Coherent detection Photon counting Heterodyne detection Doppler Velocity measurement 赵磊 1,2,3,*矫立宽 1,2,3,**翟冉 1,2,3李彬 1,2,3许美叶 1,2,3
1 天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，天津 300384
2 机电工程国家级实验教学示范中心（天津理工大学），天津 300384
3 天津理工大学机械工程学院，天津 300384
为解决白酒瓶盖封装表面质量检测和算法参数庞大难部署的问题，对YOLOv5s进行改进并提出了更轻量化和高精度的SEGC-YOLO算法。首先，采用ShuffleNet V2替换原始骨干网络，有效简化参数，引入高效通道注意力机制增强骨干网络。再使用基于GhostNet改进的GhostConv和C3-Ghost模块增强颈部网络，减少颈部参数量。另外，使用CARAFE算子替代最近邻插值上采样算子，利用自适应内容感知的上采样预测核提升颈部网络的信息表达能力，进而提升检测精度。最后，训练应用Adam梯度优化器来提高检测精度。实验结果表明：所提SEGC-YOLO算法在不同交并比（IoU）阈值下的平均精度均值mAP@0.5为84.1%和mAP@0.5∶0.95为49.0%，分别优于原始YOLOv5s算法1.2个百分点和0.5个百分点，并且浮点运算数（FLOPs）比原始算法减少了69.94%、参数量减少了71.15%和模型文件大小减小了69.66%，更加精准和轻量化。所提SEGC-YOLO可以快速、精准地检测瓶盖表面缺陷，为相关领域快速缺陷检测和设备部署提供了数据和算法支持。
缺陷检测 轻量化算法 YOLOv5 ShuffleNet V2 GhostNet CARAFE算子 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2210009
江苏科技大学机械工程学院，江苏 镇江 212003
基于纳秒激光烧蚀试验，采用三维共聚焦显微镜对GCr15钢表面点织构形貌进行了定量表征和分析，探讨了激光能量密度对纳秒激光烧蚀GCr15钢表面点织构形状、几何尺寸和结构稳定性的影响规律。结果表明：随着激光能量密度的增加，GCr15钢表面点织构形貌结构先由凹坑变为凸起，再由凸起变为凹坑，最后变为不规则结构；点织构几何尺寸误差随激光能量密度的变化，在不同阶段呈现不同的规律；点织构形貌结构稳定性随着激光能量密度的增加，呈先减小再增大的变化趋势，当激光能量密度由54.585 W·mm-2增加至363.977 W·mm-2时，形貌平均误差先由3.16%降至2.08%，再增加至8.16%。研究结果为激光烧蚀GCr15钢表面点织构形貌的控制提供了参考。
激光技术 纳秒激光 点织构 形貌 几何尺寸 结构稳定性 中国激光
2023, 50(20): 2002201
1 中国南方电网有限责任公司，南方电网生产技术部，广东 广州 510700
2 中国南方电网数字电网研究院有限公司，数字电网分公司，广东 广州 510700
针对当前输电线路无人机巡检中树障隐患检测计算量大、效率较低的问题，设计了基于激光点云数据的电力线重建和树障隐患快速检测分析的方法。该方法首先根据高程分布特征、点云密度特征和倾斜角度特征提取电力线点云，分离各条电力线并将其矢量化，然后提取植被点云生成三维凸包，最后通过计算植被凸包点与电力线矢量的距离提高了树障检测效率，快速检测出该线路内的树障隐患信息。结果表明：电力线提取结果完整准确，电力线三维重建精度和树障隐患检测效率较高。该方法对输电线路地形、线路走向和点云密度等因素鲁棒性较好，大幅提高了输电线路树障隐患检测的质量和效率，为大规模复杂环境下的输电线路树障隐患检测应用提供了参考。
激光技术 树障隐患检测 提取 凸包 电力线矢量 laser technique detection of tree barrier extract convex hull power line vector
1 福州大学地理与生态环境研究中心,福建 福州 350108
2 福州大学环境与安全工程学院,福建 福州 350108
3 福州大学数字中国研究院(福建),福建 福州 350108
4 福建省资源环境监测与可持续经营利用重点实验室,福建 三明 365004
5 空间数据挖掘与信息共享教育部重点实验室,福建 福州 350108
6 福州大学信息与通信工程博士后科研流动站,福建 福州 350108
高光谱图像具有波段连续、 维数高、 数据量大、 相邻波段相关性强的特点, 可为地物分类提供更为丰富的细节信息。 但是, 数据中存在大量冗余信息与噪声, 在图像分类中如直接利用其所有波段特征而不进行有效分析与选择, 将会导致较低的计算效率和较高的计算复杂度, 分类精度亦可能随着波段维数增加而出现先增后减的“休斯(Hughes)现象”。 为快速地从高达数十个甚至数百个波段的高光谱图像中提取出具有较好识别能力的特征子集, 从而避免“维度灾难”, 将过滤式ReliefF算法和封装式特征递归消除算法(RFE)相结合, 构建了ReliefF-RFE特征选择算法, 可用于高光谱图像分类的特征选择。 该算法根据权重阈值, 利用ReliefF算法快速剔除大量无关特征, 缩小并优化特征子集的范围; 利用RFE算法进一步搜索最优特征子集, 将缩小范围后的特征子集中与分类器关联性小、 冗余的特征进行递归筛选, 进而得到分类性能最佳的特征子集。 采用Indian pines数据集、 Salinas-A数据集与KSC数据集等3个标准数据集作为实验数据, 将ReliefF-RFE算法的应用效果与ReliefF和RFE算法进行对比。 结果显示, 在3个数据集中, 应用ReliefF-RFE算法的高光谱图像分类平均总体精度(OA)为92.94%、 F-measure为92.81%, Kappa系数为91.94%; ReliefF-RFE算法的平均特征维数是ReliefF算法的37%, 而平均运算时间则是RFE算法的75%。 由此表明, ReliefF-RFE算法能够在保证分类精度的同时, 克服过滤式ReliefF算法无法有效减小特征之间冗余以及封装式RFE算法时间复杂度较高的缺陷, 具有更为均衡的综合性能, 适用于高光谱图像分类的特征选择。
高光谱图像 特征选择 ReliefF算法 RFE算法 ReliefF-RFE算法 Hyperspectral image Feature selection ReliefF algorithm RFE algorithm ReliefF-RFE algorithm 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3283
渗铝作为航空发动机涡轮叶片高温防护的重要手段，其质量与飞行安全密切相关。渗铝层厚度是评估渗层性能的重要因素，但目前的无损检测方法难以对其进行准确测量。针对该问题，将X射线荧光技术与极端梯度提升（XGBoost）算法相结合，通过Pearson相关系数筛选（PCCS）提取特征元素，构建渗铝层厚度预测模型。将该模型与K近邻回归、线性回归、支持向量机、随机森林模型预测结果的平均相对误差进行对比。结果表明，相比其他模型，PCCS-XGBoost模型预测渗层厚度的平均相对误差最小，为1.60%。该研究为渗铝层厚度的无损检测提供了一种新的预测方法。
X射线光学 厚度检测 极端梯度提升 涡轮叶片 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2134001
1 北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
2 中国传媒大学信息与通信工程学院，北京 100024
提出一种借助机器学习算法从信号非完整信息提取待测参量的方法，该方法以只包含信号部分信息的功率谱幅度数据取代包含脉冲幅度和相位全部信息的数据来完成参量提取，克服了复杂光信号相位信息测量困难的问题。通过模拟仿真，验证了使用机器学习算法实现从脉冲演化提取传输介质参量信息的能力以及利用缺失相位信息的脉冲功率谱实现光纤多参量探测的可行性。仿真结果表明，采用适当的机器学习算法，所提方法的均方误差可控制在0.3%以内。
光纤光学 光纤多参量探测 超短脉冲 机器学习算法 非线性系统 光学学报
2022, 42(20): 2006003
1 保利长大工程有限公司, 广州 511430
2 华南理工大学材料科学与工程学院, 广州 510641
3 广东省建筑材料研究院有限公司, 广州 510145
提高路面混凝土耐磨性能对行车安全和道路服役寿命具有重要意义。本文通过优化普通砂石骨料架构提高道路混凝土的耐磨性能, 研究了机制粗骨料级配、细骨料种类与用量、胶凝材料用量及水胶比对路面混凝土力学性能与耐磨性能的影响。结果表明, 16~31.5 mm碎石由质量分数25%增加到70%时, 混凝土磨损量降低了29%。与河砂混凝土相比, 机制砂混凝土磨损量降低58.3%, 同时适当增加砂率可提高耐磨性能。降低胶凝材料用量和水胶比可在保证混凝土强度的同时进一步提高耐磨性(磨损量仅为(0.320±0.070) kg/m2)。机制骨料表面粗糙,棱角较多, 与水泥浆体机械咬合力增强, 有利于骨料嵌锁架构的形成, 路面混凝土耐磨性能改善机制的提出为优化设计高耐磨路面混凝土提供了理论依据与技术支撑。
道路混凝土 骨料种类 骨料级配 力学性能 耐磨性能 嵌锁效应 road concrete aggregates type aggregates gradation mechanical property wear resistance interlocking skeleton
