1 东南大学 电子科学与工程学院 信息显示与可视化国际合作实验室，江苏 南京 210096
2 东南大学 仪器科学与工程学院 微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室，江苏 南京 210096
3 东南大学苏州校区 苏州市金属纳米光电技术重点实验室，江苏 苏州 215123
随着光电器件的研究步入微米/纳米尺度，显微激光诱导电流(LBIC)技术作为一种半导体器件的无损、快速、可成像的表征技术得到迅速发展。显微LBIC技术可表征局域光照激励下器件的光电转换性能，起初被用于检测器件中的不均匀性或缺陷。近年来，将显微LBIC技术与其他显微成像技术相关联，进行器件多物理参量的综合表征，为研究微纳尺度上的材料-结构-器件性能关系提供了有效手段。基于这一表征手段的进步，光伏器件中微观晶体结构与性能的关系研究、全新机理的低维光伏/探测器件研究、以及微纳结构的光伏/探测增强研究等均得到了蓬勃发展。文中综述了显微LBIC技术的研究进展，首先介绍显微LBIC的基本模型及分类，随后聚焦于LBIC与其他多种显微成像的关联表征技术，并探讨该类技术在光伏器件和光电探测器件研究方面的应用。最后展望了显微LBIC及其关联成像技术的未来发展方向。
激光诱导电流 微纳结构 光伏器件 光电探测器件 laser-beam-induced current micro/nano structure photovoltaic device photodetector 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210424
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川绵阳621900
针对过盈微装配中弱微零件易损的问题，以激光惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion，ICF）研究中微靶关键部件—冷冻罩（Thermomechanical Package，TMP）组件装配作为研究对象，开展弱微零件过盈装配方法研究。首先，针对装配空间狭小及存在视觉遮挡，导致难以实现装配过程中硅臂形变检测的问题，提出了基于灰度变化的形变检测方法并建立了小爪灰度—形变模型；然后，针对受到显微视觉检测精度影响，硅臂与套筒微小位姿偏差不易检测的问题，基于硅臂受力变形情况分析，提出了硅臂与套筒位姿偏差定性判断方法，实现两者微小位姿偏差的检测；最后，基于零件灰度变化及几何分析，提出了微装配过程位姿偏差定量计算方法并设计了过盈装配控制策略。实验结果证明了所提方法的有效性，并且实现了过盈20~26 μm的TMP组件无损装配。该方法适用于微机电系统制造中微轴孔过盈装配。
弱微零件 形变控制 过盈装配 微装配 weak micro-parts deformation control interference fit micro-assembly 光学 精密工程
2021, 29(10): 2421
以碳纤维无纬布/碳纤维网胎叠层针刺预制体为增强体, 经化学气相渗透(CVI)联合沥青高压碳化(HPIC)工艺制备了热解碳+沥青碳双元基针刺C/C喉衬材料, 利用X射线断层扫描(μ-CT)和扫描电镜(SEM)表征了材料的微观结构, 采用等离子烧蚀试验考察了针刺喉衬材料X-Y纤维铺层面(0°)、Z向针刺面(90°)以及两者间过渡层面(23°、45°和68°)的烧蚀性能。结果表明, 采用CVI+HPIC组合工艺能使针刺材料达到高致密态, 获得了孔隙率仅为4%的C/C材料, 材料内部孔隙呈离散态分布, 其中98%的孔隙为小于20 μm的小孔。烧蚀结果显示, 针刺C/C材料不同区域的烧蚀性能存在差异, 从X-Y层面(0°)到Z向针刺面(90°), 其耐烧蚀性能呈先增强后减弱的趋势, 68°层面耐烧蚀性能最好, 线、质量烧蚀率分别为0.056 mm/s、0.050 g/s。烧蚀面纤维的排布是影响烧蚀性能的关键因素, 68°层面因形成的尖端烧蚀模式占比较高, 表现出最佳的耐烧蚀性能。
针刺预制体 C/C复合材料 烧蚀率 微观结构 needled carbon fiber preform C/C composites ablation rate microstructure
西南交通大学机械工程学院, 四川 成都 610031
针对线结构光自身分布不均匀且易受环境影响的问题,提出了一种基于二次平滑算法的线结构光中心线提取方法。首先对采集的图像进行感兴趣区域裁剪以减少激光条纹中心线提取的计算量;然后用灰度重心法提取激光条纹中心线的初始值,用均值法平滑激光条纹中心线初始位置的大凸起与毛刺;最后通过Savitzky-Golay滤波算法二次平滑激光条纹中心线的小凸起和毛刺。实验结果表明,与灰度重心法相比,该方法提取分辨率为1280 pixel×720 pixel的图像激光条纹中心线用时略快0.10 s,精度提高了19.15%~44.87%,且受光强变化的影响较小,满足实时性强、精度高、稳定性好的要求。
机器视觉 线结构光 灰度重心 亚像素 平滑处理 激光与光电子学进展
2020, 57(10): 101504
针对ViBe算法在进行海面远距离运动目标检测时存在噪声和干扰的问题, 在ViBe算法的基础上提出4点优化。首先, 在背景建模中扩大样本取值范围减少判别误差;接着, 根据背景的动态变化程度自适应地设定不同的阈值与背景模型更新速率, 增强了算法的自适应能力;然后, 定义一个闪烁等级, 当闪烁等级达到一定阈值时, 判定为闪烁点, 减少对海面闪烁点的误判;最后, 对输入的视频序列进行金字塔变换, 得到不同分辨率的图像, 对于不同分辨率的图像, 分别使用改进的 Vibe算法检测出结果, 并对这些结果进行融合, 再一次减少了海面闪烁点的影响。实验结果表明, 所提算法能够减少海面噪声, 以较好的实时性稳定地检测和提取海面远距离运动目标。
ViBe算法 自适应 闪烁等级 高斯金字塔 ViBe algorithm adaptive blinking level Gaussian pyramid
1 陆军勤务学院军事设施系, 重庆 401311
2 陆军勤务学院油料系, 重庆 401311
高光谱成像具有快速无损和图谱合一的特点, 每个波段都会呈现一幅图像, 每个像素点都显示一条光谱曲线, 不仅可以获取样本的光谱信息, 还可以表征物体的空间信息, 目前在诸多领域展现出极大的应用价值。 采用高光谱成像实现土壤中石油烃含量分布的可视化。 制备不同石油烃含量的砖红壤样本, 分为建模样本和预测样本。 采集高光谱图像, 为避免图像背景的干扰, 采用掩膜的方法进行背景剔除。 之后提取建模样本中感兴趣区域的平均光谱, 采用连续投影算法筛选特征变量, 基于提取的特征变量, 一方面建立MLR预测模型, 另一方面从预测样本中提取特征波段的高光谱图像。 最后, 将特征图像上像素点的数据代入模型, 得到石油烃的含量分布情况。 通过图像处理的方法, 不同的含量赋予不同的颜色, 实现砖红壤中石油烃含量分布的可视化。 研究结果表明, 采用高光谱成像与图像处理方法能够初步实现砖红壤中石油烃含量分布的可视化, 为以后大范围地识别和反演土壤中石油烃含量提供了基础。
高光谱成像 砖红壤 石油烃含量 连续投影算法 可视化 Hyperspectral imaging Latosol Petroleum-hydrocarbon content Successive projection algorithm Visualization 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2916
1 西安建筑科技大学环境与市政工程学院, 陕西 西安 710055
2 西安建筑科技大学国家级环境类专业实验教学示范中心, 陕西 西安 710055
3 西安建筑科技大学陕西省环境工程重点实验室, 陕西 西安 710055
利用三维荧光光谱法和紫外光谱法, 研究阴离子对城市污水二级出水DOM光谱的影响, 为环境中DOM分析提供数据基础。 结果表明: 投加SO2-4和Cl-使二级出水DOM荧光峰强度小幅度增强或降低。 投加NO-3浓度在0.005～0.1 mol·L-1时, 出现代表可见光区类腐殖质的荧光峰。 随投加NO-3浓度增大, 荧光强度显著降低; 代表类腐殖质荧光峰的激发波长和发射波长与紫外吸收峰右侧红移。 NO-3投加浓度与HIX, UV254, UV253/UV203, α300和α250/α365呈较强的正相关性, 决定系数分别为0.993, 0.994, 0.987, 0.998和0.995; 与BIX呈负相关性, R2为0.949; 对α350和α355影响不大。 结果表明, 投加SO2-4和Cl-对二级出水DOM的荧光(除荧光强度外)和紫外特性影响较小。 样品NO-3浓度不同时, 用荧光参数和紫外参数衡量不同DOM来源和性质时将产生一定影响。
阴离子 二级出水 光谱特性 Anion Secondary effluent DOM DOM Spectral properties 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2157
1 后勤工程学院国防建筑规划与环境工程系, 重庆 401311
2 后勤工程学院军事油料应用与管理工程系, 重庆 401311
3 后勤工程学院军事工程管理系, 重庆 401311
石油和石油产品的泄漏可造成严重的土壤污染, 传统的土壤石油烃污染监测方法存在耗时长、 便携性差等问题, 难以满足大面积诊断土壤污染区域和数字化土壤制图的需求。 可见-近红外光谱技术具有快速、 便捷、 低成本和无污染等优势, 是土壤信息快速获取最有潜力的手段, 也是未来研究发展的趋势。 该技术目前在监测土壤性质领域已经取得了一定的成果, 但在监测土壤石油烃污染方面, 国内外的研究仍然处于起步阶段, 石油烃含量反演模型的实际应用仍然是难点, 而且针对现有的成果很少有人对其进行总结。 文章探讨了可见-近红外光谱监测土壤石油烃污染的可行性, 并归纳和总结了污染土壤的光谱敏感波段、 预测模型和光谱数据库三个方面近几年最新的研究进展, 分析了目前研究成果中存在的不足, 并对未来的研究方向进行了展望, 指出今后应加强多种类型土壤石油烃混合物样本、 通用的石油烃预测模型、 野外光谱测量实验和成像光谱技术等四方面研究, 以期为后续进行土壤石油烃污染的深入研究提供借鉴。
可见-近红外光谱 土壤石油烃污染 监测 Visible and near-infrared spectroscopy Petroleum-hydrocarbon soils Monitoring 光谱学与光谱分析
2017, 37(6): 1723
兰州大学大气科学学院甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室, 半干旱气候变化教育部重点实验室, 甘肃 兰州 730000
以兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)为研究站点，利用该站微波辐射计资料、地基微脉冲激光雷达资料以及对应的星载CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)激光雷达(天基)资料反演边界层高度。微波辐射计温度资料采用气块法，微脉冲激光雷达后向散射信号资料采用曲线拟合法和小波变换法(Haar小波变换法与Mexican Hat小波变换法)，CALIPSO Level 1散射廓线采用最大方差法与Mexican Hat小波变换法，同时利用Level 2气溶胶层产品获得边界层高度。相比于应用于微脉冲激光雷达资料，小波变换法在应用于CALIPSO Level 1资料时对小波振幅的初值更加敏感。对比三种资料反演的边界层高度，微波辐射计资料与微脉冲激光雷达资料的结果更加相近，且显示出明显的季节变化,夏季达到最大值，这也与CALIPSO Level 2的结果一致。但是利用CALIPSO Level 1资料得到的边界层高度随季节的变化不明显。
遥感 边界层高度 激光雷达 微波辐射计 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 062801
