1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，长春 130012
2 吉林省红外气体传感技术工程研究中心，长春 130012
为研究中红外波段的片上波导传感性能，针对2 172.75 cm-1处的一氧化碳吸收线，提出基于InGaAs-InP平台的悬浮光子晶体波导传感器和悬浮脊形波导传感器。基于朗伯—比尔定律，通过Rsoft和COMSOL软件设计波导结构，优化了光子晶体波导的晶格常数、孔半径、中心孔半径和脊形波导的脊宽、条宽、脊高和条高。仿真结果表明，光子晶体波导和脊形波导的功率限制因子分别为250.69%和115.65%。对两种传感器进行计算和性能评估，得到两种传感器的传输损耗分别为27.5 dB/cm和3 dB/cm，最佳波导长度分别为72 μm和162 μm。设定探测器最小可检测信噪比为10，得到两种传感器的最小可检测气体浓度分别为9.13×10-6和8.51×10-6。讨论了波导传输损耗对传感器性能的影响，若能有效降低波导损耗，可进一步降低最小可检测气体浓度。对比两种传感器，光子晶体波导具有更大的功率限制因子，脊形波导具有低传输损耗和横磁模兼容性的优点。
波导传感器 中红外 吸收光谱 气体传感器 光子晶体波导 脊形波导 Waveguide sensor Middle infrared Absorption spectrum Gas sensor Photonic crystal waveguide Ridge waveguide 光子学报
2023, 52(10): 1052414
1 渤海大学信息科学与技术学院，辽宁 锦州 121013
2 中电太极(集团)有限公司，北京 100083
针对360°全景视场的物距不一致性、多相机一个柱面的全景柱面投影方程导致的全景影像拼接误差，以及直接全景拼接方法容易导致“空白”像素的问题，本文提出了一种基于多圆柱投影优化的多相机组合全景柱面间接拼接方法。利用低成本网络摄像机设计一个八组合全景相机系统，根据多镜头组合型全景相机的严格成像原理，推导出一套完整的组合全景平面投影与子相机透视投影的间接映射方程；以相邻相机同名特征点的投影一致性为约束条件、以投影误差最小为目标函数，采用梯度下降法求解多个圆柱半径的最优解，将一个圆柱投影的方法拓展为多圆柱投影。实验结果表明，在360°全景视场不一致的情况下，多圆柱组合全景拼接的各重叠区域的最大投影误差不超过1 pixel，均方根误差(RMSE)优于0.27 pixel，拼接精度明显高于一个圆柱投影的传统组合全景拼接方法，达到了视觉上的几何一致性且无空白像素。
成像系统 组合全景相机 间接方法 柱面投影 相机标定 损失函数 中国激光
2022, 49(18): 1804004
国防科技大学电子科学学院, 湖南 长沙 410073
基于标准大气环境的大气折射率理论模型不能反映实际大气折射率的波动性,针对该问题,提出了一种基于恒星光线偏折的大气折射率估计方法。基于光学卫星的恒星观测数据,分析恒星光线经大气折射发生偏折的现象,建立恒星光线经大气折射后进入光学卫星传感器的光路模型,在分层球形大气的假设下证明该光路模型的对称性。研究一种利用恒星实测光线和恒星理论光线迭代前向反馈的方法,用以估计分层大气折射率。最后,利用光学卫星的恒星观测数据进行有效性验证,计算出的大气折射率与理论大气折射率相符,且能够反映短期波动性。对测试用的恒星实测数据进行处理,结果表明:88%以上的恒星理论视线与实测视线的估计值相差不超过1%,其余部分观测数据估计偏差基本不超过20%。
大气光学 大气折射率 恒星偏折 光学卫星 大气修正
1 国防科技大学 电子科学与工程学院, 长沙 410073
2 中国西安卫星测控中心, 西安 710043
提出一种稀疏重构框架下利用幅度实现扩展目标量测划分的方法.利用衍射受限光学系统特性对像平面进行网格采样, 建立稀疏重构模型及“超完备字典”.通过重构挖掘像元幅度值中的有效信息并基于成像机理对重构出的非目标量测进行抑制处理,利用重构出的亚像元级目标位置、幅度信息实现目标量测的划分.仿真结果表明:信噪比为6 dB时, 本文算法比传统方法在实现对所有扩展目标量测的正确划分上提前30s, 对目标探测信息能充分利用, 在量测划分准确性上比依靠距离划分的传统方法有较大提高, 尤其在低信噪比条件下较传统方法量测划分的准确性提升明显.
天基监视 光学传感器 空间近邻目标 扩展目标 量测划分 稀疏重构 Space based surveillance Optical sensor Closely spaced objects Extended target Partitioning Sparse reconstruction 光子学报
2015, 44(12): 1212002
国防科技大学 电子科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
天基光学传感器对空间近邻目标的像平面跟踪过程中,传统方法在单帧恒虚警检测后进行量测划分,采用的虚警率过高可能引入较多的杂波点,过低则群目标在像平面的部分信息损失.在分析空间近邻目标在像平面特征的基础上,提出一种使用马氏随机场模型进行预检测处理然后以k-均值进行量测划分的方法,仿真结果表明,相比传统方法,基于马氏随机场模型的空间近邻目标检测及量测划分准确率更高,且在信噪比较低的情况下,性能改善明显.
马氏随机场 天基光学系统 空间近邻目标 多目标检测 量测划分 Markov random field space-based optical system closely spaced objects multiple targets detection pixel partition
国防科学技术大学电子科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
在弹道导弹防御系统中，群目标跟踪是目前较为困难的问题之一。这些目标不仅具有相似的运动特性，且相互邻近，又由于红外光学探测器的特性和分辨率的影响，使得它们在像平面不再是点目标而是簇状像斑。因此，“一个目标至多产生一个量测”的传统多目标跟踪方法不再适用。为了实现对该类目标的有效跟踪，提出了一种新型滤波算法。该算法视群目标为一个整体，用椭圆随机超曲面模型描述其扩散程度，并将其与扩展目标高斯混合概率假设密度(PHD)滤波器相结合，通过跟踪群质心和扩散程度实现对像平面群目标的跟踪。通过仿真对比，所提算法在质心状态和扩散程度的估计精度方面均明显优于基于随机矩阵的高斯逆韦氏分布的概率假设密度滤波器。
探测器 群目标跟踪 扩展目标 高斯混合 概率假设密度滤波器 随机超曲面模型 高斯逆韦氏分布 随机矩阵
北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室, 北京 100876
全光缓存器是未来全光网络中不可或缺的关键器件。针对可控光延迟和光存储的应用需求, 研究了光子晶体波导中慢光传输的外部动态调制。设计了一种新型的聚合物光子晶体波导结构。用平面波展开法仿真得到该波导结构带隙中存在单一的TE导模, 导模带边处的群速度可达10-2c。由于基底聚合物材料具有高电光系数和瞬态的电光响应时间, 且导模慢光传输产生的电磁场局域对电光效应有增强作用, 可在低调制电压的条件下实现对慢光导模的大范围动态调制。数值分析得到在外加调制电压为80 V时导模带边波长的移动幅度达80.8 nm。慢光导模的移动随调制电压的变化基本呈线性关系, 且调制的灵敏度约为1 nm/V。这种线性的外部动态调制基本可满足全光网络对慢光光缓存的需求。
光子晶体波导 动态调制 平面波展开法 聚合物 慢光
