北京理工大学 光电学院 “复杂环境智能感测技术”工信部重点实验室, 北京 100081
针对激光惯性约束核聚变实验中海量靶丸筛选效率低的问题, 提出一种基于改进YOLO-v5深度学习模型的靶丸快速筛选方法。方法通过控制靶丸在不同的景深处成像, 并将图像拼接在一起以获得其清晰图像; 同时引入通道注意力机制来增强模型的特征提取能力, 建立了SE-YOLOV5s深度学习靶丸表面缺陷识别模型, 并对靶丸缺陷按照缺陷种类进行了分类和评估从而实现对海量靶丸的筛选。靶丸表面缺陷检测的准确率为94.4%, 每秒可检测到约50张靶丸图像（分辨率3072×4096）, 为激光惯性约束核聚变试验提供一种快速、准确筛选海量靶丸的方法。
应用光学 聚变靶丸 目标识别 深度学习 YOLO算法 applied optics ICF capsules target identification deep learning YOLO algorithm
北京理工大学 光电学院 复杂环境智能感测技术工业和信息化重点实验室, 北京 100081
针对精密定位平台大行程下定位精度不足的问题, 提出一种基于非共光路外差激光干涉反馈的新型纳米精密定位系统。系统由非共光路外差激光干涉和高精度光栅构成复合反馈, 保留了高精度光栅大行程高分辨率的优势, 同时结合非共光路外差激光干涉协同定位, 消除了光栅的安装误差和变形对定位精度的影响, 提升了大行程下的定位精度。系统采用基于BP神经网络的预测微调定位技术, 一定程度上提升了定位效率。实验结果表明, 在100mm行程范围内,系统轴线双向定位精度可以达到28nm, 轴线重复定位精度可以达到26nm。通过预测定位, 定位结束门限设定为20nm时, 系统定位微调时间可由1.65s以内缩短至0.6s以内。5mm/s的速度下, 系统跟随误差可达100nm。
非共光路外差激光干涉 协同驱动 定位精度 预测定位 heterodyne laser interferometry with non-coaxial b collaborative drive positioning accuracy predictive positioning
1 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100101
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
3 航天东方红卫星有限公司, 北京 100094
4 安徽师范大学地理与旅游学院, 安徽 芜湖 241003
5 中国科学院大学, 北京 100049
为探究多角度偏振在紫外波段对气溶胶层高 (ALH) 的探测能力，在不同的观测几何、气溶胶和地表类型等条件下系统评估了多角度偏振在紫外波段的ALH反演信息量。基于最优估计理论和信息量分析方法，分析了紫外波段365 nm和388 nm两个通道模拟仿真数据对ALH的灵敏度，并进一步讨论了不同观测组合对ALH信息量和后验误差的影响。研究结果表明：(1) 多角度偏振观测可有效提高ALH反演的信息量。(2) 多角度卫星观测信息量随观测角度个数的增加显著提升，当反演中使用的角度数增加到5个时，ALH的信号自由度 (DFS) 提升了0.4以上。(3) 添加388 nm波段偏振观测或365 nm波段强度观测这两种方案均能提升ALH的DFS。但相对而言，偏振观测方案受气溶胶模型误差影响更小，能更好地提升ALH反演的信息量，尤其是改善了低气溶胶光学厚度 (AOD) 条件下的ALH反演。
气溶胶边界层高度 最优化估计反演 信息量分析 后验误差 aerosol layer height optimal estimation inversion information content analysis posteriori error 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 357
1 桂林电子科技大学建筑与交通工程学院, 桂林 541004
2 广西智慧交通重点实验室, 桂林 541004
3 桂林市永固混凝土有限责任公司, 桂林 541100
为促进钢铁企业废渣的无害化处理与资源化利用, 将钢渣制成微粉替代石英粉制备生态型超高性能混凝土(UHPC)是其再利用的有效途径之一。针对配制钢渣微粉UHPC的原材料因素影响问题, 采用正交试验法对不同配合比下钢渣微粉UHPC的抗压、抗折、劈裂抗拉等强度指标及弹性模量进行测试, 以分析硅灰、钢渣微粉、河砂和钢纤维四种原材料掺量对其各项性能指标的影响效果。结果表明: 钢纤维体积掺量对钢渣微粉UHPC的各项力学性能影响最为显著, 河砂、钢渣微粉掺量影响程度较大, 硅灰掺量影响程度较小; 立方体抗压强度、抗折强度、静力受压弹性模量指标下的显著性影响顺序为钢纤维>河砂>钢渣微粉>硅灰, 轴心抗压强度、劈裂抗拉强度指标下的显著性影响顺序为钢纤维>钢渣微粉>河砂>硅灰; 经正交试验得出最佳配合比方案, 按该方案制备的钢渣微粉UHPC具有良好的工作性能与力学性能。
钢渣微粉 超高性能混凝土 正交试验 力学性能 影响因素 配合比 steel slag powder ultra-high performance concrete orthogonal test mechanical property influencing factor mix proportion
贵州师范大学地理与环境科学学院, 贵州 贵阳 550025
喀斯特山区因地形复杂、 地表破碎等特点使得遥感影像中阴影、 混合像元及光谱变异现象普遍存在, 传统基于多光谱遥感的像元二分法(DPM)在光谱变异和阴影显著的区域难以准确的对喀斯特石漠化(KRD)信息进行提取。 采用高光谱遥感的混合像元分解技术可将复杂的混合像元分解为纯净的地物光谱与各地物光谱对应的混合比例, 为复杂山区获取更高精度的石漠化信息提供可能。 然而, 由于光照、 环境及大气等诸多因素的变化会引起端元发生不同程度变异, 导致在混合像元分解过程中出现显著的误差, 其次要从地形复杂、 地表异质性强的山区影像上直接获取地物纯净光谱建立用于应对光谱变异的光谱库极其困难。 因此, 如何在这种情况下应对光谱变异和地形效应, 获取有效、 准确的对石漠化信息进行提取是当前研究的重点。 针对以上问题, 采用通过模拟由光照条件造成的地物反射率变化, 并考虑每个波长间隔光谱变异情况的广义线性混合模型(GLMM), 以减轻喀斯特地区石漠化信息提取过程中光谱变异与地形效应的影响。 首先, 从GF-5高光谱影像中提取喀斯特地区主要地物(植被、 裸岩、 裸土)的典型代表性光谱, 然后基于提取的地物光谱模拟不同光照下每个像元光谱的变异情况, 选择最适合的光谱组合对像元进行分解, 得到最优的解混效果。 为了验证方法的可靠性, 利用高分辨率影像目视解译的结果作为参考对方法预测结果进行验证, 同时选择未考虑端元变异的全限制最小二乘法(FCLSU)和DPM进行对比。 结果表明, 在地形高度复杂的喀斯特山区, 考虑阴影、 混合像元及光谱变异是必要的, GLMM在石漠化信息提取中总精度达到了84.89%, 明显高于其他两种方法的59.68%和67.34%。 通过对光照区和阴影区分别进行精度检验, 发现GLMM在光照区与阴影区有着相似的精度表现, 而另外两者则差异较大, 阴影区明显低于光照区。 这反映GLMM能较为有效地减轻地形效应的影响, 对喀斯特石漠化信息提取的精度有一定提升。
光谱混合分解 广义线性混合模型 石漠化信息提取 地形效应 Spectral mixed decomposition Generalized linear mixed model Rocky desertification information extraction Terrain effect 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2269
1 东华理工大学核技术应用教育部工程研究中心, 江西 南昌 330013
2 东华理工大学核资源与环境国家重点实验室, 江西 南昌 330013
3 长江大学, 湖北 武汉 430000
X射线荧光光谱分析作为一种以化学计量学为基础的定量分析技术, 所建立模型优劣对结果的预测准确性显得十分重要。 竞争性自适应重加权算法(CARS)采用自适应重加权采样技术, 利用交互验证选出互验证均方根误差(RMSECV)值最低原则, 寻出最优变量组合。 为了进一步提高PLS模型的解释和预测能力, 将竞争性自适应重加权算法(CARS)与X射线荧光光谱分析技术相结合, 对土壤中重金属元素铅和砷进行特征波长变量筛选后建立偏最小二乘(PLS)模型。 首先, 利用CARS算法对铅含量密切相关的波长变量进行筛选, 当采样次数为26次时, 筛选出60个有效波长点; 对砷含量密切相关的波长变量进行筛选, 当采样次数为34次时, 筛选出19个有效波长点; 然后对优选出的波长点利用PLS方法分别建立土壤中铅和砷含量定量分析模型, 并与经连续投影算法(SPA)及蒙特卡罗无信息变量消除(MC-UVE)方法波长变量筛选后所建立的PLS模型进行比较。 结果显示: 铅的CARS-PLS模型的预测集决定系数(R2)、 交互验证均方根误差(RMSECV)、 预测均方根误差(RMSEP)和相对预测误差(RPD)分别为0.995 5, 2.598 6, 3.228和9.401 1, 砷的CARS-PLS模型的预测集R2, RMSECV, RMSEP和RPD分别为0.989 9, 3.013 2, 2.737 1和8.211 6; 两元素的CARS-PLS模型性能均优于全波段PLS, SPA-PLS和MC-UVE-PLS模型。 基于CARS-PLS的算法可以有效筛选出X射线荧光光谱特征波长点, 在简化了建模复杂程度的同时, 提高了模型的准确性和稳健性。
竞争性自适应重加权算法(CARS) 偏最小二乘(PLS) 波长变量选择 X射线荧光光谱 Competitive adaptive reweighted algorithm (CARS) Partial least squares (PLS) Wavelength variable selection X-ray fluorescence spectrum 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1535
1 西南交通大学信息光子与通信研究中心，四川 成都 611756
2 长飞光纤光缆股份有限公司光纤光缆制备技术国家重点实验室，湖北 武汉 430070
3 武汉光迅科技股份有限公司，湖北 武汉 430205
4 鹏城实验室，广东 深圳 518000
近年来网络数据流量呈现爆发式增长，光纤通信系统作为全球宽带网络的基础，已承载着90%以上的数据流量，并继续朝着多维、超大容量、超长距离等方向发展。搭建了一套模拟跨洋传输的超高容量距离积单模光纤传输系统实验平台。在发射端，根据传输信道光信噪比，采用不同信息熵产生不同传输速率的偏振复用概率整形16阶正交幅度调制光信号。光纤传输链路是由国产超低损大有效面积光纤与国产超宽带低噪声C波段掺铒光纤放大器组成。整个系统基于129个波长信道（波长范围为1529.8~1568.2 nm）进行了传输验证，得到的传输容量为28.09 Tbit/s，传输距离为12000 km，总容量距离积达到337 Pbit·s-1·km。
光通信 高速光纤通信 跨洋传输系统 波分复用 偏振复用 概率整形调制格式 光学学报
2022, 42(17): 1706003
1 江苏方测建筑工程技术有限公司, 南京 210000
2 河海大学力学与材料学院, 南京 211100
混凝土孔溶液中的自由氯离子转化为结合氯离子可有效降低沿海、盐湖地区钢筋混凝土结构中的钢筋的腐蚀程度。以纳米碳酸钙掺量和氯离子浓度为变量, 研究了纳米碳酸钙对水泥石氯离子结合量的影响, 采用电位滴定法测定结合氯离子含量, 根据氯离子等温吸附理论绘制结合氯离子与自由氯离子的拟合关系曲线来分析水泥石的氯离子结合能力, 通过XRD和热重分析研究水泥石的氯离子结合机理。结果表明: 纳米碳酸钙的掺入提高了水泥石的氯离子结合量, 当其掺量达3%(质量分数)时, 水泥石的氯离子总结合量最大; 随着氯离子浓度的提高, 掺纳米碳酸钙的水泥石氯离子结合量会相应增加; 纳米碳酸钙的掺入可以加快水泥水化, 促进C-S-H凝胶和Friedel’s盐的生成, 有利于水泥石的氯离子物理吸附和化学结合。
结合氯离子 自由氯离子 纳米碳酸钙 水泥石 氯离子等温吸附理论 腐蚀 bound chloride ion free chloride ion nano-calcium carbonate cement stone isothermal adsorption theory of chloride ion corrosion
1 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院，安徽合肥230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，安徽合肥30031
3 先进激光技术安徽省实验室，安徽合肥2007
为降低光束质量测量系统中阵列光纤输出串扰导致的测量误差，本文提出了硬件设计与算法构建相结合的串扰校正方法，并就此展开了相关的原理研究与方法验证。首先，基于光束质量测量要求和光纤传光原理分析了阵列光纤的串扰影响；其次，结合朗伯散射原理和实验结果验证了校正串扰的原理：使用朗伯体降低阵列光纤输出光发散角差异，并建立统一的弥散光斑串扰模型，再采用反卷积算法复原到靶光斑；再次，介绍了针对性的反卷积算法原理，并就相关参数的设计展开了讨论；最后，对真实光斑、光纤输出的未校正光斑及已校正光斑进行对比分析，实验验证了校正方法的可行性。实验结果表明：与未校正光斑相比，校正后光斑强度分布的相对均方根误差由36.06%降至4.67%，桶中功率的相对均方根误差由7.79%降低至0.73%，86.5%桶中功率所在束宽的测量相对误差由10.83%降至3.46%，结合校正算法的图像处理和参数计算总时间约为8 s。
光束质量测量 阵列光纤 串扰校正 反卷积 beam quality measurement array fiber crosstalk correction deconvolution 光学 精密工程
2022, 30(12): 1418
