1 北京林业大学林学院, 北京 100083
2 广西大学林学院, 广西 南宁 530005
矿产资源开采中产生的废渣废液长期堆存后产生的渗滤液向土壤中扩散易造成周围土壤的重金属污染, 影响作物生长; 人类通过食物链食用含重金属元素的果实后, 会引起神经系统的神经衰弱、 手足麻木, 消化系统的消化不良, 血液中毒和肾损伤等症状; 这种对生态环境和人身安全的污染和损害是十分严重的。 因此如何快速有效摸清矿区周围农作物土壤污染情况尤为重要。 多光谱遥感由于具备光谱分辨率高、 实时无损、 大面积监测等优势, 在突破植被屏障监测土壤重金属上具有巨大的潜力。 以平谷区主要的农作物桃树为研究对象, 利用桃叶的高光谱数据、 土壤采样数据, 分析桃叶光谱曲线的响应特性, 对桃叶反射光谱进行一阶/二阶微分、 标准正态、 连续去统等四种变换, 结合相关分析及多元线性回归模型确定光谱特征变量, 构建植被指数HMSVI; 结果表明HMSVI与土壤中Cd, AS和Pb含量的相关性较常用植被指数高。 运用线型回归方法进行元素含量与植被指数HMSVI建模后, 选取拟合较好的模型, 实现了叶片高光谱与土壤重金属含量的统计建模, 最后利用Sentinel-2遥感影像反演三种重金属含量空间分布, 并对结果进行精度验证。 结果表明: 受重金属胁迫叶片的平均光谱反射率高于正常叶片且红边位置发生了“蓝移”现象。 780, 945和1 375 nm三个波段对三种重金属污染都较为敏感, 利用三个波段构建的植被指数建立的反演模型能较好的用于桃林土壤重金属元素含量预测, 其预测模型分别为Y=0.44X+0.193, Y=7.436lnX+13.161, Y=-15.359X+13.583X2+23.541, 且具有较好稳定性和适宜性。 空间反演结果表示, 三种重金属高值区均大面积的分布在平谷区刘家店尾矿库、 万庄尾矿库、 金海湖尾矿库附近, 西部相比东部矿区重金属污染更为严重。 研究结果可以为北京平谷区桃林重金属污染的预防与治理提供基础数据支持。
土壤重金属 特征波段 多光谱遥感影像 反演 空间分布 Soil heavy metals Characteristic band Multispectral remote sensing image Inversion Spatial distribution 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3552
1 浙江华东工程咨询有限公司,杭州 310014
2 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉 430072
复合海底电缆在敷设和运行过程中由于外部荷载作用常发生扭转行为。文章基于有限元软件建立三芯光纤复合海底电缆局部段的精细数值模型,并开展了相关数值仿真实验,重点研究海缆顺-逆扭转方向以及扭转角度对海缆主要结构的受力影响。仿真结果表明,顺-逆扭转作用对于不同绞合方向的内部结构有不同程度的影响,海缆内部结构沿轴向方向扭转角度具有较好的一致性,呈现出线性变化特征; 小角度扭转时各结构应力出现先增后降趋势,而扭转角度增大时各结构应力出现逐渐增长趋势,增长速度有所升高,材料屈服出现非同步性。
复合海缆 扭转特性 屈服应力 有限元 对比研究 composite submarine cable torsion characteristics yield stress finite element comparative study
1 武汉理工大学理学院，湖北 武汉 430070
2 武汉大学水利水电学院，湖北 武汉 430070
光学外差干涉系统信号频率高，传统的过采样解调方法的成本高且数据量大，不利于实时解调监测。研究了欠采样数字正交解调方法，以降低外差系统采样频率，满足振动传感快速解调和实时监测的需求。首先理论分析了外差干涉系统欠采样的原理，得到了采样频率需满足的条件，即最小采样频率需大于信号带宽的2倍。对欠采样解调进行了实验验证，在PZT激振电压为0.5 V、外差频率为80 MHz时，利用20 kHz~10 MHz的采样频率均可实现相位解调，解调误差最大为0.3%，且不随采样频率的降低而增大。研究了采样频率大小与可测激振电压范围的关系，采样频率越高，可测电压范围越大。50，100，200 kHz采样频率分别可适用于1~7 V、1~14 V和1~20 V范围的解调。欠采样数字正交解调以其低成本、快速解调的优势在光学外差干涉系统领域有广阔的应用前景。
光通信 外差干涉 数字正交解调 欠采样 动态范围 振动传感 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2306002
1 合肥工业大学特种显示技术国家工程实验室, 现代显示技术省部共建国家重点实验室, 光电技术研究院, 安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
液晶显示存在对比度不高的固有问题,已受到OLED显示技术的巨大冲击。双层液晶显示能有效降低漏光,提高对比度,但由于存在两块液晶面板,显示两层图像,倾斜观看时双层液晶会出现伪影,影响显示质量。为解决这一问题,提出一种基于视角补偿的图像分割算法,记录不同视角下光线通过前后液晶面板的位置,建立相应的映射矩阵,通过计算优化两层屏幕的透过率,使得所有设定视角下重构图像和原图像的误差最小。仿真结果表明,在5个不同的视角下,基于本文算法处理后的图像峰值信噪比(PSNR)均高于现有模糊算法,由此说明本文算法能够较好地权衡双屏液晶显示的显示质量和视角。
衍射 液晶显示 双屏 图像分割 视角 算法 光学学报
2021, 41(10): 1005001
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，合肥 230009
2 合肥工业大学 特种显示技术国家工程实验室 现代显示技术省部共建国家重点实验室 光电技术研究院，合肥 30009
为了克服液晶显示对比度不高的问题，将两层液晶屏通过光学胶绑定在一起，形成双层液晶显示，可以有效提高对比度。绑定光学胶不仅要将两层液晶屏牢固地粘接在一起，而且不能影响显示效果。利用有限元仿真软件和液晶光学仿真软件，分析了绑定光学胶厚度对大尺寸双层液晶显示屏的影响。针对165 cm的双层液晶显示屏的研究显示，当光学胶厚度处于0.15 mm到0.3 mm之间时，能够很好地保证双层显示屏之间的粘贴强度和光学特性。
双层液晶显示屏 光学胶 光学特性 dual-panel liquid crystal display optical adhesive optical performance
北京林业大学精准林业北京市重点实验室, 北京 100083
城市森林影响空气中颗粒物的过滤和吸附, 可以最大限度地减少空气中颗粒物污染对人体健康的有害影响。 特别是在冬季, 城市森林中的常绿植物在吸收灰尘和净化空气方面起着重要作用。 本研究以北京市区冬季主要的常绿植被大叶黄杨(Euonymus japonicus)为研究对象, 设置3类的采样空间, 采集1 410个叶片, 测定叶片除尘前后的高光谱数据以及叶片表面的滞尘量。 通过分析不同滞尘程度影响下的叶面光谱响应特性确定敏感波段, 建立滞尘前后植被指数比值与滞尘量之间的回归模型, 利用Sentinel-2遥感影像反演常绿植被的滞尘分布, 并对反演结果进行验证。 结果表明, 在510～700和758～1 480 nm范围内, 除尘前叶片的平均光谱反射比小于洁净叶片。 封闭区域叶片除尘前后平均光谱反射率的变化小于半封闭区域, 开放区域叶片除尘前后的平均光谱反射率变化最大。 研究发现红波段和近红外波段对灰尘影响最敏感, 与滞尘量具有较高的相关性, 利用归一化差异物候指数(NDPI)建立的反演模型: x＝0.939 69y-0.145 04(x为RNDPI的数值, y为滞尘量), 决定系数R2达到0.879。 反演结果表明, 封闭区域的平均滞尘量小于半封闭区域和开放区域, 北京城区植被高滞尘量的区域分布在南部较多, 植被滞尘量从市中心到周边地区有逐渐降低的趋势。 研究叶片滞尘的空间分布, 为快速监测城市区域灰尘污染强度与分布提供参考, 为进一步探索常绿灌木的滞尘效果, 科学指导城市森林建设, 改善冬季城市生活环境具有重要意义。
遥感 高光谱 滞尘量 城市森林 大叶黄杨 冬季 Remote sensing Hyperspectral Amount of dust absorption Urban forests Euonymus japonicus Winter 光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1696
1 北京林业大学林学院, 北京 100083
2 北京林业大学外语学院, 北京 100083
3 北京卫星环境工程研究所, 北京 100094
4 广西大学林学院, 广西 南宁 530005
5 广西卫生职业技术学院检验系, 广西 南宁 530012
大气颗粒物污染在全球范围内已成为严重的城市环境问题之一。 为探究滞尘对叶片光谱特征的影响, 并建立以高光谱数据为基础的叶面滞尘预测模型。 以北京市常见绿化树种（大叶黄杨）为研究对象, 设置高、 中、 低滞尘污染梯度, 采集720个叶片样本, 利用ASD Fildsoec Handheld光谱仪获取高光谱数据。 结果表明： 光谱反射峰分别在560和900 nm处, 吸收谷分别在400~500, 600~700和1 000~1 050 nm范围内； 有无滞尘的叶片反射率在不同波段表现出不同的规律, 在400～760和760～1 100 nm范围内的光谱反射率大小分别表现为滞尘叶片＞除尘叶片、 滞尘叶片＜除尘叶片； 滞尘与除尘叶片在植被光谱曲线上的差异性较明显, 350~700和1 900~2 500 nm波段, 滞尘叶片的光谱反射率略高于除尘叶片, 而在780~1 400 nm范围内, 滞尘叶片光谱反射率则显著低于除尘叶片, 差异性表现为： 重度污染区>中度污染区>轻度污染区； 反射率在可见光波段（350~780 nm）随叶面滞尘量的增加而增大, 而近红外波段（780~1 100 nm）的变化趋势则相反； 粉尘对叶片的红边斜率影响较大, 表现为滞尘叶片<无尘叶片, 而对红边位置没有显著影响。 叶面滞尘量预测模型中, 以叶面水含量指数、 简单比值指数建立的二次多项式预测模型效果最好, 分别为y=-1.18x2+0.542 4x+0.991 7, y=-7.67x2+3.692 4x+0.371 4。 模型验证表明, R2分别达到0.987 7和0.887 3, 拟合效果较好, 说明预测模型可有效地估测大叶黄杨叶面滞尘量。
大叶黄杨 高光谱 滞尘量 回归模型 预测 Euonymus japonicus Hyperspectral Dust retention Regression model Prediction
1 四川大学 物理科学与技术学院,成都 610064
2 中国科学院光电技术研究所 微细加工国家重点实验室,成都 610209
3 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 401122
借助时域有限差分法，对几种常见金属纳米颗粒影响有机太阳能电池光吸收效率的因素及其内部物理机制进行了研究.首先对金属纳米颗粒激发局域表面等离子共振的场分布特点进行分析，对比其在电池不同功能层中对光吸收率的影响;其次基于米氏理论与电共振效应，得出金属纳米颗粒的结构参量对局域表面等离子共振位置及强度的影响规律，并以此进行优化设计.结果表明，具有高对称性形貌的金属纳米颗粒以小尺寸密堆积结构引入电池活性层，能够促进电池光吸收增强三倍以上.
金属纳米颗粒 结构参量 局域表面等离子共振 光吸收率 时域有限差分法 Metal nanoparticles Structural parameter Localized surface plasmon resonance Absorption efficiency Finite Difference Time Domain(FDTD)
