作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室,北京 100083
2 中国科学院大学,北京 100049
激光麦克风是一种利用光学多普勒效应获取远场语音信息的技术,其语音质量受到探测系统自身特性、光探测路径以及目标物等多个方面的影响。为了从远距离声场下的目标物获取更高质量的语音信息,文中通过单频声激励实验获得了4种典型目标物(A4纸片、A4纸盒、瓦楞盒、塑料瓶)的声致振动频率响应,发现了其在频率上的非均匀性。在此基础上,提出了一种基于ResUnet和TFGAN网络的激光语音增强方法,其通过ResUnet网络预测去噪梅尔谱图,并利用TFGAN网络由预测的梅尔谱图恢复出激光语音的时域波形。然后,利用实验室自制的激光麦克风在4种目标物上进行了远距离语音采集实验,采用文中提出的方法对采集到的激光麦克风语音进行了处理,并与非线性函数谐波重构法、DNN+谐波重构法进行了比较。最后利用客观语音质量评估(PESQ)和时域分段信噪比(SNRseg)对处理后的激光语音进行了量化评估。实验结果表明,在4种目标物上采集到的激光语音,经过非线性函数谐波重构方法和DNN+谐波重构方法处理后,语音质量均无明显提升,其相应的PESQ和SNRseg分值无明显提高。而经过文中所提的ResUnet+TFGAN网络方法处理后,激光语音取得了更高的PESQ和SNRseg分值,语音质量明显提升。因此,文中提出的方法在激光麦克风应用中具有更好的激光语音增强效果。此外,由实验结果可知,此方法在频率响应一致性较差的目标物上,仍然可以较好地重建频谱,恢复出高质量的语音信息。
外差干涉 语音增强 神经网络 声致振动 heterodyne interference speech enhancement neural network acoustic vibration 
红外与激光工程
2023, 52(10): 20230051
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院,北京 100049
3 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
激光语音探测是一种非接触远距离信息获取技术,具有灵敏度高、探测距离远、抗干扰等优点被广泛应用。但是,在目标物的后向光散射特性的影响下,该技术探测性能受到机位角度、目标材料、表面粗糙度影响,严重者有效信号将湮灭到噪声里致使系统探测失效。针对此,结合传统的微分交叉相乘解调(PGC-DCM)算法,开展归一化自相除相位载波解调算法研究,解决目标物后向光散射特性差异所带来的光强扰动问题。首先,建立消光强扰动算法数学模型,利用LabView构建仿真模型,通过该模型进行新算法的频谱响应与消光强能力的仿真分析,发现该算法可实现对干涉信号中B值,一倍频G、二倍频H以及一阶贝塞尔函数J1和二阶贝塞尔函数J2影响的消除;其次,针对不同光强度B值,进行了PGC-DCM和新算法性能对比分析,结果表明新算法可以解调出语音信号,在弱光环境下,优势更加明显;而PGC-DCM解调方法在光强度较小情况下时(例如B=0.5 mW),语音信号湮灭,无法还原出信号;最后,建立了远距离光强扰动抑制实验系统,进行了光强扰动消除能力实验。实验结果表明:该算法在探测光功率为10、20、30、40 mW条件下,系统解调输出语音信号幅度一致,消除了光强不同对信号探测的影响。
激光语音获取 相位载波 消光强扰动 信号处理 laser voice acquisition phase carrier eliminating light intensity disturbance signal processing 
红外与激光工程
2021, 50(9): 20210485
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对航空航天领域对超静平台纳米量级位移遥测的需求, 研制了一套体积小、质量轻、便携式的激光多普勒纳米位移遥测系统; 系统在电学部分采用基于数字零中频的解调方案, 模拟器件的减少有助于提高系统的探测准确度和精度; 理论分析了基于数字零中频的纳米位移振动解调算法, 并进行了算法实现和试验验证, 研究结果表明, 该算法最小探测相位达到1°, 对应振动位移2.15 nm。在此基础上, 利用PI-E501标准振动源, 在作用距离为10 m处, 对研制的激光多普勒纳米位移遥测系统进行了性能测试, 实现了振动频率10 Hz和1 000 Hz下和幅度1 000、200、10 nm的遥测, 测试结果表明: 该遥测系统满足工作频段在几十到几百赫兹, 振动位移为微米甚至更低的航空航天领域对超静平台测量的要求。
超静平台 数字零中频 纳米位移 相位 遥测 ultra-stable platform digital zero intermediate frequency nanometer displacement phase telemetry 
红外与激光工程
2018, 47(11): 1117008
王新伟 1,2,*孙亮 1雷平顺 1范松涛 1[ ... ]周燕 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 光电系统实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
水下超视距三角形距离能量相关三维成像是一种新型的快速非扫描三维成像技术, 可填补水下摄像机(空间分辨率高但作用距离近、无三维信息)与水下声呐(作用距离远但空间分辨率低)间的技术空白。介绍了水下距离能量相关三维成像国内外研究进展, 并重点介绍中国科学院半导体研究所在水下成像方面开展的三角形距离能量相关三维成像的研究工作, 提出了一种融合多脉冲延时积分的三角形距离能量相关三维成像, 梳理了多脉冲延时积分景深调节技术下的典型时域工作参数, 研制的水下激光选通三维成像系统“绿瞳”、“凤眼”和“龙睛”可实现探测距离大于4.8 AL的超视距百万像素三维成像, 已用于渔网等微小目标探测、海洋生物原位探测、水下光学详查等应用中。
距离选通三维成像 距离能量相关 水下超视距成像 水下成像 three dimensional range-gated imaging range-intensity correlation underwater imaging beyond visibility range underwater imaging 
红外与激光工程
2018, 47(9): 0903001
Author Affiliations
Abstract
1 Optoelectronics System Laboratory, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
This Letter proposes a coordinate difference homogenization matching method to solve motion influence in three-dimensional (3D) range-intensity correlation laser imaging. Firstly, features and feature pairs of gate images are obtained by speeded-up robust figures and bi-directional feature matching methods. The original mean value of the feature-pair coordinate differences is calculated. Comparing the coordinate differences with the original mean value, the wrong feature pairs are removed, and then an optimized mean value is updated. The final feature-pair coordinates are re-registered based on the updated mean value. Thus, an accurate transformation is established to rectify motion gate images for 3D reconstruction. In the experiment, a 3D image of a tower at 780 m is successfully captured by our laser gated imaging system on a pan–tilt device.
280.0280 Remote sensing and sensors 
Chinese Optics Letters
2017, 15(10): 102802
作者单位
摘要
中国科学院半导体研究所 光电系统实验室,北京 100083
距离选通超分辨率三维成像是一种新型非扫描三维成像技术,在水下成像、远距离侦察、自动导航等应用中具有重要意义。综述了距离选通超分辨率三维成像技术国内外研究进展,对于梯形距离选通超分辨率三维成像和三角形距离选通超分辨率三维成像从距离能量包络能量态、三维成像步长、信噪比、环境噪声敏感性、距离分辨率以及测距精度等角度进行了对比分析,介绍了距离选通超分辨率三维成像技术的最新研究进展,包括编码超分辨率三维成像、实时距离选通超分辨率三维成像、多脉冲延时积分超分辨率三维成像,并分析了在低对比度目标探测、识别、水下三维成像方面的应用情况,以及笔者实验室在距离选通超分辨率三维成像技术方面开展的研究工作。距离选通三维成像技术的发展趋势为获取更高的三维成像景深分辨率比,实现快速高分辨率三维成像。
距离选通三维成像 超分辨率 梯形距离能量相关 三角形距离能量相关 three dimensional range-gated imaging super-resolution trapezoidal range-intensity correlation triangular range-intensity correlation 
红外与激光工程
2016, 45(8): 0824001
Author Affiliations
Abstract
Optoelectronics System Laboratory, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
This Letter proposes a high bit-depth coding method to improve depth map resolution and render it suitable to human-eye observation in 3D range-intensity correlation laser imaging. In this method, a high bit-depth CCD camera with a nanosecond-scaled gated intensifier is used as an image sensor; subsequently two high bit-depth gate images with specific range-intensity profiles are obtained to establish the gray depth map and finally the gray depth map is encoded by an equidensity pseudocolor. With this method, a color depth map is generated with higher range resolution. In our experimental work, the range resolution of the depth map is improved by a factor of 1.67.
110.6880 Three-dimensional image acquisition 110.0110 Imaging systems 
Chinese Optics Letters
2015, 13(7): 071102
Author Affiliations
Abstract
Optoelectronics Systems Laboratory, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
We present a method of time coding with ABAB synchronization timing control for real-time 3D super-resolution range-gated imaging (3DSRGI). To meet the high precision of time delay and pulse width in ABAB synchronization time sequencing, phase shift is implemented to achieve ns-scaled delay and width accuracy without restoring to high clock frequencies. Theoretical analysis and experiments prove that 1 ns delay and width precision is obtained by our timing control unit based on a single field-programmable gate array with 5 ns clock cycle. Finally, a prototype experiment of 3DSRGI is demonstrated at a 10 Hz video rate with 696 pixels×520 pixels.
110.6880 Three-dimensional image acquisition 150.6910 Three-dimensional sensing 
Chinese Optics Letters
2015, 13(8): 081102
作者单位
摘要
中国科学院半导体研究所光电系统实验室,北京100083
为三维选通成像提供了纳秒级阴极选通高速门控开关的设计与实现。该门控开关创新性地采用互补级联开关的方式实现阴极正负电压的高速选通。结合功率开关管的特性,使用功率PMOS作为前级开关,产生平顶质量好的正脉冲;采用功率三极管作为后级开关,无需额外驱动,通过二者互补级联的方式产生阴极选通负脉冲。实验表明,最终开关的上升沿时间为13.4 ns,下降沿时间为24.6 ns,最小脉宽为50 ns,最高工作频率100 kHz,导通电压-200 V,关断电压40 V,满足三维选通门控要求。门控开关通过互补级联方式,不但寄生参数小,脉冲上升、下降时间小,脉冲平顶质量好,时序控制精度高,无需隔离驱动,而且通过功率三极管作后级开关,可以获得比TTL触发脉冲更窄的脉宽,具有良好的脉宽特性。
三维选通成像 像增强器 互补级联 门控开关 脉冲 3D range-gated imaging image intensifier complementary cascade gate-control switch pulse 
电光与控制
2012, 19(7): 60
作者单位
摘要
中国科学院半导体研究所 光电子应用技术与系统开发组,北京 100083
设计了一种可调制的高稳定度半导体激光器驱动电路。该电路的直流稳定度高达1.5×10-5,输出电流在0~200 mA内连续可调,长时间工作(12 h以上)电流变化小于1μA;在直流基础上注入100 kHz~300 kHz的调制电流,其调制深度为0~100 mA连续可调,可实现在激光干涉测量中对光波频率和光波强度的调制。将该电路驱动的光栅外腔半导体激光器和辅助温度控制电路应用于光干涉测量技术中,得到了功率稳定、波长单一的激光输出,解决了激光器的跳模现象,完成了对远距离微小振动(纳米量级)的测量。
半导体激光器 高稳定度电路 调制深度 干涉测量 semiconductor laser high-stability driver circuit modulation depth interferometry 
应用光学
2007, 28(6): 0689

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