1 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学自动化学院，江苏 南京 210044
针对遥感有向目标存在的检测问题，设计了一个基于改进Rotated RPN的网络，设计特征重组机制，通过加权使网络关注有效目标区域。使用新的有向框标注方法，避免在临界角度出现错位等问题。在检测头前端使用极化注意力模块，改善因为分类和回归任务所需特征不一致导致的性能下降问题。实验结果表明，该模型可以提高多类目标的检测精度。相较于基准Rotated RPN，该模型在Dior-R数据集上精度提升4.95%，在HRSC2016数据集上精度提升11.75%。
遥感 有向目标检测 深度学习 特征重组 极化注意力
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海量子科学研究中心，上海 201315
4 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
随着探测体系的发展，基于单光子探测技术的光子计数激光雷达受到了广泛关注，有效降低了系统对激光功率的需求，广泛应用在远距离测距及成像领域。针对激光雷达在人眼安全波段的工作需求，基于自由运转模式InGaAs/InP SPAD单光子探测器设计了一套多元收发的远程线阵光子计数激光雷达扫描成像原型系统，对探测器在日光背景下的探测概率影响因素展开了分析，配合主动淬灭电路设计及工作温度、偏压调整获得了系统的最佳工作点，并针对扫描视场中孤立目标特征采用了点云滤波及后脉冲预处理算法，将单个接收通道的原始数据率由200 kbps量级降低至小于1 kbps。与记录单次回波相比，单个测距周期记录四次回波可将有效数据量提升约5%。同时也对探测器的噪声及后脉冲等特性进行了分析。该系统工作波段为1 550 nm，探测器线阵规模可达到128元，激光重频为20 kHz，可在2 s内实现水平200°范围内的激光三维成像，作用距离＞3 km。经过成像算法处理，该系统在日光条件下成功实现多距离目标三维成像，成像目标清晰。
激光雷达 光子计数 三维成像 单光子探测 InGaAs/InP SPAD lidar photon counting 3D imaging single-photon detection InGaAs/InP SPAD 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220474
1 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京，210044
2 南京信息工程大学自动化学院，江苏 南京 210044
针对遥感图像中小目标规模大、分布不均匀、尺度比例变化大和背景复杂等问题，提出一种改进的级联算法SA-Cascade。该算法使用循环特征金字塔使产生的特征表示逐步增强，提高小目标的检测率。使用基于可学习锚的建议区域生成网络，对遥感目标进行精确定位，并且引入特征自适应模块和特征融合模块，以提高模型对复杂背景图像的检测性能。在级联的基础上引入双分支检测头以提高模型对小目标的检测性能。在TGRS-HRRSD-Dataset和VisDrone-DET数据集上对不同算法进行对比实验，实验结果表明：改进后的级联算法可以更精确地对遥感图像目标进行检测和定位，相比改进前的级联算法在两个数据集上的精度分别提高2.94%和9.71%。
遥感 目标检测 深度学习 特征融合 级联算法 光学学报
2022, 42(24): 2428004
1 中国林业科学研究院资源信息研究所，北京 100091
2 国家林业和草原局林业遥感与信息技术重点实验室，北京 100091
为在红外相机等资源受限平台上实时、准确地实现海量野生动物图像自动识别，改善野生动物监测过程中数据传输负载重、时效性低等问题，基于YOLOv5模型，利用5类物种的红外相机图像构建数据集，对YOLOv5s、YOLOv5m、YOLOv5l、YOLOv5x四种网络结构进行训练。通过对比不同网络结构的精度、检测速度、体积，明确最优网络结构；同时分析模型在复杂背景信息干扰下的识别效果，评价YOLOv5在真实野外场景的适用性；并通过与其他同类算法的比较，明确YOLOv5用于野生动物识别的优势。实验结果表明：四种网络结构的识别精度均较高，F1-score和平均精度（mAP）均在90%以上，其中YOLOv5m的综合性能最好；YOLOv5在多种复杂背景信息干扰下识别效果仍较好，能够很好地适应真实野外场景；与其他算法相比，YOLOv5同时具有精度高、鲁棒性强、资源占用低等优势。YOLOv5是一种轻量化的模型且性能优越，为在资源受限的平台上进行野生动物实时识别提供了新的契机。
机器视觉 野生动物 目标检测 YOLOv5 图像识别 深度学习 激光与光电子学进展
2022, 59(12): 1215015
1 北京交通大学 电子信息工程学院, 北京 100044
2 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心, 河北 保定 071002
3 中国科学院理化技术研究所 固体激光重点实验室, 北京 100190
4 河北建筑工程学院 电气工程学院, 河北 张家口 075000
5 大阪工业大学 电子信息系统工程学专业, 大阪 999001
提出了一种在2 050 nm波段的基于新型无源三环复合子腔的单纵模掺铥光纤激光器。对所提出的新型复合三环子腔滤波器进行了详细的理论分析, 可以通过调整其有效自由光谱范围和透射带宽实现超窄带滤波, 从而确保激光器的单纵模运行。所搭建激光器的输出波长为 2 048.48 nm, 光信噪比为 70 dB, 100 min内的波长和功率波动分别小于 0.02 nm 和 0.453 dB。实验结果表明, 激光器可以工作在稳定的单纵模输出状态。该激光器有望用于自由空间光通信或用作多普勒激光雷达的高功率光纤激光器的种子源。
光纤激光器 掺铥光纤 单纵模 光纤布拉格光栅 fiber laser thulium-doped fiber single-longitudinal-mode fiber Bragg grating
1 北京交通大学 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 光波技术研究所, 北京 100044
2 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心, 河北 保定 071002
3 中国科学院理化技术研究所 固体激光重点实验室, 北京 100190
提出了一种基于光纤Bragg光栅Fabry-Pérot (F-P)窄带滤波器和复合双环腔滤波器的单纵模掺铥光纤激光器。通过对复合双环腔进行数值仿真并实验制作, 结合光纤Bragg光栅F-P滤波器的窄带滤波特性, 实现了光纤激光器的单纵模选取。激光器输出波长为1 941.56 nm, 光信噪比为55.8 dB, 70 min内的波长和功率波动分别小于0.019 nm和1.464 dB。由自制的基于非平衡迈克尔逊干涉仪线宽测试系统测量了所提出的掺铥光纤激光器输出单纵模激光的频率噪声特性, 并用β线方法由频率噪声谱估计了不同测量时间下的激光线宽, 2 ms测量时间下的典型激光线宽值为14.194 kHz。
光纤激光器 掺铥光纤 单纵模 光纤光栅 fiber laser thulium-doped fiber single longitudinal mode fiber Bragg grating
1 北京交通大学光波技术研究所 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 河北大学物理科学与技术学院 光信息技术创新中心, 河北 保定 071002
搭建了一个连续波高功率掺铥光纤激光器, 并进行了生物组织切割研究。利用自制光纤光栅搭建了线形腔掺铥光纤激光种子源, 种子源输出波长为1 941.10 nm, 光信噪比为75 dB, 50 min内的波长抖动和功率抖动分别小于0.04 nm和0.265 dB, 斜率效率和最大输出功率分别为5.6%和186 mW。基于主振荡功率放大结构, 分别搭建了前置光放大器和主光放大器, 两放大器的斜率效率分别为14.3%和35.86%, 经过两级放大后得到21.9 W的激光输出。利用经光束整形后的激光光束进行了生物组织切割实验。设计了多组实验观察该激光器在不同功率和移动速度情况下, 切割深度的变化情况。实验表明该掺铥光纤激光器具有良好的切割作用, 在生物医学领域具有应用潜力。
光纤激光器 掺铥光纤 高功率 组织切割 fiber laser thulium-doped fiber high-power tissue cutting
1 东北石油大学物理与电子工程学院, 黑龙江 大庆 163318
2 东北石油大学黑龙江省高校共建测试计量技术及仪器仪表研发中心, 黑龙江 大庆 163318
针对医学图像分割中网络深度过深和上下文信息欠缺导致的分割精度降低等问题,提出了一种基于改进U-Net的磁共振成像(MRI)脑肿瘤图像分割算法。该算法通过嵌套残差模块和密集跳跃连接组成一种深度监督网络模型。为了减小编码路径和解码路径特征图之间的语义差距,将U-Net中的跳跃连接改为多类型的密集跳跃连接;为了解决网络过深导致的退化问题,加入残差模块,以防止网络梯度消失。实验结果表明,本算法分割肿瘤整体、肿瘤核心、增强肿瘤的Dice系数分别为0.88、0.84、0.80,满足临床应用的需求。
图像处理 脑肿瘤分割 残差模块 密集跳跃连接 激光与光电子学进展
2021, 58(4): 0410022
中国林业科学研究院资源信息研究所,北京 100091
采用深度学习方法,利用网络爬取、实地拍摄两种方式获取数据,并构建基于Faster R-CNN(region-based convolutional neural networks)的金丝猴优化检测模型。通过比较不同的模型,明确模型的最优构建方案;通过对比基于不同训练集构建的模型的检测精度,探究建模数据最优补充方案。研究结果表明:相比Vgg16和Res50网络,基于Res101网络在迭代70000次时可以构建最优的模型;在实测数据有限时,可以采用网络图片作为替代数据源进行金丝猴面部检测,并且可以将其作为辅助数据源优化金丝猴身体检测效果;相对于经典的卷积神经网络,该方法不仅检测效果更好,而且运行时间更少;该模型可以在复杂生态背景图片中有效地进行金丝猴定位与识别。所提方法对金丝猴野外发现与跟踪有很强的现实意义。
激光与光电子学进展
2020, 57(12): 121022
1 南京信息工程大学信息与控制学院, 江苏 南京 210044
2 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心, 江苏 南京 210044
3 江苏省气象能源利用与控制工程技术研究中心, 江苏 南京 210044
随着硬盘(HDDs)面记录密度的增加,读写数据时磁头的飞行高度不断降低。磁头与磁片表面液体润滑膜的接触,会在表面形成半月板,或润滑剂回升,造成润滑剂转移。观测液体润滑膜的转移过程以及其在磁头上的动态变化特性,是研究润滑剂性能的重要方面。改进基于垂直物镜的椭圆偏振显微镜(VEM),提出一种旋转起偏器的方法获得膜厚与被测光强的线性关系,实现磁头表面润滑膜动态观察,并对现有显微镜尤其是照明系统进行改进。实验以非极性全氟聚醚(PFPE)润滑剂Z03覆盖的磁头为样品对椭圆偏振显微镜进行标定。以极性PFPE润滑剂Zdol4000作为样品,对其在磁头表面的去湿现象进行观察。结果证明显微镜横向分辨力约0.36 μm。该方法可用于纳米级液体薄膜的可视化观测。
测量 显微镜 观测 椭圆偏振显微镜 润滑剂膜厚测量 分辨力
