1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
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, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
可调谐半导体激光器是可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）系统的重要器件之一，激光器输出波长的稳定性直接决定系统测量的准确性和稳定性，而注入电流和工作温度是激光器输出波长的主要控制因素。设计了激光器驱动控制电路，并利用PID控制实现激光器工作温度的恒温控制，不仅能提供高精度低噪声的注入电流，而且对激光器有完备的安全保护功能。首先对注入电流和温度控制进行了短期测试分析，随后将设计的电路应用于中心波长为1512 nm的激光器，开展了测试分析，对激光器的温度、电流调谐特性进行研究，并对激光器输出波长的稳定性进行了短期和长期测试。结果发现激光器输出波长的标准偏差为0.0002，满足TDLAS系统对激光器恒流恒温控制的要求，表明该驱动控制电路实现了对半导体激光器的高精度驱动控制。
光电子学 可调谐半导体激光器 电流驱动 TEC恒温控制 optoelectronics tunable semiconductor laser current drive TEC temperature control
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
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 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 安徽 合肥 230031
光学合成孔径成像系统是利用多个小口径望远镜排列成稀疏孔径阵列来增大系统等效口径, 从而实现大口径光学系统的高分辨成像效果。子孔径间的共相误差探测是实现合成孔径系统高分辨率成像的重要前提, 该技术一直是该领域研究人员关注的焦点之一。新兴的人工智能及大数据技术为合成孔径成像系统共相误差探测提供了新思路和开辟了新方向。本文在简要回顾合成孔径成像系统共相误差探测方法的基础上, 介绍和分析了近年来深度学习技术在合成孔径成像系统共相误差探测方面的研究进展, 并对未来发展方向进行了总结和展望。
大气光学 合成孔径 共相误差检测 深度学习 卷积神经网络 atmospheric optics synthetic aperture co-phasing error detection deep learning convolutional neural network
1 安徽农业大学信息与计算机学院，安徽 合肥 230036
2 安徽省农村综合经济信息中心，安徽 合肥 230036
3 全椒县农业委员会农业信息服务中心，安徽 滁州 239500
灌浆期是水稻的重要生育期之一，为精准分割灌浆期水稻稻穗，探究稻穗特征与水稻长势之间的关系，提出了一种基于神经架构搜索的灌浆期水稻稻穗分割及特征分析方法。以DeepLabV3Plus网络模型为基础框架，基于神经架构搜索算法自动设计主干网络，修改空洞空间卷积池化金字塔（ASPP），搭建语义分割网络Rice-DeepLab。通过田间摄像头采集4种水稻的灌浆期图像并经Rice-DeepLab分割后，计算稻穗面积占比、离散程度、图像平均曲率和颜色特征等参数并分析。实验结果显示：改进后的语义分割网络Rice-DeepLab的平均交并比（mIoU）为85.74%，准确率（Acc）为92.61%，与原网络模型相比mIoU、Acc分别提高了6.5%、2.97%；由图像的稻穗面积占比、离散程度、图像平均曲率、颜色特征可大致判别稻穗稀疏或稠密，稻穗是否饱满，色泽青绿、金黄或灰白等长势。本研究表明，可以利用田间摄像头便捷地开展灌浆期水稻监测工作，通过稻穗分割及其特征分析初步判断水稻的长势，为田间管理提供支持。
灌浆期水稻 神经架构搜索 语义分割 特征提取 长势分析 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2210012
安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230031
基于深度学习的波前复原方法是利用训练好的卷积神经网络(CNN)模型并直接根据输入的光强图像得到波前像差的Zernike系数,不需要进行迭代计算,方法简单易于实现,便于快速获取相位。CNN的训练是通过对大量畸变远场光强图像和其对应的Zernike波前系数数据进行训练,自动提取光强图像特征,学习光强和Zernike系数的关系。本研究基于35阶Zernike大气湍流像差,建立了基于CNN的波前复原模型,通过分析该方法对静态波前畸变的复原能力,验证了基于CNN的波前复原方法的可行性及复原能力。
成像系统 自适应光学 波前复原 深度学习 卷积神经网络 非迭代复原方法 激光与光电子学进展
2020, 57(8): 081103
安徽大学 电子信息工程学院, 安徽 合肥 230039
针对基于强度传输方程(Transport of Intensity Equation, TIE)的非干涉相位恢复技术要求光源是单色的限制, 以及强度采集过程移动CCD或物体而引入的机械误差, 提出了一种适用于透镜模型下的色散相位恢复技术。该方法基于透镜成像系统的相位变换特性, 将色散与TIE结合在一起, 使不同波长的光经过透镜系统后在同一位置成像, 从而在不机械移动的情况下获得聚焦和散焦强度图像。再利用散焦量与波长的关系结合TIE计算出物体的相位信息。模拟实验中用该方法恢复物体的相位与原始相位的相关性系数为0.970 7, 均方根误差为0.061 8; 同时真实实验对透镜阵列相位进行了恢复, 实验结果与真实参数误差为1.74%, 证明了所提方法的正确性和有效性。
相位恢复 强度传输方程 色散 透镜成像系统 phase retrieval transport of intensity equation chromatic dispersion lens imaging system 红外与激光工程
2019, 48(6): 0603018
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
以不同像移探测需求为导向,梳理了像移探测方法的发展脉络,将像移探测历程划分为基于工程参数的像移计算、基于联合相关器的像移估计和基于遥感图像的像移探测三个阶段;客观分析了每个阶段所解决的问题及面临的瓶颈;结合空间相机的发展趋势,剖析了目前像移探测方法中迫切需要解决的三个关键科学问题,为宽频带像移探测提供了一种可能的研究思路。
测量 空间相机 像移测量 平行观测图像 带宽 激光与光电子学进展
2019, 56(8): 080006
1 安徽农业大学信息与计算机学院, 安徽 合肥 230036
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
提出了基于双重约束函数的无重叠图像期间的颤振估计算法。建立了视差图像与低频颤振相结合的双重约束函数,以评价无重叠图像期间颤振曲线的平滑度;采用共轭梯度法筛选颤振曲线平滑度最优解,并以此作为无重叠图像期间颤振的最佳估计;建立了无重叠图像期间与重叠图像期间颤振之间的函数关系式。以我国XX-1号可见光详查相机为例进行实验,颤振探测结果在被测颤振的频率既不等于也不接近特征频率的整数倍处具备有效性,证明了所提算法能够对无重叠图像期间非特征频率整数倍及其附近处的颤振进行有效探测。
卫星颤振 颤振估计 无重叠图像 电荷耦合器件拼接区
安徽大学 电子信息工程学院 计算智能与信号处理教育部重点实验室, 合肥 230039
针对光强传输方程法在部分相干光场相位恢复过程中, 由于CCD采集频率与LED发光频率不同步导致恢复的相位出现黑白相间的条纹, 以及机械移动造成采集角度的偏差所导致的相位结果错误等问题, 提出了配准递进补偿算法.首先, 对所采集的具有一定角度偏差的三幅强度图进行角点检测和互相关匹配, 并去除错误点对从而得到变换矩阵进行图像变换以纠正原有的偏差.同时, 由于照明光波的缓慢动态变化与其低频分量相关, 在新的配准图像中进行初次补偿以改善照明频闪效应.然后使用光强传输方程求解得到样品的初始相位.为了解决初始相位边缘出现的光晕, 再次对恢复的相位进行补偿以突出样品的关键信息.搭建了真实光路系统进行实验验证, 结果表明所提方法在纠正角度偏差的同时改善了频闪效应.微透镜阵列实验中, 恢复的结果与实际结果相对误差为1.7%, 证明了所提算法的正确性与有效性.
光强传输方程 部分相干光场 相位恢复 递进补偿 配准 Transport of intensity equation Partially coherent light field Phase retrieval Progressive compensation Registration
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
利用激光大气传输四维程序, 建立了双望远镜中继镜系统上行传输模型, 研究了孔径匹配对中继镜系统上行传输的影响。选择去除畸变相位后接收光场的 远场峰值功率密度作为中继镜系统上行传输的性能指标, 通过光束在真空中传输的计算, 得到了接收口径一定时不同发射口径对应的最优发射焦距, 并对不同发射功率激光在大气中 上行传输的情况进行了模拟计算。结果表明, 当接收孔径一定时, 随着发射孔径的增大, 最优发射焦距减小;增大发射孔径, 可以增大临界发射功率;当发射功率较小时, 在一定 发射口径范围内, 发射口径的变化对中继镜系统上行传输的性能指标影响不大, 当发射功率较大时, 增大发射口径可以有效提高中继镜系统上行传输的性能指标。
激光技术 中继镜 孔径匹配 性能指标 laser techniques relay mirror aperture matching performance evaluation function
1 深圳市卓先实业有限公司, 广东 深圳 518117
2 中国中医科学院针灸研究所, 北京 100700
用不同波长的LED辐射源照射离体组织标本, 然后通过光谱仪接收其透过光线。比较了LED光 透射组织后的波形和波长分布, 分析了不同频率的光透过同一组织标本后的频谱, 最终得出了LED光透射组织时的最佳 波长范围。该结果可以对LED辐射源在理疗产品中的应用起到一定的指导作用。
LED辐射源 波长 光谱仪 组织 LED radiation source wavelength spectrometer tissue
