朱泉锦 1,2,3,4马浩统 1,2,3,4陈炳旭 1,2,3邢英琪 1,2,3[ ... ]谭毅 1,2,3,4
1 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
4 中国科学院大学，北京 100049
双自由曲面光束整形系统可在不改变光束相位分布的情况下实现光束空间光强分布的按需调控，然而其需要设置虚拟平面来进行双自由曲面面形的求解。研究发现，传统单一虚拟面法在应用于结构紧凑和扩束倍率较大的系统时，存在设计不精准、整形效果差等缺陷，为此，提出了一种基于虚拟面迭代策略的双自由曲面光束整形系统设计方法。基于不同参数的同轴透射式和离轴反射式光束整形系统的数值仿真研究结果，表明该方法可有效规避传统虚拟面法的局限性。以将束腰半径为5 mm的高斯光束整形为半径30 mm的准直平顶光束的透射式双自由曲面光束整形系统为例，虚拟面迭代法所设计的光束整形系统将光强分布均匀性和能量利用率相对于单一虚拟面法而言分别提升了2.93%和8.93%。
高斯光束整形 虚拟面迭代法 自由曲面 不重合度 辐照度均匀度 能量利用率 gaussian beam shaping virtual surface iteration method free-from surface misalignment irradiance uniformity energy efficiency 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230587
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 空军装备部驻长春地区军事代表室, 吉林 长春 130033
在大倾角航空相机对地面目标定位过程中，借助数字高程模型（DEM）可有效解决地球椭球模型定位存在的大地高误差影响。为获取地面坐标的准确信息特别是高程信息，首先，根据载机的位置姿态信息以及航空相机的框架角等信息利用齐次坐标变换求解出成像系统视轴在地理坐标系下的指向，再利用数字高程模型确定目标点的坐标。针对成像过程中目标点高程计算繁琐、容易不迭代等问题，提出了一种对目标高程值进行快速迭代的方法。通过对目标区域高程进行折半查找处理，计算该处视轴光线高程与地面高程差值。继续计算该高程差中值并继续迭代，直到小于一定阈值。最后使用蒙特卡洛分析法对整个成像过程存在的误差项进行分析。实验结果表明：采用快速迭代法进行计算，当收敛阈值为十分之一DEM网格精度时，迭代效率提升45.5%，收敛速度大大提高；且通过数字高程模型计算，在飞行高度为15409 m，相机框架角大于74°时，对于山地区域目标的圆概率误差小于200 m，可以满足实际工程需要。
航空相机 对地目标定位 数字高程模型 快速迭代法 误差分析 aerial camera ground target localization digital elevation model fast iteration method the error analysis
1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，长春 130012
2 吉林省红外气体传感技术工程研究中心，长春 130012
由于红外热释电探测器在低温环境下易发生温度漂移，导致非分散红外（NDIR）二氧化碳（CO2）农业火灾检测仪受低温影响较大。针对上述问题，本文设计了一种应用于-40 ℃低温环境的探测器温度控制系统。给出了NDIR农业火灾检测仪的原理，探究了热释电探测器温度漂移现象，在此基础上，设计了以STM32F103为核心的温度控制系统。将温度控制系统集成于火灾检测仪中，在-40 ℃环境温度下，将探测器温度从20 ℃起始温度控温，稳定在21 ℃的响应时间为16 s，温度波动的1σ值为0.012 6 ℃，响应时间和稳定性均满足低温环境下的控温需求。在控温条件下，对传感器进行了标定，将气体标定实验得到的吸收通道与参考通道电压信号的一次谐波幅值比和标准气体浓度值进行指数拟合，拟合优度达到了99.852%。利用纯氮气（N2）样品，对检测仪进行了25 min的稳定性测试，测得的浓度波动范围为-28.128 76×10-6~27.240 5×10-6。引入Allan方差进行评估，当积分时间为0.25 s时，检测下限为1.213 01×10-6；当积分时间为114.75 s时，理论上系统的检测下限可达到4.822 5×10-7。实验结果表明，该温度控制系统可以保证火灾检测仪在低温环境下的正常工作。
火灾检测 气体吸收 温度控制 BUCK电路 牛顿迭代法 增量式PID Fire detection Gas absorption Temperature control Buck circuit Newton iteration method Incremental PID
1 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
2 山西省自动化检测装备与系统工程技术研究中心，山西 太原 030051
针对目前光纤环缺陷检测方法可靠性低、实用性差的问题，提出一种基于改进低秩表示模型的光纤环缺陷检测算法。基于低秩表示理论对缺陷检测问题进行模型构建，将无缺陷的光纤环图像建模为低秩结构，将缺陷建模为稀疏结构；同时将拉普拉斯正则化约束项施加到低秩表示模型中，以扩大缺陷区域与背景之间的差距；为了提高算法的效率，采用幂法迭代的思想来实现奇异值分解。通过实验对算法进行验证，结果表明，所提算法对不同类型的缺陷均具有良好的检测性能，且与其他算法相比，取得最优的表现。
光纤环 缺陷检测 低秩表示 奇异值 幂法迭代 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2215008
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室，北京 100029
针对激光掩星探测对流层中上层到平流层下层高度范围内大气温度和压强的反演方法，进行了研究和仿真分析。选择对温度不敏感而对压强敏感的吸收线，利用吸收系数与吸收截面和压强的关系，通过迭代方式求解得到压强。选择弱吸收峰附近的吸收线，利用吸收系数与压强和温度的关系，根据反演得到的压强值通过迭代方式求解得到温度。为减小大气中其他气体吸收以及大气散射等消光因素对反演结果的影响，仿真过程采用差分波长的方法，在氧气A吸收带内，选取合适的吸收线，利用激光掩星差分透过率数据由Abel积分反变换反演得到各个激光轨迹切点高度处的差分吸收系数廓线，然后利用差分吸收系数反演各个切点高度处的压强和温度。仿真结果显示：压强反演误差主要受差分吸收系数反演误差的影响，随高度下降呈不断增大的趋势，最大误差约为6%；根据反演得到的压强值对温度进行反演，温度反演误差主要受压强和差分吸收系数反演误差的影响；两种影响部分抵消，最大温度反演误差在5 km高度附近约为1.5 K。建立误差模型进行分析，对反演误差中出现的一些变化趋势和影响因素进行解释。在去除差分吸收系数反演误差的条件下，对压强和温度进行1次循环求解，得到压强最大反演误差约为0.3%，温度最大反演误差约为1 K，将该条件下温度和压强的反演误差与有差分吸收系数反演误差时的反演误差进行对比，证实了减小差分吸收系数反演误差的重要性。
大气光学 温度和压强反演 差分吸收系数 迭代法 误差分析 激光与光电子学进展
2021, 58(3): 0301002
复杂环境下进行定位导航, 需要构建全源导航系统, 实现多传感器的即插即用和不同频率的数据融合。研究了一种基于因子图的数据融合方法, 该方法采用因子图法表示状态的递推与更新, 采用高斯牛顿迭代法求解优化方程完成组合导航中的数据融合任务。然后以惯性/卫星组合导航系统为例, 分析了因子图的原理内容, 设计了相应的信息融合框架。最后对该方法的可行性进行了仿真验证, 实验数据表明, 3轴位置的均方根误差值分别为1.53 m, 1.55 m, 1.53 m, 证明了该方法的可行性, 可以在此基础上扩展传感器, 构建全源导航系统。
惯性/卫星组合导航 图优化算法 高斯牛顿迭代法 数据融合 SINS/GNSS integrated navigation graph optimization algorithm Gauss-Newton iteration method information fusion
1 长春理工大学 a 光电工程学院
2 长春理工大学 b 机电工程学院, 长春 130022
为了提高激光3D投影校准系统的校准可靠性、获得最佳校准参数, 根据校准系统的基本原理, 提出了一种将激光3D投影观测值求解模型与校准参数求解模型结合的方式, 来建立激光3D投影校准模型的方法.该方法采用两个步骤进行激光3D投影校准系统的校准参数的求解.第一步是通过等距法建立激光3D投影观测值求解模型, 引入模型初值的求解, 这种初值的设计结果避免了该求解模型运用的牛顿迭代法呈现的弊端.第二步通过四元数法建立校准参数求解模型.仿真结果显示, 在H、V上施加服从正态分布的均值为0、标准差σ=0.5″的误差后, 该激光3D投影校准系统求解模型误差RMS在0.3 mm以内, 同时, 采用激光跟踪仪作为对比基准验证了本方法的可靠性及校准精度, 在3 m至5 m的定位空间范围内, 最大误差在0.4 mm以内, 满足激光3D投影系统的投影定位精度.即该校准模型可实现对激光3D投影校准系统校准参数的求解, 且校准精度高, 校准方法收敛速度快, 提高了系统校准工作速率, 为激光投影系统的研制提供了新的算法思路.
激光3D投影 激光3D投影校准模型 牛顿迭代法 初值设计 校准参数 精度评价 校准精度 Laser 3D projection Laser 3D projection calibration model NEWTON iteration method Preliminary design Calibration parameter Accuracy evaluation Calibration precision
1 南京航空航天大学 航天学院, 南京 210016
2 航天恒星科技有限公司 导航事业部, 北京 100086
3 中国人民解放军 91362部队, 舟山 316200
为了解决激光三角测量法在标定时, 不能直接准确地测量激光器端口与标定物的距离的问题, 采用了一种基于距离差进行标定的方法。该方法利用标定物移动的距离作为标定输入, 改进了测量系统的标定方法;采用高斯-牛顿迭代法计算测量系统的参量, 分析了测量系统在标定时可能产生的激光像点提取误差和非垂直误差。结果表明,测量距离的精度可达到4.000mm。该方法能够准确标定激光三角测量系统的参量。
激光技术 激光三角测量 距离差标定 高斯-牛顿迭代法 误差分析 laser technique laser triangulation measurement calibration of distance difference Gaussian-Newton iteration method error analysis
西安交通大学 能源与动力工程学院, 西安 710049
鉴于传统的Bondarenko迭代方法(BIM) 处理共振干涉效应时会引入较大的误差, 国际上发展了共振干涉因子方法(RIFM) 和非均匀共振伪核素方法(HPRIM) , 但二者都只能通过考虑共振干涉效应给出较精确的燃料棒平均有效自屏截面, 而不能精确考虑空间自屏效应而无法给出精确的空间相关的有效自屏截面。针对该问题, 提出了共振伪核素子群方法(PRNSM) 。该方法通过在线制作共振伪核素的共振截面表考虑共振干涉效应; 通过拟合方法得到共振伪核素及其组成共振核素的子群参数; 通过求解共振伪核素的子群固定源问题得到子群通量并用于归并组成共振核素的子群截面得到空间相关的有效自屏截面。大量的数值结果表明, 对于不同富集度UO2燃料问题, PRNSM可精确给出棒平均有效自屏截面和空间相关的有效自屏截面。
共振干涉效应 空间相关有效自屏截面 Bondarenko方法 共振干涉因子方法 共振伪核素方法 子群方法 resonance interference effect spatial dependent self-shielded cross section Bondarenko-iteration method resonance-interference-factor method pseudo-resonant-nuclide method subgroup method 强激光与粒子束
2017, 29(1): 016006
1 中南大学 信息科学与工程学院, 湖南 长沙 410081
2 湖南第一师范学院 信息科学与工程学院, 湖南 长沙 410205
由于现有的模糊图像盲恢复算法计算复杂度高,计算量大,本文提出了一种基于半二次罚函数的图像盲去模糊算法,并进行了实验验证.应用图像噪声的多阶偏导数的高斯分布特性和图像梯度值服从hyper-Laplacian分布特性建立方程,使用高效交替迭代的算法对方程求解.由于迭代过程中采用快速傅里叶变换一次求解,故大大降低了运算时间,同时获得了很好的恢复效果,为实现实时视频图像去模糊奠定了基础.对一个百万像素级的图像进行了去模糊实验,结果显示,本文算法比当前流行的算法有更快的计算速度和更好的鲁棒性,计算时间缩短了60% .提出的算法为视频图像的实时盲恢复提供了新的工具.
图像处理 半二次罚函数 盲去模糊 迭代算法 模糊核函数(点扩散函数) image processing half-quadratic penalty blind deblurring iteration method Point Spread Function(PSF)
