1 上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
2 中冶宝钢技术服务有限公司，上海 201999
结构光视觉技术是一种光学三维表面测量技术，具有速度快、精度高、鲁棒性强等优点。在实际应用中，线结构光发射器的镜头失真会导致光平面发生弯曲，而现有的大多数标定方法无法对失真进行补偿，并且会限制线结构光的分布规则。为了避免透镜失真所造成的影响，提出了一种精确且鲁棒性强的线结构光标定方法，通过构建曲面网格模型将水平、竖直射线追踪相结合，克服了现有方法对结构光分布方向的限制，同时，利用微分后的空间网格平面与像素网格平面之间的单应性关系实现了亚像素级的光条中心点三维重建。实验结果表明，该方法可以降低线结构光平面弯曲对标定精度的影响，对间距为55 mm的任意相邻靶标进行距离测量的误差小于0.08 mm，对间距为1133.85 mm的任意相邻靶标进行距离测量的精度可达0.50 mm。
线结构光曲面标定 射线追踪 曲面网格模型
目标或目标组成部分的机械振动或旋转产生微多普勒效应，在目标分类和识别中起着重要作用。然而，环境中许多物体(例如风力涡轮机、空调等)的微多普勒效应对雷达系统而言就像时变的杂波，导致雷达探测性能下降。本文针对外辐射源雷达微动杂波影响目标检测的问题，提出了一种基于稀疏度自适应匹配追踪改进算法(SAMP)的微动杂波抑制方法。考虑到微动杂波的稀疏特性，将复杂的微动杂波抑制问题转化为稀疏信号表示问题，分离微动杂波并将其抑制，便于目标观测。相比于原SAMP 算法，改进后的SAMP 算法能自动调整步长并在残差达到自适应阈值后快速停止迭代。仿真和实测数据验证了所提方法的有效性。
外辐射源雷达 微动杂波抑制 稀疏度自适应匹配追踪算法 passive radar micro-Doppler clutter suppression Sparsity of Adaptive Matching Pursuit 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(6): 830
1 北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876
2 生态环境部核与辐射安全中心，北京 102488
3 国家无线电监测中心检测中心，北京 100041
基于5G 基站前向功率控制和波束赋形等关键技术，设计单用户情况下5G 基站电磁辐射测试方案。该方案根据电磁辐射功率密度随着距离平方减小的规律布点，可以在一定程度上提高宏基站测试效率。对本文所提监测方案进行现场实测，监测结果远小于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)标准限值，表明5G 基站电磁辐射水平总体可控。利用高频结构仿真器(HFSS)设计5G 基站天线模型获取大规模多输入多输出(MIMO)天线阵方向图，基于实际场景电磁参数分析搭建场景，通过射线追踪算法对5G 基站的电磁辐射进行预测。预测与监测结果相比误差不大，证明预测方法可靠。
5G 基站 电磁辐射 测试方案 射线追踪 5G base station electromagnetic radiation test scheme ray tracing 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(6): 826
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230133
1 桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学 广西高校微电子器件与集成电路重点实验室, 广西 桂林 541004
针对传统TEG能量收集系统输入电压单一化与可用功率范围较窄的问题, 提出了一种适用于极性反转热电能量收集的升降压DC-DC转换器。采用双极性输入升降压拓扑结构, 能够自适应收集双极性输入热电能量, 并增加储能升降压回路, 有效拓宽了重载下可用功率范围, 保证输出电压稳定性, 并在轻负载时收集多余能量, 显著提高轻载转换效率, 保证系统续航能力。最大功率追踪方法采用结构简单、追踪效率较高的开路电压法。180 nm CMOS工艺仿真验证表明, 所提出的能量收集系统轻重负载条件下转换效率均高于85％, 最高转换效率为9326%(VTEG=500 mV, RS=210 Ω), 最大功率追踪效率达到9952％(VTEG=-600 mV), 电路最低工作输入电压为±25 mV, 且重负载下18 V输出电压纹波小于30 mV。
双极性输入 升降压 最大功率追踪 能量收集 bipolar input buck-boost maximum power tracking energy harvesting
桂林电子科技大学 机电工程学院, 桂林 541004
为了探究水束导引高功率激光的热损失问题, 调控水导高功率激光中水-光束耦合的热稳定性, 保证激光能量有效地传输至工件表面, 采用有限元方法建立水-光束耦合的数值模型, 利用射线追踪模拟不同入射激光功率、射流流速和直径时的水射流温度分布, 并通过实验数据验证模型的有效性, 对比了相同功率下连续激光与脉冲激光的温度分布。结果表明, 水射流的温度随着水-光束耦合长度增加而升高, 当入射激光功率增大、耦合腔压力降低以及射流直径减小时, 都会导致射流的温度升高, 严重影响射流的稳定性;由于水射流的冷却作用, 平均功率300 W的脉冲激光相较于连续激光, 温度相差约5 ℃。此研究结果为控制水导高功率激光中水-光束耦合的热效应、提高激光能量的传输效率提供了一定的参考。
激光技术 水导高功率激光 射线追踪 热效应 传输效率 laser technique water-jet guided high-power laser ray tracing thermal effect transmission efficiency
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 30033
2 中国科学院大学， 北京 100039
3 吉林省智能波前传感与控制重点实验室， 吉林 长春 100
4 中国人民解放军95975部队， 甘肃 酒泉 732750
为实现大口径透镜组的高质量集成，亟需一套透射波前检测系统，其可实现米级跨度上的微米级精度检测。针对大口径透射波前质量检测难题，采用非窄带干涉与条纹跟踪相结合的方法，获得元件相对倾斜以及支撑结构所引入的系统波前变化。首先，基于光纤互联架构，设计了子孔径分时复用测系统；其次，建立了斜率测量与最终系统波前的映射关系，分析了斜率重建过程对不同空间频率波前的影响；最后，利用桌面实验系统，针对探测原理进行了验证测试，在测试波长1 550 nm时，干涉感知信噪比优于15 dB，测量范围优于5 μm，探测精度优于0.5 μm。本文所提出的方法可实现大口径透镜透射波前大范围、高鲁棒、高精度的检测，具有重要的意义，特别是对于未来大口径大视场望远镜的建设。
大口径巡天望远镜 大口径透镜 光学检测 条纹追踪 large aperture sky survey telescope large aperture lens optical detection fringe tracking 光学 精密工程
2023, 31(12): 1735
1 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学工程系生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049
2 南京医科大学生物医学工程与信息学院，江苏 南京 211100
3 清华大学医学院生物医学工程系，北京 100084
4 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室生物医学光子学与传感研究所，陕西 西安 710049
微创介入治疗近年来发展迅速，具有重要临床价值。然而，微创条件下手术视野与操作范围受限，手术结果高度依赖医生经验。为解决这一问题，临床关注的焦点是如何实现手术信息的可视化、手术定量信息的获取和治疗范围的精准控制。光学辅助与激光消融技术在解决该问题上发挥了重要作用。增强现实技术提供新的可视化方式，光学追踪与传感为术中提供多维的定量信息，而激光消融则提供了精准治疗的途径。同时，光学技术与计算机视觉、人工智能、材料科学等多学科结合，推动微创介入朝着智能化、精准化、个性化的方向发展。聚焦于微创介入中的光学辅助与激光消融技术，主要从增强现实、光学追踪与感知、激光消融三方面，对相关研究进展进行综述。
医用光学 增强现实 光学追踪与感知 激光消融 微创介入 中国激光
2023, 50(15): 1507201
北京工业大学材料与制造学部北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心，北京 100124
为了解决Levenberg-Markuardt（L-M）算法在激光追踪仪多站位测量应用中收敛速度慢的问题，本文提出了信赖域半径策略优化L-M算法。通过调整搜索方向的正参数进行信赖域判定，确定每一次迭代最优的方向和步长，使得算法快速收敛到全局最优解。实验结果表明：所提算法有效提高了基于激光追踪仪多站位测量技术的三坐标测量机（CMM）规划测量点体积误差的收敛速度。优化L-M算法与L-M算法的结果具有一致性，但前者的收敛速度更快、算法精度更高。在进行激光追踪仪站位自标定时，L-M算法平均迭代1553次才能迭代到全局最优解，而信赖域半径策略优化L-M算法平均迭代9次即可迭代到全局最优解。在求解CMM测量点的实际坐标时，L-M算法的平均精度为2.30×10-7 mm，优化L-M算法的平均精度为8.75×10-10 mm。
测量 三坐标测量机 激光追踪仪 多站位测量 L-M算法 信赖域算法 中国激光
2023, 50(14): 1404007
华南理工大学材料科学与工程学院，广东 广州 510640
微纳气泡、胶体颗粒、微生物等微纳粒子广泛存在于日常生活和自然环境中。观察各种微粒的动态行为并对其进行精确的定量表征，可为我们了解生命科学、医学、材料及环境科学中的许多核心问题提供重要启示。本综述介绍了可对多个微粒进行实时、大景深、非标记、高精度三维追踪的数字全息显微技术，阐述了其工作原理及其应用，最后对相关技术的发展方向及面临的挑战进行了讨论及展望。
数字全息显微 微粒追踪 三维成像 计算成像 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811006
