深度学习已经成为机器视觉领域应用最为广泛的技术方法, 基于深度学习的目标检测技术是当前的一项热门研究课题。文章首先对国内外目标检测技术的最新研究进展进行了梳理, 并分析和总结了传统目标检测方法的优缺点; 然后详细介绍了几种基于深度学习的目标检测技术及其优缺点; 最后讨论了现阶段深度学习存在的问题和未来的发展方向。

根据微小零件显微检测图像纹理相似、边缘信息太少和灰度分布范围有限等特点, 从算法的基本原理出发, 对传统清晰度评价函数进行了分析。针对传统清晰度评价函数无法兼具高灵敏度和抗噪性的缺陷, 提出了一种基于局域方差信息熵的清晰度评价算法。该算法利用局域方差对各灰度级的自信息量进行加权, 一方面弥补了信息熵函数缺失的空间信息, 避免清晰度误判; 另一方面增加清晰区域像素参与计算信息量时的权重, 同时减少背景区域和噪声区域像素计算的权重, 从而提高函数灵敏度。实验结果表明, 与传统清晰度评价函数相比, 局域方差信息熵函数不仅灵敏度很高, 而且具有较好的抗噪性, 可用于实际的自动对焦系统中。

针对传统单端元提取方法不能描述端元变异、限制混合像元分解精度的缺点, 提出一种基于像元纯净指数的多端元提取算法（Multiple Endmember Extraction Algorithm Based on Pixel Purity Index, PPI-MEE）。首先将图像划分为不重叠的图像块, 并分别利用改进的PPI算法提取候选端元集, 然后利用候选端元的邻域像元光谱信息对候选端元进行优化和精选。最后, 对优化精选后的端元集分类得到每类地物的多端元光谱集。仿真数据和真实高光谱数据的实验结果表明, 提出的多端元提取策略具有表征遥感图像中端元光谱变异的能力, 能够提高端元提取精度和混合像元分解精度。

微米光栅加速度计具有高精度、低功耗、小体积等优点, 在惯性导航、油气勘探、地震检波等领域有广泛的应用前景。文章针对传统微米光栅加速度计受到交叉轴串扰导致精度下降的问题, 提出了一种双层悬臂梁结构微米光栅加速度计敏感头。利用ANSYS有限元分析可知, 所设计的双层悬梁结构敏感头能有效抑制交叉轴串扰, 同时模态分离较传统结构提升13.5倍, 有效提高了敏感头抗高阶机械模态扰动的能力。

提出并设计了一套应用于小尺寸、高频抖动的微型仿生扑翼飞行器的实时视觉系统, 包括构成硬件基础的微型摄像头模块、5.8GHz传输模块和无线图传接收模块, 以及构成软件模块的两种算法, 其中一种是利用角点检测与LK光流法、基于卡尔曼低通混合滤波的实时电子稳像去抖算法, 另一种是基于YOLOv3的人像识别算法。进行了微型仿生扑翼飞行器的飞行硬件搭载测试实验, 实验结果表明, 所提出的电子稳像算法可以去除x轴66.56%、y轴73.15%的抖动, 人像识别算法可以达到96%以上的准确率, 同时图传分辨率在720×480像素时, 稳像去抖算法时延为6.33ms, 人像识别算法时延为20.5ms, 总时延满足实时要求, 完成了实时去抖与人像识别系统的设计目标。

基于丙丁烷在3.37μm处的基频吸收峰, 使用相应中心波长的连续带间级联激光器和长光程吸收池, 研制了基于波长调制技术的丙丁烷气体检测系统。为自动确定波长调制过程中的锯齿波中心值参数, 基于电流与输出光频率的线性关系, 通过均匀增加激光器驱动电流获得直接吸收光谱。使用基于洛伦兹线型的拟合算法确定吸收峰值对应电流, 使锯齿波输出光以其为中心覆盖吸收峰。实验证明, 以拟合结果31.94mA为中心值的锯齿波, 在叠加频率为20000Hz、幅值为0.03V的高频正弦调制波后, 系统二次谐波峰值超过100mV。算法全过程不依赖标气和F-P标准具等精密光学器件, 可适应实际生产条件下的系统自动定参。

对于使用随机相位模板(RPM)作为密钥的双随机相位编码(DRPE)加密系统, 唯密文攻击算法(COA)是一种有效的攻击算法。为了提高DRPE加密系统抵抗COA算法攻击的能力, 提出了一种基于随机Radon变换的JTC加密系统。该系统对待加密图像进行随机Radon变换, 再使用JTC加密系统对其加、解密。除了DRPE加密系统中的RPM密钥之外, Radon变换参数亦被用作恢复原始图像的密钥。仿真结果表明, 相比于仅使用RPM密钥的DRPE加密系统, 基于随机Radon变换的DRPE加密系统可以有效抵抗COA算法攻击, 提高加密系统的安全性。

针对同时定位与地图构建（SLAM）中的特征匹配关键环节, 提出一种融合特征点和特征区域的图像追踪与匹配算法, 以解决交替出现纹理丰富和纹理缺失的间断纹理环境中图像特征易丢失、误匹配率较高的问题。首先, 利用ORB算法和半稠密直接法分别对图像提取特征点和特征区域。其次, 使用渐进一致采样法(PROSAC)剔除ORB算法的误匹配特征点, 并计算特征点的正确匹配率。最后, 针对纹理缺失环境中特征点丢失严重的问题, 以特征点的正确匹配率作为判断依据, 对低匹配率图像, 则基于特征区域使用半稠密直接法实现图像的追踪, 同时对追踪结果进行非线性优化, 提高了特征区域追踪的准确性和稳定性。实验结果表明, 该算法适用于间断纹理环境, 在纹理丰富和纹理缺失条件下均可提高图像匹配的准确率。

由于受到光电测量设备硬件及环境的影响, 采集到的红外图像普遍存在对比度低、噪声大等缺陷。为此, 提出了一种基于非均匀有序直方图和锐化的红外图像增强算法。考虑到高动态范围红外图像的特性, 该方法分为两部分:首先, 通过引入在有序直方图域中以恒定斜率增加的非均匀分布来增强图像对比度,并将非均匀分布直方图与输入图像的排序直方图合并于有序直方图域的优化问题, 以计算修正后的直方图。其次, 为了更有效处理红外图像的模糊效应, 提出一种用于高频补偿滤波的相对边缘强度指标, 以有效地抑制相对均匀区域中的噪声。实验测试结果表明, 与传统算法和其他类似算法相比, 使用所提出的方法增强后的图像细节丰富, 具有更好的视觉效果和更高的实际应用价值。

针对低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测算法忽略了图像的空间信息, 导致检测精度低的问题, 提出了一种联合空间信息的改进低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测算法。算法综合利用了高光谱图像的光谱信号与空间信号, 并与图像自身的稀疏性相结合, 对经典的基于低秩稀疏矩阵分解的目标检测算法进行改进, 该算法以待测像元为中心构建一定大小的空间窗, 计算中心像元与邻域内其他像元的空间相似度权值和光谱相似度权值, 通过计算邻域内其他像元对中心像元的比例权值得到了中心像元的重构光谱值并作差得到两者的残差矩阵; 最后基于低秩稀疏矩阵分解的高光谱异常目标检测算法得到图像的稀疏矩阵, 将代表异常目标信息的稀疏矩阵和残差矩阵相加并求解矩阵行向量之间的欧式距离得到像元的异常度, 设置阈值, 得到检测结果。为验证所提算法的检测性能, 采用了真实的高光谱数据进行仿真实验, 并与现有算法进行对比, 结果表明该算法能够得到更高的检测精度。

针对准循环低密度奇偶校验(LDPC)码在高信噪比区域可能存在错误平层的问题, 提出了一种基于等差数列(AP)和消除基本陷阱集(ETS)的低错误平层QC-LDPC码构造方法。该方法利用改进的ETS消除算法构造基矩阵, 以减少基本矩阵中的小基本陷阱集。然后利用特殊性质的等差数列(AP)确定循环移位系数, 扩展得到最终的校验矩阵。该构造方法的计算复杂度低且码字的码长、码率可灵活设计。并且仿真结果表明, 所构造码率为0.5的PEG-Trap set-AP(PTAP)-QC-LDPC(1200,600)码, 在误码率为10-6时, 与IEEE 802.16标准中QC-LDPC(1200,600)码、利用PEG算法与AP的PEG-AP-QC-LDPC(1200,600)码、通过控制环(CC)的CC-QC-LDPC(1200,600)码和基于等差数列的AP-QC-LDPC(1200,600)码相比较, 其净编码增益分别提升了0.08, 0.31, 0.57和0.64dB, 有效地改善了高信噪比区域的纠错性能, 且未出现明显的错误平层。

基于多物理场有限元分析与理论计算相结合的方法, 采用Intellisuite软件完成了12μm×12μm微测辐射热计结构的设计与仿真, 具体工作包括: 单元结构二维版图及工艺流程设计和单元结构三维精确建模, 结合实际MEMS结构的材料参数, 进行了电学与热电耦合多物理场有限元仿真模拟分析。通过仿真优化获得探测单元的主要热电参数、响应时间和响应率, 分别为: 热导4.31×10-8W/K、热容2.69×10-10J/K、电压响应率（未经后端读出电路放大）7200V/W、热响应时间6.24ms。采用所提出的微桥设计仿真方法, 可显著提高器件设计效率和设计精度, 缩短研发周期, 可满足超大规模小像元非致冷红外焦平面探测器的设计要求。

实验制备了级联倍增InAlAs/InAlGaAs雪崩光电二极管, 对二极管暗电流随台面直径和温度的变化进行了研究分析。结合暗电流函数模型, 利用Matlab软件对暗电流的各成分进行了数值计算, 并仿真研究了芯片结构的缺陷浓度Nt和表面复合速率S对暗电流的影响。结果表明, 二极管暗电流主要来自于体暗电流, 而非表面漏电流。在工作点偏压90V处, 受缺陷影响的缺陷辅助隧穿电流Itat在暗电流中占据了主导, 并推算出了芯片结构的缺陷浓度Nt约为1019m-3、吸收区中的缺陷浓度NInGaAs约为7×1015m-3。由于芯片结构的缺陷主要来源于InAlAs/InAlGaAs倍增区和InGaAs吸收区, 而吸收区缺陷占比很少, 因此认为缺陷主要来自于异质结InAlAs/InAlGaAs倍增区。

根据薄膜型光纤温度传感器的感温原理及光学薄膜的应力特性, 利用膜层干涉的特征矩阵分析了传感元件的传感特性, 建立了薄膜型光纤温度传感器的热应力特性及其对传感特性影响的理论模型。通过对薄膜和光纤的热光效应和热膨胀特性的分析, 对比了蓝宝石光纤、纯硅芯光纤和普通多模光纤三种光纤基底的热应力-温度特性, 设计了高温传感器传感探头的薄膜膜系, 分析了膜系中每层膜的热应力-温度特性, 以及临界载荷应力特性, 确定所选光纤基底脱膜的临界应力值。通过模拟不同应力作用下的光谱传感特性, 为传感器薄膜敏感探头的稳定性和可靠性提供理论依据和支持, 提高传感器研制的效率。

谐振式光纤陀螺（Resonator Fiber Optic Gyroscope, RFOG）的性能是多种误差和噪声共同作用的结果。分析了RFOG主要误差与噪声的产生机理, 建立了各误差与噪声的分析模型, 结合具体陀螺参数, 对误差和噪声的等效旋转速率进行了估算, 对抑制误差和噪声的有关措施进行了数值量化。以RFOG零偏稳定性0.1°/h需求为例, 为抑制背向散射噪声及背向反射误差, 相位调制移频时顺时针和逆时针光波的载波强度残留水平之积需高于112dB; 为抑制克尔效应, 顺时针和逆时针方向的光强差需控制在3.86nW以内; 地磁场方向不确定性引起的陀螺零偏稳定性约为0.7°/h。该工作为RFOG实验研究和工程设计提供了理论指导。

太阳能飞艇依赖于光伏阵列提供能量, 但曲面面形引起的非均匀光照会造成光伏阵列的能量损失。文章将遗传算法引入光伏阵列优化研究, 通过优化光伏阵列拓扑结构, 降低模块间的失配现象, 从而达到增大输出功率的目的。首先基于光伏电池的单二极管模型, 给出光伏阵列的仿真方法。其次提出基于遗传算法的光伏阵列拓扑结构的优化方法, 采用序列编码方式, 将光伏阵列拓扑结构转化为染色体编码, 通过染色体基因位的交叉变异实现光伏阵列拓扑结构的优化。以某太阳能飞艇为例进行仿真验证, 优化后光伏阵列平均输出功率增大2.32%, 仿真结果表明所提方法能够有效提高太阳能飞艇光伏阵列的输出功率。

为了解决石墨烯探测器光电探测的难题, 针对石墨烯探测器受光照像元电阻发生变化的特点, 设计了基于石墨烯探测器的新型积分电路结构。该积分电路结构主要包含前端偏置电路、运算放大器以及开关和反馈电容等部分, 电路主要利用暗像元电阻不随光照变化, 而感光像元电阻会随光照强度变化而变化的特点, 将光照条件下暗像元支路的电流与感光像元支路电流的差作为光响应电流, 并采用CTIA积分电路进行电流积分, 将光响应电流转换为积分电压输出, 进而实现石墨烯探测器对光响应信号的探测和输出。文中对相关的主要电路设计进行了分析, 并基于Cadence ADE仿真环境完成了电路仿真。经仿真分析, 基于文中的积分电路, 可以将不同光照条件下石墨烯探测器的光响应转换为对应的积分电压输出。可见, 所设计的积分电路能够满足石墨烯探测器对光响应探测的需求, 对石墨烯材料进入光电探测器领域具有重要意义。

研究并求解了热效应条件下的半导体激光器的速率方程。在经典速率方程的基础上, 通过引入热效应特性, 得到了带温度参量修正的速率方程组, 然后利用Simulink软件工具, 对该非线性微分方程进行仿真求解, 最后以某分布反馈激光器的参量为例, 得到了不同偏置点、不同调制信号及不同温度条件下速率方程的瞬态解, 并据此分析了弛豫振荡、频率啁啾等特性。仿真求解结果符合该型激光器的瞬态特性, 为该型激光器设计制造和应用选型提供了一定的参考。

由SOI片制备的微多环谐振陀螺仪在测试过程中, 不可避免地会引入馈通信号, 而目前常用的差分检测馈通取消方式高度依赖微陀螺仪和检测电路的对称性, 不能有效地消除馈通信号。针对此问题, 提出了一种基于反相信号的馈通取消方案, 通过在驱动和检测电极之间施加与馈通信号反相的信号, 从而抵消馈通效应带来的干扰, 该方法理论上可以在不降低驱动力的情况下将馈通信号完全取消。实验结果表明, 该方法能有效消除馈通信号对电容检测的影响, 谐振峰高度可提高约25倍。

红外焦平面器件普遍存在着非均匀性问题, 对红外焦平面阵列（IRFPA）实施非均匀性校正对提高成像质量具有重要意义。传统的IRFPA多点校正算法存在运算量大、实时性能低、实用效果差等问题, 为此文章综合人眼视觉特性, 提出IRFPA非均匀性多点校正算法。人眼视觉对图像的灰度分辨能力是有阈值限制的, 利用这种分辨阈值可以对IRFPA的标定点进行有效压缩, 生成像元号-校正系数表, 然后通过查找系数表, 实现IRFPA的非均匀性实时压缩校正。实验证明, 提出的IRFPA非均匀性校正算法较传统的IRFPA非均匀性校正算法实时性能更好, 非均匀性降低了0.203%。

常规的半导体紫外探测器波长响应范围宽, 而紫外光的应用具有较强的波长选择性, 如320nm波段的紫外光在医学方面有重要的应用, 因此, 具有高波长选择性的紫外探测器的研制有重要意义。文章采用GaN基p-i-n探测器结构, 通过在p区覆盖银纳米薄膜作为欧姆接触层和波长选择透射层, 成功制备了对320nm波段紫外光高选择性探测的紫外探测器, 器件性能如下: 70nm银层的紫外光透射率峰值超过30%, 器件在-5V偏压下的暗电流为10-12A量级, 响应峰值为0.06A/W, 响应峰发生在325nm处, 光谱响应峰半高宽约30nm。

设计了一种基于蓝宝石衬底氮化镓基蓝色/绿色多量子阱LED外延片, 利用成熟的LED芯片工艺制备了高像素Micro-LED芯片阵列; 在Micro-LED芯片和CMOS驱动芯片表面设计并制备了金属凸点, 采用高精度倒装焊接工艺实现LED显示芯片和CMOS驱动芯片的良好键合, 成功制备了分辨率为640×360的Micro-LED显示器。同时, 以FPGA为控制器, 设计了Micro-LED显示器的驱动系统, 该驱动系统对输入的图像数据进行缓存并将其处理为显示器所能接收的单色图像数据, 最后将处理后的图像数据写入驱动芯片并实现图像显示。

通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器, 其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中, 开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明: 利用光纤光栅增敏封装, 在高低温环境中采用低精度光纤光栅解调仪, 传感器的测温精度由±0.4℃提升至±0.1℃。上述结果显示, 采用增敏封装结构能够提升光纤光栅温度传感器的测量精度, 减低制作成本。

采用离子辅助电子束蒸发方法, 通过改变制备Al2O3增透膜时基底的温度, 在边发射半导体激光器前腔面上分别制备了张应力和压应力增透膜。比较了张应力、压应力两种不同增透膜对半导体激光器性能的影响。结果表明: 在10A注入电流下, 当半导体激光器的增透膜为张应力状态时, 输出功率为8.11W; 当半导体激光器的增透膜为压应力状态时, 输出功率为7.74W。可见, 在半导体激光器前腔面制备张应力增透膜有效地提高了半导体激光器的斜率效率。

工作在中长波的红外探测器可被广泛应用在空间成像、**和通信等领域, 锑基InAsSb材料由于其特殊的性质是制作长波非致冷光子探测器的理想材料。俄歇复合寿命是影响探测器性能的重要因素之一, 文章采用Matlab软件模拟研究了n型和p型InAsxSb1-x材料的俄歇复合寿命随温度、As组分及载流子浓度的变化。对确定的As组分, 可通过优化工作温度及载流子浓度获得较长的俄歇复合寿命。当载流子浓度为3.2×1015cm-3、温度为200K时, n型InAs0.35Sb0.65的俄歇复合寿命最大为2.91×10-9s。

针对光纤光栅工程化应用性能不佳的问题, 提出将高强度光纤光栅与碳纤维材料复合, 介绍了复合样品的结构形式, 分析了应变传递过程, 然后对其应变传感特性和疲劳性能进行了实验研究。结果表明: 复合样品能够达到较高的应变传递效率, 具有良好的应变传感特性; 疲劳实验中复合样品保持正常工作, 波长变化曲线的幅度稳定; 疲劳实验前后复合样品的应变传感特性基本不变, 应变灵敏度系数分别为1.12和1.17pm/με, 应变响应曲线的线性度均高于0.999, 重复性分别为0.623%和0.397%。

采用金属有机物化学气相淀积（MOCVD）技术生长了InAs量子点及不同组分和厚度的量子点低温盖层, 采用光致荧光光谱（PL）和时间分辨荧光发射谱（TRPL）研究了量子点在不同低温盖层下的荧光发光性质。对比了常规方法和速率调制外延（FME）法生长GaAs低温盖层的量子点质量, 结果表明, FME法生长低温盖层的量子点荧光发射谱光强更强且发光寿命达到0.6ns, 明显优于普通方法生长低温盖层的量子点发光寿命。

提出了一种新型的方形腔耦合金属波导结构, 该结构由两个相互平行的矩形金属波导和一个内嵌可连通的方形谐振腔构成。利用方形谐振腔局域表面等离子体实现带阻滤波特性, 并通过多路复用实现双端口全光等离子体开关。采用时域有限差分方法（FDTD）研究了方形腔的边长、折射率和谐振距离对强透射特性的影响。结果表明, 基于方形腔耦合金属波导结构的光开关在工作中具有较好的阻带特性和透射特性, 其最大透射率可达92%, 最小阻带透射率达0.2%, 工作波长范围为607~785nm。

提出一种改善n型横向双扩散金属氧化物半导体(NLDMOS)器件性能的工艺方法。该方法基于某公司0.18μm标准工艺流程, 通过在NLDMOS的共源处增加一道离子注入, 引出衬底电荷, 以优化NLDMOS器件的击穿电压（Vb）与比导通电阻（Rsp）。选择不同的注入离子浓度与快速热退火时间, 研究了器件的Vb与Rsp变化。由于离子激活效率不足, 单纯增加20%的注入离子浓度, 器件的耐压性能提升极小, 采用增加20%注入离子浓度结合延长20s快速热退火时间的方法, NLDMOS器件的Vb提高约2.7%, 同时Rsp仅增加0.9%左右。