期刊基本信息
创刊:
1981年 • 半月刊
名称:
光学学报
英文:
Acta Optica Sinica
主管单位:
中国科协
主办单位:
中国科学院上海光机所
中国光学学会
出版单位:
中国激光杂志社
主编:
龚旗煌
执行主编:
赵建林
副主编:
邵建达 刘文清 华灯鑫 张旭苹 刘辉
ISSN:
0253-2239
刊号:
CN 31-1252/O4
电话:
021-69916837
邮箱:
地址:
上海市嘉定区清河路390号
邮编:
201800
定价:
150元/期

本期栏目 2018, 38(10)

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光学学报 第38卷 第10期

陈小威 1,2,*李学彬 1魏合理 1戴聪明 1[ ... ]翁宁泉 1,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学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
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
引入全局敏感性分析方法,研究典型传输场景下113个输入参数的不确定性对热畸变参数(ND)数值模型的影响。通过主效应检测将输入参数分为对ND影响重要的参数和不重要的参数;把主效应检测筛选出的不重要参数固定后,采用基于方差的敏感性分析方法定量评估20个重要输入参数对ND的影响。结果表明,低空大气参数的影响较大,它们既可以直接对ND产生影响,也可以通过和其他参数相互作用对ND产生影响;对ND影响最重要的参数是低空大气吸收系数。所得结果能够指导实际工作中大气参数的测量和模式的构建。
大气光学 敏感性分析 热晕效应 吸收系数 散射系数 
光学学报
2018, 38(10): 1001001
作者单位
摘要
北京应用物理与计算数学研究所, 北京100094
通过对相同马赫数、相近雷诺数、不同转塔口径(400 mm和2000 mm)的绕流流场模拟和气动光学效应进行分析,给出了不同发射方向时气动光学效应导致的光束倾斜角和光束质量因子的时间变化特性、统计特性以及时间相关特性。结果指出:多数场景下气动光学效应中平均流场效应占主要部分,平均流场效应的特征频率由绕流流场的特征频率决定。尺寸效应的研究表明:缩比实验可以有效模拟实际飞行状态下气动光学效应的统计特性,但无法准确模拟其时间相关特性。开展了前向发射时发射方向的优化选择,指出发射方向在中轴线上天顶角约为40°时,气动光学效应导致的波前畸变统计值和涨落值最小。分析了前向发射时发射口径的影响,指出发射光束半径增加会导致平均流场效应快速增加,但湍流效应基本不变。
大气光学 气动光学效应 时空特性 数值模拟 平均流场效应 湍流效应 
光学学报
2018, 38(10): 1001002
作者单位
摘要
海军潜艇学院, 山东 青岛 266000
初始的光学隐蔽深度模型(OCD)是在海水光学性质均匀的条件下建立的,针对光学性质均匀水体假定条件下的光学隐蔽深度模型缺乏普适性的缺点,基于海水中对比度传输方程,在垂向方向上把海水划分为多个光学性质相似的均匀层,并依此建立非均匀海水条件下光学隐蔽深度(OCD_LAYER)模型。计算并分析了观测天顶角、海水体衰减系数和潜器表面反射率对非均匀海水条件下光学隐蔽深度模型的影响。使用潜模和光学隐蔽深度测量系统在近岸完成模型的实验验证和效果分析。使用3 m水柱漫衰减系数均值,OCD模型的平均均方根误差为1.19 m,平均绝对误差为1.19 m,平均相对误差为48.77%,OCD_LAYER模型的平均均方根误差为1.05 m,平均绝对误差为0.89 m,平均相对误差为36.18%。实验结果表明,OCD_LAYER模型准确性更高,误差更低,结果更可靠。
海洋光学 光学隐蔽深度 非均匀海水 对比度 
光学学报
2018, 38(10): 1001003
杨东 1,2,*徐文清 2,3徐青山 1,2,*魏合理 2,3,4李建玉 3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所基础科学中心光电探测室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230031
3 中国科学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
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术研究院, 安徽 合肥 230026
前向小角度的散射辐射分布与散射介质的粒子大小和光学厚度有关。基于一种新型变视场光度计,测量不同天气条件下的前向小角度散射比值、大气光学厚度τ和气溶胶粒子的Angstrom指数α,并与DISORT方法模拟结果进行对比分析。研究结果表明:散射比值随光学厚度的增大而增大;但当光学厚度τ <1时,散射比值取决于粒子有效尺度,粒子尺度越大,散射比值越小。卷云冰晶尺度较大时 (De>10 μm),其散射比值小于气溶胶粒子和水云,这为区别薄卷云与气溶胶提供了一种新方法。给出一种提取卷云光学厚度的简单方法,证明了卷云的消光系数在短波段与波长无关。以上研究为地基探测大气特性提供了一定参考价值。
大气光学 前向散射比值 Angstrom指数 云粒子 
光学学报
2018, 38(10): 1001004
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 桂林电子科技大学计算机与信息安全学院, 广西 桂林 541004
依据氧气对物质荧光的猝灭作用,研究了一种基于时域荧光寿命的水体溶解氧浓度检测方法,根据荧光猝灭曲线上的两点计算荧光寿命,并通过Stern-Volmer方程反演获得水体溶解氧浓度。结果表明:相同溶解氧浓度下,归一化处理后的荧光猝灭曲线不受激发光强度和激励持续时间等激发条件的影响;不同溶解氧浓度下,实测荧光寿命受系统延迟的影响,补偿后荧光寿命理论曲线与修正曲线具有良好的一致性,拟合相关系数达0.9985。与HQ30d溶解氧分析仪对比,测试结果表明,0~20 mg·L -1范围内溶解氧质量浓度测量误差小于0.5 mg·L -1,线性相关系数达0.9992。
海洋光学 水体溶解氧 浓度检测 荧光寿命 时域 
光学学报
2018, 38(10): 1001005
王晓晨 1,2,*蒋小军 1赵子豪 1,2李博 1,2[ ... ]钱军 1,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京100049
二能级量子体系的相干操控对于精密测量和量子信息处理非常重要,如原子钟、原子干涉仪和量子计算等。在实验上观察到相干微波-射频(MW-RF)场驱动下的铷原子超精细基态的双光子Rabi振荡现象。基于塞曼子能级之间热弛豫过程的标定和微波跃迁的测量,清晰地分辨出叠加有热弛豫过程的原子态布居相干振荡。实验测得并详细讨论了广义Rabi频率与中间态失谐和微波/射频功率的关系。当中间态失谐较大时,实验结果与等效二能级理论模型非常吻合;但当中间态失谐较小时,少量原子占据中间态造成实测的Rabi频率偏离理论值。这些结果为二能级量子系统的相干操控提供了有力的理论支持。
原子与分子物理学 Rabi振荡 双光子(微波-射频)跃迁 原子与场相互作用 
光学学报
2018, 38(10): 1002001
李韬杰 1,2,3,*汪岳峰 1,*杨正 2,3韩珺 4[ ... ]吴鹏 2,3,*
作者单位
摘要
1 中国人民解放军陆军工程大学电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院集成光电研究中心, 重庆 400714
3 跨尺度制造技术重庆市重点实验室, 重庆 400714
4 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司, 湖北 武汉 430070
基于傅里叶光学的基本原理和稀疏孔径光瞳结构,建立了子镜与衍射拼接主镜厚度误差间的关系模型。在子镜无衍射结构一侧微变形情况下,给出了任意低阶面形误差引入的相位差的一般表达式。以球面变形为例,分析计算了面形误差的容许范围,并采用ZEMAX光线追迹法对结果进行了交叉验证。对于子镜双侧无变形的特殊情况,运用蒙特卡罗方法讨论了子镜间厚度的一致性对拼接主镜成像质量的影响,给出了正态分布条件下衍射拼接主镜相干成像时子镜厚度误差的方差与极值范围。根据理论设计结果加工了两片离轴衍射子镜,开展了双子镜拼接成像性能实验。实验结果表明,衍射拼接主镜能提高等效分辨率。
衍射 拼接主镜 厚度误差 相干性 分辨率 
光学学报
2018, 38(10): 1005001
作者单位
摘要
北京交通大学理学院光信息科学与技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京 100044
基于菲涅耳衍射理论,研究了涡旋光经正六边形排布的多孔阵列衍射后的光强分布,分析了正六边形多孔阵列的结构参数对蜂窝状光场的影响。研究结果表明,衍射光场会随着相位结构发生周期性变化,得到蜂窝状或花瓣状的光强分布;圆孔半径会影响衍射光场的范围,正六边形的边长对条纹的宽度和间距存在影响。
衍射 涡旋光 圆孔阵列 衍射光场 
光学学报
2018, 38(10): 1005002
秦晓琼 1,2,*方祖捷 1应康 1,*魏芳 1[ ... ]瞿荣辉 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计了两种用于单纵模光纤激光器的窄线宽全光纤环滤波器,其由超低反光纤光栅和1个(或2个)2×2光纤耦合器构成。从理论上推导出两种滤波器的反射率表达式,并且对其反射率、窄线宽和群时延特性进行了详细的数值分析和实验验证。研究结果表明:由超低反光纤光栅和光纤耦合器构成的单环滤波器具有高反射率、超窄线宽和大群时延特性,表现出良好的慢光效应。双环滤波器除了保持了以上良好特性,还因游标效应,共振幅度可调,相对单环滤波器,具有更大的有效自由光谱范围(FSR)、更大的边模抑制比(SMSR)以及不易跳模等特点。所研究的光纤环形滤波器具有窄线宽、结构紧凑和低成本等优点,可用作光纤激光器的反射腔镜来进一步压窄激光器线宽,尤其是当双环滤波器用作腔镜时,激光器的线宽更窄,模式更稳定。
光纤光学 光纤滤波器 光纤环 光纤光栅 单纵模激光器 
光学学报
2018, 38(10): 1006001
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
光子晶体光纤因具有设计自由、导光机制新颖等优势而被人们广泛关注。相比于带隙型光子晶体光纤和Kagome光纤,空芯反谐振光纤(HC-ARF)由于具有结构简单、单模导光、传输谱宽且损耗低的特点,在紫外/中红外光传输、高功率激光产生、非线性光学及传感等领域都具有很好的应用。但是HC-ARF要真正得到广泛应用,其与普通单模光纤的熔接必须简便且损耗低,然而,HC-ARF包层特殊的毛细管孔结构在熔接过程中容易坍塌,且其模场直径不同于普通单模光纤,故直接熔接时损耗很大。为此,引入一段纤芯直径为20 μm的实芯大模场光纤作为模场过渡,实现了HC-ARF和普通单模光纤之间的熔接,熔接损耗由直接熔接的3 dB降至0.844 dB。
光纤光学 光子晶体光纤 熔接损耗 过渡光纤 空芯反谐振光纤 模场匹配 
光学学报
2018, 38(10): 1006002
孟瑜 1,2,*苏雪梅 2,*庞妍 2
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电信息学院, 吉林 长春 130012
2 吉林大学物理学院, 吉林 长春 130012
提出的一种由掺铒光纤动态光栅和光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔。通过建立二能级掺铒光纤动态光栅模型,根据半经典相互作用理论和传输矩阵理论,计算出掺铒光纤动态光栅以及该Fabry-Perot腔的透过率和反射率,并分析动态光栅中相干探测场拉比频率、掺铒光纤长度、光纤Bragg光栅的折射率调制深度以及Fabry-Perot腔的腔长等参数改变时对动态光栅和Fabry-Perot腔反射谱的影响。该Fabry-Perot腔的一个重要性质是其输出光谱可以通过调节探测场的拉比频率、探测场波长等参数进行动态调制。相比于由两个光纤Bragg光栅构成的Fabry-Perot腔,参数可调的系统比参数固定的系统更加灵活,并且能够克服Fabry-Perot腔两端的光纤Bragg光栅不对称的缺点(如不同的Bragg波长、折射率调制深度等),更有利于Fabry-Perot腔的模式选择。该光纤Fabry-Perot腔可以应用于光纤通信的光信号处理或光纤传感领域。
光纤光学 动态粒子数布拉格光栅 光纤Bragg光栅 Fabry-Perot腔 传输矩阵 驻波 
光学学报
2018, 38(10): 1006003
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
2 安徽工业大学电气与信息工程学院, 安徽 马鞍山 243002
冲击定位可为结构冲击损伤提供准确的位置信息。基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器存在解调频率低、需要训练样本等缺点,提出了一种利用光纤Sagnac传感技术实现结构冲击定位的方法。基于此方法的传感系统主要由宽带光源、光纤Sagnac干涉仪、光探测器以及数据采集与处理单元构成。当粘贴在结构表面的传感探头受到冲击应力波作用时,Sagnac干涉仪相位受到调制,从而导致输出的光强发生变化,通过光探测器将光信号转换为电压信号输出。首先,对传感系统采样的时域信号进行小波降噪和去直流干扰处理,再利用Db4小波包进行能量特征提取与信号重构,并获取应力波到达2端的传感器的时间,最后利用时差法进行冲击定位。为了验证该冲击载荷定位系统的有效性,对长度为100 cm的钢管结构进行了35次低速冲击实验。结果表明,该方法可以有效地识别冲击位置,最大定位误差和最大均方根误差分别为0.65 cm和0.36 cm。研究结果可为结构冲击定位提供另外一种可靠的方法。
光纤光学 光纤传感器 Sagnac效应 小波包分析 冲击定位 时差法 
光学学报
2018, 38(10): 1006004
齐跃峰 1,2,*贾翠 1,*刘磊 1张瑾 1[ ... ]王伟 1,2
作者单位
摘要
1 燕山大学信息科学与工程学院, 河北 秦皇岛 066004
2 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
针对长周期光纤光栅用作折射率传感器时对低浓度溶液不敏感的问题,提出了一种纳米膜修饰的光栅生物传感器,实现了抗原生物分子的低浓度测量。实验结果表明,经薄膜修饰后的光栅传感器,对低浓度的抗原溶液探测的灵敏度有了显著提高。当羊抗兔IgG浓度(质量浓度)为固定值0.01 mg·mL -1时,随着兔IgG浓度的增加,覆膜长周期光纤光栅峰值损耗响应明显。实验测得周期为445,460,500 μm的生物传感器对应的浓度灵敏度分别为2101.5,1306.5,575.9 dB·mg -1·mL。待测抗原浓度仅与光栅峰值损耗有关,实验测得兔IgG最小浓度为0.0003125 mg·mL -1。该传感器灵敏度高、无需标记、稳定性强,且结构简单不易受电磁干扰,在生物传感领域拥有广阔的应用前景。
光纤光学 长周期光纤光栅 生物传感 纳米膜修饰光栅 低浓度测量 浓度灵敏度 
光学学报
2018, 38(10): 1006005
作者单位
摘要
浙江工业大学光电子智能化技术研究所,浙江 杭州 310023
实现了基于PbS量子点掺杂的近红外S-C-L超宽带低噪声光纤放大器(QDFA)。以紫外(UV)固化胶为光纤纤芯本底,以PbS量子点作为增益介质,由973 nm单模激光器、隔离器、波分复用器、量子点掺杂光纤等构成全光路结构,在1470~1620 nm的宽波带区间实现了对信号光的放大。结果表明:在1550 nm波长附近,QDFA的带宽为75 nm。当输入信号光功率为-23 dBm时,开关增益为16 dB~19 dB(净增益为12.26 dB~15.26 dB),噪声系数约为3 dB。实验观测到了较明显的激励阈值和增益饱和现象,确定了适用的量子点掺杂浓度与光纤长度之间的线性关系。所实现的QDFA的带宽、C波带增益平坦度、噪声系数等指标优于常规的掺铒光纤放大器(EDFAs),L波带增益平坦度略低于经优化的多光纤EDFAs。
光纤光学 放大器 PbS量子点 量子点掺杂光纤 增益带宽 最佳掺杂浓度 激励阈值 
光学学报
2018, 38(10): 1006006
王鹏飞 1,2,*关伟鹏 3,*文尚胜 1,2,*谢勇坚 3[ ... ]张美琦 1
作者单位
摘要
1 华南理工大学材料科学与工程学院, 广东 广州 510640
2 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
3 华南理工大学自动化科学与工程学院, 广东 广州 510640
针对现有室内可见光三维定位系统存在的计算复杂、精度低等缺点,提出了一种基于免疫算法的室内可见光高精度三维定位系统。免疫算法是受生物免疫系统的启示而设计出来的一种具有全局寻优能力的智能算法,可以用于解决全局优化问题,而基于可见光通信(VLC)的室内定位,可以将其转化为全局优化问题。因此,在三维室内定位中,可以通过免疫算法获得最佳的接收机坐标。由于系统噪声和系统中使用的设备不完善,接收器和发射器之间的距离偏离实际值,产生定位误差。通过将误差修正因子引入免疫算法,可以精确地确定接收机在三维空间中的坐标。仿真结果表明,在3 m×3 m×4 m的室内环境中,80次迭代的定位误差为0.69 cm。多点定位测试的平均定位误差为2.13 cm。运动场景定位的扩展实验也表明,所提方法96.04%的定位误差在1.7 cm以下,优于现有的三维可见光室内定位方法。因此,基于免疫算法的室内可见三维定位系统可以实现高精度的定位服务,在各种室内定位场景中具有潜在的应用价值。
光通信 室内定位系统 免疫算法 定位精度 
光学学报
2018, 38(10): 1006007
作者单位
摘要
华侨大学机电及自动化学院, 福建 厦门 361021
为了满足对环境中重金属污染物汞离子的快速、现场及高灵敏度检测需求,利用汞离子对量子点产生荧光猝灭效应,结合光纤倏逝波传感原理,自主研发了一套可用于汞离子检测的全光纤传感器。其主要由光纤探针、光学系统和信号处理系统构成,实现了荧光信号的激发、探测以及光电信息的处理和获取。实验表明该传感器对汞离子的检出限可达到1 nmol/L,且在1 nmol/L至500 nmol/L的浓度范围内,量子点的荧光猝灭率随汞离子的浓度对数呈线性变化规律,线性相关度为0.9867。同时,离子抗干扰实验证实了该传感器对汞离子具有良好的选择性识别检测能力,将其应用于实际水样检测的加标回收率为90.1%~97.3%。该传感系统灵敏度高、响应速度快,可以实现远程探测和实时监测,且有利于仪器的集成和小型化,在重金属离子污染检测等领域具有广阔的应用前景。
光纤光学 光纤传感器 倏逝波 量子点 重金属离子检测 
光学学报
2018, 38(10): 1006008
作者单位
摘要
1 空军工程大学航空工程学院, 陕西 西安 710038
2 中国人民解放军95876部队, 甘肃 山丹 734100
针对栈式稀疏去噪自编码器(SSDA)在图像去噪上训练难度大、收敛速度慢和普适性差等问题,提出了一种基于栈式修正降噪自编码器的自适应图像去噪模型。采用线性修正单元作为网络激活函数,以缓解梯度弥散现象;借助残差学习和批归一化进行联合训练,加快收敛速度;而为克服新模型对噪声普适性差等问题,需要对其进行多通道并行训练,充分利用网络挖掘出的潜在数据特征集计算出最优通道权重,并通过训练权重权重预测模型预测出各通道最优权重,从而实现自适应图像去噪。实验结果表明:与目前降噪较好的BM3D和SSDA方法相比,所提方法不仅在收敛效果上优于SSDA方法,而且能够自适应处理未参与训练的噪声,使其具有更好的普适性。
图像处理 图像降噪 批归一化 残差学习 自适应性 
光学学报
2018, 38(10): 1010001
作者单位
摘要
天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
目前直接获取的深度图受其成像原理及硬件设备等因素的限制,存在分辨率低、边缘信息丢失等缺点,极大地影响了深度图的应用。针对这一问题,提出基于双通道卷积神经网络的深度图超分辨率重建模型。该模型由深、浅两个通道组成,21层的深层通道通过联合卷积与反卷积,结合跳跃连接与多尺度理论,实现深度图细节特征的快速学习;3层的浅层通道用于学习深度图的轮廓特征;最后融合深、浅两个通道,将细节与轮廓相结合,实现由低分辨率深度图到高分辨率深度图的端到端的学习。该模型充分利用卷积神经网络的学习能力自主提取深度图的有效特征,避免了手工提取特征的不准确性。在Middlebury RGBD数据集上的实验结果表明,本文模型在大采样因子8时仍能取得较好的效果,具有很高的实际应用价值。
图像处理 超分辨率 深度图 卷积神经网络 残差网络 
光学学报
2018, 38(10): 1010002
作者单位
摘要
天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
目前,基于统计先验的图像去模糊方法对噪声敏感,细节恢复能力有限,而基于先验学习的算法对图像及其模糊类型、噪声水平等适应性较差。针对上述问题,基于图像模糊前后像素直方图统计,首先提出一种简单有效的低值像素先验。然后针对现有方法对图像去模糊后出现大量噪声或伪影等问题,设计深度卷积神经网络学习图像深度去噪先验,并联合低值像素先验、梯度稀疏先验提出新的去模糊模型。同时,在模糊核估计过程中,利用图像分解方法分离出图像的结构层,并在结构层估计模糊核,获得更为准确的估计结果。大量实验结果表明,本文算法不仅具有很好的细节恢复能力,且对图像及其模糊类型、噪声水平等更具稳健性。与现有主流算法相比,本文方法优势明显。
图像处理 盲去模糊 统计先验 深度去噪先验 卷积神经网络 模糊核估计 
光学学报
2018, 38(10): 1010003
李振东 1,2,*钟勇 1,2陈蔓 1,2曹冬平 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院成都计算机应用研究所, 四川 成都 610041
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对计算机视觉领域的人脸图像检索问题,提出了一种基于深度特征的快速人脸图像检索方法。该方法首先使用人脸图像训练集对深度卷积神经网络模型进行人脸分类训练;在此基础上采用三元组损失方法对已训练好的人脸分类网络模型进行微调,使得网络能够更加有效地提取人脸特征构建高效的特征向量进行人脸检索初步过滤;最后,为了进一步提高系统检索性能,提出一阶段查询扩展方法对待检索人脸图像特征向量进行融合加强。在两个公用人脸数据集(CASIA-3D FaceV1和Labeled Faces in the Wild dataset)上进行详尽的实验验证,结果表明,基于深度特征的人脸图像检索方法不仅能够显著提高检索结果的准确率,而且该方法简单可靠,能够快速地实现人脸检索任务。
图像处理 图像检索 人脸检索 卷积神经网络 特征向量 
光学学报
2018, 38(10): 1010004
作者单位
摘要
1 四川大学电气信息学院, 四川 成都 610065
2 西南技术物理研究所, 四川 成都 610041
为了提高三维激光扫描点云的配准效率和精度,提出一种基于l p空间力学模型的点云配准算法。针对待配准的两组点云数据,首先计算两片点云的重心,通过重心化将两组点云移到以重心为原点的同一坐标系下,然后利用l p空间力学模型将复杂的两组点云数据分别简化为三个特征向量表示的模型,再根据两点云特征向量的对应关系利用奇异值分解方法求解刚体变换旋转矩阵,得到初始配准参数,最后使用改进的最近点迭代(ICP)算法实现两组点云的精确配准。本文算法可以处理无序散乱点云样本。相比于经典ICP算法,本文算法对Bunny点云数据的配准效率提高了72%,对Dragon点云数据的配准速度提高了4倍。实验表明,本文算法收敛速度较快,效果优良。
图像处理 激光光学 l p空间 力学模型 点云配准 奇异值分解 最近点迭代 
光学学报
2018, 38(10): 1010005
作者单位
摘要
天津大学电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
夜间有雾图像光照不均、对比度较低且色偏严重。现有的去雾算法主要是针对白天图像,并不适用于夜间场景,夜间图像去雾难度较大。该文通过深入分析夜间有雾图像的成像特点,提出了基于低通滤波和多特征联合优化的夜间图像去雾算法。针对夜间图像环境光照不均匀问题,提出先对图像进行低通滤波,然后对其低频分量三通道利用最小-最大值滤波估计局部环境光;针对目前白天去雾算法先验不适用于夜间图像,提出结合图像对比度、饱和度和信息熵特征,构建多特征联合优化函数估计透射率;针对夜间图像存在非一致色偏问题,提出非重叠块局部Shade of Gray算法进行颜色校正。实验结果表明:所提算法去雾图像的主观视觉效果较好,且对比度和色偏程度两方面客观评价指标整体优于其他对比算法。该算法能够有效去除夜间图像雾气,提高图像的对比度,恢复更多的细节信息,且颜色自然,视觉效果理想。
图像处理 夜间图像去雾 低通滤波 局部环境光 多特征联合优化 
光学学报
2018, 38(10): 1010006
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
啁啾调幅激光关联成像是一种将关联成像原理与脉冲压缩方法相结合的新型成像方法,能够获取目标的方位、灰度、距离和速度信息,并且可以有效抑制背景噪声对成像质量的影响。目前初步建立了啁啾调幅激光关联成像理论模型和仿真验证,然而并未涉及光源调制性能对成像质量的影响。为此理论推导并数值分析了背景光存在条件下,光源调制性能对非相干外差探测啁啾调幅关联成像质量的影响。并且得到了起始调制深度、调制深度衰减系数、频率改变率,以及光电探测器带宽等参数与探测信噪比及成像质量的关系,该工作对啁啾调幅激光关联成像雷达系统的设计和性能评估具有指导意义。
成像系统 关联成像 啁啾调幅 背景光 调制性能受限 信噪比 
光学学报
2018, 38(10): 1011001
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所基础科学中心光电探测室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230031
3 中国科学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
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术研究院, 安徽 合肥 230026
与气溶胶粒子相比,前向小角度太阳透射比值变化对卷云中的冰晶粒子更加敏感。研发了一种基于图像跟踪、自动快速变视场的太阳光度计VFOVSP,它可快速测量窄视场到宽视场太阳的透射辐射,为地基测量卷云提供了新的技术手段。介绍了仪器的系统组成与测量原理。在大气无吸收波段,将仪器VFOVSP经Langley法标定后的测量结果与POMO2的测量结果进行对比,以验证仪器测量精度的可靠性。在不同的天气条件下进行测量,结果表明:不同小角度视场下透射比值的变化与粒子的种类有关,这为区分薄卷云和气溶胶粒子提供了可能。该仪器弥补了传统太阳光度计在有云天气下实时性、单一视场探测的不足,可以较好地识别出当前大气下是否有卷云存在,能够更好地满足实际科研需求。
光学器件 可变视场 光度计 卷云探测 图像跟踪 
光学学报
2018, 38(10): 1012001
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
常规竖直狭缝光栅和倾斜狭缝光栅的发光二极管(LED)屏裸眼3D显示器分别存在明显的莫尔条纹和立体图像串扰等问题,为此,提出一种弱化莫尔条纹的狭缝光栅LED屏裸眼3D显示器,它由LED屏和错位非均宽透光条的狭缝光栅构成。该狭缝光栅根据LED屏黑矩阵较宽的特点,通过适当增大透光条宽度和移动透光条在其周期中的位置,来增加狭缝光栅周期结构与LED屏像素周期结构之间的差异,降低莫尔条纹中暗带的对比度,并使莫尔条纹变得稀疏,从而达到既能弱化莫尔条纹,又不会明显增加立体图像串扰的目的。制作了所提狭缝光栅LED屏裸眼3D显示器样机,获得了莫尔条纹显著弱化、无明显立体图像串扰的显示效果,验证了理论的正确性。
光学器件 裸眼3D显示器 狭缝光栅 莫尔条纹 发光二极管屏 黑矩阵 
光学学报
2018, 38(10): 1012002
作者单位
摘要
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心, 北京 100083
基于分离的非对称大光腔结构,对激射波长为905 nm的外延叠层三有源区大功率脉冲半导体激光器的外延结构进行优化设计。通过优化近场光场模式、自由载流子吸收损耗、相邻发光区之间距离以及掺杂浓度分布等关键参数,提高了器件的脉冲峰值功率,降低了内损耗和远场垂直发散角。研制的1 mm腔长、100 μm条宽的三有源区大功率半导体激光器,经由150 ns脉宽和6.67 kHz重复频率的脉冲测试,在34.5 A脉冲电流强度驱动下实现了122 W的脉冲峰值功率输出。器件的斜率效率为3.54 W/A,单个发光区实现了折合91.75%的内量子效率和2.05 cm -1的内损耗,水平方向和垂直方向上的半峰全宽远场发散角分别为7.8° 和 27.6°。
激光器 半导体激光器 脉冲激光器 外延叠层结构 结构设计 
光学学报
2018, 38(10): 1014001
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
采用高能激光束对H62黄铜进行单层和三层激光冲击强化(LSP),研究激光冲击前后微观组织、截面显微硬度以及表面粗糙度的变化,发现激光冲击明显细化了H62黄铜的晶粒,形成纳米结构层,并增加了其显微硬度和表面粗糙度,且显微硬度和表面粗糙度随冲击层数的增加而增大。利用UMT-2摩擦磨损实验机分别对原始试样、LSP试样进行摩擦磨损实验,分析了三种试样的摩擦系数、磨损率和磨痕形貌差异,发现在相同的摩擦条件下,LSP试样的摩擦系数和磨损率均比原始试样小,且随着冲击层数从单层增加到三层,摩擦系数和磨损量变得更小,表明LSP能够提高H62黄铜的耐磨性,多层LSP对H62黄铜耐磨性的提升效果更佳。激光冲击后,试样的磨损机制由以剥层磨损为主转变为以磨粒磨损为主。
激光光学 激光冲击强化 H62黄铜 层数 摩擦 磨损 
光学学报
2018, 38(10): 1014002
田玉婷 1,2,*邬融 1,*孙明营 1张军勇 1[ ... ]周申蕾 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
结合非线性强度和相位调制作用,研究束匀滑相位板整形焦光斑在焦面附近传输变换的特性。采用衍射光学理论方法来计算三维空间离焦面上的光场分布,引入光斑落点漂移和光强对称度两个指标参量来表征光斑在传输演化过程中的性能。研究分析了高通量激光辐照下非线性效应对连续相位板整形焦斑的影响,尤其是楔形透镜厚端和薄端的较大差异引起的小尺度自聚焦强度调制差异,该差异使得光斑传输至焦点后的一段距离后开始渐渐偏离光轴,同时其整体强度分布也出现不对称度偏置。结果表明,非线性强度畸变的影响远大于相位畸变的影响,在给定激光装置光路中5 GW/cm 2功率密度的入射条件下,焦点后4 mm处光斑落点漂移超过0.1 mm,光强左右不对称度偏置达到30%。
激光光学 光束合束 束匀滑 连续相位板 衍射光学 小尺度自聚焦 
光学学报
2018, 38(10): 1014003
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京100124
报道了一种小时间抖动、高重复频率Nd∶YAG/Cr 4+∶YAG被动调Q微型激光器。该激光器以808 nm单管激光二极管作为抽运源,基于切割方向为[001]的Cr 4+∶YAG晶体在一定入射光功率密度下的极化取向特性,采用偏振抽运的方式,使抽运光偏振方向与晶轴方向平行,将Nd∶YAG晶体吸收后剩余的抽运光全部用于漂白Cr 4+∶YAG晶体该晶轴方向的电偶极子。结果表明,采用偏振抽运的方式,通过优化切割方向为[001]的Cr 4+∶YAG晶体取向,可以有效减小Nd∶YAG/Cr 4+∶YAG被动调Q微型激光器输出脉冲时间抖动。
激光器 时间抖动 Cr 4+∶YAG; 被动调Q 各向异性 
光学学报
2018, 38(10): 1014004
作者单位
摘要
四川大学电子信息学院, 四川 成都 610025
基于相关滤波的目标跟踪已成为当前的研究热点。传统相关滤波框架中经循环位移训练的跟踪模板对目标的像素排列较为敏感,难以适应目标形变,但其对光照变化和相似颜色干扰等颜色变化稳健性较好;基于空间可靠性的跟踪模板建立空间置信图作为相关滤波的随机场约束项,以适应形变问题,但其对颜色变化稳健性较差。为了充分发挥两种跟踪模板的优势,提出方向可靠性的概念,并制定了一套最优的判别方法,实现了两个模板在x轴和y轴两个方向的最优位移估计。实验结果表明,与当前优秀算法在OTB2013和OTB2015标准测试集上的对比实验验证了本文算法的有效性并能实时跟踪,且具有良好的准确性和稳健性。
机器视觉 目标跟踪 相关滤波器 空间可靠性 方向可靠性 
光学学报
2018, 38(10): 1015001
作者单位
摘要
1 城市道路交通智能控制技术北京市重点实验室, 北京 100144
2 北方工业大学理学院, 北京 100144
为提升卷积特征目标跟踪算法的实时性和稳健性,利用不同卷积层特征对不同目标表征能力不同的特性,提出双模型自适应切换的实时跟踪方法。该方法对选取的两个卷积层特征使用目标区域和跟踪搜索区域卷积特征的能量均值比来评估卷积特征,选择能量均值比大于给定阈值的卷积通道特征来训练两个相关滤波分类器,然后利用目标相关滤波响应图的峰旁比自适应切换两个相关滤波分类器来预测目标位置,最后采用稀疏模型更新策略来更新分类器。在标准数据集上进行算法测试,实验结果表明,本文算法平均距离精度为89.3%,接近连续卷积跟踪算法,平均跟踪速度为25.8 frams/s,是连续卷积跟踪算法的25倍,整体性能优于实验中的对比跟踪算法。
机器视觉 目标跟踪 卷积神经网络 特征选择 相关滤波 模型切换 
光学学报
2018, 38(10): 1015002
作者单位
摘要
长春理工大学 光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
针对在道路导向箭头的检测和识别中支持向量机(SVM)多分类器的识别效率下降的问题,提出一种利用简单二分类SVM通过对结果的自定义二进制编码实现导向箭头多分类的方法。对导向箭头感兴趣区域(ROI)图像进行Harris角点粗检测,利用改进FAST-9(Features from accelerated segment test-9)算法对伪角点进行筛选,根据最终获取的角点集合中纵坐标最大的两个角点位置分割图像获得待识别区域;再利用几何不变矩特征训练SVM分类器;对分类结果进行二进制编码,从而实现单一种类SVM下多种导向箭头的分类。算法在实拍获取的500帧图像中进行测试,识别率优于96.8%。结果表明:所提算法不需逆透视变换,利用一种SVM二分类器即可实现导向箭头的识别,有效提高了导向箭头识别的准确率和运行效率。
机器视觉 导向箭头识别 支持向量机 角点检测 二进制编码 自适应分割 
光学学报
2018, 38(10): 1015003
作者单位
摘要
西北大学信息科学与技术学院, 陕西 西安 710127
切伦科夫荧光成像因具有临床上广泛可用的放射性核素探针而成为近年来光学分子影像领域的研究热点,但放射性核素在衰变过程中产生的大量高能射线会造成采集到的切伦科夫荧光图像上存在大量脉冲噪声,严重影响基于切伦科夫荧光图像的定量分析和后续的三维重建等。为了尽可能降低上述噪声,提出了一种结合模糊局部信息C-均值聚类算法和整体变分模型的切伦科夫荧光图像去噪算法。数值仿真、物理仿体以及真实动物实验结果表明:与现阶段广泛使用的中值滤波算法相比,所提去噪算法能够在有效去除噪声的同时保留切伦科夫荧光光源部位的形状细节。
图像处理 去噪方法 模糊C均值聚类算法 切伦科夫荧光成像 放射性核素成像 
光学学报
2018, 38(10): 1017001
作者单位
摘要
1 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东省医学物理图像处理技术重点实验室, 山东省光学与光子器件重点实验室, 山东 济南 250358
2 济南大学信息与科学工程学院, 山东 济南 250022
通过分析临床医学图像中光学相干断层成像(OCT)的相干斑噪声模型,提出了一种基于局部分组主成分分析的光学相干断层图像降斑算法。根据相干图像的统计特征,利用同态滤波将乘性噪声转换为加性噪声;将训练集中待处理的像素及其邻域表示成子块向量,利用块相似性度量对子块进行分组,并用于主成分分析。为有效抑制相干图像中病灶的噪声干扰,将该算法执行两次。实验结果表明:所提算法在降斑的同时较好地保留了图像的细节信息,而且获得了较高的客观评价指标。
图像处理 光学相干成像 斑点噪声 主成分分析 块相似 
光学学报
2018, 38(10): 1017002
作者单位
摘要
西北大学信息科学与技术学院, 陕西 西安 710127
在面向精准医疗的分子影像领域,荧光分子断层成像(FMT)是当前的研究热点之一。由于FMT逆问题严重的病态性,背景荧光噪声会对重建结果产生严重的负面影响。在深入研究基于有限元的FMT重建方法的基础上,提出利用低秩矩阵填充技术克服背景荧光的方法。该方法将不同激发节点形成的外表面观测组成一个有元素缺失的观测矩阵,利用低秩矩阵填充算法恢复该矩阵的缺失元素,同时抑制观测矩阵含有的背景荧光噪声。利用去噪后的观测矩阵建立了新的FMT逆问题模型,并利用其对荧光目标进行重建。单荧光和双荧光目标重建实验表明:基于去噪后FMT逆问题模型的重建结果获得了显著改善。
生物光学 背景荧光抑制 低秩矩阵填充 去噪 荧光分子断层成像 
光学学报
2018, 38(10): 1017003
王苗 **杭超 *
作者单位
摘要
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
研究了电磁感应透明条件下五能级M型原子体系中探测光脉冲的非线性传播。当探测光脉冲的脉宽较大时,其色散效应可忽略,脉冲内具有不同偏振方向和不同边带的4个分量可发生四波混频,相互交换能量;当探测光脉冲的脉宽较短时,必须考虑其色散效应,4个分量可形成一种全新的四分量超慢光孤子。产生这种四分量超慢光孤子的输入功率为微瓦量级,远低于光纤中产生矢量光孤子所需的能量。
非线性光学 偏振 四波混频 光孤子 
光学学报
2018, 38(10): 1019001
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
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
设计了一款基于同心透镜的1300万像素超广角手机镜头,得到符合工业生产要求的手机镜头参数。该镜头由4片同心透镜组成,焦距为3.3 mm,F数为1.83,视场角为100°,总长5.18 mm。研究结果表明,在奈奎斯特频率为223 lp/mm处,0.7视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.58,全视场的MTF值均大于0.50;在446 lp/mm处,0.7视场的MTF值均大于0.30,全视场的MTF值均大于0.17。各个视场的弥散斑半径均小于2.3 μm。全视场内相对照度值均大于0.65。
光学设计 同心透镜 超广角 1300万像素 手机镜头 
光学学报
2018, 38(10): 1022001
作者单位
摘要
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621900
提出了一种高斯型去除(GTR)函数生成过程的数学建模方法。基于环路积分的思路,建立了一种旋转扫掠生成GTR函数的数学模型,明确了喷嘴高度为决定GTR函数形貌的关键工艺参数,验证了模型的正确性。在该模型的指导下,进一步研究了生成GTR函数的喷嘴高度范围和GTR函数的形貌变化规律,发现当回转中心与定点斜入射去除函数最深点重合时,生成的去除函数最接近理想高斯型。这对实际加工中工艺参数的优化具有理论指导意义。
光学设计 射流抛光 数学模型 高斯型去除函数 
光学学报
2018, 38(10): 1022002
作者单位
摘要
华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
为了使船舶能够更加准确地入港和避免发生碰撞,提出了一种辅助船舶入港的发光二极管(LED)导航系统。该系统采用不同闪烁频率的3种颜色灯光对目标水域进行分区,使照射区域内的船舶可以通过灯光的颜色和频率来准确判定其位置和方向,进而辅助船舶快速准确地驶向目的地。为了实现该导航系统,设计了一种大功率LED的发射光学系统,通过矩形集光器和线性菲涅耳透镜使LED的出射光束为矩形;同时设计了控制光源闪烁的电路控制系统,通过单片机、数模转换器和放大电路实现对光源闪烁频率的调制,并根据设计的系统制作出样机,在木兰湖进行验证实验。实验结果表明:制作的光学系统样机与设计仿真结果吻合,出射光束在水平方向上的发散角为6°;所设计的导航系统利用颜色对目标水域分区,从而对区域内的船舶进行导航。
光学器件 光电系统设计 水面导航系统 矩形集光器 线性菲涅耳透镜 发光二级管 
光学学报
2018, 38(10): 1022003
程伟林 1,2,*张方 1林栋梁 1,2曾爱军 1,2[ ... ]黄惠杰 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种光刻机照明系统的多自由度均匀性校正方法。当照明光瞳的部分相干因子发生变化时,该方法的校正手指只需整体在光轴方向进行微调就能使照明光场的均匀性满足要求。仿真分析了校正手指的三维空间移动对照明光场均匀性的影响,并验证了该方法的高效性。
光学设计 光刻机 照明系统 多自由度均匀性校正 
光学学报
2018, 38(10): 1022004
作者单位
摘要
1 华东交通大学理学院, 江西 南昌330013
2 俄亥俄州立大学生物医疗信息中心, 美国 俄亥俄州 哥伦布 43210
3 俄亥俄州立大学材料科学与工程学院, 美国 俄亥俄州 哥伦布 43210
国家自然科学基金、国家留学基金委青年骨干教师出国研修项目、江西省教育厅科研项目、江西省研究生教改项目、江西省“远航工程”人才项目、江西省青年教师出国访学项目;
表面光学 相位共振 时域有限差分法 复合光栅 光通道选择器 
光学学报
2018, 38(10): 1024001
韩帅涛 1,*陈颖 1,*邸远见 1何磊 1[ ... ]李少华 3
作者单位
摘要
1 燕山大学电气工程学院测试计量技术与仪器河北省重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
3 河北先河环保科技股份有限公司, 河北 石家庄 050000
基于表面等离子亚波长结构的传输特性与光子局域特性,提出了一种单挡板金属-电介质-金属(MDM)波导耦合圆盘腔结构。由圆盘腔形成的两个孤立态与金属挡板形成的较宽的连续态干涉相消,形成两种不同模式的Fano共振。结合耦合模理论分析了该结构形成Fano共振的传输特性,用有限元分析法对结构进行模拟仿真,定量分析了结构参数对折射率传感特性的影响。结果表明:优化后的结构在两种模式下的优质因子分别为1.7×10 5和1.36×10 5,折射率灵敏度分别为710 nm/RIU和1105 nm/RIU,可为解决传感器在折射率测量时的交叉敏感问题提供理论参考。
光学器件 表面等离子 波导 圆盘腔 单挡板 
光学学报
2018, 38(10): 1024002
作者单位
摘要
1 北京环境特性研究所光学辐射重点实验室, 北京 100854
2 东北师范大学地理科学学院, 吉林 长春 130024
对典型卫星表面材料进行了可见光偏振测试,基于测试数据完成了表面材料的可见光反射特性分析;推导分析了基于偏振双向反射分布函数的可见光反射偏振传输模型,并基于测试数据对模型的模拟计算精度进行了评价。结果表明:模型计算的反射偏振度与实测结果有较好的一致性,且在镜面反射情况下,典型卫星表面常用的主体包覆材料偏振度最小,但偏振角有最大值。即材质表面组成成份不同,其可见光反射偏振特性有较大差异。结合考虑目标表面的偏振特性更有助于区分目标的物质组成,研究成果可为改善典型卫星目标探测的有效性提供基础数据支撑。
可见光反射偏振特性 典型卫星表面材料 偏振双向反射分布函数 偏振度 偏振角 
光学学报
2018, 38(10): 1026001
作者单位
摘要
西安交通大学理学院光信息科学与技术系, 陕西 西安 710049
以金刚石氮空位(NV)色心为基础,提出了一种双电子自旋与量子化的纳米机械谐振子间的强耦合方案,利用谐振子的耗散过程制备了两比特二维纠缠稳态。数值模拟结果表明,具有不同初态的系统均可演化得到高保真、高纠缠的目标态。该方案减小了耗散对系统演化的破坏,对品质因子无要求,降低了实验的操作难度,具有很高的可靠性和可行性。
量子光学 量子通信 耗散过程 高保真 纳米机械谐振子 纠缠态 
光学学报
2018, 38(10): 1027001
作者单位
摘要
海军工程大学电子工程学院, 湖北 武汉 430033
基于光子量子特性,综合考虑泡沫粒径分布、散射系数、泡沫层厚度及入射角、风速的影响,建立了一种泡沫-不规则海面的复合模型。给出了空-水量子密钥分发(QKD)系统的误码率公式,结合蒙特卡罗算法模拟研究了各参量对光子偏振量子态、QKD误码率及传输距离的影响,分析了泡沫-不规则海面下4强度BB84空-水QKD系统的性能。研究结果表明,偏振误码率随泡沫层厚度、散射系数、光源入射角的增大而增大;风速增大导致空-水QKD系统的量子误码率增大,安全传输距离减小;随着泡沫层厚度的增大,空-水QKD系统的密钥生成率和安全传输距离减小。当泡沫层厚度增至6 cm并考虑最大偏振误码率时,最大安全距离由144 m降至101.3 m,但仍满足水下航行器100 m的安全潜深要求。
量子光学 量子密钥分发 泡沫-不规则海面 空-水信道 Mie散射 蒙特卡罗 误码率 
光学学报
2018, 38(10): 1027002
王少锋 1,2,*项晓 1,2董瑞芳 1,2,*刘涛 1,2张首刚 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院国家授时中心时间频率基准重点实验室, 陕西 西安 710600
2 中国科学院大学天文与空间科学学院, 北京 100049
利用中心波长为815 nm的锁模飞秒激光的二次谐波抽运单共振同步抽运光学参量振荡器(SPOPO),实现了压缩真空态量子光频梳的产生。通过平衡零拍探测系统,测得0阶超模脉冲的压缩度为3 dB,实际压缩度为5.15 dB,理论模型得到的压缩度与实验结果吻合良好。理论分析了单共振SPOPO的输出耦合镜透过率、内腔损耗及探测装置效率对压缩度的影响,为优化量子光频梳的实验测量提供了指导。
量子光学 压缩态 同步抽运光学参量振荡器 量子光频梳 多模非经典光源 
光学学报
2018, 38(10): 1027003
作者单位
摘要
1 陆军军事交通学院, 天津 300161
2 军事交通运输研究所, 天津 300161
针对城市环境下三维激光雷达(LiDAR)点云数据密度不均匀、离群噪点多而不利于后期点云帧间匹配的问题,提出一种应用于城市环境下大规模散乱LiDAR点云的离群噪点滤除算法。该算法对传统的基于密度的噪声应用空间聚类(DBSCAN)算法进行改进,通过对三维点云进行体素栅格划分,创建了一个由栅格单元组成的集合,以此大幅减小每个对象在数据空间中邻域的搜索范围。改进后的算法能够快速发现各个聚类,使目标点云与离群点分离,从而剔除点云中的离群噪点。实验结果表明:所提算法能够实时处理点云数据,在保证点云三维几何特征的同时能有效识别并滤除点云中的离群噪点,降低点云规模,加快点云后续处理的效率,使帧间匹配的精确度提高了2倍,且匹配耗时仅为去噪处理前的1/3。
遥感 激光雷达 点云去噪 密度聚类 
光学学报
2018, 38(10): 1028001
作者单位
摘要
山东科技大学测绘科学与工程学院, 山东 青岛 266590
基于先验地表反射率数据库支持的动态阈值云检测算法(UDTCDA)可以显著提高卫星数据的云检测精度。为进一步提高其在波段相对较少的高空间分辨率卫星数据云检测应用中的精度,改进了UDTCDA中先验地表反射率数据与待检测卫星数据的空间匹配方法。与原方法使用重采样达到空间分辨率一致不同,该方法根据待检测影像高空间分辨率的特点,采用逐像元空间地理坐标配准的方法与真实地表反射率数据进行配准,然后进行云像元检测。该方法保留了高分辨率影像空间分辨率的优势,可以有效降低空间重采样造成的像元信息丢失。分别使用资源3号、高分1号、高分2号和高分4号高分辨率卫星数据开展云检测实验。通过遥感目视解译的方法对结果进行精度验证,并与UDTCDA云识别结果进行对比。结果表明,改进后的算法能以较高的精度识别不同高分辨率卫星影像中的云,总体精度可达到93.92%,对于碎云和薄云具有整体较高的识别精度,漏分误差和错分误差分别低于10.40%和9.57%。
遥感 云检测 动态阈值云检测算法 高空间分辨率 
光学学报
2018, 38(10): 1028002
作者单位
摘要
西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
提出了一种基于同轴光显微成像的加工表面双向反射分布函数(BRDF)测量方法,采用激光共聚焦显微镜获得了不同粗糙度样块表面的BRDF测量值。测量结果表明,样块表面BRDF会随着粗糙度及微观形貌变化,该测量方法能够获得不同微面元的BRDF测量值。建立了BRDF参数模型,采用遗传算法对测量数据进行处理,确定了最优模型参数。将模型计算结果与测量结果进行了误差分析,最大相对均方根误差为9.97%。结果表明,建立的BRDF模型具有可行性,能准确地描述加工表面反射信息。
散射 双向反射分布函数 加工表面 同轴光显微成像 BRDF模型 
光学学报
2018, 38(10): 1029001
葛翔宇 1,2,3,*丁建丽 1,2,3,*王敬哲 1,2,3王飞 1,2,3[ ... ]孙慧兰 4
作者单位
摘要
1 新疆大学资源与环境科学学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
2 新疆大学绿洲生态教育部重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830046
3 新疆大学智慧城市与环境建模自治区普通高校重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830046
4 新疆师范大学地理科学与旅游学院, 新疆 乌鲁木齐 830054
土壤含水量是干旱区地表水-热-溶质耦合运移的关键指标;以干旱区典型样点实测土壤含水量及其室内可见光-近红外光谱数据作为数据集,通过蒙特卡罗交叉验证确定77个有效样本;基于竞争适应重加权采样算法筛选出最优光谱变量子集,利用3种机器学习方法——BP神经网络、随机森林回归和极限学习机建立土壤含水量预测模型,进而实现土壤含水量估算模型的优选。结果表明:竞争适应重加权采样算法能有效剔除无关变量,从2151个光谱波段中优选出20个特征波段,其中R1848与土壤含水量的最大相关系数为0.531;引入偏最小二乘模型和机器学习方法进行对比,分析发现机器学习方法的预测结果比偏最小二乘模型更高;分析比较BP神经网络、随机森林回归和极限学习机的建模结果可知:极限学习机模型建模在机器学习方法中的效果最佳,决定系数R2=0.918,均方根误差RMSE=0.015,相对分析误差RPD=3.123,四分位数间隔RPIQ=3.325;机器学习能显著提升光谱建模反演土壤含水量的精度和稳定性,显示出其在非线性问题中具有很强的透析力和较好的模型稳健性,针对干旱区土壤水分的精准预测和定量估算具有可行性,可为干旱区土壤墒情、精准农业等研究提供科学参考。
光谱学 土壤含水量估算 机器学习 竞争适应重加权采样算法 极限学习机 随机森林 
光学学报
2018, 38(10): 1030001
作者单位
摘要
华南理工大学材料科学与工程学院高分子光电材料与器件研究所发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
采用五水合氯化锡配制前驱体溶液,通过旋涂法在玻璃基底上制备了一种可见光平均透射率在90%以上的氧化锡透明薄膜。研究发现,对玻璃基底进行等离子预处理有助于改善氧化锡薄膜的表面质量。当等离子处理功率为25 W时,薄膜表面质量最佳。在低于500 ℃下,升高退火温度不仅可减少薄膜中的有机成分残留,而且可在不改变薄膜物相的情况下增大薄膜的光学带隙。退火温度为500 ℃时,薄膜开始发生由非晶到多晶的转变。
薄膜 氧化锡薄膜 溶液法 等离子表面处理 退火温度 光学带隙 
光学学报
2018, 38(10): 1031001
作者单位
摘要
1 南京理工大学智能弹药国防重点学科实验室, 江苏 南京 210094
2 中电海康集团有限公司中电海康集团研究院, 浙江 杭州 310012
3 南京理工大学理学院, 江苏 南京 210094
为了解决被动式双目测距系统中双目摄像头光轴对准误差较大、图像匹配精确度较低、计算速度慢等问题,提出了一种基于硬件加速稳健特征(SURF)算法的自校准双目测距系统。该方案采用位置敏感探测器与伺服电机作为双目摄像头光轴自校准平台,利用Zynq SoC处理器对SURF算法进行硬件加速,以实现两幅图像的特征匹配,从而达到精确、有效、自主的被动测距效果。实验表明本文方案采用位置敏感探测器可以有效地校准双目摄像头至同一平面位置,同时硬件SURF算法匹配图像的精确度高,速度快,满足被动测距系统的需求。
观察设备 双目测距 自校准 加速稳健特征 特征匹配 
光学学报
2018, 38(10): 1036001