针对目前尚无有效测量建筑工地等无组织排放源排放的颗粒物质量浓度的方法的问题,提出基于后向光散射的无组织排放颗粒物质量浓度远程测量方法,其测量结果为柱形光束段的颗粒物质量浓度平均值。建立后向散射光能与颗粒物质量浓度、测量距离的理论模型,搭建以半导体激光器为光源和以互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器为探测器的便携式测量装置,开发了图像处理程序。通过标定实验验证了颗粒物质量浓度与系统输出值之间的线性关系,并得到了标定曲线。实验分析了较大颗粒的粒径及测量距离在100 m以内的变化对测量结果的影响。同时选取无组织排放源进行现场模拟测试。结果表明:基于新方法的实验测量装置可应用于开放场地无组织排放气团中颗粒物柱浓度的远程估测。

在利用小波变换解决脉冲星含噪信号去噪问题时,阈值的选择及阈值函数的构建决定去噪效果的优劣。首先结合小波变换的性质分析噪声小波分解系数的分布特性,并结合软、硬阈值函数的构造特点构建了一种非线性的双参数阈值函数;通过粒子群算法优化参数大小以使阈值函数可自适应地改变位置和弯曲程度,进而得到良好的阈值函数去噪模型;在分析噪声小波分解系数随分解层变化特点的基础上,对统一阈值选取策略进行改进,引入梯度衰减因子构造一种基于各分解层噪声均方差的阈值选取方法。实验结果表明,相比于传统小波域消噪方法,本文方法可以明显改善X射线脉冲星含噪信号的信噪比、峰值信噪比以及峰位误差,为X射线脉冲星信号去噪提供了新思路。

提出一种用于点对点通信的自由空间光/毫米波(FSO/MMW)复合天线设计方法;提出传输线理论-射线追踪混合算法(TLT-RTM),用于快速高效模拟包含有损介质的电大尺寸复合天线的传输特性,并利用该算法对复合天线进行优化设计。复合天线的光学波段工作波长为1550 nm,毫米波频率为28 GHz。复合天线口径为200 mm,有效焦距为816.86 mm。对于光波,对比度调制传递函数下降到0.7时对应的空间频率为30 lp/mm;对于毫米波,复合天线增益为32.97 dBi,半功率宽度为3.29°。该复合天线可用于5G通信中点对点地面链接的光学信号和毫米波信号共口径复合传输。

针对传统光空间调制传输速率和激光器利用率较低,且要求激光器数目必须是2的整数次幂的问题,通过同时激活多个激光器并结合脉冲位置调制构建了一种适用于无线光通信的广义光空间调制(GOSM)方案。针对最大似然译码(ML)算法复杂度较高的问题,引入排序块最小均方误差(OB-MMSE)信号检测方法,利用平衡因子在综合考虑误码性能和复杂度的情况下,对OB-MMSE算法进行改进,并依据GOSM信号的特点对其权值进行修正;此外还推导了对数正态湍流信道中阈值的选取公式。最后,采用蒙特卡罗仿真验证了算法的性能,并将所提算法与经典ML、MMSE算法的误码性能和计算复杂度进行了对比。结果表明:与ML算法相比,所提算法在牺牲较小误码性能的情况下,能有效降低算法的复杂度;与MMSE算法相比,虽然所提算法的复杂度略有增大,但它可有效地降低误码率,而且还适用于接收机数目少于发射机数目的系统。

针对现有的刀头磨损检测方法检测难度大、无法实时监测的缺点,提出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)阵列的刀具磨损检测新方法。在实验上搭建了多路光纤光栅磨损检测系统,通过对光纤光栅的定位和波分复用能力进行分析,得到了可应用于刀头磨损检测领域的嵌入式光学传感器,将4根栅区长度为3 mm的FBG阵列等间隔分立布置,并同时进行解调。利用该方法实现了对磨损长度的在线实时监测,磨损检测误差在0.23 mm以内。

提出一种基于耦合锥结构的光纤光栅超声波传感器,对超声波耦合锥的结构进行数值仿真及优化,分析了光纤光栅长度对超声波探测性能的影响。在此基础上,将所设计的超声波传感器与光谱边带滤波解调技术相结合,用于识别6061型铝合金板中的缺陷。结果表明:所设计的超声波传感器能有效探测铝合金板中传输的兰姆波,通过分析兰姆波时域信号和S0模式幅值的变化量,可以准确判决铝合金板中有无圆孔缺陷及缺陷大小,同时证明所设计超声波传感器具有测量灵敏度高、布置位置灵活可调、可重复利用的优点,在结构体损伤识别等领域具有潜在的应用价值。

针对光载无线通信(ROF)链路大量程、高精度时延测量需求,提出了基于时、频、信共传模式下的ROF链路时延测量方案。将秒脉冲信号进行副载波调制,使ROF信号和时延测量信号同波长传输,解决了秒脉冲测量信号对于ROF信号的干扰问题,同时实现了ROF传输和高精度时延测量功能。搭建了实验测量系统,验证了ROF系统和时延测量系统的兼容共生特性,测量了温度剧烈变化下的25 km光纤链路绝对时延及其时延变化。实验结果表明该方法在保证ROF链路信号传输质量的情况下能够实现高精度、大量程的链路时延测量。

考虑少模光纤中自相位调制和交叉相位调制效应对导波光传播特性的影响,给出了相应非线性耦合模方程的解析解,并用于计算少模光纤的非线性系数和分析少模光纤通信系统的非线性补偿。以支持两个线偏振(LP)模的四相相移键控(QPSK)信号系统为例,仿真分析了模式损耗和非线性效应对模分复用系统性能的影响,重点分析了模间相位调制的补偿作用和补偿算法的适应性。研究表明,补偿后能够正确解调QPSK信号所容许的模式损耗偏离会随着其参考值的增加而增大,少模光纤通信系统中非线性补偿效果主要受限于模间非线性系数,其所容许的最大偏离为0.146 W -1·km -1。

提出了一种利用微米光纤构成的Mach-Zehnder干涉光路结构,并利用热还原方法将光纤上覆盖的氧化石墨烯(GO)膜层转变为还原氧化石墨烯(RGO)膜层,实现了以干涉峰值对应波长为传感参量的湿度传感。传感器在相对湿度(RH)为45%~95%范围内达到的最大平均灵敏度为0.2768 nm/%RH。传感器对湿度变化的响应及恢复时间分别为6 s及30 s。研究显示,传感器对湿度及温度的响应具有不同的特点。传感器在湿度传感中具有良好的时间稳定性及较好的可恢复性。这种微米光纤干涉结构以及在该型光纤上覆盖RGO膜层的工艺方法为制备干涉型石墨烯光纤传感器提供了新的思路。

针对激光器频偏较大的场景,研究了相干光滤波器组多载波通信(CO-FBMC/OQAM)系统的一种整数频偏估计与补偿方法。对以前的分数频偏研究工作进行了扩展,设计了一种混合型的训练序列结构。利用这种训练序列,不仅能完成分数频偏的估计,也能够实现对整数频偏的准确估计。利用数值仿真研究了该方法在CO-FBMC/OQAM系统中的有效性,结果表明该算法的准确频偏估计范围可以达到12倍子载波频率间隔,经过频偏补偿后的系统误码率可以低于前向纠错(FEC)极限。所提方法能够为CO-FBMC/OQAM系统的研究和应用提供有益的参考。

为了提高遥感图像语义分割的效果和分类精度,设计了一种结合ResNet18网络预训练模型的双通道图像特征提取网络。将多重图像特征图进行拼接,融合后的特征图具有更强的特征表达能力。同时,采用批标准化层和带有位置索引的最大池化方法进一步优化网络结构,提升地表目标物的分类准确率。通过实验,将所提方法与多种神经网络方法进行准确率和Kappa系数比较。结果显示,所提的网络结构可以在小数据量样本下取得90.68%的总体准确率,Kappa系数达到了0.8595。相比其他方法,所提算法取得了更好的语义分割效果,并且整体训练时间大幅缩短。

以YOLOv3的架构为基础,提出了一种基于双通道的快速低空无人机检测识别方法(Dual-YOLOv3)。该方法将红外与可见光的无人机图像同时输入到深度残差网络中进行特征提取,对所提取的特征图进行融合以增强特征的表达能力,利用多尺度预测网络对无人机目标进行类别判断和位置回归,得到检测识别结果。在真实采集的双波段无人机数据集上进行对比实验,结果表明,采用平均融合的Dual-YOLOv3-D在mAP(mean of average precision)上较单一数据源的YOLOv3提升了约6.1%,检测速度约为27 s -1。

针对现有曲面采样点云法向传播方法难以快速处理大规模数据的问题,提出了一种在多层黎曼图中统一点云法向的方法。该方法对点云进行子集递归划分得到核心点集,以核心点集的曲面变分程度控制递归次数,为点云构造树状多分辨率模型。自上而下遍历点云多分辨率模型的结点,为非叶结点包含的子集构建黎曼图,从而构成点云的多层黎曼图。以先序遍历的方法将顶层黎曼图中样点法向一致性向下逐层传递,在各黎曼图单元内,以最小生成树算法实现样点法向的一致性传播。实验结果表明,对于大规模点云,该方法能有效提高计算效率与内存利用率,且能保证样点法向在复杂特征区域传播的准确性。

介绍一种通过设计相机成像系统来消除大气低频扰动的方法。精密光测工程通常在室外进行,很难避免因大气扰动造成的系统误差。大气扰动可以分为高频扰动和低频扰动两部分,高频扰动部分可以通过滤波消扰等图像处理方法消除。通过搭建相机对视成像系统的约束条件来消除由大气低频扰动引起的光测误差。在高速相机系统成像消扰实验中,利用镜面反射成像完成对视成像系统的标定。对比实验组和对照组的结果发现,测量误差从2.99%缩小至0.35%。结果表明相机成像系统对于大气扰动中的低频扰动消除具有良好的校正效果。

针对夜视系统前加入窄带滤光片会使其输出图像的信噪比大幅降低的问题,设计了基于负滤光片的真彩色夜视系统,并分别以标准比色板和自然景物为探测目标,设置与基于窄带滤光片真彩色夜视系统的对比实验,利用输出的真彩色夜视图像边缘图与参考图像边缘图的相关系数值来间接评价信噪比。结果表明:在实验一中,当环境照度为0.51 lx时,基于负滤光片的方法与基于窄带滤光片的方法相关系数持平,当照度分别为0.12,0.04,0.01 lx时,前者相对于后者相关系数分别提高了14.9%,26.8%,128.0%;在实验二中,前者相关系数亦高于后者。故与传统真彩色夜视系统相比,基于负滤光片的真彩色夜视系统可工作于更低照度条件下,能够输出具有更高信噪比的真彩色夜视图像。

基于光线轨迹跟踪,提出一类内表面保形、外表面修正,且双侧窗口对称的异形面光学窗口设计方法,设计了异形面光学窗口。搭建异形面光学窗口实验系统,研究了通过光学窗口观测到的流场图像畸变特性及其修正方法,提出了二阶多项式成像畸变的修正模型,并对畸变图像进行修正。结果表明:平行光经过异形面光学窗口后有明显的偏折,导致亮度分布不均匀,存在亮带和暗斑;同时,使棋盘格标定板的图像发生平移、缩放和旋转,不同位置处的畸变特征不同。构建畸变图像修正模型,对畸变图像进行修正,修正后的图像与原图像基本重合,各角点坐标差值小于1 pixel(7.4 μm),说明修正模型具有较高的精度。异形面光学窗口的设计及修正模型的发展有助于获得精确的内转式进气道异形曲面的流道内部流场结构和流动特性。

鉴于彩色共聚焦测量技术无需做轴向扫描即可获得高度信息,且轴向分辨率能达到亚微米级、甚至纳米级,基于彩色相机的彩色共聚焦测量方法,提出一种颜色转换算法,并通过仿真对该算法进行优化,建立轴向高度与颜色的对应关系。经过实验分析,该颜色转换算法能够在轴向高度与颜色之间建立良好的线性关系,线性判断系数R2达到了0.9979;同时,对100 μm高度的台阶进行测量,测量精度达到了亚微米级;最后,对硬币表面进行测量和分析,修正了一系列误差后,较好地还原了硬币表面的三维形貌轮廓。

受离面刚体位移的影响,普通二维数字图像相关(DIC)方法测得的应变结果往往精度较差。基于双45°双反射镜成像技术,提出了一种改进的二维DIC方法来提高应变测量精度。利用双反射镜成像,将试样正反面散斑图案记录到同一张图像中,对左右图像中对应点的应变取平均值,可自动消除试样离面刚体位移的影响,获得准确的全场应变。开展了两组拉伸实验来验证该方法的可行性。实验结果表明:对于均匀变形,由改进的二维DIC方法得到的双向应变与电测法的结果相吻合;对于非均匀变形,得到的结果与有限元法结果相一致。因此,本文提出的二维DIC方法具有较高的应变测量精度,是一种便捷、有效、高精度的应变测量方法。

基于激光激发/检测的非线性激光超声裂纹检测技术的核心在于,使用机械/激光辐照的方式在样品/裂纹上施加载荷,并使裂纹实现周期性开合。但真实裂纹的形貌复杂、裂纹壁粗糙等因素都会对结果产生影响。针对这一问题,用一黑玻璃平面与一平凸透镜的凸面模拟两裂纹壁,通过改变两者之间的距离模拟真实裂纹在载荷施加时的闭合过程。采用脉冲点激光源作为超声激发源,在黑玻璃中激发多模态的超声波,用激光测振仪探测超声,定量推进黑玻璃模拟裂纹的闭合过程,记录并研究不同推进距离下各模态信号峰峰值的变化。实验结果表明:在黑玻璃和平凸透镜完全不接触的状态下推动黑玻璃,随着黑玻璃推进距离的增大,黑玻璃与平凸透镜之间的挤压力度增大,直达纵波信号峰峰值和直达横波信号峰峰值呈现增大的趋势;在黑玻璃与平凸透镜挤压力度较小时,纵波转横波的模式转换信号峰峰值先增大后减小,而反射纵波信号峰峰值有减小的趋势。

根据干涉条纹区域的特征,对比了多种常规的边缘检测方法,提出了一种基于二阶梯度熵函数的散斑干涉条纹区域自动提取的判定函数,并通过分析不同的散斑干涉条纹图片,确定了最佳的检验子区熵的尺寸区间以及不同干涉条纹图中的自适应阈值区间,最终通过连通区域分割完成对条纹区域的自动提取。对所提方法进行实验验证,结果表明:子区熵尺寸取15 pixel以上时,图片熵值的计算更准确;自适应阈值在[0,Qmax-1.25]中取值时(Qmax为图中最大梯度熵值),可以将干涉条纹区域与散斑背景区域有效分割,实现对散斑干涉条纹区域的自动提取。

为了精确、快速地提取结构光光条中心,提出了一种基于BP神经网络的中心提取方法。给出了使用BP神经网络实现光条中心提取的基本原理、训练网络所需的理想中心点的求取方法,以及网络权值的调整算法。研究了隐含层神经元个数m、隐含层层数h,以及训练样本对中心提取精度的影响,结果表明:当m=3,h=1,训练样本为带有噪声的随机光条时,神经网络能够得到更好的光条中心。由对比实验可以看出,所提方法相较于Steger方法和灰度重心法的中心提取精度更高,而且对1280 pixel×960 pixel光条图像中心提取的平均用时仅约为0.04 s,为Steger方法的0.27%。所提方法具有高精度、高效率等优势,能够满足复杂光条亚像素中心提取的要求。

工业计算机断层扫描(CT)是对点阵结构增材制件进行尺寸特征检测的有效选择,但目前缺少统一的工业CT尺寸测量误差评价方法,因此首先通过三坐标测量机和孔板标准器实现工业CT尺寸测量误差的评定,然后提出基于轮廓特征的点阵结构周期性尺寸测量方法,最后通过实例验证该方法的有效性。结果表明,该工业CT的最大允许误差(MPE)能够达到±(50+L/400) μm,满足当前检测要求。轮廓特征提取法能够实现点阵结构周期性尺寸特征的测量。

偏振敏感光学相干层析术可对生物双折射组织进行功能成像,然后通过分析相位延迟就可得到生物组织的信息。分析了单一入射偏振态对双折射相位延迟准确度的影响。首先提出了系统的理论模型,然后进行MATLAB模拟分析,最后通过实验进一步验证了理论模型的结果。通过MATLAB得到的图像以及实验结果可以看出:在样品具有确定的相位延迟量以及确定的光轴方向时,当线偏振入射光的偏振方向与光轴夹角为0°或者90°时,或当正椭圆入射光的偏振方向与光轴夹角为45°时,相位延迟的测量误差最小。

为了优化微环谐振器的性能,提出了一种slot结构的反馈耦合波导微环谐振器。该结构通过在上下载型微环的基础上引入一个附加光场及采用slot波导来改善谐振器的性能参数。利用传输矩阵法分析了该改进型结构对相位、自由光谱范围及输出性能的影响,并用三维有限差分软件FDTD进行了模拟仿真。结果表明:基于微环谐振器的改进型结构的自由光谱范围由14.5 nm增大到了29 nm,消光比的绝对值从21 dB增大到了32 dB,有助于实现对应传感器件测量范围及灵敏度的提升。

薄片多程激光放大器通过种子光多次通过片状增益介质来提取能量,可实现高平均功率、高脉冲能量、高光束质量的激光输出,是高功率短脉冲激光系统的重要组成部分。基于Yb∶YAG片状晶体,设计并搭建了可实现种子光20次放大的薄片多程激光放大器。采用该激光器对高重复频率种子光进行放大实验,认为该片状多程激光放大器可有效保证输出光的光束质量,但光谱不匹配会影响脉冲光的单程增益。

报道了一种基于充有二氧化碳气体反共振空芯光纤的新型中红外光纤激光器。用一个掺铥光纤放大的可调谐2 μm半导体激光器泵浦一段长为5 m、充有低压二氧化碳的低损耗反共振空芯光纤,基于粒子数反转实现了单程结构4.3 μm光纤激光输出,这是已经报道的常温下连续波光纤激光输出的最长波长(超连续谱激光除外)。气压为500 Pa时,R(30)吸收线对应的最大激光输出功率为82 mW,斜率效率约为6.8%(相对耦合进入空芯光纤的泵浦功率);R(28)吸收线对应的最大输出功率为63 mW,斜率效率约为5%。该研究为实现高效紧凑的4 μm中红外激光器提供了一条简单可行的技术途径。

针对传统电路板集成方式的局限性,提出基于飞秒激光的覆铜板线路成形技术。采用飞秒激光对覆铜板进行单因素实验和正交实验,结果表明,在激光功率、频率、扫描速度、扫描次数以及离焦量等因素中,扫描次数对刻蚀深度和表面粗糙度的影响最大,激光频率的影响最小;采用优化后的激光参数进行刻蚀,可以将表面铜层完全除去,得到高质量的刻蚀区域而不伤及底层基材。

采用双壁碳纳米管可饱和吸收体为锁模启动元件,在Tm∶LuAG激光器中实现了输出波长分别为2017 nm和2029 nm的双波长被动调Q锁模运转。该实验装置以可调谐掺钛蓝宝石激光器为抽运源,选用透过率为3%的输出耦合镜,当吸收功率大于2292 mW时,激光运转进入稳定调Q锁模状态。最大吸收抽运功率达到6.7 W时,调Q锁模输出功率为1.28 W,斜效率为22.39%,锁模脉冲的重复频率为102 MHz,对应的单脉冲能量为12.55 nJ。

尽管矿化法已被用于制备黑磷单晶中,但目前对无气相运输条件下黑磷的生长过程还鲜有报道。以锡和碘为矿化剂,采用矿化法成功地在石英管中制备出高质量的大颗粒正交黑磷单晶。基于不同的升降温工艺,研究了无气相输运条件下黑磷单晶的生长过程。结果表明:采用矿化法可制备出高质量的正交黑磷单晶;在降温过程中,可在620~500 ℃温度区间生成紫磷;500 ℃是黑磷生长的关键温度,适当延长保温时间,有利于黑磷单晶的生长。此外,阐明了无气相输运条件下黑磷的生长过程。

针对甲状旁腺超声图像灰度分布不均匀、甲状旁腺病灶多样化的特点,利用图像全局和局部信息,采用基于图像局部熵的混合水平集模型进行甲状旁腺超声图像分割。针对不同超声图像灰度分布差异大的难题,利用图像局部熵确定全局项权重,提高模型的自适应能力。为避免局部项区域尺度设定大易出现过分割,区域尺度设定小计算效率低的问题,利用两尺度进行曲线演化。实验结果表明,本文提出的混合水平集模型对差异性大的甲状旁腺超声图像具有较强的自适应能力,能使演化曲线自动收敛于目标轮廓,具有更高的分割准确率和计算效率。

以蛋白核小球藻为受试对象,以藻类光合活性参数为毒性评价指标,研究了在苯酚急性毒性作用下的72 h与70 min内,不同光合活性参数的响应规律。结果显示:苯酚对光合活性参数Fv/Fm、rP、α、Ek、JVPⅡ的抑制效应显著;在苯酚急性毒性的作用下,光合活性参数的毒性响应可在短时间内达到稳定,5 min可作为苯酚毒性分析的响应时间;Fv/Fm、rP、Ek、JVP Ⅱ对苯酚毒性具有良好的剂量响应关系,不同光合活性参数对苯酚的毒性响应程度不同,0.2~1.2 g/L的苯酚对Fv/Fm、rP、Ek、JVP Ⅱ的抑制率分别为-3%~19%,9%~67%,15%~74%,17%~37%。

针对已有显微自动对焦方法存在的不足,提出了一种通过倾斜安装摄像头所采集图像的清晰聚焦带偏离视场中心的距离和方向来探测样本离焦量及离焦方向的方法,并搭建了一套显微自动对焦系统对该方法进行可行性验证。结果表明:该方法可以通过检测样本单帧倾斜面图像聚焦带偏离视场中心的水平偏移量,并根据标定好的离焦量-聚焦带偏移量曲线,快速获取离焦量及离焦方向,配以电机驱动可实现自动对焦。该方法的光学结构简单,可直接在常规三目显微成像系统中使用,因此可应用于各领域在线、在位大视场高分辨检测所需要的自动对焦过程。

13.5 nm波长极紫外(EUV)光刻机的分辨率虽然很高,但因波长的减小使其对像差的容忍度降低,有必要研究像差对EUV光刻成像的影响。针对四类典型像差的波前特征,选取对像差最敏感的四种测试图形,研究像差对光刻成像特征尺寸和最佳聚焦点偏差量的影响。在满足焦深要求的条件下,给出各单类像差的最大允许范围,最后将四类像差总值控制在0.04λ内,从仿真分析的角度研究了实际工艺生产对像差的要求,即总像差需控制在0.025λ以内,约0.34 nm。

提出一种基于差分进化算法和微反射镜阵列(MMA)光源模型的光刻机匹配方法。加入MMA光源模型,利用差分进化算法优化微反射镜光斑分布,以实现光刻机匹配。与通常用于自由照明系统的光刻机匹配方法相比,本方法能直接优化MMA参数,有效减小了在MMA产生照明光源的过程中出现的匹配误差。以一维线空掩模为匹配目标,分别对四极照明和自由照明光源进行匹配,匹配后关键尺寸误差的均方根(RMS)下降了80%以上,与基于遗传算法和粒子群优化算法相比,本方法的匹配结果更优并具有更快的收敛速度。此外,本方法还可以有效地控制生成光源的光瞳填充比例,使匹配前后光源的光瞳填充比例保持一致。

提出了一种基于曲面能量映射的反馈优化设计方法,通过预先计算目标面能量分布趋势重新分配目标面网格单元,构建新的自由曲面透镜面型。采用该方法设计并分析比较了一系列透镜,仿真发现:当目标面半径与目标面高的比值(DHR)为2、透镜高和LED宽度的比值从1∶1变化到1.5∶1时,照度非均匀性下降了8.97%~11.95%;当透镜高和LED宽度的比值为1.5∶1、DHR从1.8变化到2.2时,照度非均匀性下降了7.60%~16.49%。所提方法能有效改善扩展光源下目标面的照度均匀性,设计过程不依赖于仿真软件,迭代次数少,简便易行。

针对近眼显示系统存在数据传输带宽过高的问题,构建多尺度金字塔模型实现人眼视觉区域的多分辨率显示,将人眼视觉区域空间变化率的特性应用到数据传输的过程中;根据多尺度金字塔模型设计面向近眼显示系统的微显示控制器,实现了对视频图像的编解码处理,并在分辨率为1600×1600×3的全彩高清硅基有机发光二极管(OLED)微显示器上验证控制器的可行性。实验结果表明,基于多尺度金字塔的多分辨率图像传输算法符合人眼的直观感受,较好地去除了下采样过程中出现的边界线效应,有效降低了数据的传输带宽,能够满足近眼显示领域对微显示器实时渲染性能的要求。

采用Pekar变分法研究了双参量非对称高斯势二能级体系中电子态的概率密度、跃迁频率及体纵光学声子自发辐射率,并讨论了其单参量抛物势近似。数值结果表明:选用双参量非对称高斯势描写量子点中电子的受限效应能够更恰当地反映电子态的波动性、电子运动的统计规律性及声子自发辐射率的量子化特性,而其单参量抛物势近似给出的结果较为简单和粗糙。材料的色散及电声耦合对二能级体系中电子态的概率分布、量子跃迁频率和体纵光学声子自发辐射率的影响不能忽略。

针对新研发光电产品存在先验信息不足、缺乏历史数据等问题,提出一种基于期望最大化(EM)算法的剩余寿命(RUL)自适应预测方法。然而,现有大多数RUL预测方法中普遍存在两个方面问题:在退化建模中存在一个潜在的假设,即当前时刻估计的随机参数与上一时刻随机参数的后验估计完全相等;在参数估计中假定存在多组同类型光电产品的历史退化数据,用于离线确定模型初始参数,致使RUL预测的精度受限于数据量。鉴于此,在状态空间模型的框架下构造一个新的退化模型,进一步推导出RUL分布的解析解;提出一种基于EM算法的自适应参数估计方法,以克服先验信息不足、缺乏历史数据等问题;通过GaAs激光器和光纤陀螺的实际退化数据进行实验研究。结果表明本文方法不仅可以提高RUL预测的精度,而且可以有效地应用于新研发的光电产品。

提出一种基于空芯光纤,兼具导电和中远红外传光性能的生物探针,实现波长5~10 μm处光的低损耗传输。采用环烯烃聚合物(COP)对探针前端进行水密封,并对封口工艺进行设计和优化。采用波长5.1 μm的光源测得长度为20 cm、内径/外径(ID/OD)为0.7 mm/1.5 mm探针的损耗为1.38 dB。通过控制封口工艺,制备不同形状的COP封口窗片,实现对输出光束的调控。通过测量不同形状封口窗片的输出光斑,分析探针的焦距及光束远场发散角,为神经科学研究和生物医学应用提供更多的途径和手段。

提出一种柔性超薄吸透一体化电磁窗结构的设计方法,其能够在宽入射角范围内吸收任意极化的电磁波,并且在特定频段内具有几乎透明的透射窗口。测试结果表明,该结构在4.46 GHz时吸收率为93%,在2.86 GHz时透射率为98%,对应的插入损耗为0.09 dB。样品的整体厚度为0.288 mm,超薄的厚度使得该结构柔性可弯曲,易与曲面目标共形。在此基础上,提出宽带吸透一体化电磁窗结构的设计方法,仿真结果表明,在7.7~12.2 GHz吸收率都能达到90%,在4.35 GHz时透射率为90%,且具有宽入射角特性。

分析了高阶莫尔成像的放大叠合原理,并在一阶几何变换莫尔方法的基础上,通过将莫尔单元放大与周期放大过程分离,提出了一种改进的莫尔放大器设计分析方法。基于该方法,采用MATLAB对高阶莫尔成像进行模拟分析,并设计制作了多种阶次的高阶莫尔放大器,对高阶莫尔成像进行实验分析,结果体现了高阶莫尔成像的放大叠合效果,验证了所提方法的有效性。

提出一种利用饱和增益半导体光放大器(SOA)自增益调制效应抑制光电振荡器(OEO)相位噪声的方案。此方案将SOA置于光电振荡环路中,通过调节光衰减器及SOA的驱动电流使SOA工作在饱和增益状态,利用自增益调制效应抑制调制光信号的部分幅度噪声,提高环路的噪信比,从而降低产生微波信号的相位噪声。对OEO相位噪声的组成及SOA抑制幅度噪声的原理进行理论分析和实验验证,实验结果表明:在腔长为5 km的单环结构OEO中加入饱和工作状态的SOA,在0.1 kHz下产生的10 GHz微波信号近端相位噪声为-84.5 dBc/Hz,在1 kHz 下产生的相位噪声为-113.9 dBc/Hz,与未加入SOA的结构相比,相位噪声优化了3 dB,实验结果与理论分析基本一致。

为解决卫星摆扫获得的遥感影像存在畸变和像质退化的问题,提出一种分辨率反演与深度卷积网络相结合的几何校正与图像增强方法。摆扫过程中,空间相机的摆扫角和单位视场角恒定,探测器像面的像素与相机光轴指向的地面景物一一对应,根据这两点,像面上畸变的景物可以被精确地反演恢复。其次,采用真实的遥感影像作为样本,训练了针对遥感影像的深度卷积网络框架,解决了反演恢复过程中的影像模糊问题,增强了校正后影像的视觉效果。实验中,畸变校正后的影像很大程度地恢复了地面景物的原有几何特性。采用无参考图像质量评价指标(NR-IQA )对本文提出的网络结构、在传统图像集上训练的网络结构及插值方法进行对比评价,结果表明所提网络结构的图像增强结果更佳,能较为有效地恢复遥感摆扫影像。

针对遥感建筑物实时检测中深度卷积网络资源消耗大和硬件移植难的问题,提出一种基于二值与浮点数混用方法的语义分割网络MBU-Net。通过对FU-Net网络全局权重进行二值化处理来压缩模型大小,并将占少量参数的网络输出层权重替换成浮点型(MBU-Net),解决了全局二值网络(GBU-Net)检测精度差、训练缓慢的问题。在QuickBird卫星遥感数据集上进行实验,MBU-Net的像素准确率为82.33%,F1分数(召回率和精确率的调和平均数)为73.15%;相比于FU-Net,MBU-Net在保证检测精度的前提下,模型大小大幅压缩,检测速度提升了6.29倍,功耗降为37.78%,且优于其他同类方法(Deeplab、ENet),对遥感建筑物实时检测具有重要的实际工程价值。

利用FY-2G(风云二号G星)静止气象卫星中红外和热红外通道白天/夜晚数据进行我国陆地区域地表发射率的反演。采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的温湿度、臭氧等大气廓线数据,基于辐射传输模型MODTRAN进行遥感影像的大气校正;选用修正后的Minnaert双向反射分布函数计算中红外通道地表方向的半球反射率,基于与温度无关的热红外光谱指数(TISI),最终得到我国不同地表植被类型下白天和夜晚的地表发射率分布特征;然后选取MODIS地表发射率产品对我国陆地区域的影像进行地表发射率反演结果的验证,结果显示:白天和夜晚的地表发射率反演结果与MODIS现有地表发射率产品吻合得较好,白天热红外通道IR1、IR2地表发射率反演的绝对误差分别为-0.0057、-0.0068,均方根误差分别为0.0095、0.0103;夜晚的绝对误差分别为-0.0010、-0.0035,均方根误差分别为0.0094、0.0096。同时对同一天不同时刻的地表发射率反演结果进行分析,结果表明,夜间的地表发射率略低于白天。

分析了多通道扫描成像辐射计(AGRI)条带噪声的主要来源,建立了条带噪声的图像退化模型,提出了一种基于直方图匹配与各向异性全变分正则化相结合的去条带(HMATV)方法。该方法首先使用直方图匹配抑制探测器像元间的非均匀性响应,接着利用各向异性全变分正则化模型去除剩余的条带噪声。使用定性和定量指标对各方法的处理结果进行评价,结果显示:与其他现有前沿的去条带方法相比,所提方法不仅获得了更优异的条带噪声去除效果,还有效保护了原始图像的细节信息。

帧转移面阵CCD相机对高亮目标成像时产生的帧转移模糊效应是影响偏振测量精度的关键因素,开展帧转移模糊效应的测量和校正方法研究对提高星载偏振相机高精度定量化应用水平具有重要意义。以GF-5卫星多角度偏振成像仪(DPC)为例,介绍了帧转移模糊效应的产生机理及特点,提出了将帧转移模糊效应分为与光照条件无关的响应差异型帧转移模糊效应和与光照条件有关的拖影型帧转移模糊效应。结合DPC在轨成像时帧转移模糊效应的特点,分别提出了基于矩阵与暗行法的拖影型帧转移模糊效应校正模型和基于暗电流通道的响应差异型帧转移模糊效应校正模型。最后利用积分球验证了响应差异型和拖影型两种类型帧转移模糊效应的最优校正顺序及校正方法的可行性,同时采用太阳光对DPC在轨运行时的帧转移模糊效应校正精度进行验证。实验结果表明,所提方法将DPC帧转移模糊效应对高反射云及太阳耀斑等高亮目标的偏振测量精度的影响由7.28%降至0.43%,满足DPC偏振测量精度优于2%的定标要求。

当不同测站采集的点云数据存在遮挡时,无法获取完全对应的同名点特征,导致基于点特征的点云拼接方法失效。鉴于此,以同名直线特征为拼接基元,利用对偶四元数统一表示旋转参数和平移参数,依据基准测站和待拼接测站的平面法向量相等建立一种点云拼接平差模型来迭代求解平移向量和旋转矩阵;然后根据解析几何理论求解缩放系数,并将拼接后同名直线之间的单位方向向量和矩向量偏差中误差作为评价点云拼接精度的指标。实验结果表明,该平差模型能够实现存在遮挡问题的点云拼接,且拼接后同名直线矩向量偏差中误差可降低至0.0247 m。此外,该模型不仅能保留对偶四元数不依赖参数初值、收敛速度快的优点,又能解除对直线段两端点为同名点的限制。

基于非余弦膜厚计算公式,提出了利用极坐标简化表征膜厚分布的方法,对单源电子束蒸发的光学薄膜的膜厚均匀性控制进行了研究,同时对修正板的放置位置进行了计算。相对于传统修正板置于蒸发源正上方的方法,采用极坐标法计算得到的修正板位置更有利于控制膜厚分布的均匀性。以蒸发H4和MgF2为例,分别对高、低折射率材料的修正板位置和形状进行计算,并利用这两种材料分别制备单层膜,实测光谱均匀性偏差优于0.3%,证明了所提方法的正确性与可行性。

探测器偏置扫描的常用重建算法是根据投影的冗余性,对投影数据进行归一化函数加权,再采用标准滤波反投影算法重建。但是,在加权区域过窄的情况下,加权函数衰减过快,导致在重建图像的中心区域出现了圆形加权伪影。本文提出一种针对加权伪影的校正方法。首先,通过增加虚拟探测器来拓展加权区域长度;然后,对虚拟探测器缺失的投影数据进行补齐,并提出共轭插值法和正投影方法;最后,对插值后的投影数据进行探测器偏置重建。本文分别对不同长度加权区域的探测器偏置扫描投影数据进行重建,实验结果表明,当加权区域过窄时,采用本文提出的校正方法能够对加权伪影进行有效抑制。