光控相控阵(OPA)不需要机械转动即可实现光束在空间内的扫描,在激光测距以及自由空间光通信等领域具有广阔的应用前景。硅基光电子集成技术可在芯片上实现光电子器件的大规模集成,并与互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路工艺技术完全兼容,以其制作的光控相控阵具有扫描速度快、体积小、成本低、功耗低等特点。目前报道的利用硅基光电子集成技术制作的相控阵,最大的横向扫描范围为80°,最大的纵向扫描范围为36°。简述了硅基光电子集成相控阵的扫描原理,并对国内外最新的研究成果进行了分析总结,最后指出此种技术实用化过程中亟待解决的关键问题,并提出了一些可以提升性能的方案。

线扫描共聚焦成像技术基于共聚焦成像原理,使用线光束一维扫描照明样品以提高成像速率;通过共焦狭缝滤除样品成像光束中的非聚焦层面杂散光,提高成像分辨率和对比度;近年来,该技术因分辨率高、成像快、成像视场大、系统结构简单等优点而在生物医学成像中的应用越来越广泛。介绍了线扫描共聚焦成像技术的基本原理,列举了成像系统的主要参数及其影响因素,并举例说明了其在生物医学成像,尤其是眼底成像和生物组织细胞观察等方面的应用,最后总结了该技术的优缺点及其应用前景。

掺铥光纤激光器在医疗、塑料焊接、激光雷达和光学参量振荡等领域有着重要应用。介绍了掺铥石英光纤、高功率连续掺铥光纤激光器和脉冲掺铥光纤激光器最新研究进展,分析和讨论了掺铥光纤激光器的发展和技术瓶颈,分别从光纤设计、抽运方式以及激光器结构三个方面提出优化和调整,通过改善掺铥光纤激光器的热管理和非线性效应,实现更高输出功率的掺铥光纤激光器。

轨道角动量(OAM)是具有螺旋相位的光束的自然属性,且不同拓扑荷的OAM光束之间相互正交。利用OAM光束的这种特性,可以把OAM光束作为一种新的信息载体应用到复用技术之中。OAM复用技术在不需要额外带宽的情况下可以极大提升信道容量和频谱效率。光纤作为一种优良的传输介质,是现代通信网络中的首选,基于光纤传输的OAM复用技术引起了研究者的广泛关注。介绍了轨道角动量的基本原理,讨论了适于携带OAM光束传输的光纤、OAM光束的生成与检测方法、OAM复用技术相关器件及其复用系统实验等方面的研究进展,最后探讨了现有技术存在的问题和发展趋势。

与传统的边发射半导体激光器相比,垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有光束质量好、阈值电流低、易于二维列阵集成和制造成本低廉等优点。近年来,以VCSEL为基础发展起来的电抽运和光抽运垂直外腔面发射激光器(VECSEL),在获得高的输出功率和光束质量的同时,可以通过在腔内插入光学元件,实现腔内倍频、波长可调谐和锁模等激光技术,在激光领域很有竞争力。本文介绍了面发射半导体激光器的结构、工作原理及性能优势,综述了其在高功率输出、可调谐技术、锁模技术等方面的研究现状与进展,探讨了该类型激光器的发展前景。

介绍了利用深度学习从图像或视频中恢复三维结构、进行深度估计和实现视觉传感器实时定位方面的研究与应用;对深度学习的研究概况进行了介绍;深入分析和比较了有无监督情况下具有代表性的深度学习算法和系统;对近年来深度学习方面的研究热点进行了讨论,并进行了总结和展望。

基于角度烧孔模型研究光致异构空间光孤子的形成条件和传输性质。在有背景光条件下, 利用MATLAB仿真研究折射率随光强的变化关系。根据折射率的变化规律,分析形成孤子的条件。结果表明:在有背景光时,折射率改变可正可负,可形成亮孤子和暗孤子。

对三维光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的温度补偿问题进行研究,设计了新型温度补偿膜片,并采用参考光纤法对传感器进行温度补偿。实验发现,未经老化处理的裸纤在30~40 ℃之间会出现温度拐点,致使温度灵敏系数降低,所以封装之前必须进行老化处理。通过有限元热力分析可知,新型温度补偿膜片在-10~50 ℃之间自身的最大微应变约为0.073 με,受热膨胀系数失配的影响较小,系统的可靠性较高。同时悬臂梁式的缓存结构可使温度补偿光纤在测量过程中不受外界复杂环境的影响,在origin中拟合温度补偿膜片与应变测量传感膜片联合补偿的结果,修正之后线性度可以达到0.9999以上,满量程精度约为0.05%。

针对室内可见光定位精度不高的问题,提出了一种基于接收信号强度与到达角度(RSS/AOA)信息混合的室内三维空间定位算法。该算法同时考虑距离信息和角度信息,利用最小二乘准则(LS),建立混合定位优化目标函数,导出定位节点位置信息的最小二乘估计量。对于目标函数为非凸情况,将目标函数转换成广义信赖域子问题(GTRS)的形式进行求解,可以获得全局最优解。数值仿真结果显示,在室内5 m×5 m×3 m的二维定位场景下,选取20×20个测试点,平均定位误差为8.7 cm。此外,针对三维定位场景,对动态目标进行定位和追踪,结果表明该算法在水平方向和垂直方向均能获得较高的定位精度。

鉴于光纤布拉格光栅(FBG)应变测试时对应变和温度交叉敏感的特性,将温度补偿FBG结构与应变FBG结构串联,采用夹持式封装方式,根据温度FBG和应变FBG相对波长的变化确定被测结构的应变量。实验结果表明:温度FBG和应变FBG相对波长变化对温度的灵敏度仅为0.12 pm·℃ ^-1,为温度FBG和应变FBG温度灵敏度的1.14%和1.15%;并实现了应变FBG测量的温度自补偿。夹持式温度自补偿FBG应变传感测试技术原理简单,实用性强,可被广泛应用于实际工程中。

在静压预制桩沉桩过程中,采用一种增敏微型光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器测试桩身的受力情况。利用在模型桩桩身表面开槽埋设FBG传感器的方式,通过压桩贯入模型实验,实时测试了模型桩桩身在贯入过程中的受力状态,分析了桩身轴力和桩侧摩阻力随贯入深度变化的规律。实验结果表明:该传感器预埋到模型桩桩身表面能很好地与桩体结合,可以精确测试模型桩桩身的受力变化,并且在模型实验中预制成功率高、安装灵活。

采用二元二次多项式曲面拟合方法进行精确亚像素定位,这种数字散斑相关方法具有计算简单、求解效率高等优点。然而传统方法通常选取整像素周围的9个像素点进行曲面拟合,为此提出了曲面拟合的改进方案,采用整像素周围最近的6个像素点和相关系数,直接求解二元二次多项式。采用计算机模拟产生散斑图样,分别模拟了刚体平移和单向拉伸实验。实验结果证明,改进方案具有计算效率高、计算误差小的优点。

为了更好地实现图像的对比度增强,提出了一种基于图像检索的对比度增强模型。利用图像检索技术检索到与待增强图像内容相似的高质量图像作为参考图像指导图像增强。通过结合上下文相关、上下文不相关,以及亮度调整等增强方法,利用待增强图像及检索到的参考图像之间的美学特征、图像熵来指导求解多准则优化问题,并通过质量约束得到最终的增强图像。其中:上下文相关增强方法利用滤波器进行非锐化掩模,实现边缘增强;上下文不相关增强方法基于Sigmod函数进行映射变换,以符合人眼视觉感受;亮度调整增强方法先将图像进行自适应亮度均衡处理,然后进行对比度限制的自适应直方图均衡变换。实验结果表明,所提模型可以有效调整图像的对比度,与其他方法相比效果更好。

移动设备的快速普及,催生了一系列新的信息获取方式,其中,最具代表性的是已广泛应用于移动支付领域的二维码技术,它实现了二维码屏幕显示到相机拍照识别获取的新型通信。基于这种新的通信方式,引入信息隐藏技术构建不可见的二维码信息,使用户在获取信息的同时,减少由于引入可见二维码而带来的对载体信息感观的不良影响。该算法针对数字视频资源,利用频率约束方法将特定信息嵌入到载体之中,通过相机或手机在视频屏幕播放时进行拍摄,获取视频信息后提取隐藏信息,实现特定信息的有效传递。同时,算法引入能量统计模型和纠错机制,以保证提取信息的准确性。大量实验测试显示,该算法能够在1~2 m距离下获得较高的信息提取准确率。

基于样本块的纹理传输原理,研究了纹理图像的边缘梯度信息、最小误差路径以及非线性亮度/色度型(YUV)颜色空间的亮度信息对纹理传输结果的影响。在误差度量时,将纹理图像本身的边缘梯度信息和重叠区域的最小误差路径同时作为纹理合成时的度量,并引入源纹理图像和目标图像在YUV颜色空间的亮度信息作为纹理传输的约束度量,能使找到的匹配块更适合纹理传输。同时,在纹理传输过程中采用迭代的方法,解决了大部分纹理通过一次传输后的传输效果不佳的问题。实验结果表明,改进后的纹理传输算法能取得较传统纹理传输算法更好的传输效果。

针对现有方法在大量肺部数据中存在的检测肺结节效率不高及大量假阳性的问题,提出了一种基于端到端的二维全卷积对象定位网络(2D FCN)与三维立体式目标分类卷积神经网络(3D CNN)相结合的肺结节检测方法。首先采用2D全卷积神经网络对所有CT图像进行初步检测,快速识别和定位CT图像中的疑似结节区域,输出一张与原图尺寸相同且被标记好的图像。然后计算疑似结节区域的坐标,根据坐标值提取疑似结节的三维立体图像块训练构建的3D卷积神经网络框架。最后利用训练的3D模型对候选结节做二分类处理以去除假阳性。在LIDC-IDRI数据集上,结节初步检测召回率在平均每位患者为36.2个假阳性时可达98.2%;在假阳性去除之后,假阳性为1和4时分别达到了87.3%和97.0%的准确率。LIDC-IDRI数据库上的实验结果表明,所提方法对三维CT图像的肺结节检测具有更高的适用性,取得了较高的召回率和准确率,优于目前相关文献报道的方法。该框架易于扩展到其他3D医疗图像的目标检测任务中,对辅助医师诊治具有重要的应用价值。

为了解决传统匹配算法运行效率低、匹配精度低等问题,在快速特征点提取和描述(ORB)算法的基础上提出一种融合彩色不变量和基于加速稳健特征和对象请求代理(SURB)检测的优化匹配方法。首先,在同一复杂场景下,通过彩色空间变换提取两幅图片的彩色不变量信息;然后,采用SURB算法提取彩色信息中具有尺度不变性的特征点,构建ORB算术描述子;最后,在K近邻算法分类和整理的基础上,采用评价函数和随机抽样一致性算法去除误匹配点对。基于标准图库ALOI及多组实际图像匹配的结果表明,对于复杂环境下的图像,本文算法不仅具有较高的匹配精度,而且大幅缩短了匹配时间。

堆场烟雾检测对于火灾预警、保障人员与财产安全具有重要意义。针对传统烟雾检测方法特征提取不充分,误报率偏高以及稳健性较差的问题,提出一种基于并行深度残差网络的堆场烟雾检测方法。该方法利用目标场景烟雾RGB图像的R、G、B分量以及图像HSI变换的H、S、I分量构建并行深度残差网络,自适应获得烟雾特征;同时通过样本扩边、负样本强化学习策略来加强模型对类烟物体的判别能力。实验结果表明,该算法能有效降低因类烟物体产生的误报率,且提升了网络的检出率和稳健性。

医学图像处理是图像处理领域的重点和难点,细节丰富的清晰图像有助于协助专家和计算机辅助诊断。针对磁共振医学图像的特点,提出一种结合小波特征和聚类字典的单帧超分辨率重建方法。在训练阶段,首先分别提取低分辨率图像的多尺度小波特征和高分辨率图像的高频特征,将高低分辨率特征图重叠分块,然后利用K均值算法将特征块聚类,使用K奇异值分解分别训练每一类特征块的高低分辨率字典,形成映射关系;在重建阶段,提取低分辨率图像特征块并分类,使用该类字典原子进行重建。最后,引入迭代反投影算法进行后处理,以进一步提高重建质量。实验结果显示,该算法在内部、外部数据集上,视觉和量化指标都有较好表现,并优于同类算法。

针对裂纹与背景之间的低对比度及裂纹区域内灰度值不均匀所导致的裂纹提取困难问题,提出一种基于双边滤波和局部灰度差相结合的双重阈值裂纹片段提取法,并结合张量投票算法进行裂纹检测。该算法采用双重阈值法获取裂纹片段,并根据裂纹片段的接近度和连续性特征,通过张量投票算法得到裂纹的显著性图谱以及完整的裂纹曲线,利用裂纹曲线对裂纹片段进行连接并去除离散点,完成准确裂纹提取。实验结果表明,相比于根据裂纹片段首尾位置进行连接的方法,该算法处理类陶瓷元件表面裂纹图像时F-measure提高了约27%。

针对人体器官计算机断层扫描(CT)图像边缘模糊、难以自动分割的问题,提出了一种基于局部先验形状信息和主动轮廓模型的分割方法。针对一个形状与训练集中样本相似的器官目标,在基于图像灰度信息进行底层分割的同时,利用形状字典中的先验形状表示目标,将其作为高层监督,引导变分目标分割。在已有形状字典稀疏表示的基础上,利用掩模矩阵对字典形状进行局部分解,以生成补充字典,通过对局部先验的稀疏形状的约束实现对目标形状的局部描述。通过对字典中相似形状局部分解的重组,替代传统整体稀疏形状的表示方法,实现对与形状字典中仅存在部分相似目标的分割,扩大了字典形状的适用范围。分割实验表明,所提模型可准确地从边缘模糊的图像中提取并分割所需目标,从而可应用于医学图像分割。

针对非接触采集图像时容易出现模糊,导致识别系统稳健性下降、识别效果不佳的问题,提出一种基于分块增强局部方向模式(BSLDP)和典型相关分析的掌纹掌脉融合识别方法。首先对传统局部方向模式(LDP)进行了改进,提出BSLDP来获取掌纹掌脉图像的纹理方向特征,然后基于典型相关分析法实现掌纹掌脉特征的有效融合,最后根据融合特征向量间的卡方距离进行匹配识别,并在CASIA-M图库及自建非接触图库上进行实验测试,最小等误率分别为0.63%和1.21%。结果表明与其他传统及最新算法相比,本文方法能够消除冗余信息、准确地保留掌纹掌脉的有效特征信息,提高系统识别性能。

针对实时、大词汇集、连续的手语视频高效准确地识别,提出了一种基于压缩感知与加速稳健特征(SURF)的手语关键帧提取算法。利用压缩感知将手语视频降维成低维多尺度帧图像特征,通过自适应阈值完成子镜头分割,以处理大量的手语帧数据;运用SURF特征点完成特征匹配,绘制其间的相似度曲线进而提取关键帧。在前期预处理阶段,采用基于HSV空间自适应颜色检测提取手势区域。实验验证,由本文算法提取到的关键帧具有较高的准确性,且算法具备处理大量复杂数据的能力。

基于偏振探测原理和反射光的偏振特性理论,利用一套分孔径同时式高光谱偏振成像系统,并以荒漠伪装网、荒漠伪装板、坦克缩比目标和悍马车缩比目标4类荒漠背景下典型伪装目标为对象,研究了不同光照强度和不同观测角度条件下目标的高光谱偏振特性,给出了荒漠背景下伪装目标的典型探测波段区间,为更好地实现荒漠背景下伪装目标检测提供了科学指导。

针对传统双目视觉定位系统立体匹配困难、计算量大、效率低的问题，设计了一种基于靶标区域(ROI)提取的双目定位系统，以改善定位精度。首先，利用张氏标定法标定双目摄像机，并通过Bouguet算法对整个系统进行立体校正；然后利用直方图阈值法和投影法分割图像中的ROI，以大幅降低后续特征匹配的计算量；最后采用加速稳健特征算法对左右摄像机图片进行亚像素级角点的提取与匹配，并结合标定结果获得精确的定位。实验结果表明，ROI内特征点的匹配准确度可以达到90%以上，系统的定位时间在700 ms以内，可以满足系统实时性的要求。该方法主要针对ROI进行特征点提取和匹配，避免了不必要的全局图像处理，从而将匹配速度从秒级缩短至毫秒级。

显微热成像系统可对物体细微温度分布进行显微检测。研制了光学微扫描显微热成像系统，但机械振动、机械加工等产生的误差会导致微扫描系统产生误差，由微扫描系统采集的4幅低分辨率图像的微位移位置不是标准的正方形，使得由这些带有误差的图像直接插值得到的图像重建质量下降，因此需降低微扫描系统的误差。基于微扫描原理和图像插值方法，提出一种由非标准2×2微扫描图像获得标准2×2微扫描图像的微扫描误差修正方法。仿真和实验结果表明，所提方法能有效减小微扫描误差，进而提高光学微扫描显微热成像系统的空间分辨率。所提方法还可以应用到其他光电成像系统中，以提高系统空间分辨率。

传统光学干涉检测方法为相对检测法,检测精度一般受限于参考面面形精度,利用绝对检测技术可消除参考面面形误差对干涉测量精度的制约, 从而可以实现纳米级精度的面形测量。首先介绍了N位旋转平均绝对检测方法和斜入射绝对检测方法;然后对这两种检测方法和面形恢复过程中运用到的三种算法(旋转平均算法、迭代算法、奇偶函数算法)进行了理论推导和模拟仿真分析;最后通过实验验证了这三种方法恢复的面形精度及其可行性,并对各方法的优缺点和适用性进行了分析比较。最终实现了100 mm口径平面镜峰谷(PV)值近λ/40的高精度干涉仪标准平晶绝对面形的测量。

离子推力器的加速栅电压对加速栅截获电流的大小有影响。目前,离子推力器加速栅电压值是通过实验多次调节确定的,理论计算只能给出加速栅电压最大值。针对兰州空间技术物理研究所研制的双级加速离子推力器开展了加速栅电压的优化设计,利用质点网格法和蒙特卡洛碰撞法(PIC-MCC)开展了8000 s比冲条件下5种加速栅电压(-150,-180,-200,-250,-300 V)对离子运动轨迹、束流发散角、交换电荷(CEX)截获的数量和能量以及加速栅溅射速率的影响研究,根据研究结果确定了最佳加速栅电压为-250 V。最后开展了验证实验,结果表明加速栅电压为-250 V左右时,加速栅电流较小,验证了数值仿真的正确性。

为从海量激光扫描点云数据中准确提取特征,提出了一种基于形态学梯度的激光扫描点云特征提取方法。该方法首先生成海量激光扫描点云数字高程模型,而后通过数学形态学对梯度的定义求取各激光脚点梯度,将梯度局部邻域均值作为局部自适应阈值,对点云数据进行分割,生成特征部分与平坦部分。使用随机抽样一致方法拟合平坦部分平面以及特征部分的圆孔,求取台阶面高度、圆孔内径等特征信息。实验结果表明:该方法可以有效地提取大规模点云数据的特征,圆孔类特征值提取最大误差不超过0.05 mm,台阶面高度提取误差不超过0.1 mm。

大型槽式太阳能反射镜面尺寸大,对测量精度要求高,需要高精度的测量方法完成对其面形的三维重构。为了提高反射镜面形检测的精度和效率,提出并实现了一种基于大尺寸摄影测量技术的大型槽式太阳能反射镜面检测方法。针对大型槽式太阳能反射镜面,该方法首先利用凸包检测法筛选不共线的像点对,然后利用五点相对定向方法求解相机相对外参数以及利用光束平差方法对测量点的三维坐标进行优化迭代,最后将测量点拟合的抛物曲面的信息和反射镜的设计参数进行对比分析,从而完成大型槽式太阳能反射镜面的面形检测。利用该方法在尺寸为12.0 m×5.7 m×1.4 m的槽式太阳能反射镜上进行测量实验,结果表明反射镜上的测量点的均方根误差不超过0.033 mm,拟合曲面的z轴误差平均值和标准差分别为1.050 mm和1.466 mm,这些数据可以满足大型太阳能反射镜面形检测精度的要求,验证了摄影测量方法的可行性。

基于Ⅱ类相位匹配LiB₃O₅(LBO)晶体腔内倍频技术,获得了一种高稳定性532 nm Nd∶YAG声光调Q激光器。当声光调Q激光器的重复频率为12 kHz时,可实现平均功率为126 W的绿光激光输出。通过测量可得,其脉冲宽度为52 ns,脉冲能量为10.5 mJ,峰值功率为205.9 kW,且808 nm的激光二极管光功率到532 nm绿光的转换效率为9.19%。LBO晶体由控温炉精确控温,温度控制在±0.1 ℃以内,有利于高效率、高稳定二次谐波的产生。由实验结果可得,绿色激光器的输出功率稳定性较好, 126 W的532 nm绿光激光器连续工作3 h的均方根不稳定性为±0.628%。

提出了一种再生锁模光纤激光器的双腔稳定控制方案,利用锁相环检测光谐振腔腔长变化引起的微波频率漂移,并用压电陶瓷光纤拉伸器进行反馈补偿。利用光电再生腔中的混频器比较两个同频微波信号的相位,得到光电再生腔的腔长变化,并用电移相器反馈补偿光电再生腔的腔长变化。本研究中再生锁模激光器输出了重复频率为10 GHz、脉冲宽度为16.6 ps的光脉冲。光电再生腔输出了重复频率为10 GHz的微波信号,其边模抑制比为40 dB,相位噪声为-127 dBc/Hz,70 min内的频率漂移小于1 Hz。与现有的再生锁模方案相比,本方案实现了光谐振腔腔长和光电再生腔腔长的同时控制,输出的微波信号频率稳定度高,光脉冲质量好,可实现激光器的长时间稳定工作。

利用脉冲激光器进行了AZ31镁合金和TiB₂增强铝基复合材料的焊接,分析了接头的微观组织,以及耐腐蚀性和硬度等性能,研究了添加TiB₂中间层对接头性能的影响。结果表明,当激光单点能量为36.15 J时,对焊缝成形的影响由大到小的参数依次为离焦量、脉冲频率、焊接速度。最优工艺参数下获得的接头焊缝区为细小的等轴晶且无明显缺陷,焊缝上部出现了层状富集带,焊缝中部存在Mg₁₇Al₁₂、AlMg、Al₃Ti等金属间化合物。TiB₂增强铝基复合材料的耐腐蚀性最强、焊缝组织的次之、AZ31镁合金的最弱。

采用光纤啁啾脉冲放大技术,搭建了基于负三阶色散补偿的高功率、高脉冲质量全光纤飞秒激光放大系统。利用保偏大模场双包层掺镱光纤作为增益介质,负三阶色散光纤和普通保偏单模光纤作为混合型光纤展宽器,在实现时域展宽的同时,对放大系统中的正三阶色散进行预补偿,从而获得高质量、高功率的激光脉冲输出。在实验中使用混合展宽器和1200 line·mm ^-1光栅对作为压缩器,使系统的净三阶色散量趋近于零,最终获得了重复频率为111 MHz,放大后输出平均功率为8.5 W,中心波长为1035 nm,去啁啾后脉冲宽度为217 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。

在27SiMn钢表面通过预置送粉方法得到了激光熔覆层,并对熔覆层进行了热处理。分析了热处理前后试样的显微组织、相结构、拉伸性能、断口形貌和显微硬度,获得了较优的热处理工艺参数。结果表明,热处理工艺可细化熔覆层的晶粒,使熔覆层的显微组织更加致密;热处理工艺可以改善材料的塑性和韧性,增大材料的抗拉强度,减小材料的显微硬度。在最优热处理工艺下,试样的晶粒均匀、细小且拉伸性能优异。

利用几何光学理论分析了锥形光纤中传输光线模式的变化,得到锥形光纤锥腰直径在1.135~60 μm范围内时可实现多模传输的结果。采用熔融拉锥系统制备不同直径的锥形光纤,运用Origin软件拟合得出锥形光纤半径随拉伸长度的变化关系,在给定条件下,拉锥时间为95 s时,获得锥腰直径为2.475 μm的锥形光纤。运用RSoft公司的BeamPROP模块对直径为2.475 μm锥形光纤的传输性能进行了模拟,同时采用放大自发辐射(ASE)光源作为输入光源,选取1530~1580 nm波段,测量了锥形光纤输出光功率随波长的变化关系。将锥形光纤接入环形腔,通过偏振控制器改变腔内信号光的偏振态,实现了1563.828~1565.444 nm范围内的波长可调谐,边模抑制比为51.4 dB,并得到波长间隔最大为1.48 nm的双波长输出,边模抑制比为49.8 dB。

为降低魔芋葡甘聚糖(KGM)的分子质量,提升其在食品、医药、材料等领域的应用潜力,采用激光辅助过氧化氢的方法对质量浓度为0.01 g/mL的 KGM溶液进行降解,借助粘度计、流变仪初步确定较优的降解条件,再利用差示扫描量热法(DSC)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱仪对筛选出的KGM降解产物进行表征,并初步探究出其降解机理。结果表明:当激光功率为10 W,过氧化氢的体积分数为1.5%,处理时间为2 min时,KGM的降解效果较佳,黏度由7.2 Pa·s降至3.17 Pa·s;在该降解条件下得到的KGM降解产物的储能模量与损耗模量的交汇点后移,分子间的缠结减弱,分子质量减小;DSC热吸收峰对应的温度由301 ℃升为326 ℃,热稳定性升高;降解前后KGM的红外光谱无明显变化,特征官能团保持不变。本研究可为KGM的有效降解提供一种新思路。

根据放大器下装光机模块的接口尺寸分析了应用于特定环境下的升降平台的结构设计要求,采用等强度悬臂梁理论构建了升降平台的力学计算模型,推导了变截面平台结构的刚度公式并以此计算了升降平台的主要结构参数。运用ANSYS软件构建了升降平台的三维模型并开展了结构力学分析,分析结果验证了理论设计参数的合理性。在提高安全系数的前提下运用ANSYS软件重构了平台三维模型并进行了平台刚度冗余情况分析。以平台质量最轻为主要目标,采用ANSYS软件的全域寻优工具对升降平台的结构参数进行了优化,并将优化结果应用于某系统的垂直举升机构样件制作。

利用激光扫描技术进行变形监测的原理,针对所监测的区域通过对比分析不同时段所测得的点云数据,确定监测对象中的变形区域与变形量。与传统的单点测量技术相比,三维激光扫描技术具有效率高、精度高、测量数据量大等优点,然而在应用该技术进行变形监测时,对于监测结果的可靠性并未作出评价。因此,需要对点云误差进行分析,并由此确定点云变形可监测指标。在确定点云误差空间时,引入误差熵来消除相邻点之间的误差影响,以及控制误差空间不确定性的影响。根据误差熵与误差极值的关系,最终确定点云变形可监测指标。利用平面板模拟实验,验证该指标的可行性,然后将其应用于桥梁的变形监测中。

表面缺陷检测在木材的选择和利用中具有重要作用。提出了一种基于木材表面图像的灰度和纹理特征的木材节子缺陷检测与定位方法。首先,将图像分成相同大小的子图,计算每个子块图像的灰度直方图,以灰度最大熵作为判断依据对各子块图像进行初步识别;然后利用局部二值模式算法提取初步识别结果中各子块图像的纹理特征,并使用支持向量机分类算法进行节子图像的精确识别;最后将识别为节子图像的各子块图像拼接起来,得到最终识别结果。实验结果表明,所提方法能够得到较好的识别结果。采用混淆矩阵作为评价标准时,识别准确率可达到95%。

点云分割是点云数据处理的关键环节,区域生长因在三维点云分割中易于实现、便于使用而得到了广泛应用,然而由于点云特征的不确定性及种子点选取不合理导致传统区域生长法局部分割性能不稳定。针对此问题,提出一种改进的区域生长分割方法。通过估算点云数据曲率大小,并将曲率最小点设置为种子节点,即从点云数据最平坦的区域开始生长,以减少分段总数,再根据点云数据的局部特征确定生长准则。实验结果表明,该方法不仅能有效地对点云数据进行分割,而且解决了传统区域生长分割不稳定的问题,提高了点云分割的精确性和可靠性。

基于等效电路模型理论,在介质基板单侧放置了两个交错多开口的矩形金属环,形成了一个新的材料结构,通过理论分析和模拟仿真,提取了有效的电磁参数。结果表明,该结构在40.8~61.8 GHz频段范围内的等效介电常数和等效磁导率均为负,绝对带宽达到21 GHz,实现了宽频带特性。该研究结果为左手材料在毫米波通信中的应用提供了重要参考。

采用直流磁控溅射的方式,在浮法玻璃衬底上制备了氧化铟锡(ITO)薄膜。通过改变薄膜沉积时间,制备出不同厚度的ITO薄膜。随着膜厚由16 nm逐渐增大到271 nm,其结晶程度得到增强,对应的载流子浓度由4.79×10 ²⁰ cm ^-3增大到2.41×10 ²¹ cm ^-3,表面等离子体共振(SPR)波长由1802 nm逐渐蓝移到1204 nm,实现了近红外区域SPR波长较宽范围的可控调节。采用Drude自由电子气模型,对不同厚度ITO薄膜的SPR波长进行了理论计算,进一步证明了SPR波长的有效调节取决于膜厚对载流子浓度的影响作用。

研究了快速热退火(RTA) 对GaAs/AlGaAs量子阱材料结构及发光特性的影响。结果表明,当退火温度为800 ℃时,材料晶体质量和光致发光(PL)强度得到显著提升;当退火温度为900 ℃时,材料晶体质量和PL强度降低。依据峰值能量理论得到了室温下PL峰位的发光机制。通过分峰拟合发现,RTA导致PL峰位整体蓝移。PL扫描图表明,RTA可以显著提高材料的整体晶体质量和发光均匀性。

为了在影像学检查中实时交互地提取病灶血管的四维计算机断层扫描(CT)影像,提出了一种思维进化算法(MEA)优化的并行区域生长算法;MEA优化的基于三级线程处理队列的并行区域生长算法能够通过自我进化避免局部最优,提高了收敛速度和血管分割精度,借助可视化工具包(VTK)和计算机图形图像类库,实现交互式心脏CT局部任意血管病灶的提取和四维可视化。结果表明:局部感兴趣血管10个时相的提取时间大大缩短,体绘制速度大幅提升,局部血管提取数据的每秒帧数(FPS)可达到30左右,如果在显示过程中有旋转、缩小、放大等交互操作,会使数据的FPS减至21左右,但仍能满足心血管的实时显示;借助优化算法实现心肌局部血管区域的提取,能辅助医生观察病人心血管疾病的病灶区域,可为诊断心血管疾病提供直观、有效的可视化依据。

根据光学设计要求，采用多波段共口径卡氏系统对激光照射稳定性检测系统进行光机结构设计。为保证检测系统在复杂的环境下仍具有较高的检测精度，利用有限元方法对系统结构进行了热力学仿真分析，将各光学元件表面上的节点位移变化代入光机热耦合分析工具Sigfit中进行面形拟合计算。以改进后的Zernike多项式作为光机耦合分析接口，通过Zemax得出光学系统的调制传递函数(MTF)曲线，验证了光机结构设计的合理性。将高低温环境实验数据与集成分析结果对比，对仿真分析过程进行模型修正，进而形成一套完整、准确、适用范围广的光机结构设计方案。

在高速的光通信网络中,现有的光网络交换能力与传输能力相比严重失衡,建立全光网络(AON)成为解决该问题的一种有效途径。但是由于全光逻辑器件的不完善,使得全光分组交换技术无法达到实用阶段。基于周期性极化铌酸锂(PPLN)波导的和频+差频效应(SFG+DFG),在准相位匹配条件下,采用波导级联的方式设计并实现了全光2选1数据选择器。通过数值计算和仿真得到波形图和眼图,并利用脉冲宽度、消光比以及峰值功率延迟时间等参数分析数据选择器的性能。结果表明,采用PPLN波导级联的方法对信号光进行处理,不仅可以完成相应的逻辑功能,而且可以保证信号的传输质量,还扩展了PPLN波导在全光逻辑信号处理方面的能力。

卫星表面褶皱会对卫星的光学散射特性产生显著影响,进而影响光学设备对目标的探测,而关于卫星褶皱表面光学散射特性的研究大多将褶皱近似为漫反射材料,导致近似误差大且缺乏依据的问题。以卫星表面常用包覆材料银色聚酰亚胺薄膜为研究对象,借助三维(3D)建模技术实现对空间目标褶皱表面的模拟,通过计算不同入射角和观测角时目标的光学横截面积,定量研究了不同程度的褶皱对目标光学散射特性的影响。结果表明:褶皱使目标峰值散射变暗,但使探测器的可观测范围变大,由平整表面5°镜面反射角发散至褶皱表面约42°可观测反射角,对散射特性产生了巨大影响;在对卫星进行光学特性研究时,需结合卫星的加工情况对目标表面进行相应的褶皱处理,以提高分析精度。

利用运动原子和场相互作用模型,研究了当两原子处于纠缠态而光场处于真空态时,原子运动及耦合系数的线性变化对量子关联的影响。结果表明,对于单光子过程,随着场模结构参数的增大,量子关联增大;耦合系数的线性变化对量子关联有积极作用;对于双光子过程,与耦合系数为常数的情况相比,场模结构参数及耦合系数的线性变化对量子关联的积极影响作用更显著。

为实现远距离高精度激光测距,提出了一种联合利用伪随机码相位调制和相干探测技术的激光测距方法,并搭建实验验证平台对自由空间目标进行了测试。当激光出射功率为2.0 mW、参考光功率为117.8 μW、调制速率为100 MHz、单周期内伪随机码序列长度为81.9 μs、望远镜接收口径为2 cm时,该系统可对8 m处的自由空间目标实现11.8 cm的测距精度。实验证实了该套技术方案的可行性。将此实验结果反推至星载条件,并与GLAS(Geoscience Laser Altimeter System)系统参数进行对比发现,该系统工作在低峰值功率、长脉冲宽度状态下,故可实现高重复频率探测。

土地沙化或荒漠化会造成重大经济损失,基于机载激光雷达(LiDAR)技术获得的点云数据在监测沙丘变形和研究其规律方面有着重要意义。将获取的沙漠地区的两期机载LiDAR点云数据分别处理并生成数字高程模型(DEM)和坡度图,结合面向地理对象和基于像元的变化检测技术实现对沙丘的变化及移动情况的精准监测。从不同时期坡度图上提取的沙丘背风坡坡脚线可用于反映沙丘的水平位移,两期DEM的差值分析则反映了沙丘的垂直位移,结合了主要风向的插值线分析则可以量化沙丘的地形变化及移动规律。分析结果显示整个实验区出现了总体沉降,即沙物质搬移,沙丘变形规律与主要风向相关;沙丘迎风坡主要为沉降,沙丘背风坡由于易滑塌,所以顶部发生沉降,底部发生沙物质沉积。

目标表面双向反射分布函数(BRDF)可用于描述目标的散射特性,被广泛应用于目标探测识别、特征分析提取等领域。基于五参量BRDF模型,针对目标表面材质特点建立了两类材料的简化五参量模型(半光面材料BRDF模型和毛面材料BRDF模型)。在此基础上,优化了模型参量拟合算法,在粒子群优化算法(PSO)中引入模拟退火算法(SA),提高了算法的局部搜索能力和效率。实验测量了不同粗糙度的2024铝合金样片和三种大粗糙度样片的BRDF数据,分析了目标样片BRDF随散射角的变化趋势以及其与表面粗糙度的关系。利用模拟退火粒子群优化算法(SAPSO)、遗传算法(GA)、粒子群算法对实验数据进行拟合,模型计算结果与实验结果的对比显示,模拟退火粒子群算法拟合误差更小,更适用于BRDF优化建模,证明了该算法的有效性。

拉曼光谱技术在法庭科学中有着广泛的应用。采用显微激光拉曼光谱分析技术和K近邻算法对25个塑钢窗样本进行研究。通过主成分分析提取到5个主成分,并运用训练样本为测试样本的方法进行交互验证。当K=1时,测试样本的出错率最低,以区分贡献值最高的三个特征变量为参数建立分类模型,实现了对未知变量的准确归类,模型总分类准确率可达71%,区分效果良好,比直接通过谱图比较得到的结论更加准确。

基于中红外可调谐二极管激光吸收光谱技术研究了实现高信噪比低浓度一氧化氮(NO)的测量方法;选取谱线强度较高的1926 cm ^-1附近的中红外NO吸收谱线,利用带间级联激光器(ICL),使用波长调制法在常温下对NO进行测量;通过改变ICL的调制参数,分析了调制电流在3~25 mA范围内变化时,体积分数为0.46×10 ^-4~1.31×10 ^-4的NO气体的测量结果及信噪比。结果表明:当设定调制电流为11 mA时,信噪比最佳;对体积分数为0.5×10 ^-5~2.0×10 ^-5的NO进行测量时,测量结果具有较高的信噪比。

基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术,研究了高温环境中CO₂温度和浓度的测量方法。选取位于4996 cm ^-1附近的CO₂吸收谱线作为高温环境中对CO₂温度和浓度进行测量的目标谱线对。对气体吸收池内不同温度(873~1273 K)、不同CO₂体积分数(4%~10%)的CO₂/N₂混合气体的温度以及CO₂的浓度进行了在线测量。结果表明:测量温度与设定温度的平均偏差为2.07%,峰值偏差为3.49%;测量得到的CO₂浓度与配比浓度的平均偏差为2.25%,峰值偏差为4.75%。该测量方法精确可靠,为高温环境中CO₂的测量提供了一种新的技术手段。

针对光谱反射率重建常用方法中主成分分析法重建后产生病态的问题,提出一种基于降维正则化多项式的光谱反射率重建方法;利用主成分分析法对训练样本的高维光谱数据进行降维,在降维的基础上对样本的通道响应数进行多项式回归扩展来提高光谱反射率重建的精度,同时加入Tikhonov限制条件来避免多项式扩展导致的数据不稳定性和随机噪声产生的病态问题。结果表明:降维正则化多项式光谱反射率重建方法在精度评价中的效果优于主成分分析法和多项式回归扩展法,同时实现了降低光谱数据计算量、优化通道响应、提高反射率重建精度的目的。

利用旋涂技术制备了银纳米线(AgNW)薄膜,对该AgNW 薄膜进行了溶剂蒸发退火处理。研究了所制备的AgNW薄膜的方块电阻、光学透光率、微结构及表面形貌,分析了以退火处理的AgNW薄膜作为阳极的聚合物太阳能电池的电流-电压特性。结果表明,经过3 h的甲醇退火处理,薄膜方块电阻由退火前的45.3 Ω/□减小到28.7 Ω/□,最后达到饱和,薄膜的品质因数提高了72.7%,薄膜的性能得到了增强;随醇溶剂沸点的增加,AgNW薄膜方块电阻的降低程度变小。以退火处理的AgNW薄膜为阳极的聚合物太阳电池的光电转换效率由退火前的0.94%增大到1.60%。退火3 h可获得性能较好的AgNW薄膜。

采用化学溶液沉积法,在石英玻璃上制备了ZrO₂∶Eu ³⁺,Y ³⁺(Eu-YSZ)转光膜,研究了Eu ³⁺、Y ³⁺掺杂浓度对薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性能的影响。在波长为396 nm的紫外光和波长为466 nm的蓝光照射下,Eu-YSZ薄膜可发射出发光中心在593 nm和609 nm附近的红光带,这归因于Eu ³⁺离子的能级跃迁,且薄膜在可见光区间具有较高的透过率。研究表明,Eu-YSZ转光膜有利于减少短波蓝光对人眼视网膜造成的伤害。

采用时域有限差分(FDTD)法,对由银-氧化铟锡(ITO)薄膜构成的一维光子晶体结构在300~800 nm波段范围内的滤波特性进行了研究。仿真研究了金属缺陷层厚度、入射角度和ITO膜厚度等对光子晶体滤波特性的影响。对不同参量下光子晶体结构的色散曲线也进行了仿真计算,并分析了色散机理。结果表明,改变缺陷层的厚度能够调制光子晶体的滤波范围及滤波波形;入射光线小角度范围(0°~20°)内的变化对该光子晶体滤波性能的影响甚微;随着ITO膜厚度的增加,滤波波谱呈周期性变化。

以改进的色差显著算法原理为基础,以高亮显著连通的区域面积和圆度表征织物图像纹理间隙区域,通过统计标准织物图像纹理间隙的分布规律,设定初步色差分级指标,不仅实现了待测织物大聚集色差区域的快速检测,而且能有效判别无大聚集色差织物的纹理间隙区域的背景噪声。结合色差评级标准,对纹理间隙区域外的织物图像采用加权平均方法进行了色差定级。结果表明,所提算法的误差均值和方差最小,更能反映织物的真实色差。