王丹艺   薛常喜   李闯   杨红芳  

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为了满足现代医疗内窥镜针对小型化大视场的行业需求，本文采用反远距光学结构作为初始结构，利用ZEMAX光学设计软件在原有结构中加入5×5阵列光学元件，得到了一种工作于可见光波段，全视场为110°，焦距1.55mm，F数为4.2，最大通光口径为3.15mm，系统总长为7.99mm的高清电子内窥镜物镜的光学系统。该系统由6片透镜组成，以光阑面为界分为前组和后组，其中前组包括一片前后两面均为阵列面的镜片，后组包含一组双胶合透镜。整个系统的光学调制传递函数在120lp/mm处达到0.36，接近衍射极限，满足医疗使用的要求；设计结果表明，阵列光学元件在不改变口径的条件下对增大内窥镜光学系统视场有明显优势，在医疗领域具有广阔的应用前景。

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鲁逸峰   金琴花   荆晶   陈韵岱   曹一挥   李嘉男   朱锐  

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针对血管内光学相干断层扫描（Intravascular Optical Coherence Tomography，IVOCT）成像系统，提出一种改进的自适应增强算法（Adaboost）及一种基于动态规划的轮廓分割算法用于可降解支架的自动检测与分割，从而实现对支架贴壁情况的自动评估。在检测阶段，利用多层决策树构建Adaboost分类器，实现对支架位置和大小的检测；基于检测结果，利用动态规划算法对支架轮廓进行分割；最后，结合分割结果，对支架贴壁情况进行计算。实验结果显示，本文算法的检测召回率达到91.6%，精确率为87.2%，轮廓分割的平均Dice系数为0.80，表明本文提出的方法能够实现IVOCT影像中可降解支架的准确检测与分割，且具有较好的鲁棒性。

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陆鹏   孙长库   王鹏  

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为了提高条纹投影三维测量系统的测量速度和准确度，本文提出了一种改进的相位高度转换映射模型。通过建立虚拟相机坐标系以及分析条纹信息在投射器坐标系与相机坐标系之间的转换关系，在相机坐标系中建立了相位到高度的一一映射模型，并在映射模型中校正了相机镜头的畸变。模型结构简单，适合结合查表法使用。应用查表法后，模型算法复杂度极低，可以应用在高速测量中。同时，本文提出了一种针对映射模型的标定方法，并在相机标定过程中利用逆向投影优化过程对相机的参数进行迭代优化。标定方法简单高效，不需要参考平面，且对系统中的相机和投射器的相对位姿没有严格的要求。实验结果表明本文提出的映射模型及标定方法可以实现快速准确的三维测量。

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范海瑞   杨帆   潘旭冉   温洁   王晓宇  

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针对现有立体匹配算法对噪声敏感、易失真、在视差不连续区域与弱纹理区域误匹配高的问题，提出一种改进Census变换与梯度融合的多尺度立体匹配算法。采用支持窗口内所有像素的加权平均灰度值作为Census变换的参考值，将Census代价与由水平和垂直方向归一化结合的梯度代价进行加权融合，通过设置噪声容限获得稳定的代价，提高了单像素匹配代价的可靠性；在多分别率尺度下，采用改进引导滤波算法完成对匹配代价的聚合；通过视差提取获得视差图。实验结果表明，该算法在Middlebury测试平台上对标准立体图像对的平均误差为4.74%，对27组扩展立体图像对的平均误差为8.67%。在视差不连续区域与弱纹理区域误匹配率进一步降低，对噪声和光照等干扰表现出较好的稳健性。

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叶佳   闫连山   潘炜   罗斌   邹喜华  

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为提高光载无线系统传输容量，本文提出一种混合频相调制信号光学产生技术。利用保偏光纤光栅对不同输入偏振态响应不同的特性，此技术将加载到信号偏振态的基带信息转换到输出波长上，并通过在接收端的外插拍频实现频率调制，同时通过光学相位调制将信息映射到拍频产生的微波信号上，最终产生混合频相调制信号。通过搭建基带传输式光载无线系统，该信号产生方案的有效性得到了验证。实验产生了码率为1Gbit/s、频率为12.5GHz/9.5GHz的混合频相调制信号，并经过5公里光纤传输后由接收端解调。信号的时域波形及解调后信号眼图与星座图等实验结果证明了所产生的混合频相调制信号可靠性。

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赵奇飞   王首鹏   徐雨萌   孔鸿鹏   任栋   王道斌   侯尚林  

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色散和激光器频偏能够对使用交错正交幅度调制格式的相干光滤波器组多载波系统（CO-FBMC/OQAM）产生严重影响。针对这个问题，本文重点研究了该系统的基于训练序列的信道和载波频偏联合估计及补偿方法。我们首先详细分析了CO-FBMC/OQAM系统的信道传输模型，对训练序列的结构进行了仔细设计和优化，使得它能够抑制固有虚部干扰（IMI）的影响。为了消除信道噪声对估计过程的干扰，我们提出了基于不同帧之间频域平均的估计方法。该方法将实值导频的交叉关联函数在不同帧之间进行频域平均，取其相位后获得载波频偏估计值。信道响应也在不同帧之间进行频域平均后得到最终估计值。为了验证该方法的有效性，我们搭建了相干光FBMC/OQAM系统的数值仿真平台，并研究了激光器频偏取不同值时、经过1500公里标准单模光纤传输后系统的误差幅度矢量和误码率。数值仿真结果表明：不管是在背靠背场景下，还是在1500公里光纤传输后，该方法都能够抑制色散和激光器频偏的影响，有效提升系统的传输性能。

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张晓婷   刘楚嘉   漆宇   蔡智辉   吴逢铁   庄其仁  

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研究了大功率LED作为光源的聚合物光纤（POF）光纤束透镜耦合器原理和设计方法，基于能量补偿和坐标迭代法设计了一种能量均匀分布自由曲面透镜耦合器。透镜耦合器由两个折射曲面和两个反射曲面以及一个环形柱透镜面组成，折射曲面将修正的朗伯光型大功率LED光束中发散角度较小的光线准均匀分配在POF光纤束端面上；反射曲面将LED光束中发散角度较大的光线作为补偿光线进行能量重新分配以提高目标面的照度均匀性，并以光纤束端面的照度均匀性和有效光利用率为优化目标对透镜耦合器结构进行优化设计。光学仿真结果表明，当采用3535规格的LED作为光源时，设计的耦合器可使直径为0.5mm的20×20根POF光纤束端面照度均匀性达到92%，有效光利用率达到71%。

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寇添   周中良   刘宏强   杨远志  

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本文围绕红外辐射特征信号与目标机动模式的相关性展开研究，拟解决目标机动模式可分性问题。通过建立目标光谱辐射包络模型和目标姿态角动态特性模型，重点分析了目标机动模式与姿态角变化率之间的关系；建立了红外辐射响应信号模型，并对影响信号特征的关键因素进行了理论分析，结果证明空间距离指数项和高次幂项是影响红外辐射信号幅度整体趋势变化的主要因素，而目标姿态角变化率对红外辐射响应信号局部特征影响显著，且红外辐射响应信号的时间倒数与目标姿态角变化率成正比关系，即目标法向过载越大，红外辐射响应信号变化越剧烈。选取三种典型目标机动模式进行仿真实验，从目标机动轨迹、红外辐射响应信号和信噪比变化率系数 的仿真实验结果可以看出，目标不同机动模式下的红外辐射响应特征信号差异性显著，因而利用姿态敏感特征信号为目标机动模式识别提供了可行性，这对空间机动目标跟踪、机动检测和态势评估具有较大意义。

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王丽   逯丹凤   祁志美  

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采用射频溅射镀膜技术在干净的玻璃基底上溅射厚度约为60 nm的金银合金膜，然后于室温下通过化学脱合金法制备纳米多孔金薄膜（Nanoporous gold film，NPGF）。利用自建的波长检测型SPR传感平台测试NPGF的共振反射光谱，并基于Fresnel公式与Bruggeman介电常数近似方程对其进行最佳拟合，得到NPGF的多孔度约为0.38。为进一步确定NPGF的多孔度，利用Image J软件对NPGF的扫面电子显微镜照片进行深入分析。以水溶液中的重金属Pb2+和三聚氰胺为目标分子，考察了基于NPGF芯片的SPR传感器对有毒有害小分子的吸附响应特性。实验结果表明，传感器对水溶液中的Pb2+、三聚氰胺均实现了1 nmol?L-1的高灵敏度。由于制备工艺简单、成本低和灵敏度高，NPGF-SPR传感器在环境监测、食品安全等领域具有良好的应用前景。

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黄达   黄树彩   赵炜   陆屹  

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导弹助推段有高温、大面积的尾焰，根据尾焰光谱特征，可准确识别导弹。将其用到天基预警系统，能够使导弹防御系统趋于完善，但光谱信息数据量庞大，从获取光谱信息到识别光谱信息需要耗费大量时间。基于此，寻找能够代表导弹尾焰光谱的特征光谱，并使用模糊算法对特征光谱数据处理，达到准确、快速识别的目的。分析可知，特征光谱图比全波段红外图信噪比高，且模糊算法的实时性和准确性优于光谱角测度（SAM）。

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熊风光   霍旺   韩燮   况立群  

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本文针对目前三维点云关键点配准与识别过程中的寻找匹配对不理想、存在大量误匹配对、严重影响配准与识别准确率的问题,提出了一种新颖的关键点误匹配剔除方法。首先，在关键点检测阶段，基于边缘点及其邻域点大多分布在同侧的特性，提出了一种边缘点检测算法，并基于该算法剔除掉处于边缘的关键点，以提高关键点的可重复性和可匹配性，降低关键点特征匹配的误匹配率；然后，在关键点特征匹配阶段，对经由最近邻（Nearest-neighbor，NN）算法得到的初始关键点匹配对，通过kmeans算法和分裂法，剔除掉大量错误的关键点匹配对，从而提高三维点云间关键点的匹配率。实验结果表明，该方法能够剔除完整三维点云匹配完整三维点云、完整三维点云匹配杂乱且有遮挡的三维点云、部分点云匹配部分点云所产生的大量关键点误匹配对，提升关键点匹配效果；同时在时间上，本文提出的关键点误匹配算法较RANSAC算法更有效率，是NN算法的有益补充。

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张建平   宗雨   朱文清   易勐  

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现有的大多寿命预测模型在处理光电产品试验数据时存在耗时长、精度低等问题。为了短时间内准确地预测光电产品的寿命，利用两参数威布尔函数拟合多组应力下的亮度衰减数据获得加速寿命，通过拟合优度检验参数确定Power函数来外推常规寿命，从而构建了一种新型的光电产品寿命预测模型，即加速寿命外推模型。将该模型应用于真空荧光显示屏（VFD）寿命的快速预测，开展了四组恒定应力加速退化试验，实现了模型精度的评价。结果表明，设计的VFD加速退化试验方案正确可行，采集的试验数据客观地反映了VFD亮度衰减特性；加速寿命外推模型准确地描述了加速应力下亮度的变化轨迹，很好地揭示了应力随寿命变化的规律，使得无需开展常规寿命试验便可精确地外推出产品的寿命，这为现代光电产品的寿命评估开辟了一种新的方法和途径。

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王艳川   黄海   李邵梅   高超  

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针对相关滤波跟踪算法在遮挡及目标尺度变化等情况下容易跟踪失败的问题，提出一种基于在线检测和尺度自适应相关滤波跟踪算法。首先，相关滤波跟踪器融合方向梯度直方图特征、颜色属性特征和光照不变特征进行目标定位；然后，通过局部稀疏模型的重构残差进行遮挡判别，如果发生遮挡则进行在线SVM检测并实现目标重定位；最后，进行 “由粗至精”的尺度估计，通过尺度预估计和牛顿法得到目标的精确尺度。此外，本文采用均衡的模型更新策略，固定更新相关滤波器，保守更新稀疏模型和SVM。实验结果表明，在50组测试序列中，本文算法跟踪精度为0.861，成功率为0.636，相对其他算法，整体跟踪性能较好。在遮挡、目标尺度变化因素的针对性实验中，提出的算法能够实现更为稳定可靠的跟踪，优于对比算法。

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高旭   王仁杰   李金环   王玉婷   黄继鹏  

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为了实现毫秒级分辨力光栅式角位移的测量，本文从光学的角度出发，对光栅的设计、制作形成及空间滤波方法进行了实验研究。依据马赫-曾德尔干涉法原理完成了多光束全息光栅的设计；同时对矩形光栅和所制作的多光束干涉全息光栅进行了相应的空间滤波成像处理；最后选取平行光和点光源等两种光源进行检测，并利用面阵CCD和线阵CCD对光栅的衍射信息采集，分别从条纹质量、透过率函数和频谱三个方面对空间滤波成像处理前后的光栅进行检验。结果表明：空间滤波成像处理可以抑制光栅中高次谐波的含量，可明显改善光栅信号的质量；且随着衍射光栅空间频率增大，光栅的正弦性可有效提高，这为提高光栅条纹信号质量的光电扫描成像系统设计奠定了良好的实验基础。

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马丽霞   秦际良   闫智辉   贾晓军  

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量子存储可以将短脉冲光信号和原子自旋波的量子态相互映射，是实现量子中继和量子网络的重要基础。其中，短脉冲光信号正交分量的测量需要快速响应的平衡零拍探测器。因此，快速响应平衡零拍探测器的研制是发展连续变量量子存储的关键。我们改进了连续的平衡零拍探测器，得到了可以实时测量短脉冲光信号正交分量的快速响应平衡零拍探测器。利用无电容电路，以及高量子效率、低结电容的光电二极管滨松S3883，使平衡零拍探测器的响应时间为65 ns；当波长为795 nm，功率大于100 μW的激光入射时，在2.5 MHz处的信噪比超过12 dB；相应的饱和功率为6.8 mW。该平衡零拍探测器可以应用于连续变量量子存储、量子网络等研究领域。

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高昊昇   唐超颖   余笑  

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手臂静脉识别系统中，从图像中提取的静脉线质量对最终的识别效果有着至关重要的影响。本文提出了一种基于贝叶斯理论检测血管边界的手臂静脉线跟踪方法。首先自动选取种子点，避免人工干预。跟踪血管时，将血管结构分为三类：正常型、分支型和交叉型。每次迭代时综合考虑血管的横向和纵向特性。短距离内血管近似为直线，可利用多尺度直线模板对图像滤波，得到像素点的直线强度。同时使用高斯模型拟合横截面的灰度分布。接着，基于贝叶斯最大后验概率准则，确定可能性最大的血管结构，从而得到局部血管的边界点、中心点、直径和方向。实验证明，与传统的阈值法和重复线跟踪法相比，该方法提取出的手臂静脉线准确性和全面性更优，且能保证较高的噪声鲁棒性。

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蔡厚智   刘进元   付文勇   雷云飞   廖昱博   龙井华  

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研制了基于微通道板（microchannel plate, MCP）选通技术的电子飞行时间（time of flight, TOF）测量系统。系统中，栅极和MCP间有一50 cm的漂移区。阴极上加载直流电压，阳极栅网接地，阴极上产生的光电子获得能量向MCP运动，调节MCP选通脉冲延时，使得电子和选通脉冲到达MCP的时间同步，从而产生动态图像。利用高速示波器测量光电子的产生时间和选通脉冲之间的时间差，即可获得电子在50 cm漂移区的TOF。当阴极电压为-3.5 kV时，测得电子从阴极到MCP的TOF约15 ns。改变阴极电压，获得了TOF与电子能量之间的关系，TOF随着电子能量的增加而减少。此外，获得TOF测量系统的时间分辨率为88 ps。

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蔡厚智   刘进元   付文勇   雷云飞   廖昱博   龙井华  

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研制了三通道微通道板（microchannel plate, MCP）门控X射线分幅相机，MCP微带阴极宽度8 mm，相邻两阴极间隔2.8 mm，由幅值为-1.9 kV，宽度为210 ps的门控脉冲进行驱动。采用光纤传光束法测量了相机的触发晃动。由光纤的动态图像可得相机的触发晃动约为94 ps，与高速示波器测得的90 ps晃动基本一致。此外，测得相机的时间分辨率约为100 ps。

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徐恺   贾志刚   房丰洲  

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本文结合人眼-镜片联合模型提出了一种实际观察状态下测量自由曲面镜片波前像差的方法。不同于焦度计及现有的哈特曼-夏克波前像差传感器测量眼镜片后表面波前像差的方法，本文阐述了一种实际观察状态下眼镜片顶球面上的波前像差测量方法的原理，以及基于该原理设计、研制了相应的测量装置，并使用该测量装置自动扫描测量得到眼镜片顶球面上的波前像差和配戴者屈光度参数。实验结果验证了该测量装量可以实现模拟实际观察状态下自由曲面镜片波前像差的测量，有助于评价自由曲面镜片的成像质量及加工质量和指导镜片的设计及优化。

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初文静   邱建华   林俊良   郑友伟   林金锡   林金汉  

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以(NH4)6H2W12O40?xH2O为钨源，以Pluronic F127为配位聚合物配置前驱体溶液，采用旋涂法在FTO导电玻璃上制备WO3薄膜，研究配位聚合物含量对聚合物前驱体法制备的WO3薄膜电致变色性能的影响。采用XRD研究WO3的晶型结构，采用显微镜分析WO3薄膜的表面形貌，借助标准三电极体系进行循环伏安法和双电位阶跃计时电流法等电化学测试，进一步分析配位聚合物含量对WO3薄膜电致变色性能影响的机理。研究表明：制备的氧化钨薄膜属于立方晶相;随聚合物前驱体溶液中F127含量增大，WO3薄膜表面粗糙度增大，WO3薄膜的电荷容量先增大后减小；当F127含量为26%时，WO3薄膜的电荷容量最大，电致变色性能最好，可见光区域的透光率光学调制范围达62.68%，光学密度差达0.864，且着色态的太阳能总透射比低于褪色态的太阳能总透射比，具有极好的节能效果。

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杨佳琦   张志忠   熊明  

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光致漂移速率是用来衡量光致漂移效应大小的重要参数，对于光致漂移的研究具有重要意义。本文利用强碰撞模型描述光致漂移过程中锂原子与缓冲气体的碰撞作用，考虑了超精细结构和能级简并对光致漂移过程的影响，建立速率方程来表示不同速度的锂原子在各能级上的布居，从而获得锂原子的漂移速率。同时利用该方法研究激发光波长、激发光功率密度、缓冲气体压强、缓冲气体种类、气体温度等各项参数对锂的光致漂移速率的影响。由理论计算结果可以看出，利用该方法计算所得的漂移速率随各参数的变化关系基本符合光致漂移的物理原理分析和相关文献中的实验结果规律。

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张树青   王庆晨   智喜洋   黄源欣  

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为了实现对现有硬质内窥镜的性能改进,增加其有效视场，便于手持操作，同时节约成本。首先，分析了国内外硬质内窥镜的发展现状以及存在的主要问题，对比相关产品提出了设计要求。接着，提出了一种30°视向角硬质内窥镜的设计方法。然后，在分析目前市场上各类硬质内窥镜转向系统结构的基础上，提出了使用全反射棱镜设计30°视向角内窥镜的方法。最后，结合相应标准对设计结果进行了公差分析与像质评价。设计结果表明：所设计内窥镜的总长度365mm；口径<6mm；视场角±40°；物方分辨率12lp/mm，接近衍射极限；能量分布均匀。考虑加工和装调误差，进行公差分析后像质满足用户需求。设计结果基本能够满足实际使用需求，达到了设计要求，对硬质高质量医用内窥镜的国产化具有工程应用意义。

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孟令武   邵帅  

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采用有限体积方法，研究了矩形微通道直角弯道流场及压力损失系数，主要分析通道尺寸、冷却液流速、冷却液浓度等因素对局部流场和压力损失系数的影响规律。结果表明：压力损失系数随流道宽度a的增大先略微下降后逐渐上升，随流道高度b的增大而逐渐减小，随流道间距e先下降后略微上升；弯道宽度c会引起弯道局部流场和压力损失系数的变化；液流流速越大，压力损失系数越小；冷却液浓度越大，压力损失系数越大。

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刘佳伟   李海英   吴振森   白璐   李正军  

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基于电磁场的矢量波函数展开方法和不同坐标系中矢量波函数转化关系得到了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束的圆柱矢量波函数展开系数，结合电磁场边界条件获得了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束以任意方向照射均匀单轴各向异性介质层的反射场、透射场和内部场的展开系数，数值计算了沿波束传播方向横截面上的入射、反射和透射总电场强度分布以及 平面内传播路径方向的总电场强度分布。结果表明：圆对称贝塞尔涡旋波束入射单轴各向异性介质的反射场基本保持同心圆环结构，但强度分布不再呈圆对称；透射场出现两束交错折射光，总电场强度轮廓显著扭曲。

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原媛   谢亚楠   李鑫  

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本文提出了一种基于石墨烯的工作在太赫兹频段的频率可重构贴片天线，以聚酰亚胺为衬底，不需要加载电子开关，通过调节静电场偏置，动态的调控天线的谐振频率点并保持辐射性能不变。本文研究了石墨烯的主要特性，并且提出了天线的等效电路模型来计算该结构的输入阻抗，所提出的模型包括用作辐射贴片和传输线的石墨烯片、聚酰亚胺衬底以及地平面上的硅层，理论解释了频率可调谐的原因。所设计的石墨烯天线在太赫兹频段达到了五个谐振频率点，覆盖了678.25GHz-721.5GHz的频段，此外该天线在增益（6.92dB）和辐射效率（86.48%）方面也获得了良好的性能，为石墨烯在THz频段可重构天线的应用提供了依据。

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王浩   康文雄   陈晓鹏  

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目前，掌纹掌脉识别技术的研究主要针对静态图像，其在注册和认证过程中通常会对认证姿势进行一定的约束以获取更为清晰的手掌图像，从而影响了此类系统的亲和性。对此，本文搭建了一种新型的基于视频的掌纹掌脉识别系统，首先采用了新的注册和识别方式，即系统通过获取手掌的运动视频来代替传统采集方式所获取的静态图像，使得认证时手掌无需刻意停留，只需横扫而过，有效地增强了认证的亲和性；其次，提出了将旋转视频和横扫视频进行融合注册的新策略，从而提升了注册特征的丰富性和完整性，增强了系统对不同认证姿态的鲁棒性；第三，针对实际应用提出了一种级联融合策略，可大幅提升已注册用户的识别速度；最后本文构建了一个包含100副手掌，1200段带有运动模糊的掌纹掌脉视频数据库，并在数据库上进行了大量实验，结果显示新系统在915毫秒的期望耗时内能够达到1.51%的等误率，说明了本文构建的新系统的有效性和实用性。

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张齐元   韩 森   唐寿鸿   罗春华   付跃刚  

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波前像差可以很好地反映光学系统的性能，波前检测结果通常用一组Zernike多项式线性组合表示。透射式光学系统波前需要在特定波长下检测，由于检测仪器的限制，只有少数波长波前可以准确检测。本文提出一种新的思路，通过分析波前Zernike系数与波长的函数关系，间接反映波前随波长变化规律，从而实现任意波长波前的检测。利用Zemax对光学系统建模，采集光学系统在不同波长时波前Zernike系数，通过Matlab曲线拟合工具寻找Zernike系数与波长曲线可能存在的函数形式，并最终确定了Conrady-Zernike公式。模拟的光学系统使用这种解析式计算所得Zernike系数的最大误差在1%以内。结果表明透射式光学系统的波前Zernike系数与波长之间基本符合Conrady-Zernike公式的关系。

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崔帅   张骏   高隽  

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复杂和多光照场景下的光照估计是颜色恒常性计算的难点和热点。本文提出一种对数域中基于实例学习的光照估计方法。通过分析光照对图像色度的影响，提取对数色度直方图作为光照一致性特征，在实例学习框架下，根据特征相似的已知光照实例估计目标场景光照。算法分割原始图像为多个光照均匀场景，分区域估计局部光照，并融合得到整幅图像的全局光照信息。在多组单光照和多光照数据集上的实验结果表明，相较于其他先进方法，该方法在不同数据集上的光照估计误差中位数降低了5%~14%，精度更高且鲁棒性更好。

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吴礼洋   熊磊   杜少毅   毕笃彦   方挺  

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本文提出了一种仅基于单个模板的人脸仿射配准方法，比如利用一个人的正脸去配准他的侧脸。首先，为了克服人脸仿射变换而产生的局部形变，引入颜色特征来平衡模板人脸和目标人脸之间的颜色相似性和形状错配率，进而提出了一种基于颜色特征的人脸粗搜索算法。接着，采用人脸粗搜索算法得到的仿射变换作为初始约束，建立上步仿射约束下的人脸形状精确配准算法。在算法的每一步迭代中，利用前一步迭代得到的仿射变换，建立最近点的对应关系，并利用前步仿射约束下的目标函数求解新的仿射变换。本文算法成功解决了旋转、缩放和噪声干扰情况下人脸形状难以配准的问题。与传统人脸仿射配准算法相比，本文算法有效提高了人脸仿射配准的鲁棒性和精确性。

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王玲   胡秀清   郑照军   陈林  

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位于南北极的Dome C 和Greenland冰雪目标是目前国际上应用比较广泛的定标跟踪目标。但由于极昼极夜现象的存在，单一极地冰雪目标难以对遥感仪器实现连续定标跟踪。针对这一不足，本文提出了联合使用两个极地冰雪目标对FY-3A/MERSI反射太阳波段辐射性能进行连续跟踪监测的方法。首先，利用FY-3A/MERSI在寿命晚期相对稳定的观测数据，建立两个冰雪目标上表观反射率的BRDF模型；然后利用该模型，对冰雪目标的表观反射率序列进行归一化处理，消除表观反射率中与冰雪目标BRDF特性相关的变化信息，获得反映遥感器辐射性能变化的参量，实现不同冰雪目标数据序列的融合；最后，采用二次多项式拟合模型，对融合后的数据进行变化趋势分析，并与其他相关研究成果进行比对验证。结果发现，跟踪监测模型的不确定性基本优于3%，特别是波长小于550 nm的短波段，不确定性优于2%。衰减率结果显示，蓝光波段衰减显著，特别是波段8（413nm），年均衰减率接近7%；红光和近红外波段（水汽通道除外）最为稳定，年均衰减率在±0.5%以内；波长在500-550 nm之间的绿光波段，衰减率介于蓝光和红光之间。对比验证结果显示，本文方法与其它方法具有很好的一致性，大部分波段的多年总衰减率偏差在3%以内。

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肖功利   刘小刚   杨宏艳   蒋行国   王宏庆   郑龙   李兴旺   龚全熙   刘利   李海鸥   张法碧   李琦   傅涛   陈永和  

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本文提出一种由左右、上下对称的一大、一小圆弧组成的金属圆弧孔阵列结构。利用该结构形成的法布里-珀罗腔来加强表面等离激元耦合作用，以期获得一个较好的强透射现象。同时研究基于该现象的折射率传感特性。采用有限时域差分(FDTD)法研究了该孔阵列结构中大，小圆弧孔的半径、两圆弧的圆心距和阵列周期对强透射现象的影响。研究发现该结构中的大,小圆弧半径分别为95和70nm, 两圆弧的圆心距为100nm，周期为425nm，其具有较好的强透射现象。然后对基于该现象的折射率传感特性进行探讨，其灵敏度为279RIU/nm。这些研究结果为下一代高性能微纳米等离子体传感器设计提供理论参考。

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刘强   毕卫红   王思文   吕欣   付兴虎   付广伟  

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本文提出了一种基于LP01和LP11模式干涉的少模光纤温度传感器，利用单模光纤（SMF）和少模光纤（FMF）在入射端偏芯熔接，出射端对准熔接制作而成。本文首先利用标量法对FMF建立理论模型，通过光场的电磁边界连续条件推导出了FMF的特征方程，并通过对特征方程进行数值求解详细分析了FMF中的传输模式。接着，通过有限元分析软件对上述理论模型仿真计算，验证了理论计算结果的正确性。最后，利用制作的传感器进行温度传感实验，并对不同温度下的传输光谱进行傅里叶变换，对参与干涉的两种模式进行了分析；根据光纤的热光效应，建立温度传感模型，分析计算该传感器的温度灵敏度，实验结果与理论计算一致。利用上述特性制作的传感器进行温度测量，当温度发生变化时，干涉峰发生漂移，在25.3~77.3℃范围内，温度灵敏度为158.06pm/℃。该传感器能广泛应用于工业生产、生物医学等领域的温度测量。

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孙力帆   何子述   冀保峰   张森   普杰信  

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现代传感器分辨能力的大幅提升，使得观测对象不再被认为是点目标，而是具有一定形态的扩展目标。传统上基于点目标假设所取得的建模与状态估计研究成果已不再适用于现今许多的实际应用场景，特别是当扩展目标发生机动时，其运动状态和扩展形态（形状和朝向）往往同时发生突变，且二者具有紧密的耦合关系。为此，本文首先对扩展目标机动过程不确定性、整体机动演化形式及其耦合性展开研究，继而建立起通用的机动扩展目标混合系统建模框架。得益于其简洁的线性形式，可以很便利地推导出一种高效的机动扩展目标运动状态和扩展形态联合估计算法。最后，所提出建模和跟踪方法的有效性通过不同场景内的仿真和性能评估结果得以验证。

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吕金光   梁静秋   梁中翥   秦余欣  

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为了进一步实现傅里叶变换光谱仪的微小型化，在基于多级微反射镜的傅里叶变换光谱仪结构中引入微透镜阵列，利用微透镜阵列对由多级微反射镜调制的各级次的干涉光场单元进行同步收集。由于光场相位采用空间调制方式，因此系统的波前像差会导致各级次干涉光场单元的子波前产生不同程度的畸变。本文建立了含有波前像差的光场与多级微反射镜和微透镜阵列相互作用的标量衍射理论模型，计算表明波前像差会导致各级次干涉像点的强度产生不同程度的衰减，同时在复原光谱中引入低频噪声。通过分析，干涉像点强度的衰减是各干涉光场单元子波前像差的斯特列尔比调制的结果，且复原光谱中的低频噪声主要源于斯特列尔比的傅里叶谱。根据波前像差对干涉图像的调制特点，提出一种利用波前像差的斯特列尔比对干涉光强进行修正的方法，计算表明该方法可以使复原光谱的失真得到有效的改善。

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朱雨霁   尹达一   陈永和   任百川  

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紫外成像光谱仪是遥感探测仪器的重要部分之一。在机载和星载领域，遥感平台正逐步要求光谱仪在实现高分辨率的同时将设备趋于轻量化和小型化。本文针对紫外成像光谱仪高光谱分辨率、轻量化、小型化等特点，研究了基于Offner结构的紫外成像光谱系统，设计了一种数值孔径为0.12、工作波段为250～400nm、狭缝长度为40mm、光谱分辨率为0.3nm的高分辨率紫外成像光谱仪，并对设计结果进行了分析与评价。结果表明：这种紫外成像光谱仪在38.5 lp·mm-1处传递函数均达到0.76以上，实现接近衍射极限的优良成像质量；谱线弯曲和色畸变在10%个像元内，可忽略不计。同时该结构在原Offner结构的基础上大大缩小了系统体积，实现了紫外遥感仪器小型化、轻量化的目的，且易于加工和装调，完全满足设计指标要求，适合机载和星载遥感应用。

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胡佳洁   李素梅   常永莉   朱兆琪  

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为立体内容的制作提供定量标准是立体产品普及亟待解决的关键问题。本文首次结合视觉注意机制，通过大量主观实验定量研究对比度因素对立体图像视觉舒适度的影响。本文先结合平面显著图和立体视差图获得立体显著度图，再利用模糊隶属度和掩膜对其优化获得最终的显著立体图像，并用眼动仪验证其合理性；然后对左右视图做对比度变换并进行主观实验，数据筛选后得到显著立体图像的舒适对比度匹配图和差异图。实验结果表明：左右视图的对比度差异门限值随着左视图的对比度值不同而改变，且左右视图对比度差异不能过大，最大、最小差异值分别为1.97和-2.40。实验所得舒适对比度范围很好地反映了立体图像的舒适度，验证实验的正确率达95%，为立体内容的制作提供了更合理可行的定量标准。

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江泽涛   吴辉   周哓玲  

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针对传统红外与可见光图像融合算法中存在的目标不够突出、背景缺失、边缘信息保留不够充分等问题，本文提出了一种基于改进引导滤波和双通道脉冲发放皮层模型(DCSCM)的红外与可见光图像融合算法。首先，对源图像进行非降采样Shearlet变换(NSST)，得到相应的低频和高频分量。然后分别采用改进的引导滤波算法和DCSCM模型对低频、高频分量进行融合。最后，对融合得到的高低频分量进行NSST逆变换得到最终的融合图像。将本文算法与其他几种方法进行比较，实验结果表明，本文算法的融合图像目标突出，背景信息丰富，且在图像清晰度、对比度、信息熵等方面均具有较好的优势。

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苏畅   付天骄   张星祥   任建岳   金龙旭  

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APEX图像盲复原算法往往因算法不稳定或人机交互式选择参数而难以应用。为此，提出一种基于能量约束的自适应加权图像盲复原算法。首先，将图像划分成多幅子图像，引入图像梯度作为权重构建加权光学传递函数估计模型，减少图像纹理对光学传递函数辨识的影响；其次，根据图像信号能量建立约束方程，采用二分法选择最优复原结果，实现自适应图像盲复原。仿真实验和多光谱遥感图像实验结果都表明，该算法能有效恢复高斯类模糊图像，增强图像细节分辨能力，在峰值信噪比、结构相似度和主观视觉效果上均有显著提高。同时，该算法相较于APEX算法有更广阔的应用范围。

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陈卫军   杨继凯   刘春阳   王连锴   母一宁   宋德  

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采用分步傅里叶法，数值研究了饱和非线性介质中艾里孤子的产生与传输调控。单艾里光束入射时，初始振幅在一定范围内，可以产生稳定传输的呼吸式孤子。初始振幅增加时，孤子的强度增加，呼吸周期变短，但宽度基本保持不变。衰减系数增加时，孤子的平均峰值强度先增大后减小再增大，存在两个极值点。光束入射角度为负值时，形成左倾艾里孤子，光束入射角度为正值时，形成右倾艾里孤子。双艾里光束入射时，同相位艾里光束入射角同为负值时形成强度较强的右倾单孤子，入射角同为正值时形成强度较弱的左倾单孤子；反相位艾里光束入射角同为负值时形成左强右弱的孤子对，入射角同为正值时形成左弱右强的孤子对。

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王玉峰   曹小明   张晶   汤柳   宋跃辉   狄慧鸽   华灯鑫  

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在全天时大气水汽拉曼激光雷达探测中，如何在强白天太阳背景光的影响下提取微弱的水汽拉曼散射信号，需解决全天时探测中强太阳背景光的去噪技术。为此本文提出了一种基于小波阈值去噪算法的白天太阳背景光滤波抑制方法，实现对拉曼回波信号中真实信号与噪声的分离，并有效滤除白天背景噪声。基于西安理工大学大气水汽探测拉曼激光雷达系统的全天时实测数据，详细讨论了分解层数、小波基函数、阈值函数以及阈值选取方法等因素对白天探测回波信号进行小波阈值去噪结果的影响，通过去噪前后效果分析和去噪评价函数的对比，获得利用小波基sym6，分解层数5层，采用改进阈值函数和改进通用阈值方法的最优条件，可有效滤除白天背景噪声，实现对白天水汽拉曼散射信号和米-瑞利散射信号达到较好的去噪效果。根据大气水汽混合比反演算法和水汽探测信噪比理论，进而讨论了小波去噪前后大气水汽混合比反演廓线和水汽探测信噪比的结果，分析表明利用以上最优条件的小波阈值去噪算法有效地提高了拉曼激光雷达系统对大气水汽的探测信噪比和探测高度，去噪后白天激光雷达水汽探测信噪比可提高~3.4倍，水汽探测距离可从1.5-2km提高至3km以上。并开展全天时激光雷达连续探测实验和去噪处理，获得了24小时边界层内大气水汽混合比的连续变化特性，并得到与近地面气象站数据的一致性比对结果，充分验证了小波去噪算法应用于全天时大气水汽探测的可行性和有效性。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2018年第38卷第2期 pp.0201001      

徐玉虎   任学藻   刘雪莹  

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利用相干态正交化法讨论了两量子比特Rabi模型中的纠缠动力学问题，选取量子比特初态为交换对称的bell态和光场的初态为真空态，分析了不同跃迁频率(ω1,ω2)的量子比特与光场(ω0)在不同耦合强度(g1,g2)下，量子比特间的纠缠演化特性。研究发现：弱耦合的情况下，两全同的量子比特跃迁频率与光场频率差值相同(ω1=ω2=0.9ω0, 1.1ω0)时，纠缠演化接近相同。量子比特跃迁频率相对于光场频率对称失谐时(ω2-ω0=ω0-ω1=Δω)，纠缠强度相比全同(ω1=ω2)时都要大，失谐越大，纠缠越强，且弱耦合下纠缠的周期与失谐量成反比。共振(ω1=ω2=ω0)下，当g1 ≠g2时，两量子比特纠缠演化有主极大与次极大交替出现的现象，只保持其中一个量子比特与光场的耦合强度（g2=0.01）不变，另一量子比特的耦合强度越强，次极大的峰值越大，主峰峰值始终能达到最大纠缠,整个演化过程中，纠缠演化有周期性的表现。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0127001      

邓丽军   黄星艳   曾吕明   黄振   刘国栋  

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提出了一种基于双色LED芯片的双波长像面数字全息显微术。首先，将主波长为670nm和521nm的红光和绿光芯片封装成半球型LED，而后利用彩色CCD相机获取被测样品在两种照明光波下的彩色相移数字全息图，最后采用色彩分离技术、相移技术及双波长相位提取技术获取被测样品的相位分布及面型分布。光学实验结果证明了本文所提方法的可行性。

       PDF全文 (下载：7)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0111004      

胡涛   滑文强   王玉丹   王玉柱   周平   洪春霞   边风刚   肖体乔  

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X射线小角散射显微层析成像(SAXS-CT)是一种无损的结构表征技术，用于研究非均匀物质纳米结构信息及其空间分布。本文成功地在上海同步辐射光源设计并搭建了基于KB镜聚焦的SAXS-CT成像系统，聚焦光斑尺寸可以达到20μm以下，并选取毛竹和注塑聚乳酸样品进行了实验验证。对于毛竹样品，得到了内部维管束和薄壁细胞的位置分布及散射差异，同时获取了内部纳米纤维的取向特点。对于注塑聚乳酸样品，发现内部片晶结构具有分层分布特征，获取了片晶结构分布图像以及长周期大小分布图像。实验结果验证了该SAXS-CT成像系统的可靠性及实用性。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0134001      

赫崇君   李伟立   王吉明   顾晓蓉   吴彤   刘友文  

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稀土掺杂钽酸锂晶体不但具有优异的电光特性，而且可以实现光波频率转换，因而在集成光学中具有广泛应用。然而，较低的抗光损伤能力限制了其在大功率器件中的应用。通过掺杂工艺，可以提高其抗光损伤能力。本文采用提拉法生长了双掺杂1.0 mol% Nd3+和不同浓度In3+离子的同成分LiTaO3单晶(Li、Ta元素摩尔比为0.946)。测量了单晶的紫外-可见吸收光谱，由此讨论了缺陷结构，In3+离子的阈值浓度为3.0 mol%。当In3+离子达到阈值浓度时，In:Nd:LiTaO3晶体的抗光损伤能力显著提高。In3+离子取代了晶体中的反位钽TaLi4+，减弱了光折变效应。In:Nd:LiTaO3晶体在0.808 μm处吸收带的半高宽为15nm，吸收截面为σab = 5.26×10-21 cm2。采用0.808 μm半导体激光做泵浦，Nd3+离子在1.06 μm处出现强烈的荧光带。这些研究结果表明，作为多功能晶体In:Nd:LiTaO3可以应用于大功率的光子学或光电子学器件。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0116003      

杨敏   方勇华   吴军   崔方晓   李大成   吴越   王涛  

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为了表征涂层表面散射偏振特性，基于Kubelka-Munk(KM)理论，综合考虑了表面散射和体散射，建立一种多参量偏振双向反射分布函数(pBRDF)模型。该模型引入镜向系数来表征表面散射的贡献程度，改进了传统的偏振BRDF模型，使得新的五参量(复折射率的实部和虚部、表面粗糙度、相对漫反射率系数和镜向系数)偏振BRDF模型更符合实际的涂层表面散射偏振特性。开展了户外实验，获得黑漆和绿漆涂层表面在不同观测几何下的偏振度，利用遗传算法从实测数据中反演关键参量。结果表明，对于不同涂层表面，这种多参量偏振BRDF模型的仿真结果与实测数据均能较好吻合，引入镜向系数能够提高模型的准确性，为实现涂层目标偏振特征提取和有效识别提供依据。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0126002      

姚海峰   倪小龙   陈纯毅   佟首峰   姜会林   刘智  

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为了研究矩形脉冲激光信号在大气中传输特性，建立了传输数学模型，并提出了一种信道补偿算法。在相距6.2km的两栋高楼之间开展了100MHz的矩形脉冲传输实验，并在FPGA编译软件上对信道补偿算法进行了验证。结果表明：脉冲信号经过大气湍流后发生了畸变，在频域上表现为一个低通系统，抑制了大于430MHz的高频信号。运用补偿算法后，有效的抑制了脉冲畸变，提高了系统带宽，将信号的信噪比（SNR）提高了5倍左右；当光信噪比（OSNR）为10dB时，误码率（BER）降低为10-6。

       PDF全文 (下载：5)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0101003      

李寒霜   李博   王淑荣  

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空间遥感仪器的偏振性能研究对提高仪器整机性能及遥感数据反演质量具有重要意义，分析了仪器光学系统膜系对偏振的影响，利用氙灯、准直系统、布儒斯特起偏器与紫外光谱仪构建一套偏振响应测试系统，测量了仪器在200-320nm紫外波段范围内的P光与S光的偏振响应，测试结果表明，仪器在P偏振光与S偏振光照射下呈现出不同的偏振响应，偏振态由S变化到P，紫外谱仪响应峰值波长位置由290nm变化到275nm,双片漫透射板相比单片漫透射板紫外谱仪能量减少40%-75%；单片与双片漫透射板谱仪均在265nm波长处偏振响应达到最大值，双片漫透射板谱仪偏振响应更接近单位值1，且对不同偏振态光的偏振响应差异缩小，这更适用于同步辐射光源定标需求。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0112006      

赵明   赵美晶   孙程伟   许文海  

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针对散射介质的复数形式传输矩阵，本文提出了基于纯相位调制的传输矩阵通用测量方法。该方法选通部分输入波矢进行联合相位调制，并利用相移法求解得到这些输入波矢所对应传输矩阵元素之和，通过多次改变选通输入波矢建立关于传输矩阵的线性方程组，最终通过求解线性方程组确定传输矩阵。利用纯相位空间光调制器搭建了测量传输矩阵的实验装置，分别利用单位矩阵和哈达玛矩阵两种选通方式进行了传输矩阵测量，实验中采用三步相移法实现了2N+1次/输入点的测量效率，最终利用测量传输矩阵进行了光束聚焦实验，实验结果表明，两种方式都能够有效的实现传输矩阵测量，而单位矩阵的聚焦效果好于哈达玛矩阵的聚焦效果。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0129001      

谢昊伶   彭国华   王凡   杨成  

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因水下成像条件恶劣，CCD采集到的水下图像普遍存在色偏严重，对比度低等问题。常用的暗通道去雾算法复原水下图像虽然不需要预先得知水体光学参数，但水下成像较雾天成像更为复杂，直接使用该方法复原水下失真图像效果欠佳。本文通过实验，发现自然光照条件下对背景光数值估计的好坏直接影响水下图像复原的质量，因此依据背景光的海洋光学定义，对其进行估计方法上的改进，提出了一种新的自然光照条件下的水下图像复原方法。根据合理假设及光学理论公式推导，估计出计算背景光所需的水体光学参数（水体衰减系数，散射系数）；利用散射系数与波长的关系分开计算R、G、B 三个通道透射率，并使用导向滤波精细化透射率图；最终通过逆求解成像模型来复原水下图像。实验结果表明，本文算法在恢复场景物体原始颜色及去除背景散射方面有一定的优势。

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杨拓   徐平   周亮   喻珺   李雄超   黄海漩  

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为进一步缩小光学相关器体积,本文设计一种折反式2F系统光学相关器,其特征在于光路采用折叠反射式结构，用数字微透镜取代传统相关器中的实体透镜,缩减了结构体积，提升了系统集成度。利用等效光路法对其进行了理论分析,给出了折反式2F相关器的结构设计条件及结构参数。针对该相关器设计了与之匹配的综合鉴别函数滤波器，通过自编程序对该相关器进行模拟仿真分析，结果显示当待识别目标发生缩放与旋转畸变时, 该相关器仍具有较好的畸变不变识别性能.

       PDF全文 (下载：7)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0107001      

陈洋   范荣双   王竞雪   陆婉芸   朱红  

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针对资源三号卫星影像波段少、光谱范围受限的特点，本文提出基于深度学习的资源三号遥感影像云检测方法。首先采用主成分变换预训练卷积神经网络结构，为减少在池化过程中影像特征的缺失，提出自适应池化模型，最后将影像特征输入支持向量机分类器进行分类。选取典型区域进行云检测实验，并与传统Otsu方法进行对比。结果表明：本文方法检测精度高，并且不受光谱范围限制。

       PDF全文 (下载：21)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0128005      

李涛涛   杨峰   李策   方亮  

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线结构光三维测量中，传感器的相机曝光时间长短直接影响光条图像质量及采集速度，并最终影响测量精度和效率。如何获取光条图像成像最优曝光时间成为实现结构光精确、高效测量亟待解决的问题。为此研究了基于线结构光光条信度评价的相机曝光时间优化方法，将信度评价结果作为曝光时间优化的参考指标。首先结合光条切面高斯分布的特点，对已有光条信度评价模型进行改进，构建高斯信度评价模型；再利用亚像素光条中心提取方法对不同曝光时间下采集到的光条图像进行光心提取，提取结果经高斯信度评价模型评价得到评价信度C和灰度R；最后分析曝光时间t对评价结果的影响机理，构建t-C、t-R变化模型，分析变化模型得到相机最优曝光时间。实验以230lux光强下的高精密齿条和水泥路面模型作为测量对象，结果表明：曝光时间优化后的测量更准确、效率更高，单光条测量的平均残差平方和（RSSa）约为0.03mm2，重构模型平均构造深度与真实模型仅差9.8%。

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刘杰   张建勋   代煜   苏赫  

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摘要 立体匹配是多目视觉的关键技术，作为一个病态问题，一直没有得到良好的解决。本文针对现有局部匹配方案在弱纹理区域、深度不连续处等特定区域匹配精度低，以及实时性依然难以满足要求等问题，提出了一种基于引导图像滤波的立体匹配方案。首先利用图像分割技术对立体图像进行预分割，得到分割区域内像素的聚合半径；之后利用这个半径作为指导，在立体图代价空间上以三种不同尺寸的核进行滤波，并引入正则化项确保聚合代价的一致性，以得到更有效的聚合代价；最后运用简单高效的WTA策略获取初步视差。在middlebury测试平台上的实验结果表明，所提算法兼备实时性和高效性。

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刘帆   刘鹏远   张峻宁   徐彬彬  

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针对当前RGB-D场景图像特征融合困难、联合识别效率不高的问题，提出了一种结合K奇异值分解（KSVD）和最大相关最小冗余准则（mRMR）的RGB-D场景图像融合算法。该算法首先采用KSVD稀疏图像的特征，将稀疏系数对应的字典原子作为特征融合的参数，以完整的表达图像的全部信息；其次，为了使得字典原子能够有效表达特征信息，采用互信息的mRMR原则确定最优原子集的原子数目；最后，通过最大化原则融合稀疏系数，提取有利于图像识别的有效信息。实验结果表明，该算法在信息熵和互信息、边缘保持度等方面，相比PCA-KSVD和NSCT-KSVD融合算法更有优势，有效提升了图像目标的识别准确率和成功率。

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董骁   胡以华   徐世龙   刘豪  

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不同气溶胶环境对激光的后向散射能力不同，相干激光雷达在探测不同大气环境时，激光的回波特性将发生变化，并影响相干探测效率和激光雷达设计时各参数的计算。本文基于Mie散射理论，给出了利用半解析蒙特卡洛法模拟气溶胶粒子对水平线偏振激光的后向散射的主要过程；基于气溶胶和云光学特性库(OPAC)，选择了4种典型环境，5种典型组份和3种湿度条件，分别计算了1.5μm和2μm处后向散射回波的退偏度、偏振度和回波光子数，得到了后向散射光的偏振特性随各组份粒径的变化规律以及各气溶胶环境的后向散射激光回波特性，并分析了不同环境下达到相同探测性能时所需激光功率的比，为远距离高精度相干激光雷达系统的设计和分析提供了参考。

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赵怀学   田留德   赵建科   薛勋   潘亮   王涛  

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为了实现光电经纬仪姿态测量精度的室内测试和评价，介绍了光电经纬仪姿态测量方法，依据蒙特卡洛方法对测量站姿态测量误差源进行了分析，得出姿态测量精度的主要影响因素，进而提出了一种室内姿态测量精度检测方法。基于外场理论弹道、目标姿态以及测量站站址，通过逆姿态测量理论计算得到姿态测量原始数据，再将姿态测量原始数据输入姿态测量设备，进而比较理论目标姿态和姿态测量设备给出的目标姿态，得到姿态测量设备姿态测量精度。依据该方法，对某型号姿态测量设备进行了姿态测量精度检测，实验结果表明：该姿态测量设备姿态测量精度：俯仰角不大于1.9°，航向角不大于0.4°。

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李密   周唐建   徐浏   高清松   章健   邬映臣   汪丹   胡浩   唐淳   于益   吴振海   李建民   石勇   赵娜  

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理论设计和制作了Yb:YAG陶瓷激光板条，通过InGaAs二极管抽运和1030nm种子激光注入并双程放大，在室温下实现了高功率的1030nm激光输出。在种子激光注入功率1.18kW和总抽运功率19.98kW时获得了5.97kW的高功率激光输出，光光转换效率约24.0%，斜率效率为27.9%，测量了Yb:YAG陶瓷板条的透射波前，模拟了不同耦合效率和温度时的输出功率。实验结果表明：室温下Yb:YAG通过高亮度抽运和高亮度种子光注入可以实现高功率激光输出。

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凌秋雨   胡春光   查日东   胡晓东   胡小唐  

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反射镜是光学仪器核心基础元件，其面形的精密测量一直是研究的重要内容。基于光场调控产生的大小灵活可变的空间周期性分布的光学点阵，本文提出了一种根据二维光学点阵形变实现面形快速测量的新方法。结合几何光学和空间三维变换理论，建立了二维光学点阵几何形变量与反射镜三维面形的数学关联模型，并提出了基于点阵质心的面形重构算法，研究分析了测量方法的测量范围和单像素点分辨率，并对反射镜进行了多倾角的实验测试，实现了对直径为10.5mm的反射镜的亚微米级的测量。通过将测试数据与商用干涉仪的测量数据进行比较，验证了该方法的可行性。此外，新方法具有测量精度高、速度快、适应强等特点。

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孙喜莲   陈鹏辉   周浪   M. Mujahid  

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采用溶胶-凝胶法，以钛酸四丁酯作为溶胶的前驱体，聚乙二醇（PEG2000）作为软模板剂，通过浸渍提拉法制备多孔结构TiO2自清洁薄膜。采用X射线衍射仪、扫描电镜、原子力显微镜、紫外-可见分光光度计和接触角测量仪对薄膜的晶相结构、表面形貌、透光率、亲水性进行了表征和分析，以紫外灯作为光源，评价了薄膜光催化降解甲基兰的活性，研究了聚乙二醇对TiO2薄膜结构及自清洁性能的影响。结果表明，所制备薄膜均为锐钛矿结构；通过调节聚乙二醇的添加量，可以调控薄膜的微观结构（孔隙率、孔径、表面粗糙度），从而调控薄膜的光学性能和自清洁性能；相对于未添加聚乙二醇改性的二氧化钛薄膜，添加适量聚乙二醇改性的薄膜具有更高的透光率和光催化自清洁性。

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朱茜   杨西斌   李思黾   李辉   王驰   刘首鹏   简俊明   熊大曦  

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数字微镜阵列(Digital Micromirror Device，DMD)由于其使用的灵活性，为实现并行共焦成像提供了一个理想的方案。本文设计并搭建了基于DMD的并行共焦成像系统，分析了DMD的光点阵列对轴向分辨率、横向分辨率和图像对比度的影响，得出了最优的光点阵列。实验表明，光点越小，横向分辨率和轴向分辨率越高；当光点间距大于光点大小时，增大光点间距，对成像的横向分辨率无明显改善；在1×1光点大小中，4倍光点间距对应的图像对比度最高；即1×1光点大小、4倍光点间距为最优光点阵列。对数值孔径为0.25的物镜而言，最优光点阵列对应的横向分辨率优于512lp/mm，轴向分辨率可达7.82μm，均达到衍射极限。最优光点阵列对三维体光栅的成像，相较于宽场成像，有着高分辨率和明显的层切效果，相较于激光扫描共聚焦无较大差距。基于DMD的并行共焦系统在保证高速成像的前提下，实现了高分辨率和高图像对比度的层切成像，在实时成像和三维成像中有一定的应用前景和优势。

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吴世松   张合勇   王挺峰   郭劲   晏春回   吕韬  

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以脉冲激光远程外差探测系统为模型，推导了系统的信号与噪声的表达式，给出了脉冲激光外差探测系统匹配滤波算法流程，仿真了匹配滤波技术在对中程导弹与国际空间站目标探测中的详细应用过程，分析了目标距离、散射截面、数字采样率对探测能力的影响；仿真结果表明：在100MHz采样率的数字处理能力下，分别用蒙特卡洛法仿真了500次匹配滤波过程，对于散射截面为5m2、距离为100km的中程导弹，回波信号载噪比为3.29dB,匹配滤波后信号载噪比为25.13dB，信号强度增强了152倍，距离精度为27m，速度精度为0.17m/s；散射截面为100m2、距离为500km的国际空间站，回波信号载噪比为-6.12dB,匹配滤波后信号载噪比为18.49dB，信号强度增强了289倍，距离精度为117m，速度精度为2.1m/s。目标距离越近，散射截面越大，数字采样率越高，匹配滤波提取增强信号的能力越强。

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刘顺瑞   王丽   孙艳军   王君   王越   吴天琪   冷雁冰   董连和  

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为提高LED光提取效率，根据等效介质理论在LED钝化层(SiNx)表面设计并制作了一种截头圆锥形微结构阵列。通过模拟重点分析了微结构的底面占空比、底面直径、高度和倾角对提高LED光提取效率的影响，得出微结构的底面占空比为0.55，底面半径为220nm，高度为245nm，侧面倾角为70°时光提取效率最优，是无表面微结构器件的4.81倍。采用纳米球刻蚀技术在LED钝化层表面制备该亚波长纳米结构，并与无表面微纳结构的LED芯片进行对比测试。结果表明，制作有微结构的样品在20mA和150mA工作电流下的发光效率是无微纳结构参考样品的4.46倍和4.35倍，计算结果与实验结果比较一致，说明在LED钝化层制作该结构可有效提高光提取效率。

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陈申玮   徐娜   戴铁   周心易   吕浩   程越茗  

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空间辐射基准对卫星观测气候变化的研究具有重要意义，空间辐射基准的建立不仅可以提高卫星自身观测的精度，而且还能通过基准传递来满足其他卫星的在轨溯源需求。用于基准传递的空间高光谱基准遥感器的光谱分辨率对传递精度有重要影响。分别利用MODTRAN模式和AER LBL逐线积分模式的模拟结果作为高光谱遥感器的太阳反射波段和地球热发射波段的代理数据，分析了光谱采样对光谱辐射观测结果的影响以及受光谱采样差异引起的辐射基准传递的不确定性。考虑五种下垫面和六种大气条件，对比了不同光谱采样间隔下光谱辐射的差异，并利用敏感性实验的方法，以MERSI-II为目标遥感器，评估了空间辐射基准交叉传递的光谱不确定性。结果显示：1）光谱采样间隔越大，光谱辐射的差异就越大，在气体吸收区、绝对辐射低信号区、近紫外太阳光谱暗线区的最大辐射差异可达100%；2）在大气窗区，太阳反射波段光谱采样优于4nm时基准传递不确定性小于0.3%，地球热发射波段光谱采样优于2cm-1时不确定性可小于0.1k；3）在近紫外太阳光谱暗线区和气体吸收区，太阳反射波段的基准传递对光谱采样十分敏感，在4nm采样处1.38μm通道的不确定性可达40%，地球热发射波段在7.2μm水汽弱吸收区光谱采样需优于0.8cm-1才能达到小于0.1k不确定性需求。该研究成果对于我国空间辐射基准遥感器指标体系的建立以及进一步发展精细化光谱订正方法降低光谱不确定性具有很重要的借鉴和指导意义。

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陈彩花   陈凯   蒙丽丽   张丽霞   梁利芳  

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采用溶胶凝胶法合成CaY1-x-yAlO4: xCe3+, yTb3+荧光粉，对样品进行X射线粉末衍射（XRD）和荧光光谱（PL）等表征，探讨稀土离子Ce3+和Tb3+单掺及共掺对样品发光性能的影响。研究结果表明，所合成样品为四方晶系的纯相。在368 nm光激发下，CaY1-xAlO4:xCe3+发射蓝光，发射峰位于445 nm附近；在246 nm光激发下，CaY1-yAlO4: yTb3+发射绿光，发射峰位于418、440、491、548（最强）、589和625 nm附近。在Ce3+与Tb3+共掺CaY1-x-yAlO4: xCe3+, yTb3+中，Ce3+的能量可传递给Tb3+，使得Tb3+的发光增强，当用368 nm或378 nm光激发共掺荧光粉时，Tb3+呈现强烈的绿光发射。调整Ce3+与Tb3+的掺杂浓度可以调整其对应的蓝光与绿光发射强度。

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李绪友   刘攀   光星星   郭衍达   孟庆文   李光春  

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多物理场作用下光纤陀螺误差产生机理的研究对高精度惯性导航系统具有重要意义。本文研究了采用无骨架光纤环的保偏光纤陀螺中横向磁场误差的温度依赖性，提出保偏光纤线双折射以及Verdet常数固有的温度依赖性可以导致横向磁场误差随着温度变化而变化。利用琼斯矩阵方法推导了保偏光纤陀螺横向磁场误差与温度的关系，并进行了实验验证。实验结果表明，对于长度为1 km，半径为6 cm，光纤线双折射为2027 rad/m，最大扭转率为0.382 rad/m的无骨架光纤环，在 1 mT横向磁场以及-40 °C -60 °C温度场作用下，光纤陀螺的横向磁场误差由26.51°/h 增加到30.43°/h。本文的研究对提高光纤陀螺的环境适应性能提供了一定的参考。

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陈曦   薛文瑞   赵晨   李昌勇  

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本文设计了一种基于LiF和NaF材料的光栅型超宽带红外吸收器，并采用频域有限差分法对其吸收特性进行了研究。结果表明：单独采用LiF材料（或者NaF材料）和电介质材料构成的光栅型吸收器都具有较宽的吸收带，但它们的吸收带处于不同的红外波段。同时采用LiF材料、NaF材料及电介质材料构成的光栅型吸收器可以把这两个吸收带衔接起来。通过对参数的优化，在入射波长为15-45um，入射角度为0-80度范围内，吸收率达到80%以上，实现了宽带吸收。结构中复合层的层数对吸收率有最大的影响，电介质层的厚度对吸收率的影响较小。本文的工作有助于超宽带红外吸收器的的设计、制作和应用。

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唐帆   郭震宁  

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为了增强LED散热器的散热能力，并降低其重量,本文对传统LED太阳花散热器进行了开缝交错设计。利用Solidworks建立三维模型，通过其插件Flow Simulation进行热仿真。并以传统太阳花散热器为基础模型。通过实验验证，测出此模型的最高温度为60.6 ℃，与仿真所得出的结果仅相差1.69 ℃，证实了仿真步骤的正确性。以此为基础，对不同开缝数量和开缝宽度对LED芯片最高温度的影响进行研究。研究表明：开缝交错明显增强了LED散热器的对流散热性能。在输入功率为26 W，开缝数量为9个，开缝宽度为1 mm时，LED芯片的最高温度为122.15 ℃。在模型参数相同的条件下，LED最高温度比配备传统太阳花散热器的LED下降了8.68 ℃，且散热器重量下降了6.85 g。在自然对流条件下，开缝交错设计有效地延缓了热边界层的形成，改善了流场分布，增强了太阳花散热器的散热性能，并降低了其重量。

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杨志勇   蔡伟   张志利   邢俊晖   赵云芳   姚瑞桥  

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基于磁光调制的方位测量系统的关键技术是磁光调制技术，交变电流驱动的含磁光材料螺线管内轴向磁场的精确表达至关重要，但是目前关于磁光材料参数特性对磁场的影响研究甚少。本文以磁光材料TGG晶体为例，研究了TGG介电常数变化对螺线管内部轴向交变磁场的影响。首先，当螺线管内部磁光材料的介电常数不变时，利用麦克斯韦方程建立了正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场模型；然后根据TGG的材料构成，通过分子模拟软件VASP获得了TGG的介电常数随调制信号频率变化的函数；最后将此变化函数引入到已经建立的交变磁场模型中，获得了TGG介电常数变化对正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场的影响，并得出结论：随着调制信号频率的增加，TGG晶体的介电常数减小，造成螺线管内轴向磁场幅值衰减变缓、磁场相移衰减中的急速衰减阶段提前，且衰减速率更快。本文的研究思路与方法可以为进一步研究磁光材料对螺线管内部磁场、方位失调角测量精度的影响提供了参考。

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王志敏   田瑞   齐井超   李培涛   卫强  

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针对槽式聚光系统，该文设计一种倒梯形管簇式腔体接收器，采用理论、Tracepro软件模拟以及实验的方法对腔体结构设计中几何参数（倒梯形开口角度和反射圆弧半径）对接收器光学性能的影响进行分析及优化，并对腔体接收器安装位置偏移对光学性能的影响展开研究。结果表明：倒梯形上壁面设计为弧面反射面可使其光学效率提高近4%；随着开口角度增大，光学效率在45°之后明显增大，随着圆弧半径增大，光学效率先增后缓慢降低，开口角度65?与反射圆弧半径R90mm的组合为倒梯形腔体的最优结构，腔体内集热管壁能流分布均匀，且有利于强化传热；腔体接收器安装在焦距垂直向下5mm范围内可获得优于焦距处的光学效率，运用归一化温差和测试瞬时集热效率的方法得到槽式聚光集热系统的光学效率为68.9%，与模拟的理想值吻合度较好，以上工作对槽式系统实际运行提供理论依据。

       PDF全文 (下载：6)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1222003      

许金鑫   李庆武   刘艳   尤逸飞  

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针对立体匹配算法在图像非遮挡区域，特别是弱纹理区域存在较高误匹配率的问题，提出一种基于十字交叉窗口下自适应色彩权值和树形动态规划的立体匹配算法。算法首先结合颜色、梯度信息及Census变换作为相似性测度函数构建代价计算函数；然后以图像的距离和色彩信息构建自适应十字交叉窗口，并提出基于色彩权值的代价聚集方式；将树形结构的动态规划算法的思想引入到视差计算，代替单独采用赢者通吃 (WTA)策略的方法，对视差进行全局优化；最后通过视差求精得到稠密视差图。实验结果表明，该算法在Middlebury测试平台上4幅标准图像非遮挡区域的平均误匹配率为2.45%，同时对其他10组图像进行了对比评估，本文方法有效地提高了图像非遮挡区域匹配的准确率。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1215007      

侯冰洁   杨彦甫   向前   张群   姚勇  

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本论文提出基于级联扩展卡尔曼滤波与块状处理线性卡尔曼滤波的频偏和相位噪声协同处理方案。扩展卡尔曼滤波器进行系统频偏初估，块状线性卡尔曼滤波器实现频偏和相位噪声的精准估计。论文中对于最优数据块长度和调优参数Q的关系，算法的线宽容忍性能、频偏估计范围以及频偏漂移跟踪速度进行了详细的讨论和分析。结果表明，该方案既能取得快速的载波估计收敛能力，又可以实现较为精确的频偏和相位估计精度，并且其频偏漂移追踪可高达320MHz/us。相比传统盲相位搜索方法，该方案具备较高的频偏容忍范围和低实现复杂度。最后实验研究了该方案在QPSK光通信系统下的载波恢复性能，同时也给出了不同光信噪比、块状数据长度下的载波频偏估计性能。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0106004      

费亮   崔云   万冬云   陈鹏   徐姣  

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采用时域有限差分法研究了中红外波段硒化锌基底的抛物线形周期阵列仿生微结构的衍射特性，重点分析了微结构阵列的周期、高度、占空比和形状轮廓等因素对增透特性的影响，得出具有较好增透效果的结构参数。根据模拟参数进行两次干涉曝光制备掩膜，使用反应离子刻蚀技术制备该周期阵列微结构。通过场发射扫描电子显微镜对微结构表面形貌进行表征，并应用傅里叶变换红外光谱仪在中红外波段分别对双面抛光、单面微结构的硒化锌片进行透过率测试，结果单面微结构样品在2-5μｍ范围整体平均透过率比双面抛光硒化锌基片提高10%，峰值透过率达82%，接近理论最大值。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0105004      

宋振明   杨森   高慧   中岛隆  

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飞秒脉冲成丝在诸多领域内有着广泛的应用，而延长成丝及其伴随的等离子体通道长度成为应用的关键。在本文中，通过求解广义非线性薛定谔方程以及电子密度演化方程组成的方程组，可以得出如下结论：如果采用同能量的叠加高斯光束而不是普通单一高斯光束作为入射光束，克尔介质中飞秒成丝和等离子体通道的性质会显著提高。这可以解释为叠加高斯光束外围空间的能量存储较大，作为能量池，向光束中心部分提供更多的能量，从而延长了成丝和等离子体通道的长度。此外，根据自聚焦上限阈值功率的理论计算表明叠加高斯光束的自聚焦上限阈值功率大于普通高斯光束。所以，采用叠加高斯光束作为入射光束，既可以延长成丝距离，同时又能避免多丝的存在。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0132001      

高红霞   罗澜   骆英浩   陈展鸿   马鸽  

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计算机断层成像中X射线的采样范围和数量受限时，得到的稀疏投影数据完备性很低，重建算法的搜索空间巨大。基于凸优化思路的迭代求解算法及其改进采用固定搜索路径，难以在有限时间内收敛至全局最优解；粒子群优化具有全局搜索能力，但计算成本和存储代价太高。为解决这类不完备投影数据的重建问题，本文提出基于粒子群优化的随机稀疏重建算法。首先，通过随机策略生成具有多样性的初始种群，保证算法的搜索能力；其次，随机选择梯度下降或基于个体历史最优解和全局历史最优解的随机方向进行迭代，兼顾了算法效率和搜索方向的多样性；最后，基于适应度评价，有针对性地重新生成随机初始种群，强制跳离局部最优。针对角度受限下无噪声和含噪声的稀疏投影数据的重建实验显示，本文算法与常见的凸优化迭代和粒子群优化算法相比，既保证了算法效率，又在重建质量和算法鲁棒性上有明显的优势。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0111003      

汪兰霞   崔文煜   易维宁   黄红莲   陈川  

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高分辨率卫星成像全链路仿真是卫星发射前效果评估的主要手段，零视距标准图是验证成像仿真链路基础环节准确性的必要标准。地面设备获取零视距图像时，成像视场受到限制、观测角度与卫星不一致、工作量大、难以定量化等问题，造成垂直对地观测的零视距标准图难以直接获取。通过建立地面零视距标准图测量系统，利用轨道逐行拍摄、几何校正、图像拼接，得到较大幅宽垂直向下图像；并且通过同步辐射校正法进行定量化，得到零视距反射率图像。最终，在距离地面2.6m的观测平台上，获取了面积为10m*10m，分辨率为1.1mm的零视距标准图（反射率图）。通过与地面实测反射率对比，表明零视距标准图（反射率图）误差小于5%，可为亚米级高分辨率卫星成像仿真链路基础环节的精度验证提供标准。

       PDF全文 (下载：5)        光学学报 ，2018年第38卷第1期 pp.0128002      

夏燕   孟伟东   陈艳   宋芳嬉   普小云  

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摘要：本文介绍了一种基于双液芯柱透镜测量液相扩散系数的方法 — 等观察高度测量法，在该方法中双液芯柱透镜的前液芯作为扩散池和主要成像元件，后液芯作为辅助消球差元件。选择双液芯柱透镜上某一固定高度作为观测位置，根据观测位置处扩散图像宽度随时间的变化规律，基于Fick第二定律计算液相扩散系数。用等观察高度测量法测得室温下(25℃) 0.33 mol/L氯化钾水溶液的扩散系数D=1.8530×10-5 cm2/s，测量结果与文献值之间的相对误差为0.65%。本方法利用双液芯柱透镜在一定折射率范围内同时减小球差的优势，测量液相扩散系数具有精度高(相对误差小于1%)、速度快(测量时间约为60min)和扩散过程可视化的特点。

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李明超   胡赟鹏   姚祥文   唐燕群   沈智翔  

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伴随着可见光源和相机设备的广泛使用，可见光成像通信技术引起了广泛的关注。尤其是在视觉无感的情况下实现信息的隐式传输成为目前研究的热点。本文针对显示屏与相机链路间的丢帧和混合帧问题，建立了接收帧的数学模型，提出了鲁棒的帧同步补偿算法，实现了隐式信息的可靠传输。首先，通过分析差异帧绝对值的空间均值特性，提出了丢帧检测算法；其次，通过分析差异帧绝对值的行均值特性和差异帧行方差特性，提出了模糊区域检测算法。仿真实验结果表明，本文所提算法能够有效解决丢帧和混合帧问题，实现了良好的帧同步效果，提高了系统误码性能。

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张恒   李思坤   王向朝  

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对极紫外光刻掩模的吸收层和多层膜分别建模，将二者组合以实现对具有复杂图形分布的掩模衍射谱快速、精确仿真。对存在图形偏移的吸收层采用扩展的边界脉冲修正法进行仿真。对无缺陷及含缺陷区域的多层膜仿真分别采用等效膜层法和基于单平面近似的方法。采用等效膜层法修正单平面近似法中的平面镜反射系数，提高了大角度（大于10°）入射下的含缺陷多层膜仿真精度。采用张量积、矢量化并发计算提高了仿真速度。对无缺陷掩模的图形关键尺寸仿真表明，改进方法与严格仿真误差在0.4nm以内，仿真精度与速度均优于所对比的域分解方法。对含缺陷掩模，改进方法可准确仿真图形关键尺寸随吸收层偏移的变化，与严格仿真相比，对周期为240nm的掩模，在0.6nm仿真误差下，仿真速度提升为150倍。

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李志全   冯丹丹   李欣   白兰迪   刘同磊   岳中   顾而丹  

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构建了一种含双支节结构的石墨烯/介质/石墨烯亚波长波导结构。该结构将支节结构的选频特性和石墨烯的电可调特性相结合，能够实现在可见光到中红外范围内对入射光的光强进行动态调制。表面等离子激元将光能量强烈的局域在纳米尺度的介质狭缝中，使调制器突破衍射极限，并且增强了石墨烯与光的相互作用。本文利用有限元法分析了石墨烯的化学势、支节长度以及介质材料对波导结构输出光强的影响。仿真结果表明：当入射波长为1550nm，支节长度为315nm，化学势由0.8eV下降到0.78eV时，消光比可达到6.77dB。与传统调制器相比，本文提出的光电调制器能够在保证高消光比的同时拥有较高的调制效率，并且体积小、结构简单紧凑，适应大规模集成的要求。

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李明磊   宗文鹏   李广云   王力  

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针对现有结构直线段提取方法存在的效率低下或准确程度不足等问题，提出了一种基于体素生长的点云结构直线段高效提取方法。首先，对点云进行体素化剖分与平面分割，并以体素为单位进行邻域判断，实现对结构直线段分布区域的筛选；然后，采用基于体素的区域生长对结构直线段的分布区域进行分割；最后，依据结构线段分布区域的范围以及其所在平面的数学方程实现其提取和优化，并进行精度评定。进行了实验测试，利用多组点云数据验证了本文方法的有效性，利用对比实验验证了本文方法的精度和高效性。实验显示：相比现有方法，该方法在效率上提高了10倍以上，在精度上提高了0.25倍左右，证明提出的方法可以准确高效地得到较为理想的点云结构直线段提取结果。

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王泉   肖经   韦启钦   刘平  

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根据杂化表面等离激元的产生机理和传统的杂化表面等离激元波导结构，提出一种多层波导布拉格光栅结构。该结构创造性地采用SiO2和NaF两种低折射率介质作为其芯层，形成多层波导布拉格光栅的结构。在1550nm的通信波长下，围绕光波的传输距离和模场限制能力，对光栅的结构进行了研究优化。并在此基础上，进一步分析了光栅的周期数与光波的反射率之间的影响关系。仿真结果表明该光栅的传输距离和有效模场面积分别为178.12μm和0.203μm2。反映该结构不但可以降低由于金属表面对光场限制所形成的损耗，而且也体现出较强的模场限制能力。当周期数为60时，光波的反射率能够达到71.9%，具有良好的滤波特性。这对集成光学器件来说是一个十分有意义的补充，具有广泛的应用前景。

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唐鹏毅   李国春   高松   余刚   代云启   相耀   李东东   张英华   吴冰   赵子岩   高德荃   刘建宏   王坚  

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电力悬空光缆中光子偏振态易受外界快速无规则扰动影响，导致偏振编码量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）系统成码率降低甚至无法成码，需要设计高速偏振反馈系统（Fast Polarization Feedback, FPF）来对抗链路中偏振态的快速变化。本文对该系统原理介绍的基础上，对关键的偏振控制算法进行了研究，包括对偏振收敛程度评价函数及搜索算法的选取，偏振反馈周期与成码周期的监测条件的选取，以及自适应地选取监测阈值。整个系统在实际悬空光纤上进行了实测，测试结果表明该系统和算法能够解决中远距离悬空光缆中QKD成码难的问题。

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王瑞   徐稚   陈宇超   金振宇   向永源   付玉   季凯帆  

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多波段高分辨率成像系统是一米新真空太阳望远镜（New Vacuum Solar Telescope,NVST）的主要终端观测设备之一，用于对太阳不同大气层的活动现象进行高空间分辨率（0.1 arcsec~0.3 arcsec）和高时间分辨率（~10 s）的多波段成像观测研究。由于各波段观测系统存在一定的光路设计差异，彼此之间的视场很难匹配（即空间对齐）。为了实现NVST多波段图像0.1arcsec精度的视场匹配，本文提出了“针孔光阑视场定标”的方法,并在NVST光球通道（TiO 705.8 nm）和色球通道（Hα 656.28 nm）上进行了该方法的实验和数据分析。采用11×11点阵的针孔阵列光阑，对两通道视场之间的旋转、放缩和平移关系进行了定标。通过仿射变换实现两通道太阳像的高精度视场匹配，精度可达0.031 arcsec。虽然我们也发现匹配残差在整个视场内（~2 arcmin）存在不均匀性，视场边缘最大残差为0.079 arcsec。同时，定标参数的数值会随着光学平台位置变化而改变，也造成了0.05 arcsec的视场匹配差异，但这些都在分辨率要求的精度以内。对TiO通道和Hα通道的实测数据的分析也证明了上述的精度估计。因此，可以认为该方法能有效的解决NVST多波段成像系统的视场空间对齐问题。

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何炳阳   张智诠   李强   蒋晓瑜  

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低照度可见光与红外图像的自然感彩色融合能够显著提高人眼视觉在低照度环境下的情景感知和目标探测能力。基于样本的融合算法是一种快速有效、实时性强的自然感彩色融合算法。针对已有算法在查找表构建和灰度信息利用方面存在的问题，提出一种基于CbCr查找表的双波段图像彩色融合算法。算法采用BP神经网络对图像样本的二维亮度向量(Y1,Y2)和二维色度向量(Cb,Cr)进行非线性拟合，从而获得亮度与色度间的映射关系f(Y1,Y2)→(Cb,Cr)，并由此构建CbCr查找表。融合时，由输入的双波段灰度图像的亮度Y1,Y2和CbCr查找表获得彩色融合图像的色度Cb,Cr；由亮度Y1,Y2经双层拉普拉斯金字塔融合获得彩色融合图像的亮度YF；为了减小因环境变化导致的色彩映射偏差，对亮度Y1,Y2进行灰度校正。实验结果表明，本文融合图像具有颜色自然、细节丰富、利于（热）目标检测的特点，在清晰度、彩色性、映射准确性方面已经达到甚至优于Toet算法的图像融合效果。

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彭建建   白瑞林  

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针对基于树结构的代价聚合方法中只利用颜色信息选择权值支持区域，在图像边界区域易产生误匹配的问题，提出了一种基于水平树结构的可变权重代价聚合立体匹配算法。采用水平树代价聚合得到初始视差值，利用初始视差值与颜色信息重构水平树，在更新后的树结构上进行代价聚合，得到视差值；在视差后处理阶段，提出了一种改进的非局部视差后处理算法，将不满足左右一致性匹配像素点引入匹配代价量构造中，提高了最终视差图的准确率。在Middlebury数据集的31对图像上进行测试，实验结果表明，该算法在未进行视差后处理时未遮挡区域的平均误匹配率为6.96%，代价聚合平均用耗时1.52s。

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杨帆   韩成   白宝兴   张超  

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针对投影仪-摄像机系统参数标定过程中，面临着角点识别精度低、抗噪性差，提出了一种新型的投影彩色模式特征图像和角点亚像素检测算法，有效的提高了角点检测识别精度。同时鉴于投影仪-摄像机在光子信号传输过程中，会因系统通道耦合性导致光子信号损耗，为此对系统耦合性进行建模分析，并提出了一种系统耦合性校正方案，有效的降低了系统耦合性串扰问题。在系统标定参数解算过程中，投影特征点因外界因素的干扰使得和摄像机反馈的特征信息匹配错误率高，而导致投影仪的定标参数误差值较大，考虑到投影仪-摄像机具有对极几何约束关系，提出一种成像反馈式的射影几何约束优化方法对系统参数进行优化定标。为了验证本方法的标定精度，提出了标定靶标角点三维反算后点云的面平行度、线垂直度两个考核评价指标，通过实验分析可知，本方法识别精度能够到达0.25像素，同时具有较高的面平行度、线垂直度；实验最后进行投影画面的几何畸变校正，可以看出畸变校正效果基本符合人眼视觉观看一致性。

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曹阳   张勋   彭小峰   任发韬  

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针对MIMO-FSO系统中误码扩散的问题，提出一种LT码与奇偶检验码级联的级联码(LT-PC)方案，该方案通过在LT编码包后增加一位校验元来定位并删除其中错误的编码包。在不同MIMO组数和通信距离的系统下对LT-PC码进行仿真验证。模拟不同大气湍流强度信道，仿真结果表明：在相同湍流环境下，相比于天线个数为2×2的系统，天线个数为3×3的系统大约有3dB的编码增益，且采用LT-PC码后，当误码率为10-5左右时，编码增益提升范围为0.5dB~2dB；在强湍流环境下，当天线个数相同时，随着通信距离的增大，相比于LT码，LT-PC码仍有较小的编码增益优势。

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陈俊波   曾亚光   袁治灵   唐志列  

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在光学相干层析（OCT）成像原理中，引入了激光散斑的处理方法。首先对同一位置进行多次采集得到光谱信号，再对每个时刻所得光谱信号沿着波矢方向进行傅里叶变换，解析出同一位置每个时刻的OCT的结构信息。然后对OCT结构信号沿时序方向进行傅里叶变换，得到散斑的频谱分布，最后在频谱区域中将动态散斑与静态散斑的比值定义为成像参数，以该比值构建的图像可以将样品图像中的流动区域凸显出来，模拟实验充分验证了该方法可以将具有流动颗粒的区域高亮凸显，从而验证了方法的可行性，并将该方法用于对鼠耳的血管区域提取，且给出了鼠耳的三维血管图。

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苏伟   张明政   蒋坤萍   朱德海   黄健熙   王鹏新  

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Sentinel-2卫星是全球环境与安全监测系统“哥白尼计划”中的第二颗卫星，其影像具有高时间、高空间分辨率等优势，是未来遥感应用的重要数据源。本文采用SMAC模型、6S模型和Sen2cor方法对Sentinel-2卫星影像进行大气校正，将大气上层表观反射率转换为地表反射率，并结合实测地物的光谱数据进行分析。Sentinel-2卫星影像经过大气校正后，影像的光谱曲线与地面实测的光谱曲线趋势一致，有较高的拟合度，而且三种模型大气校正的结果具有较强的相关性和较高的精度。其中，Sen2cor方法精度最高，R2为0.8196，均方根误差RMSE为0.0388，其次为6S模型和SMAC模型。从NDVI值的分析可以看出，SMAC模型计算的NDVI值与实测值相关性最高， R2为0.6389， RMSE为0.093，其次为6S模型和Sen2cor方法。研究结果表明三种方法的大气校正精度较高，Sentinel-2卫星影像经过校正后影像质量明显提高，增加了可用性。

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刘峰   沈同圣   娄树理   韩冰  

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设计有效的特征向量是显著性检测算法的关键，决定了模型效果的上限，本文利用深度卷积神经网络和手工提取特征相结合的思路，提出一种新的基于全局模型和局部搜索的显著性检测方法。在全局模型中，通过对VGG-16网络设计额外的卷积层进行训练，生成初始显著图，达到了从图像整体角度预测每一个候选区域显著性的目标。在局部优化模型中，设计区域对比度描述子和区域特征描述子对多级分割的超像素点进行描述，预测每一个区域的显著性值。最后，利用线性拟合的方法将两种模型中产生的显著图进行融合，得到最终的显著图。针对4个数据集进行对比测试，实验表明本文提出的深度检测算法取得了最高的准确率。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1215005      

侯榆青   薛花   曹欣   张海波   曲璇   贺小伟  

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为了增强切伦科夫荧光的强度，促进切伦科夫荧光成像技术的临床转化，本课题组在前期研究中提出一种基于放射荧光颗粒（radioluminescence microparticles，RLMPs）的增强型切伦科夫荧光成像（enhanced Cerenkov luminescence imaging，ECLI)技术，并取得了显著的增强效果。为了将ECLI技术扩展到三维成像领域，本文提出一种新型单视图增强型切伦科夫发光断层成像(ECLT)重建方法。该方法仅使用一个角度的测量数据，采用结合可行区域迭代收缩策略的稀疏贝叶斯学习重建算法求解逆问题。为验证该方法的准确性和稳定性，本文设计了非匀质圆柱仿真和物理仿体实验。实验结果表明，该方法可以提高光源目标重建的精度和速度，具有良好的稳定性，有效缓解逆问题的不适定性。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1217001      

朱化春   佟亚军   蒋友好   马力   吉特   彭蔚蔚   陈敏   肖体乔  

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为获取物质内部成分的3D分布信息，研究了基于同步辐射红外光源的共聚焦3D成像重建算法研究。由于采用了单点探测器扫描成像的方式，根据同步辐射红外谱学显微共聚焦3D成像的原理及非线性特性，建立了同步辐射红外谱学显微共聚焦3D成像的模型；根据该模型的特点，建立测试样品的模型；模拟了红外谱学共聚焦3D成像测试，得到共聚焦3D成像的测试数据；分别使用Levenberg-Marquardt算法和改型的Gauss-Newton算法对使用前向模型的模拟采集得到的结果进行了重建；结果表明，在前向模型中未加入误差时，Levenberg-Marquardt算法可以重建样品的3D信息，在前向模型中加入1%误差时，使用Levenberg-Marquardt算法重建得到的结果与实际结果偏差较大，而改型的Gauss-Newton算法可以重建样品的3D信息。

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孙超   吕俊伟   李健伟   仇荣超  

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针对现有基于样例学习的图像超分辨率方法难以同时满足快速运算且生成高质量图像的问题，提出了一种基于去卷积的快速图像超分辨率方法。设计一新型网络模型：以低分辨率图像作为输入，利用卷积层进行特征提取与表示；利用去卷积层对图像特征进行放大膨胀，再以池化层浓缩特征图，提炼出对结果更为敏感的特征；最后以亚像素卷积层实现特征映射与图像融合，获得高分辨率图像。在图像集上进行测试，并将本文方法的测试结果与其他方法相比，本文结果具有较高的峰值信噪比，且平均每秒能处理24幅以上320×240大小图像。实验结果表明：本文方法不仅可以生成更高质量的图像，且具有较高的处理速度，能满足视频实时处理要求。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1210004      

田留德   王涛   赵怀学   刘艺宁   赵建科   周艳   刘朝晖  

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摘要 为了准确评价跟踪成像平台对图像调制传递函数的影响，为平台技术指标确定提供理论依据，利用曝光时间内图像的运动概率密度函数相当于光学系统的点扩散函数这一思想，建立了利用图像运动函数直接计算运动光学传递函数的解析及数值计算模型，并给出了有限项的截断误差，取7阶近似时，截断误差小于10%。利用所建模型给出了低频正弦运动和高频正弦运动光学传递函数的解析式。对某跟踪成像平台的跟踪角速度误差进行了频谱分析，有多个低频正弦振动分量组成，在曝光时间的尺度上，可以近似为匀速直线运动。应用统计矩法对调制传递函数进行了计算，与跟踪角速度误差的均方根值相等的匀速直线运动相当，200cycle/mrad频率下计算结果偏差小于0.01，因此，跟踪角速度误差均方根值是表征跟踪成像平台的跟踪稳定度的合理参数。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1211002      

郭泰   戴懿纯   许方宇   陈骥   罗永芳   金振宇  

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针对中国巨型太阳望远镜的8m环形拼接主镜设计方案，建立了其边缘传感器和光学传感器响应子镜面内位移量的模型，进而分析了子镜面内位移对环形拼接主镜面形保持的影响。考虑了望远镜桁架因望远镜指向和温度改变引起子镜面内位移量，并发现该位移量会破坏环形拼接主镜的面形保持效果。为解决面内位移对环形拼接主镜面形保持的不利影响，提出了相应的主镜控制模型改进方案。改进方案是：通过在子镜拼缝处加装两组间隙量传感器和一组剪切量传感器，利用增加的探测量估算子镜的面内位移量，进而修正边缘传感器与光学传感器的设定值。当间隙量和剪切量的探测精度好于23nm时，改进方案可以满足中国巨型太阳望远镜的8m环形拼接主镜方案的面形保持要求。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1222002      

刘火平   尹达一   张荣杰   房陈岩   魏传新  

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为验证地面紫外探测系统是否能对臭氧层以上的高空高速再入目标探测成像，论文分析了高空高速再入目标产生紫外辐射的机理以及进行地面紫外探测的可行性，并在国内某多用途飞船缩比返回舱试验中，利用自行研制的一套紫外光学成像验证设备，进行了紫外探测成像验证试验，获取了40km以上高空高速再入目标的地面紫外探测图像，突破了地面光学探测从未获取臭氧层以上高空高速目标紫外图像的空白记录。分析结果表明，在稀薄大气条件下，高空高速目标可以产生强烈的紫外辐射，利用地面紫外探测器完全可以实现对高空高速再入目标的探测成像，并且成像目标能够从背景中得到有效分离与提取。这对于进一步开展空间紫外探测的实际应用研究和深化紫外探测理论研究具有十分重要的参考价值。

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李黎   王惠刚   刘星  

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水下图像成像过程与雾天图像类似，但传统的去雾方法用于水下图像处理效果欠佳。针对水下捕获图像存在颜色衰减严重和蓝（绿）色基调的问题，本文提出了一种基于改进暗原色先验和颜色校正的水下图像增强方法。结合光在水下的传播特性，对空气中的暗原色先验去雾算法进行改进，在求取水下暗原色通道和图像背景光时考虑红色通道的逆通道；提出先采用改进的水下暗原色先验法去除后向散射光，再通过白平衡算法对增强后的水下图像进行颜色校正。实验结果表明，相比于传统算法，本文方法在处理后向散射严重的水下图像时，可以获得更高的清晰度和对比度。

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龙美辰   张海洋   柳淳   赵长明   杨苏辉   杨宏志  

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传统的光学镜头探测主要基于回波强度（猫眼效应）来实现，然而对微型镜头而言，反射回波中存在明显的衍射现象，因此对微型镜头光阑衍射效应的研究成为又一重要研究方向。基于角谱衍射理论，研究了微型镜头对辐照激光的空间调制特性，推导了回波光场分布公式，仿真了探测距离、入射角度和光阑直径对衍射光场分布的影响，以及不同光阑直径下的最大可探测角度，并利用搭建的激光主动探测系统对回波衍射现象进行了探测实验。实验结果表明，实际探测的衍射图样和仿真图样吻合较好，通过分析比较，该理论能够准确的预测微型镜头探测回波的衍射现象。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1205001      

蔺素珍   郑瑶   禄晓飞   曾建潮  

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针对星空背景下卫星跟踪过程中运动小目标与伪目标交会时对其干扰造成的跟踪漂移问题，提出一种基于MDNet与AR模型的空中小目标自适应跟踪方法。首先，对利用MDNet采集到的图像序列第一帧的正样本进行bounding-box回归模型训练；再训练用最小信息准则和最小二乘法确定阶数和参数的AR模型，以估计目标运动轨迹并预测目标位置；然后，将该目标位置作为MDNet的采样中心，实现采样候选区域约束，bounding-box回归模型调整目标位置，即可精确跟踪目标。实验结果表明，本文方法平均成功率为98.3%，比仅使用MDNet提高了44.8%，有效解决了小目标与伪目标交会时对其干扰造成的跟踪漂移问题，能精确、稳定跟踪不同轨迹和运动状态的空中小目标，具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。

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陈松   胡淼   曾然   李齐良   周雪芳   蔡美伶   聂佳林   汪延安  

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根据CCD侧向散射激光雷达（Clidar）及米散射理论，建立侧向散射光强分布与PM2.5浓度的关系模型，并进行测量误差分析研究。在研究过程中，搭建以波长为532 nm的激光器为光源，CCD为接收器的Clidar PM2.5浓度测量装置；将获取的侧向散射回波信号图与BAM-1020颗粒物监测仪记录的PM2.5浓度对应，建立高、低增益下各等级模型关系式。将高、低增益各等级模型的PM2.5预测值与实际测量结果对比，得出各模型的误差范围、方差、综合偏差率等统计量，确定了最佳反演精度模型的增益和等级i值。结果表明，当PM2.5在0-70 μg/m3范围，高增益模型的反演精度优于低增益模型的反演精度；在高增益模型时，S(20)等级的反演精度最高。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1201003      

李密   焦宏飞   邬映臣   胡浩   雷军   吕文强   周唐建   李建民   徐浏   唐淳   赵娜  

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分析了Nd:YAG板条中产生强烈ASE的原因，开展了抑制高增益激光板条中ASE的理论和实验研究。通过对Nd:YAG板条上、下表面镀制特殊的多层复合膜，一定程度上抑制了板条内的ASE效应。在抽运光占空比8%、峰值抽运功率21.38kW和1064nm连续探测光的注入光强4W/cm2时测得Nd:YAG板条上、下表面镀制普通倏逝膜和多层复合膜时探测光功率的放大倍率分别为1.82和1.92，Nd:YAG板条总储能增大了4.6%。实验结果表明：通过对板条上、下表面镀制多层复合膜，可以在一定程度上抑制板条内的ASE效应、增大激光板条的总储能。

       PDF全文 (下载：6)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1214003      

任仲杰   崔珂   李建欣   朱日宏   邓少坤  

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本文基于二元矩形脉冲相位调制，实现了一种迈克尔逊干涉型全光纤周界安防系统，相对于以往设计，具备问询设备简单，成本低以及实时性高等优点。利用高相干，低噪音激光器作为光源，设计了两干涉臂长度差为60m的长光程差光纤迈克尔逊干涉仪作为传感器。采用二元矩形脉冲对光源进行相位调制，结合正交信号解调法恢复相位信息，由基于FPGA的高性能问询器实时实现。结合时域穿越统计（LC）报警算法，提高了对入侵事件报警的实时性及精确性。最终搭建了包含4个防区的安防系统。实验结果表明，通过设定合适的阈值，系统可以对各种入侵和干扰行为实时进行报警，同时对雨雪等恶劣环境的误报进行有效抑制，该系统持续工作1个月，未出现漏报，误报率低于1%。

       PDF全文 (下载：5)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1206004      

袁文佳   沈伟东   郑晓雯   杨陈楹   章岳光   方波   沐雯   陈超楠   刘旭  

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研究了离子束溅射（IBS）制备的Nb2O5、Ta2O5和SiO2薄膜的光学特性、机械特性（应力、硬度和杨氏模量）、薄膜微结构等特性，系统地分析了辅助离子源的离子束能量对薄膜特性的影响，并与电子束蒸发（EB）和离子辅助沉积（IAD）制备的薄膜特性进行对比。结果表明，IBS制备的薄膜具有更好的光学特性和薄膜微结构，同时具有较高的压应力、硬度和杨氏模量值。辅助离子源可以改善薄膜光学特性，调节薄膜应力和改善薄膜表面粗糙度，但对硬度和杨氏模量的影响相对较小。在不同的辅助源束流电压Ua 条件下，IBS制备Nb2O5应力值为－152～－281MPa, Ta2O5的应力为－299～－373MPa，以及SiO2应力为－427～－577MPa。在合适的工艺参数下，消光系数可小于10-4，薄膜具有很好的表面平整度，薄膜表面RMS<0.2nm。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1231001      

黄源   达飞鹏  

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针对大数据环境下，三维模型的传输和存储需求，本文提出了一种基于八叉树的三维点云有损压缩算法。算法改进了八叉树分割的停止条件，可以在适当的深度停止分割并确保体素大小合适。同时在分割的基础上通过建立K邻域，利用简单有效的统计方法去除原始点云的离群点。在数据结构上，对每个节点分配位掩码，通过操纵位掩码，在遍历时对数据查询和操作，并优化随后的点位置编码。算法有效地移除了离群点和表面杂点，并在区间编码上提高了点云压缩效率。实验结果表明该算法较完整地保留了三维点云数据的关键信息，取得了良好的压缩率并缩短了压缩时间。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1210003      

曾灿灿   任明俊   肖高博   殷跃红  

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当前，有众多双目视觉匹配算法可以实现较高的匹配精度，但是其中能做到视频级实时计算的却非常少。为了解决匹配精度和速度间的矛盾，本文提出了一种基于贝叶斯推理的多尺度优化方法，可在保证算法实时性的同时达到非常高的匹配精度。本文发现简单的局部匹配算法在设置不同窗口大小时，其计算出来的视差图会反映不同尺度下场景的结构信息，即窗口较小时结果噪声显著但保留了大量的细小结构，而窗口较大时结果过度平滑但视差整体分布更为准确。本文由此提出通过对多张带有尺度信息和互补性的视差图进行基于贝叶斯推理的联合优化，得到高精度视差图的方法。对Middlebury立体视觉数据集的测试结果表明本文提出的方法在精度上与其他实时算法相比具有非常强的竞争力，在速度上也完全满足实时计算的要求。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1215004      

肖功利   刘利   杨宏艳   蒋行国   王宏庆   刘小刚   李海鸥   张法碧   傅涛  

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本文提出了一种基于微腔耦合结构的等离子体弯曲波导新型滤波器，该滤波器由两个直角波导和一个矩形谐振腔组成，光通过该结构会激发表面等离子体激元（SPPs）。采用时域有限差分法(FDTD)研究了波导中SPPs的传播特性。结果发现，相比较于传统的单边微腔耦合结构，本文提出的双边耦合将具有更高的耦合效率。并且数值仿真结果表明，通过改变谐振腔的腔长，可以达到线性调节滤波器共振波长的目的。此外，在上述设计思路的基础上，本文也提出了一种双谐振腔结构。此结构可以通过改变两个谐振腔的长度，产生动态可调控的等离子诱导透明效应。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1213001      

陈威成   胡贵军   刘峰   陈翠光   王勃然  

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基于少模光纤的模分复用（Mode Division Multiplexing，MDM）系统中，不可避免地要进行少模光纤之间的熔接。精确测量少模光纤熔接点处的模式耦合，可以为评估熔接质量和定位系统故障提供可靠依据。本文基于背向瑞利散射原理，分析了少模光纤熔接点处模式耦合特性，建立基于光子灯笼+光纤环形器的少模光纤熔接点耦合测量系统，成功测试了两段3模光纤（长度分别为0.9km和9.8km）熔接点处的模式耦合，实验结果为：当偏移量为1.5μm及2.0μm时，熔接点处模式耦合分别为： -14.9dB 、-13.9dB。

       PDF全文 (下载：9)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1206005      

刘先红   陈志斌  

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红外与可见光图像融合技术能够实现红外图像的目标信息和可见光图像的细节信息综合与提取，有利于对目标场景的理解和分析。基于引导滤波和非下采样方向滤波器，提出一种多尺度方向引导滤波图像融合算法，该算法兼具边缘保持特性和方向信息提取能力，能够有效地提取源图像有用信息。本方法对源图像进行多尺度方向引导滤波，得到包含低频近似部分和强边缘部分的低频分量，而后通过高斯低通滤波将其进行有效分离，分别应用基于卷积稀疏表示和区域能量自适应加权平均的融合规则；对高频细节方向分量，应用显著性与引导滤波相结合的融合规则以保持空间一致性，得到相应的高频细节融合分量。实验结果表明，本方法能更好地提取源图像的目标特征信息，保留丰富的背景信息，客观评价指标优于现有方法，融合结果亦具有更好的主观视觉效果。

       PDF全文 (下载：13)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1210003      

顾礼   宗方轲   李翔   周军兰   杨勤劳   郭宝平  

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受激光惯性约束聚变诊断需求，研制了一款大动态范围高时空性能X射线条纹相机系统。通过优化电子光学设计，改进条纹变像管制作工艺，制作和使用高效器件，综合提高条纹相机的动态范围、时间和空间性能。相机阴极工作长度达30mm，聚焦电压达12kV。借助飞秒和皮秒激光器组建相机静态和动态标定测试系统，测试结果显示，该相机系统空间分辨率大于20 lp/mm，时间分辨率达到5.0ps，动态范围达到2237:1，扫描非线性优于3%。该相机性能优良，可以满足激光聚变研究的时、空、能谱分辨的精密化诊断。

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张雅雅   郭寅   任永杰   尚岳   刘洋   邾继贵  

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光频扫描干涉（OFSI）技术是一种具有广阔发展前景的高精度绝对测距技术，在实际应用中，该技术存在对光程差漂移非常敏感的问题，测量过程中光程差的微小漂移通过放大因子放大，引入显著的测量误差。本文详细分析了由于测量臂光程漂移引入的多普勒效应对测量结果的影响，并根据频移误差放大项的符号与光频扫描方向相一致的特点，使用光频三角波扫描方法对漂移误差进行补偿。实验结果显示，对距离为3.6m的目标进行10次重复测量的标准差从21.51μm减小到2.85μm。另外，与干涉仪的对比实验结果显示，残余误差的标准差由补偿前的18.6μm减小到5.6μm，提高了测量精度。

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史浩东   张新   李英超   江伦   王超   刘壮   姜会林  

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基于节点像差理论，提出了以Zernike多项式为表征函数的光瞳离轴自由曲面光学系统像差分析方法，推导了光瞳离轴自由曲面系统的三阶像散和彗差解析表达式，分析了自由曲面对光瞳离轴系统像差节点分布的影响。根据像差分布特性，有针对性地选取和优化Zernike系数，设计了一个光瞳离轴自由曲面空间天文光学系统，系统有效焦距25 m，口径2 m，视场1.2°×1.2°。自由曲面的引入使系统三阶像散和彗差节点重新回到视场中，不仅平衡了系统光瞳离轴引起的非对称像差，而且有效控制了全视场内点扩散函数（PSF）椭率，减小了星体观测时的测量误差。系统成像质量接近衍射极限，满足使用需求。

       PDF全文 (下载：14)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1208001      

宋庆和   李俊昌   刘志强   楼宇丽   桂进斌  

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相干光成像研究中，相干传递函数是考查相干光成像质量的基本依据。目前的相干传递函数是在特定的近似条件下定义的，因此，基于相干传递函数建立的单透镜系统成像公式只能近似计算像光场的振幅分布。像光场的振幅和相位是同等重要的物理量，本文对单透镜成像系统进行研究，建立了理想像及像平面附近像光场复振幅分布的准确计算公式，给出了离焦像场的振幅和相位分布的计算方法，并进行了实验验证。

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刘丽娜   熊木地  

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针对单一红外或可见光波段成像技术无法满足夜雾天况彩色成像要求的问题，结合红外和可见光成像各自的特点，提出了一种固定区域下的夜雾天彩色视频构建方法。该方法在能见度高的白天利用可见光传感器进行可见光背景图像的构建，在能见度低的夜雾天气利用红外传感器提取出红外运动目标，依据可见光背景图像与原始红外图像的配准参数进行两幅图像的同比例融合，完成彩色视频的重构。实验结果表明该方法能够准确完成包含红外目标的彩色视频构建，充分体现出夜雾天况下运动目标及其所在场景的彩色特征信息，提升人眼对目标与场景的识别和感知。对于图像大小为720×576的视频序列，该算法的运行速度能够达到每秒40帧，满足彩色视频的实时构建需要。

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刘杰   白廷柱   沈学举   窦帅风   林超   陈琪  

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光学加密系统的鲁棒性直接决定了其密文在存储和传输过程中的抗干扰能力，通常从密文抗裁剪和抗噪声干扰两方面来衡量。针对JTC光学并行加密系统的“多图并行加密、任意图像再现”功能特点，仿真并分析了其鲁棒性，结果表明当密文面积受到50%裁剪时，各通道图像解密效果明显降低，部分解密图像与原始图像的相关系数（CC）低至0.2左右。分析其原因并对联合功率谱分布进行优化，仿真结果表明，不仅加密系统的鲁棒性得到显著提升，当密文面积受到60%裁剪时，各通道CC值均大于0.49，且能保持优化前加密系统在抗噪声干扰方面的优势。最后，搭建光学实验系统，验证了加密系统鲁棒性提升方法的有效性。

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杨太平   司福祺   赵敏杰   窦科   周海金   罗宇涵   刘文清  

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地表反照率是研究陆地辐射收支情况、区域及全球气候、地貌等信息的先决条件，对其精确的测量是开展相关研究的前提和保证。由于大气层吸收的影响，地表反照率不能进行直接测量。本研究采用测量垂直向下与向上散射光的方法，结合SCIATRAN辐射传输模型获得地表反照率。基于此方法，本研究在机载平台上进行了观测试验，获取了机载平台上垂直向上和向下的辐亮度值，采用迭代反演方法获得了石家庄到保定地区紫外波段350-395nm的地表反照率，并对不同下垫面、不同波段反照率进行了比较。结果表明，紫外波段350-395nm地表反照率随波长增大而缓慢升高，结果与中等分辨率成像光谱仪（MODIS）数据可达到良好的一致性。不同观测区域对比显示，城区地表反照率大于农田，且城区中心比边缘地表反照率大0.014左右，其差异也随波长增大而升高。

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吴寿川   赵海涛   孙韶媛  

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在单目红外视频深度估计的问题中，考虑到红外视频的深度特征具有单帧图像的独特性和视频全局的连续性，提出了一种双向递归卷积神经网络（Bi-recursive Convolutional Neural Network, BrCNN）进行深度估计。BrCNN在卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）能够提取单帧图像特征的基础之上引入了循环神经网络（Recurrent Neural Network, RNN）传递序列信息机制。这使得BrCNN具有卷积神经网络良好的图像特征提取能力，能够自动提取视频中每一帧图像局部特征，同时具有循环神经网络良好的序列特征提取能力，能够自动提取视频中每一帧图像所包含的序列信息并向后递归传递这种信息。本文采用了双向递归的视频序列信息传递机制来估计红外视频的深度，提取到的每一帧图像的特征都包含了视频前后文的序列信息。实验结果表明，相对于传统的卷积神经网络提取单帧图像特征进行的估计，使用双向递归卷积神经网络能够提取更具有表达能力的特征，估计出更精确的深度。

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李素梅   雷国庆   范如  

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针对传统深度图超分辨率重建算法要人工提取特征，计算复杂度较高，不容易得到合适表示特征的问题，提出一种基于卷积神经网络的深度图超分辨率重建算法，卷积神经网络不需要提前针对特定的任务对图像提取具体的手工特征，而是模拟人类的视觉系统对原始深度图进行层次化的抽象处理自主提取特征。算法直接进行从低分辨率深度图（Low resolution depth map:LR）到高分辨率深度图（High resolution depth map:HR）映射的学习。该映射由七个卷积层和一个反卷积层联合实现，通过卷积操作学习丰富的图像特征，通过反卷积实现上采样重建高分辨率的深度图。在Middlebury RGBD数据集上的实验结果表明，模型得到的PSNR较传统双三次插值算法平均能提高2.7235dB，RMSE的值平均降低0.098；较经典卷积神经网络算法（Image Super-Resolution Using Deep Convolutional Networks:SRCNN）PSNR平均提高1.5244dB，RMSE平均降低0.043。

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邢威   张福民   冯维   曲兴华  

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针对高光面物体的三维测量，投影结构光的测量方法会因为光在物体表面发生镜面反射的原因无法得到清晰的编码图像，进而不能解算出完整的三维坐标信息。本文提出应用数字微镜器件（DMD）为核心的新型DMD相机，替代传统的CCD相机，利用DMD的高动态范围成像，去除图像中的过曝光区域,解决CCD采集编码图像过曝光的问题。在传统的单目三维测量系统基础上搭建新的系统，建立了DMD相机的高动态范围成像和三维测量的数学模型，结合格雷码的图像匹配方法，获取物体的三维坐标信息。实验结果证明，该系统对高光面物体的成像具有良好的效果，能够进行高动态范围的三维形貌测量。

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章波   陈飞   段鹏飞   杨春曦   别玉  

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本文针对平板吸收体非对称复合抛物聚光器(PACPC)的结构及特性进行了理论建模、软件模拟、数值计算研究。理论构建了平板吸收体复合抛物聚光器(PCPC)面形结构模型，进一步建立了PACPC结构方程，并获得了解析解。采用光学设计软件TracePro验证了所构建的PACPC面形结构的光学特性。理论构建了PACPC收集太阳辐射能模型，数值计算了PACPC的光学性能，结果表明PACPC系统的年采光量较相同面积的平板吸收体系统提高了15.28%。

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杨霄   牛青林   贺志宏   董士奎  

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以类HTV-2高超声速滑翔飞行器为研究对象，对其飞行弹道点上的红外辐射特征进行了建模仿真分析。综合考虑目标、背景及传输过程的方向、光谱特性，结合传感器性能参数，系统分析了地基平台、浮空器、天基卫星对类HTV-2高超声速飞行器的红外探测能力，给出了不同探测波段、不同探测平台对目标最大探测距离。计算结果表明：目标的红外辐射强度受观测方向影响较大；最大探测距离随探测器的灵敏度提高而增大；中波(3.7-4.8μm、3.0-5.0μm)波段的探测距离较长波(7.7-9.5μm、8.0-12.0μm)波段大。当灵敏度为10-14W/cm2 @(3.0-5.0μm)时，在30km和50km飞行高度上，地基平台最大探测距离分别为567.5km和761.5km，高度35km的浮空平台在其可探测区域内均能探测到目标；天基平台探测时，波段2.70-2.95μm的探测能力要比4.20-4.45μm强。

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廖睿勇   卢麟   朱勇   吴传信   张宝富   于龙强  

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高精度光纤频标传递要对光纤链路引入的相位波动进行测量和补偿，在此过程中引入的频率串扰是影响频标传递性能因素之一。为评估频率串扰对光纤频标传递性能影响，建立了频率串扰对频率传递稳定度的影响模型。在光纤链路温度变化条件下，通过仿真分析和实验研究了频率串扰与稳定度损失之间的关系。结果表明，频标的稳定度损失与串扰信号所占比例的大小和频率有关。串扰信号的占比越小，信号的阿伦方差曲线整体下移，且串扰因子和稳定度损失峰值近似线性关系；频标频率变化时，由于温度缓慢变化的引起的时延缓慢漂移并非只影响频标传递的长期稳定度，而是与频点和时延波动量有关。频率升高时，频率稳定度损失的峰值点向短稳移动。

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林俊国   丛强   许晨   程德文   王涌天  

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视网膜投影显示(RPD)是头盔显示器(HMD)领域的一个研究热点，能够克服传统头盔显示器辐辏聚焦矛盾(VAC)问题。为了使视网膜投影显示小型便携化，本文以MEMS扫描镜为空间光调制器(SLM)设计制造了折反式激光视网膜投影显示系统。首先，介绍了辐辏聚焦矛盾，分析了视网膜投影显示的基本原理。通过传统的视网膜投影显示光路结构，实验验证了以MEMS激光扫描投影为图像源的麦克斯韦观察法原理的可行性，分析并解决了黑斑问题。接着，完成了视网膜投影显示系统的光学设计，分析评价了系统的性能。最后，制造出小型便携式的原型机，原型机瞳距可调，视场角为30°(H)×22°(V)，无畸变，并通过实验对其显示效果进行了验证。

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蔡小天   李霄   赵国民  

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利用COMSOL软件建模来对光参量振荡器进行热分析，发现在大功率泵浦下，晶体的中心轴线附近由于吸收参量光而出现较为明显的温度上升。由于MgO:PPLN晶体的折射率对温度非常敏感，几摄氏度的温升会使参量光产生不可忽略的波前畸变，进而导致光束质量下降。由于晶体的温升是参量光的吸收引起的，这样的温升不可避免，大功率OPO/OPA的光束质量劣化是必然的。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1219001      

丛雯珊   余岚   沃江海   张进   徐馨  

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摘要：本文提出一种基于级联MZM的非平衡时间脉冲整形(UTPS)系统的相位编码信号光产生方法。在系统中，高斯脉冲串信号送入非平衡时间脉冲整形系统，通过控制级联MZM的直流偏置和调制深度，实现对除四阶边带以外其他低阶边带的抑制，通过转换射频信号的相位，在输出端将会产生16倍频的相位编码信号，并可通过调整非平衡脉冲整形系统中LCFBG的色散值，实现对相位编码信号频率的连续可调，最后通过仿真实验验证了所提方法的有效性，利用2GHz的射频信号分别生成了32GHz和19.2GHz的二相相位编码信号，并产生了脉冲压缩比和峰值旁瓣比分别为51.18和6.047dB的时长为52ns的相位编码信号，验证了所生成的信号具有很好地压缩性。

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杨天星   赵生妹  

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水下光传输特性是制约水下光无线通信质量的重要因素之一。论文提出一种基于功率谱反演法的海洋湍流随机相位屏模型。以海水折射率波动谱为基础，通过功率谱反演法，将海水介质对光束引起的折射率起伏等效为随机相位屏对光束的影响，并通过相位结构函数和轨道角动量光束在海洋湍流中传输特性验证该模型的有效性。研究结果表明，在偏移量较小时，由随机相位屏模型获得的相位结构函数与该理论值拟合得很好；同时，由随机相位屏模型获得的轨道角动量光束传输特性也与参考文献[13]理论分析结果相一致。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2017年第37卷第12期 pp.1201001      

王俊达   陈颖   陈向宁  

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研究了色散补偿光子晶体光纤（DC-PCF）对双通道光子时间拉伸模数转换器（PTS-ADC）的性能影响。通过理论推导验证了DC-PCF抑制PTS-ADC中产生三阶谐波的原理。设计了一种基于色散补偿光纤的双通道PTS-ADC系统，利用Optisystem软件对该系统进行仿真研究，分别对5组不同的输入RF信号进行模数转换（16.25、20.25、24.25、28.25和32.25GHz），对比DC-PCF和色散补偿光纤（DCF）作为色散介质时系统的有效量化位数等性能参数。仿真结果表明，色散补偿光子晶体光纤能够有效抑制三阶谐波的产生，提高了双通道PTS-ADC的量化精度。

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郭萌   李捷   胡辽林  

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摘要 为分析陶瓷碗表面缺陷的形状、位置及方向等三维信息，本文提出了一种基于多幅图像的局部点云重建方法。该方法首先利用已标定的双目摄像头从任意角度获取多张表面缺陷图片，然后采用FAST+SURF+FLANN图像特征点提取及匹配算法得到准确度高的匹配点对，最后采用从运动中恢复结构（SFM）并结合PMVS算法实现二维表面缺陷的局部三维重建。由于局部三维重建无法很好的描述缺陷方向及位置信息，文中采用手动增加特征点的方法实现陶瓷碗表面的全局重建。结果表明，缺陷重建效果清晰，缺陷位置、方向及形状信息完整。

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李胜强   张梦芝   杨亮亮  

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我们提出了一种用三个带电球电极形成一个光学通道开放、针对弱场搜寻态冷极性分子的静电囚禁方案。我们首先给出了方案图，接着用镜像法推导了空间电场分布的解析解。并借助于有限元软件给出了电场分布的数值解加以比对。我们用经典的蒙特卡洛方法模拟了冷极性分子被装载和囚禁在我们的静电阱的动力学过程。研究了入射分子速度和装载时刻对装载效率的影响，接着我们给出了被囚禁的冷分子的温度。我们的研究表明，装载效率可以达到47.4%， 阱中冷分子的温度为25.4mK。最后我们讨论了此方案在芯片表面囚禁，尤其是静电晶格方面的潜在应用。

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刘洋   佟首峰   常帅   安喆  

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零差相干探测为实现空间激光通信高速率、远距离传输奠定了重要基础。本文对相干激光通信光学锁相环中载波恢复技术展开研究。首先对基于科斯塔斯光学锁相环路载波恢复进行建模分析，得到系统的闭环传函、误差函数及需要恢复的载波信号；然后设计系统采用复合控制，内环借助声光移频器实现快速、小范围跟踪，外环通过环路直接控制激光器拉进快捕带；接着对鉴相器进行分析，为了得到良好的载波恢复和信号解调，设计基于异或门的科斯塔斯环鉴相模块，实现鉴相范围±42°，鉴相增益14.4mV/degree，在环路带宽为1.5MHz时，搭建实验进行测试；最终实验结果表明在码速率5Gbps时，载波恢复、信号解调良好，信号光功率-40.4dBm时，误码率为1.55E-8，随着速率的提高或降低，系统性能虽有下降，但仍能恢复载波信号并解调数据，为零差相干通信实验室验证提供了参考。

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程知   何枫   张巳龙   靖旭   侯再红  

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差分光柱像运动激光雷达的信号噪声直接影响大气湍流强度廓线的反演精度，采用一种有效的去噪方法能够提高雷达探测性能。为了减弱小波-经验模态分解(EMD)联合降噪方法对小波的依赖性，提出利用信号的趋势项先对小波降噪后的信号进行自适应调制，再利用调制后信号进行EMD去噪，即小波-趋势项-EMD方法，趋势项的提取仍采用EMD方法。为了保证调制的有效性，提出适用于大气相干长度(r0)廓线的调制判定准则，并采用去趋势波动分析方法自适应识别EMD降噪的阈值。为了论证所提方法的有效性，将该方法与小波、EMD、EEMD(集合经验模态分解)、小波-EMD等四种去噪方法进行了对比。数值仿真和实验结果表明，在不同噪声强度下，五种方法均能够提高r0廓线的信噪比和大气湍流强度廓线的反演准确性。两种联合方法优于单独方法，小波优于EMD和EEMD，而小波-趋势项-EMD方法进一步提高了小波-EMD方法的去噪能力，为小波-EMD联合去噪方法的改进提供了新思路。

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陈添禹   王明娣   杨桂林   刘凯   施克明  

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摘要：对于目前激光剥线过程中利用激光去除屏蔽层的加工方式存在成本高、精度差、效率低等问题，本文采用YAG激光对线缆屏蔽层进行切割研究。建立了YAG激光剥离金属材料的理论模型。利用ANSYS对激光剥离材料过程进行数值模拟分析，确定试验所需参数，通过YAG激光对RG113线缆金属屏蔽层进行剥离试验，得出功率、扫描速度、脉宽及离焦量对金属屏蔽层激光剥离处的切口宽度、切口深度及表面质量的影响规律；通过正交试验的极差分析，探究各工艺参数对切口宽度、切口深度的影响大小，得出激光功率对绝缘层切口宽度、切口深度及金属屏蔽层切口深度的影响都是最大；激光扫描速度对金属屏蔽层切口宽度的影响最大。

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苏瑞峰   黄湛   朱明智   汪宝旭   吴文凯  

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为了解决机械夹持状态下KDP晶体吸收高能激光束能量导致热应力的问题，从机械结构角度入手对这一问题进行研究。首先，理论分析KDP晶体吸收激光束能量引起的温升，根据理论公式计算KDP晶体吸收的激光束能量，进而计算由此引起的温升。其次，研究机械夹持状态下KDP晶体内部热应力的生成机理，根据弹性力学公式分析KDP晶体温升引起的热应力，同时理论分析机械夹持在热应力生成过程中的作用。接着，采用有限元方法对KDP晶体的温度和热应力进行仿真计算，分别分析KDP晶体温升后的温度分布以及由此造成的热应力分布。最后，分析夹持装置中结构参数对热应力的影响，分别求解热应力随预紧力、摩擦系数和弹性模量三个结构参数的变化规律。结果表明，夹持装置对KDP晶体的机械夹持作用是导致热应力的重要因素，热应力的大小与夹持装置的结构参数有关。

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王惟婧   张福民   冯维   曲兴华  

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为实现基于数字微镜器件DMD（Digital Micromirror Device，DMD）的高动态范围成像系统中的DMD微镜与CCD像素间的高精度映射，本文先后提出了三种不同的像素级映射算法。首先介绍了基于DMD的高动态范围成像系统，并分析了映射原理以及映射的必要性。然后提出了三种不同算法进行映射，包括直接线性变换（Direct Linear Transformation，DLT）算法、非线性多项式畸变拟合算法和BP神经网络算法，并将三种理论方法与成像系统相结合。最后，通过实验进行图片测试得到三种方法的参数并计算出误差数据，其中误差最小的多项式畸变拟合映射算法的均方根误差为1.02像素，即认为该算法可达到像素级映射的目标，该算法拟合了部分畸变误差满足成像系统像素级映射的需求。

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屈东胜   洪延姬   王广宇   王明东  

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基于激光吸收光谱方法，研究了一种新的基于光谱拟合实现气体参数测量的方法。通过拟合谱线的谐波信号实现谱线的积分吸光度、多普勒线宽和碰撞线宽的测量，进而实现燃烧场内气体温度、压强和H2O浓度的测量。通过数值仿真研究了积分吸光度和碰撞线宽对谐波信号的影响，结果表明，谐波信号光谱对积分吸光度的灵敏度近似为1而对碰撞线宽的灵敏度随碰撞线宽的不断增大先增大后近似不变。在样品池中开展了实验研究，其结果表明，光谱拟合测量方法具有较高的测量精度，气体温度、压强和和H2O浓度的测量值与预测值的最大相对偏差分别在4%、6%和5.5%以内。

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岳慧敏   李绒   潘志鹏   陈红丽   吴雨祥   刘永  

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相位测量偏折术是一种针对镜面物体测量的三维测量技术，该技术通常利用正弦条纹获取待测物体的高度信息。测量误差主要来源于CCD相机获取条纹的噪声。获取高质量的条纹有助于实现高精度测量。 相位测量偏折术中的相位误差主要分为两类：CCD相机的随机误差和由照明体与CCD相机的非线性响应函数导致的非线性误差。本文通过分析这两类误差与条纹质量的关系，建立了条纹质量分析模型。计算机仿真与实验验证了该模型的可靠性与正确性。理论分析、仿真与实验结果表明：获取条纹的对比度与相机镜头光圈数、编码条纹的周期和调制度成正比，获取条纹的正弦性与相机镜头光圈数、编码条纹的周期和调制度成反比。根据上述条纹质量分析模型，优化系统参数可获得高质量的条纹。本文的研究成果同样适用于面结构光三维测量其它技术。

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裴琳琳   相里斌   吕群波   邵晓鹏  

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通过偏振成像光谱技术，我们可以获取目标景物的七维空间信息，因其能获取丰富的数据信息，偏振成像光谱技术有着越来越广泛的应用。本文提出一种基于双Amici棱镜的多狭缝偏振成像光谱仪的光学系统设计，系统中采用双Amici棱镜做分光元件，提供宽视场平行光束色散以满足多狭缝的需求。其中，多狭缝的结构是本论文的创新之处，是基于常规的狭缝式成像光谱仪的结构优化改进的。本系统中宽视场的多狭缝光谱仪结构，一定要做好与前置望远物镜的光瞳衔接。两部分光学系统均采用远心结构，以便于光瞳匹配，系统总长279mm，共轴光路，光机结构紧凑。通过MTF、点列图的方式评价光学系统像质，全系统在各个典型视场处：各典型波长的MTF均接近衍射极限，在39lp/mm处达到0.75以上；各典型波长的点列图均在艾里斑以内，接近完善成像。三条狭缝对应三个不同的偏振态，通过推扫获取目标景物的不同偏振信息、空间信息和光谱信息。

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操超   廖志远   白瑜   杨正  

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基于复合变焦光学系统原理，提出了一种新型复合变焦光学系统结构，该结构将连续变焦与两档变焦结合，可以增大变焦光学系统的变焦距范围，实现更大的搜索范围和更远的跟踪距离，建立了新型复合变焦系统光学设计的数学模型。在该模型的指导下，针对长波红外30μm×30μm，320×240非制冷焦平面探测器，设计了一款新型复合变焦光学系统,该系统工作波段为8～12μm，焦距变化范围为10～360mm，在10～60mm时，F数为2，在60～360mm时，F数为4。对光学系统凸轮曲线和性能进行了分析，结果表明，该系统具有变倍比大、结构简单、像质好和变焦轨迹平滑等优点，验证了该数学模型的有效性。

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张啸天   张林   朱卫华   俞波  

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本文采用荧光光谱法、紫外可见吸收光谱法以及同步荧光光谱研究了米格列奈钙与牛血清白蛋白之间的相互作用。根据实验结果得出，米格列奈钙对牛血清白蛋白的荧光有较为明显的猝灭作用，其猝灭机制为动态猝灭，遵循Stern-Volmer 方程；根据F?rster的非辐射能量转移理论，计算出米格列奈钙分子与牛血清白蛋白分子相互作用距离r=5.461nm；用同步荧光光谱技术探究了米格列奈钙对BSA构象的影响，经实验发现，当Δλ=60 nm时，荧光峰位产生了略微蓝移，说明BSA色氨酸残基附近的外围微环境受到了米格列奈钙分子的影响，使外部微环境的极性发生减弱，增强了其疏水性。本文研究成果对米格列奈钙的药物作用机理提供了一定的参考数据。

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刘让   王德江   贾平   车鑫  

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对复杂背景下暗弱点目标和背景杂波特性进行了分析，提出了全方位多尺度的形态学滤波和局部特征准则去干扰的点目标检测方法。首先采用8个方向5×5维度的结构元素提取不同灰度分布的点目标，自适应阈值处理得到目标感兴趣区域，提高信噪比。其次，提出背景边缘点与点目标在局部邻域分布的判决准则，剔除残余背景边缘点。最终采用能量集中度阈值剔除噪点，在动基座平台实验中检测出低信噪比运动点目标。实验结果表明，在复杂背景和低信噪比条件下，提出算法的目标检测概率达到99.8%，同时虚警率为0.1%。与常用的最大中值滤波、高斯差分（DoG）尺度空间法、高斯混合模型等算法对比证明了提出的算法有效性强，对复杂背景抑制作用较好，同时复杂度不高，易于实时实现。

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王鑫   侯志强   余旺盛   金泽芬芬   秦先祥  

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针对复杂跟踪条件下目标的鲁棒跟踪和精确尺度估计问题，提出了一种基于多层卷积特征融合的目标尺度自适应鲁棒跟踪算法。算法首先利用VGG-Net-19深层卷积网络架构提取目标候选区域的多层卷积特征，通过相关滤波算法构建二维定位滤波器，得到多层卷积特征并进行加权融合，从而确定目标的中心位置；然后通过对目标区域进行多尺度采样，提取其HOG特征构建一维尺度相关滤波器，确定目标的最佳尺度。在复杂跟踪条件下的实验结果表明，与6种当前主流跟踪算法相比，该算法取得了最好的跟踪成功率与精度，同时在跟踪过程中较好地实现了对目标快速尺度变化的自适应跟踪，且具有较快的跟踪速率。

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唐军成   钱仙妹   苗锡奎   陈勇  

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采用多层相位屏的数值模拟方法，定量研究了几种典型像差对聚焦高斯光束在湍流大气中传输的轴闪烁特性影响规律。研究结果表明，象散和慧差像差对远场光斑的轴闪烁分别具有较强的抑制和促进作用，较强的慧差和象散像差能使光斑轴闪烁饱和的出现分别提前和延后。湍流较弱时的聚焦高斯光束大气传输光强起伏概率严重偏离对数正态分布，湍流越强，光强起伏概率越接近对数正态分布，且基本满足偏斜度为负，陡峭度为正。弱、中等湍流强度下，像差权重较大时，光强起伏概率分布主要受像差影响；像差权重系数较小时，光强起伏概率分布主要受湍流效应影响，且各像差主要影响光强较弱区域的起伏分布情况。强湍流强度下，湍流效应对光强起伏概率分布占主要作用，趋近于对数正态分布。

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傅思勇   吴禄慎   陈华伟  

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常规的特征保持点云精简方法需计算全部点云的微分信息，但直接计算高密度或含噪点云的微分信息存在一定偏差，导致点云精简效果不佳。为此本文提出一种基于栅格动态划分的点云精简方法。首先对模型进行空间栅格初划分，利用RANSAC法剔除栅格内的干扰点，后采用最小二乘法对剩余点进行平面拟合并计算平整度值，根据平整度值判别该栅格是否细分，实现将平坦区域压入大间距栅格内，特征丰富区域划分为小栅格中。针对小栅格内的点引入高斯函数降低远距离点对特征识别贡献的权重，综合曲面变化度和邻域法向量夹角信息共同识别特征点并保留，大栅格内的点根据栅格间距大小采用不同的采样率采样。通过试验对比随机采样法、包围盒法、曲率法，该算法能较好地保持模型细微特征且避免孔洞的出现，精简后模型的最大偏差为1.502mm，远小于其他三种方法；随着噪声强度的增加，本文精简误差相对较小且变化平缓，在35dB噪声下，平均偏差仅为随机采样法和栅格法的40%，为曲率精简的50%。

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王云鹏   胡以华   雷武虎   郭力仁  

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为实现直升机、螺旋桨飞机和喷气式飞机的激光遥感探测分类，研究了基于时频图的飞机目标微动纹理特征提取算法。根据旋翼微多普勒模型仿真三类飞机旋转部件回波信号，将平滑伪魏格纳维利变换得到的时频分布生成灰度图像。采用OTSU法结合灰度拉伸对图像进行阈值去噪处理，提取目标灰度共生矩阵特征以及Tamura特征，并针对时频图差异进行特征优化，最后使用支持向量机实现飞机目标分类。仿真数据分类结果表明：GLCM特征对噪声表现敏感，经本文方法对时频图去噪，SNR=0dB时的分类正确率可达96.4%。Tamura特征在高信噪比条件下分类正确率较高，但当SNR<5dB后下降明显。因此提取时频图纹理特征可以达到较为理想的飞机分类效果，且利用改进GLCM特征能够实现低信噪比条件下的目标准确分类。

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邹朋朋   张滋黎   王平   汪启跃   周维虎  

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目前对于双目相机标定，现有的方式是先进行单相机标定，通过矩阵变换的方式求得各个相机间的旋转平移关系，再通过优化求得最终参数。非线性优化步骤多，相机内外参数与镜头畸变存在耦合，时间花费较大。本文提出一种畸变矫正与平面单应性矩阵结合的双目相机标定方法。根据“三维空间直线投影到像平面仍然是直线”法则，对于无畸变的图像，直线上任意两点所构成的向量，当方向相同时向量夹角应为零。先基于此特征求解双目相机的畸变系数，再通过平面单应矩阵构造测量矩阵，然后通过矩阵分解求得相机内、外参的初值，最终通过非线性优化求得双目相机的各个参数。仿真和实验结果证明，该方法稳定性高，与传统标定方法精度相当，且计算时间短，标定效率优于传统标定方法。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2017年第37卷第11期 pp.1115006      

张苗苗   孟炳寰   钱鸿鹄   韩琳   陈怀军   王羿   洪津  

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多角度偏振成像仪是一种超广角画幅式的偏振成像传感器，杂散光是影响其辐射偏振测量精度的重要因素之一。为了避免杂散光影响高精度定量参数的反演，需要在实验室对其进行专门的分析、测量和校正。本文根据多角度偏振成像仪的光学系统特点将其杂光分为局部杂光和全局杂光，重点分析了这两种杂光的成因和表现特性，以此为基础构建仪器的杂散光模型，提出了通过分区域照明获取杂光系数矩阵并对待校图像进行分块校正的方法。在未饱和和过饱和两种情况下，通过分矩形区域、分视场二维转动扫描成像的方式，建立了目标区辐射量和其他非目标区杂光量的关系，最终获得11×11区域的杂散光系数矩阵。最后根据实测得到的杂散光系数矩阵对图像进行了校正，结果表明，此校正方法可以消除至少90%的杂散光。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2017年第37卷第11期 pp.1112003      

张立欣   李永倩   安琪   李晓娟  

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瑞利布里渊光时域分析系统存在信号小、噪声大的问题，使得系统空间分辨率与信噪比难以同时提高；将脉冲编码技术引入瑞利布里渊光时域分析系统，可在不降低空间分辨率的前提下有效地提高系统信噪比和布里渊频移测量精度。分析了瑞利布里渊光时域分析温度传感系统的原理，介绍了格雷互补序列的特性，并给出了单脉冲和编码脉冲系统的信噪比表达式；搭建了单脉冲和脉冲编码瑞利布里渊光时域分析温度传感系统，测量了单脉冲瑞利布里渊光时域分析系统的温度传感特性及脉冲编码瑞利布里渊光时域分析系统的空间分辨率和温度测量精度。实验结果表明，由瑞利布里渊光时域分析系统获得的布里渊频移与温度呈良好的线性关系，温度系数为1.109±0.010 MHz/℃；当采用10 ns脉冲宽度、64位格雷编码时，在1.77 km光纤的加温段上实现了空间分辨率1 m、温度测量精度1.39 ℃的传感测量。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2017年第37卷第11期 pp.1106004      

何启欣   刘慧芳   李彬   郑传涛   王一丁  

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本文研制了一种板级多通道半导体激光器温度控制系统，可以应用于混合气体检测中，实现对多个半导体激光器温度的同时控制。该系统硬件上由多通道温度采集模块、数字信号处理器模块、半导体制冷器(TEC)、TEC控制模块组成，软件上采用时间片轮转调度算法和积分分离式数字比例积分微分(PID)算法，实现了对多个半导体激光器温度的实时、精确控制。为了测试系统的性能，采用该系统同时控制中心波长为1.65 μm和1.56 μm的可调谐分布反馈(DFB)激光器的温度，进行了温度控制实验并测试了两个激光器的发光光谱。实验结果表明，系统可以实现对两个激光器温度的同时控制，温控精度为?0.011℃ ~ +0.015℃，响应时间小于3 s。对温控系统的工作稳定性进行了测试，两个激光器连续工作6 h，其工作温度保持恒定。连续10 h测试两个激光器的输出光谱，峰值输出波长未出现偏移。该温控系统体积小、成本低、便于集成、工作稳定可靠，在混合气体检测中有良好的应用前景。

       PDF全文 (下载：5)        光学学报 ，2017年第37卷第11期 pp.1114002      

鲁彦   鲁怀伟   蒲会兰   侯越   罗冠炜  

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为改善全光纤Interleaver的输出特性，提出了一种由带自反馈光纤谐振腔的2×2光纤耦合器作为马赫-曾德尔干涉仪 (Mach-Zehnder interferometer，MZI)输出端耦合器的新型全光纤MZI-Interleaver。推导了该器件的输出表达式，并进行了数值模拟分析。分析结果表明,改进后的Interleaver透射率形态更加接近于方波，阻带抑制和过渡带滚降特性明显加强；与传统的光纤谐振腔辅助MZI-Interleaver相比，在考虑传输损耗的情况下，相干涉的两束光信号不存在幅度差异，降低了传输损耗对全光纤Interleaver消光特性的影响。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2017年第37卷第11期 pp.1106003      

彭新俊   韩军   汤 踊   尚裕之   俞玉瑾  

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针对Census变换易受噪声影响使得立体匹配算法难以获取高匹配精度的问题，提出了一种改进Census变换和异常值剔除的抗噪立体匹配算法。在初始匹配代价阶段，该方法首先将窗口邻域中值作为参考值并通过映射函数控制离群值，提高了单像素匹配代价的可靠性；然后在代价聚合阶段，对动态窗口中初始代价值进行异常值剔除；最后通过视差计算、视差优化得到最终的视差图。在VS2013软件平台上采用Middlebury标准测试图对初始匹配代价、代价聚合、最终视差图这三个阶段进行测试。实验结果表明，该方法的抗噪性能优于现有Census变换算法，且误匹配率达到5.71%。

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李军   陈思佳   雷苗   李娇声   李榕   唐志列  

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近年来，3D成像技术因其逼真的观感而广受关注，随之而来的3D图像的安全问题也逐渐被重视。由于3D图像的数据量非常庞大，导致数据传输处理速度缓慢。所以，如何快速并安全的传输处理3D图像成为了首要的问题。本文提出了一种全光学手段实现的压缩光学图像隐藏技术，它利用光学技术的并行性以及压缩感知理论大大减少了采集时间和采集数据量，为未来实现3D图像安全传输提供可能。本方案首先通过使用改进的马赫-曾德尔干涉仪将秘密图像嵌入到宿主图像中实现图像隐藏，再利用单像素相机方案实现全息压缩成像，将隐藏图像的采集数据压缩到更小。在接收端，通过压缩感知理论和指定的全息重建算法，很好地恢复了秘密图像。仿真和初步实验结果表明，由于使用全光学手段实现并应用了压缩感知理论，使全息图数据采集量大大减少，证明了本方案在全光网络中实现的光学图像传输是安全和高效的。

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孙翯   徐文畅  

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金属纳米线栅是基于像素刻划偏振相机的核心器件，线栅上刻划了与光电探测器像元一一对应的微偏振片阵列，该阵列具有较大的非均匀性，对成像质量有较大影响。针对于这一问题，作者根据纳米线栅的结构与偏振传输理论，推导出纳米线栅像元组级传输矩阵的测量数学模型，并结合矩阵最小二乘法，建立了多次测量以拟合最优传输矩阵的方法。兼顾纳米线栅刻划方式，提出了高空间分辨率的矫正算法。通过作者算法矫正后，偏振相机非均匀性由原来的2 %提升至0.26%。外景成像实验中，目标偏振度图像的信息熵由校正前的5.34提升至15.15。结果表明，作者所提出的算法有效的矫正了纳米线栅的非均匀性，提升了偏振图像质量。

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康乐   张群   陈一畅   刘奇勇  

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基于压缩感知(Compressed Sensing, CS)的下视三维合成孔径雷达（Downward-Looking Three-Dimensional Synthetic Aperture Radar, DL 3D SAR）成像算法可以使用低于Nyquist采样率的采样数据完成平台正下方的高分辨成像。但是已有的算法在跨航向重构时采用的大都是单测量向量（Single Measurement Vectors, SMV）模型，存在着重构耗时长、受噪声干扰大的缺点。该文从单测量向量的推广形式即多重测量向量（Multiple Measurement Vectors, MMV）模型出发，将DL 3D SAR中的跨航向处理与沿航迹向处理顺序交换，利用多重测量向量恢复具有相同稀疏结构的跨航向信号，提出了一种基于MMV模型的DL 3D SAR成像算法。相比于SMV模型的DL 3D SAR成像算法，该算法在运算时间、抗噪性能及重构精度方面均有所提高。通过仿真实验验证了算法的有效性。

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冯文林   邓大申   秦祥   黄国家  

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本文提出了一种基于铜沉积二硫化钨膜包覆薄芯光纤的马赫-曾德干涉型气敏传感器。它是将标准单模光纤与薄芯光纤熔接形成纤芯失配型气体传感器，借由外表面沉积铜的硫化钨敏感膜对硫化氢气体的吸附，将气体的浓度与光谱偏移关联起来，从而达到低浓度硫化氢气体检测的目的。研究表明；该传感器对硫化氢气体的灵敏度为0.0293nm/ppm，且在0-60ppm的硫化氢气体浓度范围内显示出良好的线性关系和选择性。该传感器的结构简单、灵敏度高、易于制造，特别适用于硫化氢气体的低浓度在线监测。

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李哲   张飞   冯海宽   陈丽华   朱小强  

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盐生植物中的盐离子是评价植物营养状况的重要指标，反映植物对盐胁迫的适应策略。本文以艾比湖湿地自然保护区盐生植被为研究对象，利用2016年10月七种盐生植被的叶片盐离子含量数据和对应的叶片光谱反射率数据，分析了盐离子Ca2+、K+、Mg2+和Na+与新型比值植被指数（RVI）、差值植被指数（DVI）和归一化植被指数（NDSI）之间的相关关系，选出最佳波段组合，建立了12个叶片盐离子与光谱反射率的估算模型，并进行精度验证，从中选出最佳拟合模型。结果表明：（1）盐生植被的叶片盐离子含量与原始光谱反射率的相关性较低，且与各波段反射率呈显著负相关主要是Na+。（2）Na+含量 与DVI、NDSI和DVI构建的植被指数相关性最好，相关性均达到0.5以上，波段主要位于近红外与中红外区域。（3）以DVI(R1750,R1480)、DVI(R478,R440)、NDSI(R450,R375)和RVI(R405,R375)为自变量构建的三次多项式分别是Na+、Ca2+、Mg2+和K+最佳的估算模型。（4）以RVI(R1100,R1125)为自变量构建的Na+三次多项式方程的模型相关系数最大（R=0.806），说明该模型的拟合度较高，预测效果较好，可用来实时监测盐生植被叶片的盐分状况，为盐生植被叶含盐量的精确诊断提供了技术途径。

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杨宇翔   康娟   王亚蕊   陈钰琦   李润华  

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为了能够实现对水中有害重金属元素铅的超灵敏快速检测，保证饮用水源的安全，开展了激光诱导击穿-激光诱导荧光光谱分析技术的研究。实验采用木片吸水，将液体样品转换为固体样品的方法来消除采用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术直接分析水样品时水对原子荧光辐射以及光学收光系统的影响；同时采用一束可调谐染料激光来共振激发激光等离子体中的铅原子并探测其激光诱导荧光（LIF）以大幅提高其光谱分析灵敏度。在优化的实验条件下得到了水中铅元素的校正曲线，当前实验条件下铅元素的检出限可达到3.2 ppb。结果表明：LIBS-LIF联用技术并结合木片吸水的方法可以直接应用于水环境中的痕量铅元素的超灵敏快速检测，对监控有害重金属造成的水源污染，保证饮用水安全具有较好的应用价值。

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李金华   杨苏辉   赵长明   关哲   张海洋   何东兵  

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本文设计了一种阈值较低的太阳光直接泵浦Nd:YAG固体激光器，该激光器采用有效面积1.03m2、焦距1.2m的菲涅尔透镜为第一级太阳光会聚装置，以分腔水冷型镀金锥形腔为第二级太阳光会聚装置。在液体导光透镜和镀金锥形腔的共同作用下，通过端面、侧面同时泵浦直径5mm、长度75mm的Nd:YAG螺纹晶体棒，获得了连续稳定的1064nm激光输出。利用光学设计软件ZEMAX和激光谐振腔仿真软件LASCAD建立理论模型，通过数值模拟验证实验结果并优化系统设计。该太阳光泵浦Nd:YAG固体激光器最终获得了最高31.5W的激光输出，收集效率为30.58W/m2；激光器阈值为102W，斜效率为4.3%，太阳光到激光的能量转换效率为3.25%。

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刘松林   薄报学   邹仪宣   夏良平  

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本文提出以聚酯薄膜支撑的超薄金属薄膜结构实现超宽频段的太赫兹波分束器，建立了基于传输矩阵理论的分束模型，分析了结构参数对宽波段太赫兹分束的影响规律。在此基础上开展了分束实验，在太赫兹时域光谱系统测试下获得了与理论趋势一致的实验分束结果，确定了1:1分束条件下的器件结构参数。

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林志林   张国良   姚二亮   徐慧  

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为了提升动态场景中视觉里程计的鲁棒性和精确度，提出一种基于运动物体检测的立体视觉里程计算法。首先，建立考虑相机位姿的场景流计算模型，用于表示物体的运动矢量。其次，提出构造虚拟地图点的方法，一方面结合场景流进行运动物体检测，另一方面使运动物体在图像中占比较大时仍有足够匹配点对用于位姿估计。最后，通过局部地图点及虚拟地图点与当前帧特征点的匹配结果，构建考虑虚拟点的非线性优化模型进行相机位姿估计，既保证静态地图点不与运动物体的特征点形成错误匹配，又避免因有效匹配点对过少而导致视觉里程计失效。数据集实验和实际场景在线实验结果表明，本文方法提升了视觉里程计在动态场景中的鲁棒性和精确度。

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郑亮亮   金光   曲宏松   张贵祥  

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针对TDI(time-delayed integration) CCD(charge-coupled device)成像系统多通道间存在响应非均匀问题，开展了基于辐射定标的校正方法研究。首先结合成像系统的信号处理流程，推导了响应非均匀性校正的理论模型，提出了一种基于加权最小二乘的定标校正方法，分别在1/4、1/2和3/4饱和响应处采集三组图像数据，并利用高斯加权函数对三组通道间的校正参数进行加权最小二乘拟合，从而获得优化的校正参数。利用TDI CCD成像系统进行验证，系统的响应非均匀性（1/2饱和处）由原来的4.09%降低至0.85%，并优于两点校正法的1.93%，同时该方法在宽响应域内均获得了良好的校正效果，具有精度高、实用性强等特点，可应用于机载、星载等多种相机载荷，为获取高质量的遥感图像数据奠定技术基础。

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张东阳   赵磊   王向贤   王茹   庞志远   杨华   冯旺军  

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理论上设计了介质光栅金属薄膜复合结构的折射率传感器。用632.8nm波长的TM偏振光激发介质光栅金属薄膜复合结构中的表面等离子体，实现了高灵敏度的折射率传感。运用有限元方法，数值模拟了不同光栅厚度、周期以及折射率分析物条件下角模式的反射光谱。对占空比0.5、金属薄膜厚度45nm的介质光栅金属薄膜复合结构进行了参数优化，最终选取的最优参数为：光栅厚度100nm、光栅周期500nm。在最优参数以及不同折射率分析物条件下，计算了金属薄膜与分析物界面共振角的变化，得到了高达500°/RIU的角灵敏度。以632.8nm 波长的He-Ne激光器发出的激光作为光源，不仅具有操作简单、成本低等优点，而且，其角灵敏度也达到了非常可观的高度，这些优势将在折射率传感方面有很好的应用前景。

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荣锋   梁莹   徐伟  

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双能X射线光栅相衬成像系统具有成像效率高、辐射小、无须步进装置、成像平台简单等优点。本文研究了不同X射线能级下，CsI厚度与荧光透过率，金属铋的厚度与光强透过率的关系。基于以上研究，设计了一种双能分析光栅，阐述了光栅结构及栅条的制作材料，分析了栅条厚度的计算方法。对双能分析光栅成像进行了仿真，结果表明，设计的双能分析光栅可以获得清晰的条纹图像，并具有良好的条纹对比度。将设计的双能分析光栅应用于双能X射线光栅相衬成像系统，对成像系统进行了仿真，成像系统可以获得被测物体的相位一阶导数图像，表明设计的双能分析光栅是有效的。本文的研究成果有利于双能X射线光栅相衬成像系统走向实际应用。

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佟国峰   李勇   刘楠   纪光旭  

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为了提高大规模场景三维重建中精度，在保证算法效率的前提下，提取两种局部稳定不变特征，采用了多特征融合的方法进行匹配。针对基于航拍影像和城市街景图像联合建模的广泛应用性，兼顾联合建模存在的问题，提高特征的正确匹配率，提出了一种基于两种局部稳定的特征进行匹配的方法。首先，提取ASIFT(Affine Scale Invariant Feature Transform)特征点和MSER(Maximally Stable Extremal Regions)特征区域，并对MSER算法进行改进，得到这两种稳定的图像特征并用SIFT(Scale Invariant Feature Transform)特征描述符对其进行描述。然后，利用基于单应矩阵的特征匹配算法进行匹配。最后，利用GPU对特征匹配环节进行并行优化处理。大量实验及对比结果表明，本文算法可以得到两种单一算法2倍以上的正确匹配对。

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方波浪   胡志云   陶波   叶景峰  

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本文针对非线性双线原子荧光技术（NTLAF）测温过程复杂的不足，提出了利用可调谐二极管吸收光谱技术（TDLAS）标定的方法。该方法首先将三个标定常数合并为一个，然后由荧光强度与TDLAS实时路径积分温度迭代求解获得该标定常数，最后获得温度。借助数值方法模拟了利用TDLAS标定NTALF温度的测温过程，分析了不同温度分布及迭代初值对该方法的影响。温度反演结果与传统使用点标定方法的精度近似相同，温度反演误差均小于5%；不同温度分布对该标定方法影响较小；选用合适的迭代初值，总能够获得唯一的标定常数。结果表明：TDLAS能够用于NTLAF温度标定。

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董亚运   毕笃彦   何林远   马时平  

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现有的单幅图像去雾算法大多是基于局部块先验的，去雾结果中存在块效应。在采用增大局部对比度的方法对浓雾区域进行去雾处理时，如果没有经过特殊处理，会增大图像的一些伪影，比如噪声，色彩重叠等，这些都是在原始的有雾图像中几乎不可见，但是在去雾后的图像中被增强，造成了一定的视觉干扰，影响图像质量。针对以上存在的问题，本文提出了一种改进算法。首先采用非局部先验，估算初始的透射图，然后采用正则化的方法来优化透射图，并且将原始图像和去雾后图像的梯度差的范数作为正则化项，抑制噪声干扰。实验结果表明，该算法能够很好地恢复出图像细节信息和色彩，相对于局部先验的方法，这种逐点捕获颜色距离的方法可以更有效地避免块效应，并且能够有效的抑制一些噪声干扰，防止在去雾结果中出现伪边缘以及颜色偏移的现象。本文算法有更好的鲁棒性，在保证图像质量的前提下，提高了算法的运行效率。

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喻珺   徐平   杨拓   李雄超   黄海漩   程冠晓  

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本文提出基于小波变换的OTSDF滤波器(W_OTSDF)算法，对其进行了优化设计，利用小波变换的多尺度与带通滤波特性，提高了平面集成2f光学相关器进行相关识别的相关输出峰值强度和信噪比（SNR）。仿真结果表明，应用于平面集成2f系统中对旋转、缩放、以及旋转缩放同时存在的畸变目标识别时，本文优化设计的W_OTSDF滤波器较OTSDF滤波器在峰值相关能量比（PCE）、峰值旁瓣比（PSR）、SNR整体性能指标均有较大提高，具有更好的识别效果。

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王潇   赵远   杨凤   尹建华  

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基于荧光吸收效率对激发光偏振方向的敏感性提出的偏振荧光显微技术，通过分析受激发光偏振方向调制的荧光强度响应可以获取荧光分子的方向，从而被广泛用于探测生物分子的方向结构信息。为了提高偏振荧光图像序列的获取速度，本文提出利用电光调制对激发光的偏振方向进行控制，配合相机记录偏振荧光图像的高速偏振荧光显微系统。对激发光路的偏振畸变进行测量和有效补偿确保样本平面激发光偏振方向的精确控制。利用巨型单层囊泡样本对实验系统进行了测试，结果表明该系能够以近视频帧率对分子方向信息进行成像，具备监测动态样本分子方向信息的能力。

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马大燕   陈诺夫   陶泉丽   赵宏宇   刘虎   白一鸣   陈吉堃  

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利用TFC光学膜系设计软件，设计出空间用GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池的分布式布拉格反射器（DBR）。实验表明由15对Al0.2Ga0.8As/Al0.9Ga0.1As 组成的DBR在中心波长850 nm处反射率高达96%，可以使800～900 nm波段内红外光有效反射后被二次吸收，提高了GaInAs中间电池的抗辐照能力。基于细致平衡原理，结合p-n结形成机理，对原电池结构和包含DBR的新电池结构进行厚度优化，通过对中电池厚度为2.93 μm的原电池结构和中电池厚度为1.2、1.6、2.0 μm的新电池结构辐照前EQE数据进行对比，得出新电池结构基本弥补了基区减薄对短路电流的影响。通过分析两种结构电池辐照前后电学性能，DBR结构的存在明显改善了辐照后电池电流的衰减，并且中电池厚度为1.6 μm的新电池结构辐照后效率高达24.87%，较原电池结构提升了近2%，与2.0μm的新电池结构基本接近，明显高于1.2 μm中电池厚度的新电池结构。

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陈奕霖   许吉   时楠楠   张雨   王云帆   高旭   陆云清  

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本文研究分析了金属-介质-金属等离激波导布拉格光栅结构中的反对称和对称等离激元模式的色散关系和传输特性。计算分析了金属为银，介质层厚度为700 nm时，不同介质材料情况下两种模式的截止特性及色散关系；在此基础上用布洛赫模式分析法探讨了两种介质交替排列构成的金属-介质-金属波导布拉格光栅结构，反对称与对称模式的能带结构；并用传输矩阵法计算了透射谱，发现结构在通信波段的模式滤波特性；进一步的，讨论了对称模式的截止频率、模式传输特性与材料和结构参数的依赖关系。通过对结构材料参数及几何尺寸的选择及优化，可以实现在特定波段的宽带或窄带滤波及模式滤波功能，该结构在光通信、集成光学领域具有一定的应用价值。

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罗彬彬   王玲玲   张中豪   蒋棚俊   徐杨非   石胜辉   邹雪   鲁姣   赵明富   刘永   吴胜昔  

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本文提出一种基于81°倾斜光纤光栅（81°Tilted Fiber Grating, 81°-TFG）的新城疫病毒(Newcastle Disease Virus，NDV)免疫传感器。首先，简单分析81° TFG传感器的基本原理和传感特性。利用金黄色葡萄球菌蛋白A（Staphylococcus Aureus Protein A, SPA）修饰81°- TFG的表面，然后将自制的高纯度新城疫病毒单克隆抗体通过SPA分子固定于81°-TFG表面，从而制成对NDV的特异性检测传感器。实验结果表明：该免疫传感器对NDV的探测极限在0.1ng/ml~0.2ng/ml之间，检测饱和点为~1.0ng/ml；在0~1.0ng/ml范围内具有良好的线性度（R2, ~0.982），灵敏度为~342pm/(ng/ml)；且该传感器具有良好的可重用性和对NDV抗原的高度特异性，并能用于NDV的临床检测。相对于传统的免疫荧光技术、酶联免疫等生化检测等方法，本文提供的方法具有免标记、操作简便、快速检测等优点。

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孙熊伟   徐青山   蔡熠   石敏   李松  

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复杂的海空背景环境中云层、波浪反射、复杂气象条件等会给海天线检测带来困难。针对复杂背景下海天线检测的环境适应性问题，本文提出了一种基于图像边缘相位编码的海天线检测方法。算法通过双边滤波原理对图像进行保边滤波处理，以高斯拉普拉斯算子增强边缘响应，配合本文设计的高斯核方向滤波器完成边缘相位编码的抑噪和增强，然后以相位组分内扫描线的累积响应强度和海天区域内像素强度分布模式的差异值辨识出最优海天线的位置。实验结果表明，该算法能够有效的检测出不同复杂背景条件下的海天线，具有计算量小和环境适应性强的特点。

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杨福才   杨德东   毛宁   李雪晴  

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充分利用红外图像信息建立有效的观测模型是实现鲁棒红外目标跟踪的基础。影响红外目标跟踪结果的因素除了可见光目标跟踪面临的普遍困难之外，还有更为个性的因素，如边缘和纹理信息缺失、信噪比低和背景噪声影响等。本文提出基于稀疏编码直方图（Histograms of Sparse Codes，HSC）和扰动感知模型（Distractor-Aware Model，DAM）的红外目标跟踪方法，使用K-SVD方法得到过完备字典，并利用该字典计算每个像素点的稀疏编码，然后组成HSC，以此对目标进行表达，同时通过引入DAM增强算法抗背景干扰能力，不仅充分利用了红外图像中运动目标的结构特性，而且能够有效祛除背景干扰。与其他跟踪器相比，在VOT-TIR2015数据集上，该方法在精确度和成功率方面分别获得3.8%和4.4%的提升，具有较高的研究价值和实用价值。

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陆永帅   李元祥   刘波   刘辉   崔林丽  

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霾监测是环境治理中的关键问题之一。目前地面观测站进行霾监测耗费大，基于多光谱遥感的霾识别精度较低。本文将深度学习用于高光谱遥感数据霾监测，提出一种基于深度残差网络（Deep Residual Network, ResNet）的高光谱霾监测方法。利用深度网络提取霾光谱曲线特征，再使用残差学习等方法降低网络训练难度，得到霾监测模型。苏州地区Hyperion高光谱数据集上的实验表明，与其他遥感霾监测方法相比，本文方法的霾识别精度高。

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杨兰   王敏帅   徐恭勤   周雄图   郭太良   叶芸  

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在单圆孔电极液晶透镜基础上进行结构改进形成双层非对称新型液晶透镜。结合几何光学和液晶理论，提出以透镜短焦距为优化目标，利用ZEMAX模拟并优化该双层结构液晶透镜参数。由ZEMAX分析可知，在低驱动电压2.5-20 Vrms范围内，0°、3.5°、5°视场角中，双层结构透镜比单层结构透镜可获得更宽的调焦范围，短焦焦距f从19.6172 mm缩小到9.9059 mm；像差显著减小；该光学调制传递函数（MTF）为0.6时，径向分辨率从12.06 lp/mm提高到21.02 lp/mm，提高一倍，图像解像力和清晰度显著提高，并且高频部分MTF由0.1增加到0.3，最后测试实验验证了20Vrms时，双层结构液晶透镜衍射光斑亮度最集中。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0922003      

吴华明   肖永生   黄丽贞   肖文波   段军红   徐欢欢   马林飞   刘宪爽  

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本文主要探讨了一种基于多层多齿谐振光栅结构的高性能偏振无关反射镜。得益于TE(电场的振动方向平行于光栅齿)和TM(磁场的振动方向平行于光栅齿)波的泄漏模谐振的共存及相互作用，理论及实验分析表明，该器件在1.65~1.72μm较宽的频谱范围内，具有0级反射率大于97%、角度带宽约为24.6°、插入损耗(insertion loss, IL)小于0.25dB，以及偏振相关损耗(polarization-dependent loss, PDL)小于0.18 dB的优越性能。另外，我们还通过严格耦合波分析方法，数值验证了此器件在现有工艺误差范围内表现出比较好的工艺容差性。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0913001      

陈颖   罗佩   田亚宁   刘晓飞   赵志勇  

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基于表面等离子亚波长结构的传输特性，提出一种含金属双缝的金属-电介质-金属(MDM)波导耦合环形腔结构。由金属双缝波导谐振腔形成的较宽的连续态和由环形谐振腔形成的较窄的孤立态耦合干涉相消，形成Fano共振。结合耦合波理论，分析了结构形成Fano共振的传输及相位特性。采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结构慢光特性的影响，实现结构参数优化。结果表明，优化后的结构群折率可达到205。该结构能为集成等离子慢光器件的设计提供有效的理论参考。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0924002      

汪步斌   周宾   王浩   熊涌泉   王一红   祝仰坤   王式民  

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可调谐二极管激光吸收光谱技术中的波长调制方法具有适应恶劣现场环境、灵敏度高等特点，在气体浓度测量方面得到了广泛的应用。前人研究结果表明三角波调制方式与常用的正弦波调制方式相比具有灵敏度更高的优点，但一般采用三角波调制结合标定的方式来实现气体浓度的测量。本文提出了基于三角波调制的免标定波长调制方法，建立了分布反馈式激光器(DFB)在三角波调制下的时间频率响应模型。实验结果表明使用本文提出的时间频率响应关系式，标准具信号拟合结果的相对残差小于0.4%，一次谐波归一化二次谐波信号拟合结果的相对残差小于1.2%，证明了该模型的可行性，并实现了基于三角波调制的CH4气体浓度的免标定测量。

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金泽芬芬   侯志强   余旺盛   王鑫  

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为提高视觉目标跟踪算法的鲁棒性，提出了一种基于协方差矩阵的多特征融合跟踪算法。在量子遗传算法框架下，本文采用区域协方差描述子对颜色、边缘和纹理特征进行了融合，并采用了一种快速协方差交叉算法进行模型更新。算法综合利用了区域协方差描述子维数较低、量子遗传算法收敛速度快且全局寻优能力强和快速协方差交叉算法快速计算的特点，极大地提高了融合、匹配与更新过程的运算效率，实现了快速、有效的多特征融合跟踪。实验结果表明，本文算法能够有效应对遮挡、旋转、形变和运动模糊等多种复杂变化的干扰，实现对目标的快速鲁棒跟踪。

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王祥   周建忠   黄舒   盛杰   郑阳   Emmanuel Agyenim-Boateng   郭华锋  

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摘要：为研究激光喷丸对TC4钛合金抗氢脆性能的影响，首先对TC4钛合金试样表面进行激光喷丸处理，随后在1mol/L的H2SO4电解液中对试样进行电解充氢。采用应力测定仪和显微硬度计分别测量喷丸试样充氢前后的表层残余应力和显微硬度，进行了充氢试样的室温拉伸性能测试，并对其断口形貌进行了SEM观测。结果表明，激光喷丸试样表面产生了幅值为-327MPa的残余压应力，电化学充氢后表层残余压应力降低了9.17%；喷丸与未喷丸试样在电化学充氢处理后表面显微硬度分别提高了5.07%和7.08%，表明激光喷丸处理后氢诱导的表面硬化率降低；室温拉伸试验结果显示，喷丸与未喷丸试样充氢前后延伸率分别降低2.25%和4.84%，激光喷丸降低了TC4钛合金氢脆敏感性；断口微观形貌分析表明，喷丸充氢试样相对于未喷丸充氢试样表现出更好的韧性，激光喷丸处理可在一定程度上提高TC4材料的韧性，并降低了其氢脆敏感性。

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王平   田大鹏   徐宁   徐迪孟  

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针对传统光电侦察平台露出球形结构会大大增加飞机RCS的缺点，提出一种采取双反射镜绕俯仰轴和方位轴旋转方法实现大角度扫描，该扫描方式外露尺寸小，可与载机进行共形设计以保证飞机隐身性能。基于光反射矢量理论，对扫描系统成像特性进行了研究，对双反射镜绕俯仰轴和方位轴旋转所产生的像旋进行了定量分析，得出了像旋角大小和方向与双反射镜旋转角度和方向的确切关系，并以此为像旋补偿的理论依据，提出一种用于控制消旋棱镜消除像旋的双向控制方法，可实现扫描镜与消旋机构的严格协同运动。最后通过成像试验进行了试验验证，通过消旋后消除了所产生的像旋，经过测试消旋精度均方根值小于8’，实现了高精度光学消像旋。

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夏朝阳   田勇志   梁二军   牧凯军  

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光场成像作为一种应用范围很广的计算成像方法，目前却局限于电磁波谱中的可见光波段。本文提出基于相机阵列的红外光场成像方法，首先利用单台被动红外相机移动到同一平面的不同位置分别对同一静态目标场景成像，以此获取原始红外图像序列，经平移视差校正后生成红外光场数据库，然后基于光场渲染理论，获得重采样图像。相比只记录二维位置信息的传统红外成像，红外光场成像能够记录四维的位置和方向信息。实验结果表明，该方法能够融合多幅欠采样的图像获得一幅信噪比提高的重采样图像，通过孔径叠加平均实现穿透遮挡物成像，通过选取不同深度值进行重采样实现红外场景不同深度的数字重聚焦，使红外成像在军事和民用领域更有应用价值。

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罗均文   李云霞   蒙文   石磊   魏家华   薛阳  

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提出并设计了一种基于波长-模式双复用的量子保密通信系统，介绍了波长-模式双复用的基本原理，使用Optisystem搭建了系统模型并进行了10次发送实验，获取并分析了信号的时域波形、频谱图，验证了传输过程中信号波长和线偏振模式的稳定性，实现了系统中基于双不等臂Mach-Zender干涉仪方案的量子密钥分发过程，并获得了经典光信号的误比特率、眼图以及品质因数，结果表明基于波长-模式双复用的量子保密通信系统能够融合两种复用方式的优势，扩大了信道容量，提高了信号间的隔离度和正交性，有效降低了非线性效应和信号间串扰，较好的保护了量子-经典信号同传过程中的量子信号，证明基于波长-模式双复用的量子保密通信系统有效可行。

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熊涌泉   周宾   王一红   王浩   汪步斌   程禾尧   王式民  

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可调谐二极管吸收光谱技术一般采用双线法同时测量气体的温度和浓度参数。然而，双线法应用在频分和时分复用两种方式下易存在频率串扰和降低时间分辨率等问题，在实际应用中有一定的局限性。针对此问题，提出了基于波长调制技术的免标定单线测量法，只利用一条吸收谱线即可实现对气体温度和浓度的同时测量，完全避免了上述问题。以燃烧过程中的主要产物之一CO2为目标气体，选择中心频率为5007.787 cm-1(R(50))的吸收谱线对本方法进行了实验验证。所选谱线具有如下性质：峰值归一化的二次谐波信号(R2f/p)的线型主要由温度决定；一次谐波归一化的二次谐波信号(R2f/1f)的幅值与CO2浓度成正比的关系。据此，可以从R2f/p的线型中提取温度信息，进而再利用R2f/1f提取CO2浓度信息。实验结果表明，免标定单线法与热电偶温度测量相对偏差小于2.5%，浓度偏差小于2.8%，验证了该方法的可行性。

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朱路   王杨   熊广   刘媛媛   岳朝政  

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在纳米偶极子等效电路的基础上，结合多层波导与谐振腔结构，本文设计了一种高吸收率、宽波段的纳米超材料太阳能吸收器。该吸收器的单元结构是由双六边形超材料纳米柱与硅圆环柱组成，其中硅圆环中镶嵌了8个微型金纳米圆柱。采用时域有限差分方法分析了纳米超材料吸收器在宽波段、不同偏振状态的入射光、大角度入射光下的吸收特性。数值分析表明，该吸收器的吸收波段主要集中在400nm-1500nm，其平均吸收率可以达到94%。不同偏振状态的入射光对吸收器的吸收效率影响较小；且吸收器在±60°大入射角度时，平均吸收率仍可达到90%。吸收器宽波段的高吸收率是由慢波效应与局域表面等离子体共振的共同作用引起的。

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刘辉   陈洪耀   司孝龙   张黎明  

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介绍了一种硅探测器宽动态范围线性测量系统，系统以光通量叠加为基础，通过时间逻辑控制LED点亮、熄灭和采集数据，在LED的注入电流2.2×10-6A~0.57A调节范围内，标校了硅探测器响应电流从3.92×10-11A~10-2A范围内近9个量级的线性。实验结果表明，硅探测器在9个量级的动态范围内测量时探测器非线性引入的误差可达0.23%，通过非线性修正因子对其测量值进行修正很必要，给出了非线性修正因子，其数值范围为1~1.0023。分析了测量结果的测量不确定度，列出影响系统测量精度的因素，并首次定量化的分析了LED光源的光谱漂移对系统测量精度影响，给出了线性测量系统的相对合成不确定度，其在硅探测器响应电流范围39.2pA~0.326nA、0.326nA~81.6nA、81.6nA~20.4μA、20.4μA~10.2mA内的测量不确定度分别为0.269%、0.0116%、0.00536%和0.00320%。表明该系统可以用于高精度硅探测器的宽动态范围响应线性标校。

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郝美   汪海玲   印建平  

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本文通过矩阵对角化的方法计算了202Hg19F分子基态的超精细结构及其在外电场中的Stark分裂和外磁场中的Zeeman分裂。同时，运用一阶微扰理论模拟g-因子在外电场中的变化。最后，我们讨论了利用202Hg19F分子N=1, J=1/2, F=1, mF=±1态测量电子电偶极矩的可能性。

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吴娟   周真   齐佳   杨希   曾毛毛  

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本文通过提取光散射信号中颗粒粒径和属性的非线性特征向量，利用广义神经网络同时解析颗粒粒径和识别属性。首先采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)分解颗粒物光散射信号，提取三维能量分布，计算三种同种粒径不同属性的颗粒样本熵，通过比较样本熵的不同表明样本熵能够反映出颗粒的属性，为了消除粒径和属性对散射的相互影响，对散射信号做希尔伯特变换(Hilbert)，提取时频域特征，与样本熵结合组成高维特征集，通过局部线性嵌入算法(Locally Linear Embedding, LLE)将特征集归为6个特征，作为广义神经网络的输入层，检测粒径和识别属性，依据国家标物中心标准颗粒，采用粒径0.11μm的二氧化硅颗粒、2μm和4μm聚苯乙烯小球进行实验，结果表明：粒径解析和属性识别的正确率均在90%以上。

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吴小龑   熊自阳   吴凌远   李阳龙   付博   刘国栋   王伟平   陈平  

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最近，有机-无机杂化钙钛矿材料在电致发光器件（PeLEDs）和激光（Lasing）等光电器件中得到了新的应用，如何进一步提高钙钛矿薄膜的发光效率是当前的研究热点。本文中，作者将20 nm粒径的金纳米粒子（Au NPs）掺杂入界面层PEDOT: PSS中，以CH3NH3PbBr3薄膜为发光层的荧光强度提升2.7倍。研究表明，Au NPs的引入有效的提升了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收，并加快了激子的辐射跃迁速率。同时结合光学仿真理论模拟证实，Au NPs的近场和远场表面等离激元均可有效与钙钛矿薄膜吸收/发射区域耦合，从而最大程度的提升发光效率。本文提出利用复合表面等离激元效应最大程度地提升钙钛矿薄膜的荧光发射，这对制备高效率PeLEDs和Lasing光电器件提供重要可行的理论指导和技术支持。

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尹鹏   徐熙平   姜肇国   张璐璐  

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本文基于微分几何原理，结合折射、反射定律以及能量守恒定律，将太阳能聚光问题转换成一个带有非线性边界条件的椭圆型Monge-Ampére方程，并建立了相应的数学模型。根据该数学模型，设计了自由曲面聚光器，利用光线追迹软件对所设计的自由曲面聚光系统进行了模拟研究，结果表明: 在考虑Fresnel损失和光学材料的吸收情况下，当实际太阳光线存在0.27°的发散半角入射时，1000mm长度的自由曲面聚光器的几何聚光比达到500，聚光效率为77.5%。通过该方法设计的自由曲面具有很高的设计自由度，为设计不同程度聚光需求的太阳能聚光器提供了可能。

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林放   张华   雷武虎   王金诚   胡以华  

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激光反射断层成像是一种新型的远距离高分辨成像手段。反射回波可以近似视作发射脉冲和目标反射系数投影分布的加噪卷积，因此发射脉冲的展宽将显著影响重建图像的分辨率。现有的滤波反投影方法不能有效解决这个问题，而脉冲压缩和解卷积可以从回波中还原目标反射率分布投影，进而提高重建图像质量。基于多角度测量的相似性，提出了一种多帧迭代盲解卷积逼近方法，对一维回波信号进行解卷积，并在实际激光雷达上进行了实验，重建结果表明此算法能显著提高成像的分辨率和细节，并能对发射脉冲给出参考。

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宋佳慧   任永杰   杨守瑞   尹世斌   郭寅   叶声华  

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为了建立视觉坐标系与外部标准坐标系之间的关系，本文提出了一种基于视觉测量合作靶球的外参标定方法。本文设计的视觉测量合作靶球由靶标、光源和球壳三部分组成，其球心可以通过视觉传感器拍摄获得。外参标定过程中，通过视觉测量合作靶球与测量仪器测量靶球的相互替换，得到公共点在视觉坐标系和外部标准坐标系下的三维坐标。利用公共点在两坐标系下的坐标对目标函数进行非线性优化，即可获得视觉传感器外参数最优解。本文对外参标定过程中的误差传递进行了分析，并通过仿真优化标定精度，通过实验验证该标定方法的精度。实验表明，该方法的外参标定精度达到0.036mm，能够实现灵活、高精度的外参标定。

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陈园园   张玮芝   阎晓娜  

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光束在两种介质的分界面上发生全反射时，反射光会产生横向的古斯-汉欣（GH）位移。本文在Kretschmann结构中引入原子介质，利用耦合光激发表面等离子体波，研究表面等离激元辅助的干涉效应作用下的探测光GH位移，对比耦合光分别为行波场和表面等离子波时，探测光的反射率和反射位移。结果发现当探测光入射角偏离谐振角时，反射谱会出现类似于Fano共振的不对称性，反射位移关于失谐量有一段线形变化区域，可以在正负之间转变。且当耦合光场为表面等离子波时，反射位移对失谐量变化的灵敏度更为明显。

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缪洁   李展   崔子健   刘德安   朱健强  

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针对不同波长照明对表面疵病成像尺寸有非线性放大畸变问题，提出了利用红、绿、蓝三基色光源辐照下的疵病图像进行动态彩色编码成像的新方法，经像素级图像融合后可实现高冗余信息的图像合成，从而在获取表面疵病丰富细节的同时可进一步提高信噪比。首先建立了基于三基色图像进行彩色编码的分析理论，提出了基于表面疵病图像梯度的动态权值计算融合成像方法及算法流程。在明场表面疵病成像实验中，采用三基色平衡响应的彩色CMOS相机，分别获取了待测样品中单个微米量级表面疵病的红、绿、蓝三基色图像，根据三幅单色图像的光谱响应特性进行融合权值优化，融合成为一幅细节丰富的高信噪比图像。与白光光源照明结果对比表明，该彩色编码合成的图像可有效消除微小疵病光谱效应产生的噪声影响，细节更加丰富。以同样的图像融合方法，从图像的灰度平均梯度和获取的百微米量级表面疵病数量两个参数，实际对比分析了在暗场条件下一定面积的表面疵病成像效果，进一步验证了该方法在高保真和低噪声方面的有效性。这种基于动态彩色编码的融合成像方法为进一步在多光谱照明下获取细节更加丰富的表面疵病特征提供了新思路。

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梁金星   万晓霞  

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通过彩色数码相机单幅RGB图像的响应值重建物体表面的光谱反射率，可以有效避免基于带通滤光片光谱成像系统所存在的通道间图像像素偏移问题，缩短图像采集周期，获得具有高空间分辨率的光谱图像，但光谱重建精度受光谱重建方法的影响。研究提出了一种基于相机响应值扩展和局部反距离加权的光谱重建方法，以600个矿物颜料色块为实验样本，以CIEDE2000色差和光谱均方根误差为评价指标，利用佳能600D数码相机对新方法进行了验证，并与当前较为先进的几种方法进行了对比。实验结果表明，新方法的平均CIEDE2000色差和平均光谱均方根误差降低到1.0389和0.0230。新方法的光谱重建精度优于当前较为先进的几种方法。

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吴斌   叶东   郭玉波   陈刚  

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为了实现多圆特征识别和姿态估计，本文将航天器常见的几何特征(旋转体SOR)应用于姿态估计，提出了一种基于椭圆归类的单目视觉姿态估计方法。算法首先在图像中采用基于弧段的椭圆检测方法检测目标上的椭圆特征；然后，提出一种基于SOR空间圆平行性和垂直性约束的椭圆归类方法，得到合理的椭圆特征；最终，利用这些特征估计航天器和摄像机之间的姿态。实验结果表明：该方法具有较好的椭圆归类效果和姿态估计精度，对于含有误差为σ=0~16%的椒盐噪声仿真图，归类精确率不低于97%；实物实验中，(小于10m)深度方向的测量误差不超过80mm，其他方向不超过15mm，角度误差不超过1°。

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朱坪   谢兴龙   朱健强  

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在高功率超短脉冲系统中，脉冲波形和时间信噪比是超短脉冲的重要评价指标；工程上为了滤除光束中的空间高频噪声，提高近场光束质量，大口径空间滤波器是必不可少的关键器件。本文理论推导大口径级联空间滤波器中由于色差造成的离焦色散与传输时间延迟对超短脉冲脉冲波形与时间信噪比的影响。针对SG-5PW高功率超短脉冲系统设计，通过数值模拟定量地分析光束口径、色差大小等因素与近远场上脉冲波形畸变和时间信噪比退化的关系。从脉冲波形和时间信噪比的角度，给出大口径空间滤波器消色差后残余色差的容忍范围，为高功率超短脉冲系统中空间滤波器的设计与优化给出理论依据。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0914005      

王丹   胡仁志   谢品华   李治艳  

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介绍采用高温热解N2O5的方法，利用N2O5与NO3自由基之间热平衡关系，通过腔衰荡光谱技术（CRDS)对N2O5及NO3自由基的总量进行测量．鉴于NO2与N2O5之间可逆平衡，探讨了加热温度及NO2浓度变化对N2O5热解的影响;考虑N2O5在测量系统中损耗，初步量化了本系统进气效率为88%；通过Allan方差选取最佳积分时间，在外场测量条件下，优化系统的探测限为8.6pptv（1σ，10s）；并且通过分析进气效率，RL，吸收截面及N2O5不完全热解不确定性等因素，估算了系统的整体测量误差约为±8%(1σ)．将本系统应用于合肥郊区进行夜间大气实际监测(3/24-3/26，2015), 测量期间N2O5的浓度在35—1000pptv 之间, 平均浓度为452pptv。该技术为实现大气N2O5及NO3自由基高灵敏度在线监测提供了有效途径．

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李臣亮   胡新奇  

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扩展目标夏克-哈特曼波前传感器子图像之间偏移量的计算是影响波前传感精度的关键，通常采用相关算法来实现，并通过抛物线插值等插值方法来达到亚像元精度。子图像相对偏移量的计算也可以采用计算相关函数质心的方法来实现，其主要步骤是先计算子图像间的相关函数，在此基础上计算相关函数的质心，达到亚像元精度。通过仿真研究表明这种算法的精度与进行相关运算时的图像大小、计算质心时的相关函数窗口大小、以及相关函数阈值的设定有关。同时，图像的信噪比也会影响算法的精度。研究表明，图像的信噪比小于1时，质心算法的计算误差相对较大；当图像的信噪比高于2时，相关函数质心算法的误差大约是抛物线插值法误差的一半。实验结果与仿真结果也基本吻合。

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王晓恒   薛庆生  

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研究设计了一种具有40°视场角的手持式免散瞳眼底照相机，可用来拍摄视网膜图像。相机光学系统由照明系统和成像系统组成，其中照明系统设有可见照明光源和红外对焦光源。采用红外光源对焦可以不用药物对眼睛进行散瞳处理。照明光源采用独特的环形LED，将环形LED光源成像于人眼的瞳孔之上，避免照射到角膜上发生反射作用。在成像系统中设置调焦镜，具备±15D的屈光度补偿功能。成像光学系统的点列图均方根值小于2.8μm，场曲小于0.2mm，畸变小于0.6%，在70lp/mm处各视场处的MTF均高于0.4。使用ZEMAX光学设计软件的成像模拟功能，在光学系统的像面上清晰的再现了原图，该相机可以应用于眼科医学行业，为疾病的预防和康复服务。

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王彩红   陈妮   于瀛洁   司徒国海  

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文章提出了一种利用一维光栅函数进行纯相位编码的方法，该方法以双相位全息编码技术为基础，将复振幅图像编码成纯相位图。光学实验中，将编码得到的相位图直接加载到相位型空间光调制器上进行光学重建，在重建的过程中，用一个有低通滤波器的4-f系统来选择衍射级次，文中选用一级衍射分量进行重建。一维光栅函数编码用来提高一级衍射分量所能获得的能量。因为没有相位元件零级信息的影响，重建像的质量也得到提升。文中通过数值模拟和实验结果证明，被编码的振幅和相位都可以有效的重构出来，并且相对于二维棋盘格函数编码，一级衍射级次的能量也有所提升。

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周欣鑫   苏忱   李海峰   刘旭  

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水平光场三维显示可以在保证较好立体显示效果的同时，显著压缩需处理的海量光线信息，因此是一种重要的三维显示方法。由于缺少竖直方向的光场变化，水平光场的清晰度表现力与单目聚焦能力都与理想光场形式不同。本文基于扫描型光场显示技术，分析了水平光场的点扩散函数；基于人眼和相机的自动聚焦原理，对不同显示参数下所重构的水平光场进行聚焦仿真，得出光线横向散射角以及每圈更新图像数对水平光场单目聚焦能力的影响；通过扫描型水平光场显示样机对所得结论进行验证。结果表明，水平光场的最大可聚焦高度随光线横向散射角的增加而减小，随每圈更新图像数的增加而增加。本分析方法及结论可以为单目聚焦水平光场显示系统提供设计依据。

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刘炼雄   胡昌华   何川   周志杰   赵玉山  

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在大型结构件的损伤监测过程中，摄像机镜头畸变往往引起成像畸变，如果直接利用畸变图像进行标定、测量，将引起较大误差，降低损伤监测精度。为有效对成像畸变进行校正，提出了一种改进的基于直线特征的非量测畸变校正方法。首先，分析了实际测量中成像畸变的像差模型；然后，直接利用场景中存在的直线特征，得到了带权重因子的直线射影不变约束关系和三点近似共线约束关系，并建立了两组畸变校正约束方程对畸变系数进行求解；最后，通过实验验证了所提出方法的可行性和有效性。校正结果表明：相比不带权重的直线特征标定方法，优化结果的均方误差精度提高了0.21 pixel。

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沈瑜   党建武   王阳萍   王博伟  

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为了实现对水下图像传感器获取的彩色图像进行清晰化处理，本文提出了一种lαβ色彩空间的图像清晰化算法。在将捕获到的彩色水下图像进行暗原色初步复原的基础上，为了得到清晰的水下图像，图像由RGB空间映射到lαβ三通道，进行进一步的清晰化处理。对于亮度通道，采用Tetrolet变换方法进行处理，高频分量包含大部分的轮廓、边缘等线性细节，采用线特征提取算子对于水下图像噪声进行滤除；低频分量包含大部分的能量，对其进行暗原色复原处理；然后将处理后的高、低频分量进行反向Tetrolet变换得到复原的亮度通道图。对于α、β彩色通道，建立大气退化模型，估计参数，对于色彩偏差进行颜色校正，得到复原的α、β通道图。将处理后的非彩色通道和彩色通道图反向变换到RGB通道，更新透射率，得到清晰化的彩色水下图像。实验结果表明，该算法对于彩色水下图像的复原效果较好，在图像色彩的提升和边缘细节的描述方面效果较显著。

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李平   韩伟   王伟   贾怀庭   黄晚晴   王芳   周丽丹   冯斌   朱启华   郑万国（绵阳）  

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“热像”是造成高功率固体激光装置光学元件损伤的一个重要的物理机制。本文理论分析了位相缺陷经过非线性传输引起的“热像”特性，以及带通成像提取引起“热像”的位相缺陷关键频谱方法，通过构建具有典型特征的16个位相缺陷，利用三种光路结构，量化分析了“热像”特性与带通成像特性间的关系，并获得了缺陷带通成像的相对亮度与“热像”强度成线性关系，相关程度与光学构型和带通滤波参数相关。研究结果对高功率激光装置中可引发光学元件损伤的“热像”预判有重要意义，为高功率激光装置位相缺陷的检测奠定了技术基础。

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唐英杰   董月军   任宏亮   卢瑾   覃亚丽   郭淑琴   胡卫生  

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本文基于高阶正交幅度调制（QAM）和大线宽的相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统，提出了一种基于时域和频域卡尔曼滤波联合估计的相位噪声补偿算法。该算法在发射端时域插入训练符号和导频序列，首先在接收端基于训练符号进行频域卡尔曼滤波得到信道估计。其次进行时域扩展卡尔曼滤波得到相位噪声粗略估计值。因此时相位估计值为复数值，为获得较好的补偿效果，根据导频序列数目，将每个OFDM符号分割为若干个亚符号。同时在导频序列处进行时域扩展卡尔曼滤波，通过在每个亚符号最后一个导频处进行线性插值得到每个采样点的相位噪声粗略估值。将粗略相位噪声补偿后的频域数据进行预判决后，最后进行时域相位噪声精细补偿。采用Avg-BL算法有效降低符号判决错误的概率。将预判决后频域数据变换到时域并在每个采样点进行扩展卡尔曼滤波，求出每个采样点的相位噪声估值, 进行精细相位噪声补偿。基于50Gb/s CO-OFDM系统传输100km进行了仿真验证，该算法较相应最小二乘（LS）估计算法以及在粗估计中在每个导频序列位置进行线性插值的方法取得了较好的效果。在激光器线宽为1MHz且16QAM以及线宽为800KHz且32QAM两种情况下，误码率性能可达前向纠错 (FEC)上限。该算法中训练符号和导频序列数目并未显著增加，因此并未降低频谱利用率。该算法能极大促进CO-OFDM系统在长距离接入网和城域网中的应用。

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黄帅   丁建丽  

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干旱半干旱区土壤水盐含量是影响植被生长最重要的因素，其变化直接影响生态系统的稳定。介电常数是土壤本身的特性，不仅反映土壤水盐变化，还能影响后向散射系数，因此可以利用介电常数分析电磁波与土壤相互作用的机理，基于此，本文选择盐渍土介电模型（修正的Dobson介电常数模型）作为基础模型，分析并验证土壤水盐对介电常数的响应。在此基础上，提取不同极化方式的雷达后向散射系数，分析后向散射系数与介电常数之间的响应关系。结果表明：1）土壤介电常数对土壤水盐的响应明显。2）土壤含水量是制约介电常数实部的决定性因素，直接决定土壤介电常数实部的高低；土壤介电常数虚部受多种因素的影响，但土壤含盐量是主导因素。3）交叉极化模式下后向散射系数与介电常数响应显著，决定系数R2≈0.7，说明介电常数是影响雷达影像后向散射系数的主要因素。因此使用介电常数来监测土壤含盐量、含水量具有一定的潜力，除此之外，通过雷达影像来反演土壤含盐量是完全可能的。

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房晓倩   彭彦昆   李永玉   王凡   卜晓朴   赵芳  

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利用实验室自行搭建的拉曼点检测系统，确定了苯甲酸钠的843.5cm-1、1007cm-1、1605cm-1处3个拉曼特征峰，以柠檬酸钠还原硝酸银配制的银溶胶作为表面增强剂，探讨了市售碳酸饮料中苯甲酸钠的快速检测方法。44个不同浓度的苯甲酸钠碳酸饮料原始光谱曲线经S-G平滑及Baseline基线扣除预处理后，随机分为32个校正集和12个验证集，采用一元线性回归、多元线性回归、偏最小二乘回归、主成分回归、支持向量机回归等方法进行了建模分析。结果表明，以苯甲酸钠的843.5cm-1、1605cm-1处2个特征峰所建立的二元线性回归模型最好，验证集相关系数（R2P）为0.9603，验证集的均方根误差（RMSEP）为0.0867g/kg。该方法完全可以实现市售碳酸饮料中苯甲酸钠的快速定量检测，为食品中的苯甲酸钠实时在线监测提供了技术支撑。

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蒋汉阳   戴美玲   苏志龙   杨福俊   何小元  

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本文结合sin/cos滤波技术提出了依据散斑相位条纹图条纹方向自动选取滤波窗口大小的自适应滤波法。该法通过计算散斑包裹相位条纹图的条纹方向，依据相位条纹方向自动选择合适的滤波窗口，对散斑包裹相位图的sin和cos变换图同时进行自适应均值滤波，再通过四象限反正切算法得到包裹相位条纹图。实验结果表明本文的算法不仅能有效保护条纹相位跳变信息，对于条纹密度变化较大且形状复杂的散斑包裹相位图，仍能进行有效的条纹滤波处理，滤波后的相位条纹图更忠实于原始条纹走向。

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路绳方   刘震  

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线阵像机由于具有高敏感性、高分辨率和高动态性等特点，常被用来对运动物体成像。由于列车运行速度不是理想匀速通过线阵像机，所拍摄的图像会在列车运行方向上出现拉伸或者压缩等变形现象，造成同一列车在不同时间所拍摄到的图像总数不一致，给后续目标的自动定位、识别以及故障的自动检测带来了严重困难。为了解决图像对之间的没有对齐这个问题，本文提出了一种基于分块式图像配准方法，首先对图像进行分块，特征提取，量化和配准，然后实现图像块之间的校准，最后级联各个校准之后的图像块，完成目标图像与标准图像的对齐，最终实现动车组列车零部件的精确定位。实验结果表明，该算法对线阵像机所拍摄的序列图像具有较好的对齐效果，可以精确定位序列图像中目标的位置，为列车零部件后续的自动检测和诊断提供了重要保障。

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马守宝   刘琼   钱晓晨   洪瑞金   陶春先  

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金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应广泛应用于生物检测、荧光成像、太阳能电池等诸多领域。本文研究了在石英基底上制备金属Al薄膜的同时加热烘烤制备金属Al纳米颗粒，并研究了不同尺寸的金属Al纳米颗粒对光的吸收特性。实验发现，随着烘烤温度上升，Al薄膜粗糙度越来越高。当达到300℃时，Al薄膜完全转化成Al纳米颗粒。测量了不同厚度的Al薄膜在300℃烘烤温度下的吸收光谱，发现随着薄膜厚度从5nm增加到25nm时,其共振吸收峰移动42nm。这种制备Al纳米颗粒的工艺温度低、时间短，降低了制作成本也提高了制备效率。

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杨静   王韩奎   朱雨   刘伟峰   王高亮  

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在全面分析碱金属蒸气激光放大器的激光动力学与流体动力学过程的基础上，结合热效应、饱和放大效应、放大自发辐射、高能级激发与电离的影响，本文建立了一个相对完善的物理模型来模拟流动散热条件下半导体泵浦碱金属蒸气激光放大器的输出特性。计算模拟了纵向和横向两种不同流动方式下，气体流速对输出功率的影响，比较分析了高泵浦功率密度下各能级粒子数密度的变化趋势，最后模拟了多级放大器中各级放大器功率分配比对提高级联放大器输出效率的作用，发现在相同工作温度条件下多个等长蒸气池和均等泵浦光功率分配能让高级数放大器获得比低级数放大器更高的放大倍数。该模型有助于高功率流动气体的碱金属蒸气激光放大器的参量选择和优化设计。

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李响   张立中   李小明   柳鸣   孟立新  

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为了降低多节点激光通信天线的工作包络尺寸、提高二维摆镜的运动控制精度、增加通信光的能量利用率，本文提出了一种紧凑型摆镜组件。采用高体分SiC/Al支撑板与H-K9L反射镜直接粘接的方案，提高了摆镜面形的热稳定性，将摆镜回转中心距镜面的距离缩短至20mm。粘接面采用“三点薄圆环”的设计，在保证摆镜组件动态刚度的前提下有效降低了粘接应力对摆镜面形的影响。有限元分析表明，摆镜组件的基频为1319.96Hz，在20±5℃工作温度范围内，面形峰谷值（PV）优于λ/4，面形均方根值（RMS）优于λ/22。使用ZYGO干涉仪对摆镜的面形进行检测，结果表明，在20±5℃温度范围内摆镜面形PV值优于λ/4，RMS值优于λ/29，满足激光通信天线λ/15(RMS)的指标要求。

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项静峰   王利国   李琳   吕德胜   刘亮  

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实现了一种基于数字信号处理（DSP）技术的外腔半导体激光器自动稳频装置。自动稳频装置以铷原子饱和吸收光谱作为频率参考，采用调制解调技术得到稳频所需的鉴频信号。激光自动稳频装置通过模数转换器（ADC）以固定的速率不间断地采集饱和吸收信号和鉴频信号，由数字信号处理器（DSP）对采集到的数字信号进行数字信号处理和分析。DSP 芯片利用通用控制引脚实现对调制信号的开关控制，通过数模转换器（DAC）实现激光频率扫描的控制以及数字反馈的输出。利用本文所述的激光稳频技术，不仅实现了外腔半导体激光器自动稳频，还能够实时地评估激光的锁定情况，在大扰动发生后及时重新锁定激光，提高了激光器抗扰动的能力。最后，使用所述激光自动稳频技术的激光应用于空间冷原子钟原理样机地面实验，满足相关科学实验的需求。

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邵棣祥   郭旭光   张戎   王丰   符张龙   王海霞   姚辰   周涛   庄松林   曹俊诚  

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由于太赫兹量子阱光电探测器（THzQWP）的子带间能级差非常小，电子间的多体相互作用(如去极化效应和交换关联势)对器件的性能会造成很大的影响。本文设计了一种THzQWP结构，用于研究器件中的多体效应。通过表征和分析器件的光电流谱，我们发现多体效应改变了器件的峰值探测频率，并且引起了双探测峰值的现象，从而验证了多体效应具有加深有效势阱深度，并增大基带与第一激发能级态间距的作用。因此，在THzQWP的结构设计中考虑多体效应具有重要意义。

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贺飞跃   赵伟  

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水体是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, 简称SAR)图像解译的一类重要内容。本文针对含水体的SAR图像的成像特点，给出了一种基于轮廓的配准方法。首先，提出了融合观测图像局部统计信息的自适应权马尔科夫随机场 (Markov random field, MRF)分割模型，以分割SAR图像水体目标并提取其精确轮廓。然后，提出了轮廓匹配的非均匀高斯混合模型(Non-uniform Gaussian Mixture Model, NGMM)，该模型能融合轮廓上点的位置信息和以轮廓点为中心的窗口的灰度相似性信息。最后，对含水体目标的SAR图像进行配准实验. 结果显示利用所提出的MRF分割模型能更好的定位目标边缘并保持图像的细节，轮廓匹配的NGMM模型对噪声、外点及局部变形具有鲁棒性，能较好的实现含水体的SAR图像配准。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2017年第37卷第9期 pp.0928001      

沈隆翔   封皓   沙洲   曾周末  

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本文基于模拟下变频器、数字IQ解调和BP神经网络，采用FPGA+DSP数据采集和处理架构，提出了一种全嵌入式高信噪比，高分辨率和低成本的外差型Φ-OTDR模式识别方法。论文针对外差型Φ-OTDR，通过DSP、FPGA及其外围硬件电路替代原有的GZH级高速采集卡和信号发生器，减低了系统的体积和成本。在此基础上，本文设计了基于时空域二维图提取形态学特征的方法，并采用BP神经网络进行分类识别，相对于传统的针对一维信号进行模式识别的方法误报率更低，识别率更高。经过试验证明，本文设计的基于FPGA+DSP全嵌入式并行信号处理架构，满足了实时监测的要求，信噪比高达12.43db，事件识别准确率达到97.78％。

       PDF全文 (下载：7)        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0806005      

何宁   骆湘红   赵中华   廖欣  

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针对传统激光无损检测中噪声对信号的影响，提出一种将空间激光注入光纤与相干探测技术结合的激光无损检测方法。分析激光超声信号传输特征和相干光探测原理，探讨激光无损检测信号处理及噪声抑制方法，构建了以激光激励与检测为基础，激光注入与保偏传输为核心，图形化编程语言Lab VIEW人机交互为监测手段的实验系统。实验测试表明，系统能减小背景光的抖动对信号检测影响，通过控制激光的光斑直径及能量可获得不同超声信号反射波峰的检测效果，有效提高了材料缺陷对超声回波信号检测的敏感性和平稳性，为工程应用提供新的技术途径。

       PDF全文 (下载：7)        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0812006      

姚烨   乔彦峰   钟兴   于树海   戴路   白杨  

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摘要 针对“吉林一号视频03星”凝视成像的特点，为提高其图像空间分辨率，克服光学系统分辨率不足，本文提出一种视频卫星超分辨率重建的新算法——ICSM（凸集中间映射）。首先，本文首次以主动观点分析视频卫星凝视成像特点，建立了基于凝视成像的图像降质模型。然后，为求解该降质模型的逆过程，以凸集理论为基础，建立了基于中间降质过程的约束集和相应的点投影算子，通过点投影算子逐帧修正高分辨率图像灰度值，最终将重建的高分辨率图像约束凸集的交集上。实验结果表明，新算法使图像分辨率提升近30%，克服了同类算法具有投影误差、重叠伪影的缺点，图像质量评价指标均优于文中所列其他算法，8帧重建得到收敛解，对不同清晰度的图像重建均具有可行性和鲁棒性。说明新算法适用于视频卫星图像超分辨率重建。

       PDF全文 (下载：6)        光学学报 ，2017年第37卷第8期 pp.0810003