刘星   陈坚   杨东方   贺浩  

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在空对地遥感检测应用背景下，目标所占视场比例小、视角单一、易受背景干扰且视场高度变化和差异大，给传统深度学习检测算法带来了挑战。针对该问题，本文提出一种场景耦合的多任务目标检测算法。首先，设计了一种新的场景耦合目标检测网络结构，将场景分类特征图和目标检测特征图在同一尺度上进行镜像融合，丰富了网络特征描述的细粒度，其次，设计了差异化激活模块，实现特征通道的重要性筛选；然后，推导了多任务耦合的网络优化函数，实现了目标检测损失和场景分类损失的同步优化；最后，本文建立了空对地目标检测多任务数据集，对本文所提方法的有效性进行验证，实验证明本文算法有效提升了空对地小目标检测的精度和鲁棒性，同时能够自适应不同高度的识别检测多任务需求，为空基无人平台对地智能检测提供了新的思路和方法。

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曹亚敏   武保剑   万峰  

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并行光逻辑运算器件是未来高速大容量全光信号处理的关键器件，也有助于降低信息的传输时延。本文利用光纤四波混频的非相敏放大(FWM-PIA)机理，设计一种多入多出光相位混合运算器(A+B-C,A+C-B,B+C-A)。通过建立并求解级联FWM的非线性耦合模方程组，揭示了光相位运算器输出闲频光与输入信号光之间的固定相移关系，为相位补偿方法的实施提供了理论依据。计算表明，该并行混合运算器的幅度噪声指数和误差矢量幅度（EVM）相位噪声转移系数分别为0.9dB和1.67；当输入四相相移键控(QPSK)信号的信噪比(SNR)大于24dB和EVM小于12%时，无纠错编码的符号错误率(SER)低于10?3。比较了多入多出和多入单出两种相位运算器的性能，由于相位运算器是通过FWM相位匹配关系执行混合运算功能的，它们有相同的相位噪声转移特性，但前者的噪声指数略低0.2dB，其光功率转移效率也比后者高一倍以上。

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寇添   周中良   刘宏强   杨远志   阮铖巍  

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空中远距离点目标没有形状和轮廓信息，其可识别性也处于动态变化中，这给点目标属性和机动模式的辨识带来很大的挑战。为了从光谱特征维度对点目标机动模式进行辨识，本文首先建立了点目标机动模式与光谱信号的映射关系，揭示了目标机动过程中，观测方向点目标具有多光谱辐射特性。然后提取多光谱辐射信号特征，构建了双色比特征空间模型。接着利用高斯混合模型的聚类方法，深入分析了双色比特征空间的迁移和可分性特性，得到了点目标不同机动模式特征子空间迁移矢量和相邻矢量夹角余弦的变化规律，以及特征子空间可分的最小姿态角变化量 和可分距离阈值 ，这为辨识点目标机动模式提供了可行性。最后，根据双色比特征子空间的特性，提出了基于时序特征子空间的点目标机动模式辨识方法，仿真验证结果表明，该方法简单可行，对点目标的机动模式辨识具有较高的灵敏性和可分性，这对解决超视距作战环境中点目标机动信息的获取具有重大意义。

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吴涛   张怀林   孔维平   何兴道   陈忠平   陈卫东  

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随着技术的不断发展，激光吸收光谱技术在呼吸气体分析中体现出的无创优势，使其在呼吸诊断中成为了极具发展潜力的研究领域。二氧化碳（CO2）和水的同位素分别作为呼吸生物标志物和同位素示踪剂，呼出的浓度变化与身体状况密切相关，因此对其浓度进行检测具有重要意义。本文提出了一种基于2.73 μm分布反馈式（DFB）激光器的呼吸气体检测装置，利用波长调制(WMS)技术，选取3659.402 cm-1和3659.934 cm-1处的谱线分别对CO2和水汽同时进行测量。利用二次谐波(WMS-2?)信号对气体浓度进行定标，在CO2和水汽浓度分别小于35%和2.3%时，线性度分别达到了0.99945和0.99679。对呼吸循环过程中CO2和水汽浓度变化进行了实时测量，积分时间0.92 s，探测灵敏度分别为4.33×10-3和1.37×10-4。在56.8 s的采集时间里，CO2的探测精度为0.12%，在最佳积分时间17 min里，CO2的探测极限可以达到1.49×10-4。

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曾祥楷   孙燕斌  

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波导布拉格光栅（WBG）的时延特性有很多重要应用，但一直没有适用于各种复杂WBG时延谱分析的解析模型或通解。为此，用WBG微扰的傅里叶变换和流守恒定律求解耦合模方程而得到WBG相位响应的解析解，通过微分该相位响应解建立了WBG时延谱的半解析型通解。基于该时延谱通解，仿真分析了均匀和线性啁啾光栅的时延谱，并与用其它方法得到的时延谱及其实测谱进行了对比分析，以验证时延谱通解的分析精度和效率。对比结果表明，基于该时延谱通解的分析结果在整个反射带内与用其它方法得到的时延谱计算值及实测值都是一致的；该时延谱通解可用于快速、精确分析任意复杂WBG的时延谱，对有解析型和离散型傅里叶变换的WBG分别具有线性O(N)和O(Nlog2N)的复杂度（N是计算点数）；为分析、设计和应用WBG的相位和时延特性提供通用的基础理论和解析化方法。

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杨忞   达飞鹏  

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圆形标志点检测通常被视为椭圆检测。由于光线、角度等原因，采集到的标志点会出现残缺，另外，背景或物体较复杂时所带来的非标志点边缘，为标志点的精确检测与提取带来干扰。为此，本文提出了一种基于椭圆外切矩形性质的圆形标志点检测方法。通过拟合椭圆的准圆来检测椭圆的中心，利用椭圆外切矩形的几何性质来确定椭圆的长短轴位置及旋转角度。为了去除非标志点的干扰边缘影响，本文进一步构造验证参数，并结合聚类算法，最终提取有效的标志点类。仿真与实物实验表明，该算法拟合精度高、检测性能优良，对具有部分残缺的椭圆有良好的识别效果，且对于复杂情况下的标志点识别仍能保持较高的精度和鲁棒性。

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朱秋立   石磊   魏家华   朱宇   杨汝   周凯航   赵顾颢  

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自由空间量子密钥分配是量子保密通信领域的主要发展方向之一，然而背景光干扰限制了其全天时通信的能力。本文基于相位合成偏振技术，采用离散相位编码构建了自由空间量子密钥分配系统，在时域、空域、频域滤波的基础上，结合大气背景光偏振度模型，加入偏振滤波的方式更有效地抑制了背景噪声。研究表明，大气背景光偏振度等于0.6时，偏振滤波背景光抑制比最高可达5，对比未加入偏振滤波的情况，系统由背景光引起的误码率降低了近80% 。

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朱卓丹   赵尚弘   东晨   谷文苑  

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本文基于kolmogorov及non-kolmogorov湍流模型，分析了大气湍流对光子轨道角动量的散射效应，得到该效应下探测端测得不同轨道角动量模式的概率。在此基础上，文章分析两种湍流条件下轨道角动量编码测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）的密钥生成率与最大传输距离。仿真结果表明，当光束在大气信道的传输时，光束的径向强度逐渐增大，湍流对光子轨道角动量的散射效应逐渐增加，初始轨道角动量被发散至相邻轨道角动量模式并最终趋于无规则分布，探测端测得初始轨道角动量模式的概率不断减小。进一步，大气湍流下轨道角动量编码MDI-QKD的最大传输距离比偏振编码MDI-QKD远约10km。

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周志立   詹宜巨   蔡庆玲   阮秀凯   蔡启博  

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相干光通信系统中，传统的盲相位搜索算法具有良好的激光线宽容忍度，但高计算复杂度限制了其应用场合。提出了一种低复杂度的相位噪声估计方法。该方法根据激光线宽产生的相位噪声具有缓变的特点，对相位测试范围进行了限定，然后在此范围内搜索最佳相位估计值，从而降低了相位搜索的数目，极大地降低了算法的复杂度。同时，由于该算法避免了盲搜索方法可能存在的少数相位误估计问题，在性能上略好于盲相位搜索方法。最后，在偏振复用相干光通信系统中对该方法进行了有效地验证。

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李非燕   霍宏涛   白洁   王巍  

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影响传统高光谱目标检测精度的因素主要有两个方面：一是高光谱图像固有的光谱畸变造成的图像噪声；另一个是传统方法在处理目标检测，利用空间信息时，会把异质区域与同质区域同等对待，然而异质区域却包含了不同的物质和光谱特征。为了解决以上问题，本文提出了一种空间自适应模型与稀疏表示模型联合对高光谱图像目标进行检测。首先在重建信号时利用了噪声的稀疏表示特性，最大限度地提取噪声中包含的有用信息，确保重建信号的特征更加丰富并接近源信号。其次，提出了一种空间自适应权重模型来检测中心像素点同周围邻域不同像素的相似度，最大限度地利用了空间邻域像素之间的关系。最终的实验结果证明，本文所提出的算法比传统的稀疏表示高光谱目标检测算法更具鲁棒性。

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隋阳   孟钏楠   张歆东   董玮  

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为了简化布里渊散射提取温度的步骤，提高其精度，提出了利用径向基神经网络直接由布里渊增益谱获取温度特征的一种新方案。将各温度布里渊散射谱作为训练集计算温度模型，在使用中直接输入布里渊频谱即可获取温度。对比了平滑拟合以及反向传播神经网络与径向基神经网络三种方案对温度测量的效果，实验分别选取扫频频率间隔为0.175MHz、1MHz、5MHz、10MHz、20MHz时的77组数据，并对不同线宽进行扩展。结果显示基于径向基神经网络方法的均方根误差较小，随着步进频率的增加，均方根误差增长缓慢，20MHz步进频率下单线宽误差达到0.8002℃，多线宽误差1.0814℃。是平滑拟合测量温度方法误差的33.04%和42.88%，并减少了计算步骤。是反向传播神经网络均方误差的40.25%和55.89%，并在一定程度上提高了收敛性。

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孙鹏飞   张连新   李建   王中昱   周涛  

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抛光液粘度是影响射流抛光效果的重要因素，针对硬脆光学元件射流抛光中对抛光液粘度缺乏系统研究的现状，研究抛光液粘度变化对材料去除函数的影响。建立射流抛光连续相、离散相模型和磨损模型，计算不同粘度下磨粒运动轨迹，分析磨料颗粒撞击速度矢量随粘度的变化规律。配置不同粘度相同质量分数的抛光液，结合BK7工件静态采斑实验研究与塑性磨损理论计算，获得不同粘度下的材料去除函数，分析粘度对去除函数的影响机制，并进一步研究由此引起的工件表面粗糙度变化。结果表明：随着抛光液粘度增大，材料去除函数的去除深度减小、去除形状及去除范围保持不变，有利于降低工件表面粗糙度。该研究扩展了现有光学元件射流抛光材料去除理论，并对实际抛光液粘度调控具有理论指导意义。

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李培玄   赵怀慈  

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针对现有的多尺度立体匹配算法对各尺度的代价函数采用相同权值，忽略了各尺度层对整个匹配代价的不同影响，使得误匹配点增加的问题。提出了自适应权值的跨尺度立体匹配算法框架。采用统一的代价聚合函数框架在不同尺度上进行代价匹配，提出利用各像素窗口的信息熵作为不同尺度下匹配代价对整个匹配代价的影响因子;同时为了保证不同尺度下同一像素的代价一致性,在代价函数里加入正则化因子。本文提出的算法框架可以应用在利用多尺度进行代价匹配的算法上，并使原有算法的准确率和鲁棒性得到改善。在本文提出的算法框架下分别用不同代价聚合函数在Middlebury数据集上进行测试。为保证测试的公平性各算法均未进行后续的视差求精步骤，实验表明本文提出的算法有效的提高了多尺度立体匹配的准确率和鲁棒性。

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梁井波   张蓉竹   孙年春  

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为了实现较好的激光相位锁定从而获得利于相干合成的具有高相干性单元光束，可利用光学锁相环（OPLL）来实现本地激光的相位锁定。首先推导了锁相后激光复振幅的互相关函数表达式，并以此评价锁相后光束间的相干性。具体计算了参考光线宽、时间常数T和本地激光线宽差对互相关函数值的影响。通过定义与本地激光线宽差相关的评价参数M，以此表示其它参数一定时，本地激光线宽差对锁相后激光想干性的影响大小。进一步地针对本地激光线宽不一致对锁相效果的影响进行了详细分析，得到了相关参数的合理值范围计算公式。结果表明对于不同的本地激光线宽差范围需要设计不同的OPLL系统时间常数T来实现有效锁相。

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赵太飞   王晶   张杰   江亮  

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针对蛙人在水下协作执行任务时通信保持的需求，研究采用无线光通信技术的节点邻居发现方法。由于光束具有方向性，为了保证邻居发现效果，基于无线光水下传播特性设计了半球形通信节点结构，通过成对使用的方式完成对蛙人周围三维空间的覆盖。在半球形节点结构基础上研究了采用握手交互信息帧的邻居发现协议，通过LED逐向扫描发送交互信息的方式，可以不依靠外部定位信息发现相邻蛙人节点。针对蛙人在运动状态下通信链路容易发生中断的问题研究了通信链路的跟踪保持方法。仿真结果表明在合理选择节点结构参数的情况下，邻居发现方法能有效发现邻居节点建立通信链路，跟踪保持方法也能显著地降低通信链路中断次数。

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刘剑   白迪  

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针对当前机器视觉热点研究的配准问题，提出一种全新的FPFH特征描述与Delaunay三角剖分相结合的三维点云配准方法。首先采用FPFH综合描述特征信息，通过Delaunay三角网建立特征信息的局部关联性，再根据特征点对的对应关系进行采样一致性初始变换，实现初始配准；最后，根据得到的初值采用迭代最近点法进行精配准，获得精确转换关系。分别对简单目标物体及复杂目标物体进行配准实验。实验结果表明，将FPFH特征描述与Delaunay三角剖分结合引入传统点云配准，简化了特征提取复杂度，缩小了特征点对匹配的搜索范围，提升了配准精度及速度，实现对目标物体高效配准，对提高机器视觉匹配特征点效率具有重要指导作用。

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石冬晨   华灯鑫   黄波   雷宁   高飞  

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Nd:YAG激光器的三倍频输出354.7nm和四倍频输出266.0nm都属于紫外波段，都可作为Nd:YAG激光器的三倍频输出354.7nm和四倍频输出266.0nm都属于紫外波段，都可作为水汽拉曼激光雷达的激励光源选择。本文从水汽拉曼激光雷达系统的实际建设出发，分别从后向散射系数、消光系数、大气透过率、臭氧吸收和太阳背景噪声等方面对激光雷达系统的探测性能进行分析，探讨354.7nm和266.0nm激光光源对拉曼激光雷达开展全天时大气水汽探测的影响。在水汽探测中，266.0nm及其对应的氧气、氮气和水汽拉曼波长均位于日盲紫外区内，不受太阳背景噪声影响但遭受臭氧吸收的影响；354.7nm波段无臭氧吸收但受太阳背景噪声的影响。系统仿真结果表明：根据所选激光雷达参数，在分光系统参数一致的情况下，激光雷达系统选用266.0nm激光光源，白天水汽的有效探测距离为2.7km，而选用354.7nm激光光源系统的有效探测距离仅为0.6km，日盲紫外波长的选择可有效提高白天水汽拉曼激光雷达探测距离，实现水汽全天时探测。

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杨爱萍   王海新   王金斌   赵美琪   鲁立宇  

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本文提出一种基于透射率融合与多重导向滤波的单幅图像复原方法。为了避免图像去雾后细节模糊和噪声放大等问题，将图像分解为结构层和纹理层，并只对其结构层进行去雾。基于频域滤波思想提出一种透射率融合方法，解决了现有透射率估计方法中普遍存在的块效应问题和复原图像中存在的晕轮伪影问题。针对透射率优化过程中存在的计算量大、透射率平滑与细节保持之间难以平衡等问题，提出了一种多重导向滤波透射率优化方法。同时，针对目前大气光估计易受图像中存在的白色物体影响问题，提出一种自适应大气光估计方法。实验结果表明，本文算法得到的图像去雾彻底、细节清晰、颜色自然，不仅有效抑制噪声和晕轮伪影，而且显著提高场景对比度、饱和度。

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张恒   李思坤   王向朝   成维  

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提出了一种基于机器学习参数校正的极紫外光刻三维含缺陷掩模仿真方法。本方法采用随机森林、K近邻等机器学习方法，对基于结构分解法的含缺陷掩模衍射谱快速仿真模型的参数进行动态校正，提高了模型的精度及适应性。以严格仿真为标准值，对随机设定的50组接触孔掩模的仿真验证结果表明，经参数校正后，快速模型的空间像仿真误差平均降低了45%，且参数校正前、后的快速模型仿真精度皆优于所对比的改进型单平面近似法（平均仿真精度分别提升4.3倍和8.7倍）。此外，在对像面周期为44nm掩模的缺陷补偿仿真应用中，校正后的快速模型与严格仿真相比，在仿真结果较一致（误差0.8nm）的情况下，单次衍射谱仿真速度提升了约97倍。

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鞠荟荟   刘志刚   姜江军   汪洋  

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针对高光谱遥感图像中存在的条带噪声，提出了一种基于低通滤波残差图的条带噪声去除算法。算法首先使用高斯低通滤波器对图像进行滤波，得到低通滤波残差图；然后借助条带噪声秩为1以及残差图中的细节与条带噪声正交的先验信息，使用正交子空间投影技术将低通滤波残差图中的条带噪声和图像细节进行分离；最后将分离出的细节信息加入滤波后的图像中。通过对上述三步不断地迭代，算法能够自适应地去除图像中的条带噪声，并且能够解决低通滤波法去条带造成图像模糊的问题。实验结果表明，与现有前沿的去条带算法相比，该方法能在保持图像细节信息的同时更加有效地去除条带噪声。

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付秀华   刘文奇   尹士平   刘克武   刘冬梅  

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现有的甲烷红外热成像探测系统仅能探测甲烷单个特征吸收峰，而同时探测两个特征吸收峰能有效提升系统灵敏度。基于甲烷红外吸收光谱，通过光谱拆分法实现了双通带滤波器件的设计。通过调节离子源束流改善了ZnS膜层的折射率，消除了背景噪声。通过引入薄层并使其可控，降低了非周期窄带通膜系的制备难度。经多次实验测试与分析，所研制的双通带滤波器件在3.31μm和7.67μm透过率分别为89.25%、81.97%，达到了提高探测系统灵敏度的目的。

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米小什   赵惠   樊学武   盛立志  

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单光子激光测高技术相比传统的激光测高技术，具有数据量大、重量轻、测距精度高等优势，是激光测高技术的发展趋势。对单光子激光测高的特性，建立了数学模型，用数值计算估计了单光子激光测高的性能，并建立了地物模型，用蒙特卡洛方法进行了仿真，提出了测高数据的滤波方法和一种利用遥感图像优化高程信息的算法。结果表明典型地物模型在正午阳光背景最强烈的条件下，单光子激光测高均方根误差为6.1cm，用算法优化后的误差为2.6cm。

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提汝芳   孙晓兵   李树   陈震霆   乔延利  

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气溶胶遥感中，基于偏振信息反演的气溶胶光学厚度产品质量主要依赖于气溶胶单次散射特性计算的准确度。气溶胶的粒子形状是影响其单次散射特性的重要因素之一。基于T矩阵散射理论，以MODIS海洋气溶胶模型细模态M4和粗模态M9为例，模拟计算了不同纵横轴比椭球形状以及等概率纵横轴比椭球形状分布的非球形粒子单次散射特性。与球形粒子进行比较，发现非球形性对细模态粒子具有起偏作用，而对粗模态粒子具有退偏作用。利用机载大气多角度偏振辐射计（AMPR）的近海海域航飞遥感数据，进行了非球形粒子和球形粒子气溶胶光学厚度的反演试验。反演结果表明，基于非球形模式得到的气溶胶光学厚度与地面CE318太阳辐射计测量结果一致性较好，相对均方误差在0.06以内。本文研究结果为高精度的近海海域气溶胶光学厚度偏振反演提供了理论支持。

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吴庆华   陈慧   朱思斯   周阳   万偲  

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多相机阵列中的相机位姿关系标定是大尺寸测量系统中非常重要的一个环节。建立标定模型，采用圆点阵列平面靶标，通过线性平移，使得靶标分别位于不同的相机视野范围内，获得同一靶标特征点在不同相机坐标系下的坐标；根据靶标特征点在靶标坐标系下的坐标，求解靶标坐标系与相机坐标系之间的位姿关系；根据靶标的线性平移约束，进而求解两两相机之间的位姿关系。经实验验证，对于安装距离约为2300mm的相机，标定误差小于0.002mm。标定过程简单，速度快，可以适用于工业大尺寸测量中的现场标定。

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莫程威   崔海华   程筱胜  

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针对跨尺度数据之间尺度差异导致拼接困难、精度低等问题，提出了一种使用分形维数表征尺度的跨尺度数据拼接方法。利用离散小波变换对原始数据进行多尺度分解，获取其在多个尺度上的近似数据；利用分形维数对数据之间的尺度差异进行表征与衡量，找出跨尺度数据在相近尺度上的小波变换数据；利用迭代最近点算法对对获取的尺度近似数据进行拼接，最终将所获得得到的转换关系应用于原始数据，完成跨尺度数据的拼接。对获取的不同尺度下的三维表面形貌数据进行分形维数的计算，结果表明分形维数能有效表征以及衡量尺度参数。最终的跨尺度拼接结果表明，本文提出的方法能有效地实现跨尺度的数据拼接。

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鲁一冰   刘文清   张玉钧   张恺   余冬琪  

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可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）作为一种痕量气体精确检测的方法，已广泛应用于生活生产之中，其可通过积分吸光度与气体浓度线性关系准确地反演待测气体浓度。其中，由于环境变化和系统噪声等原因，易造成吸光度曲线形变，故需对吸光度曲线进行非线性拟合将其回归至Voigt模型。设计并搭建基于TDLAS的一氧化碳(CO)实时在线监测系统，在此平台基础上，提出三角替代Voigt线型单光谱积分吸光度快速计算方法，并与高斯-埃尔米特（Gauss-Hermite）方法进行比较。其中，三角替代方法浓度反演精度仅下降0.11%，平均计算耗时缩短84.19%。实验结果表明，三角替代Voigt线型拟合方法以极小的精度损失，大幅提高了线型拟合的运算速度。

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闫利   王芮   刘华   陈长军  

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针对现有局部立体匹配算法在弱纹理区域匹配精度低的问题，提出一种基于改进代价计算和自适应引导滤波代价聚合的局部立体匹配算法。该算法首先将增强后的梯度信息与基于梯度进行Census变换的结果相结合构建代价计算函数；然后对图像的每一个像素构建自适应形状十字交叉窗口，并基于自适应窗口进行引导滤波代价聚合；最后通过视差计算和多步视差精化得到最终的视差图。实验结果表明，所改进算法在Middlebury测试平台上对标准立体图像对的平均误匹配率为4.80%。与基于传统引导滤波器的立体匹配算法相比，改进算法在弱纹理区域取得更好的匹配结果。

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朱新山   钱永军   孙亚   姚思如   孙彪  

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随着图像篡改方案性能的逐渐提高，图像的真实性受到很多关注。现有的检测方案仅针对特定的篡改手段，且计算速度较慢。因此本文提出一种基于深度神经网络的图像修复取证方案，其对输入图像的大小没有限制，能对待取证图像实现像素级检测。本文方案集成编码器网络和解码器网络，其中编码器网络由卷积层、BN层、Relu层和池化层组成，以自动提取图像修复遗留的特征；解码器网络包括上采样层、卷积层和Merge层，其将提取的特征图恢复至输入图像大小，同时，本文采用了FPN网络对解码器网络中的特征图进行信息补充。实验采用MIT Place数据集作为训练集，UCID数据集作为测试集，文中对训练集和测试集分别使用了不同的修复篡改算法。实验结果表明，与其他图像修复取证方案相比，本文方案的修复区域定位更精准，处理速度更快，且对不同的修复篡改方法具有鲁棒性和泛化性。

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余达   刘金国   何昕   何家维   陈佳豫   张晓阳   彭畅  

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超光谱成像的应用效果非常依赖获取的图像信噪比（SNR），在高空间分辨率下帧速率高、信噪比低，由于光谱成像包含了空间和光谱两维信息，不能使用TDI 模式解决光能量弱问题；现今多采用摆镜降低应用要求，增加了体积和重量，获取图像不连续，且运动部件降低了航天可靠性。本文提出将超高速电子倍增与成像光谱有机结合，构建基于电子倍增的高分辨率超光谱成像链模型，综合考虑辐射源、地物光谱反射、大气辐射传输、光学系统成像、分光元件特性、探测器光谱响应和相机噪声等各个环节，可用于成像链路信噪比的完整分析。采用LOWTRAN 7软件进行大气辐射传输计算，对不同太阳高度角和地物反射率计算像面的照度，根据电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）探测器的噪声模型，计算出不同工作条件下的SNR。通过对SNR的分析和实验，选择适当的倍增增益，可使微弱光谱信号SNR提高6倍。

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李萌阳   袁晓东   曹庭分   刘长春   张尽力   熊召   陈海平   全旭松   易聪之  

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偏折术中的几何结构标定误差是制约低阶面形测量精度的主要因素。从数学模型、理论模拟和实际实验三个方面分析了几何结构标定误差与低阶面形测量误差之间的关系。给出了表示几何结构标定误差与面形测量误差之间关系的数学模型，并通过模拟和实验结果对其进行了验证。结果表明，几何结构标定中坐标平移误差会导致倾斜和离焦面形测量误差；被测面分别与相机和显示器之间的距离越大，几何结构标定的误差对低阶面形测量的影响越小。研究结果可以帮助选择合适的偏折术测量系统结构和提高低阶面形测量精度。

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何颖   马戎   李岁劳   郭强  

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多点透视问题是确定相机位姿的基础问题，被广泛应用于计算机视觉、摄影测量、机器人、空间交会以及虚拟现实等场合。本文提出一种在变量投影框架下的多点透视问题求解算法。相机的旋转与平移参数在变量投影的框架下被分开估计。先把平移参数固定，根据Wahba问题的解法求解出最优旋转矩阵。然后应用奇异值分解导数的计算公式计算当前最优旋转矩阵对平移参数的导数，由此计算出代价函数对平移参数的导数。最后，针对平移参数用Levenberg-Marquardt算法迭代优化代价函数，直到精度满足要求为止。实验结果证明我们的算法不仅误差较小、计算效率较高，而且具有较大收敛域。

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曹海霞   赵英飞   何淼   王卫东   王超  

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由于棱镜具有色散不均匀的特点，中阶梯光栅光谱仪二维谱图在长波波段不可避免的存在相邻衍射级次间相互干扰的情况。为了克服这一缺点，同时充分利用探测器像面，本文设计了一种小型分段式的中阶梯光栅光谱仪。通过对中阶梯光栅和棱镜的色散原理详细分析，确定两者参数与探测器之间的关系，结合双缝间隔设计方法，采用双狭缝切换的方式，给出分段式中阶梯光栅光谱仪的设计方法。利用此方法将系统的波段范围165nm-800nm分为165-230nm和210-800nm两部分，焦距设计为200mm，分别采集双波段的二维谱图。使用光学设计软件对光学系统进行光线仿真，结果表明，200nm处的实际光谱分辨率可达0.015nm@200nm，满足设计指标的要求。

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朱帆   于芳苏   吴易明   郝冲  

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为便于在相机标定系统设计前，对标定误差进行预估，分析影响标定误差的因素，指导相机标定系统工程设计，针对P4P相机标定算法，提出了新的算法模型，解决了原算法中方位角、俯仰角、横滚角各姿态角相互耦合的问题，使姿态角求解仅与相机内参和特征点图像坐标相关。在此基础上，建立了误差分析模型，从理论上分析了图像定位误差、畸变、主点误差、焦距误差、特征点位置误差对姿态角标定的影响，并进行了仿真和试验，试验结果表明，标定精度试验值和仿真值一致，误差分析模型准确有效，能够指导标定系统工程设计，具有较高的工程应用价值。

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刘璐   吴晓静   孙伽略   张慧琴   杨勇  

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针对现有表面等离子激元折射率传感器纵向探测深度小、探测范围无法覆盖整个细胞厚度的问题，本文提出一种大探测深度、高灵敏度的活细胞折射率实时测量方法，并利用该方法开展了药物敏感性的实验研究。基于偏振选择吸收效应，搭建了全内反射条件下的石墨烯折射率传感系统，进行了不同质量分数氯化钠溶液折射率的测量，结果表明系统具有9.5×103^ mV/RIU和1.8×10^-7 RIU的灵敏度和分辨率；利用该系统开展了活细胞药物敏感性的实验研究，分别研究了顺铂和紫杉醇作用于Ramos细胞和Jeko-1细胞时生物演化过程中细胞折射率的实时变化规律，验证了折射率变化与其药性机理作用的一致性。

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胡润   吴逢铁   胡汉青   杨艳飞  

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理论分析了螺旋贝塞尔光束的产生机理。根据高斯-谢尔模型的交叉谱密度公式及交叉谱密度传播理论，推导得出了部分相干螺旋贝塞尔光束的表达式。研究了部分相干螺旋贝塞尔光束的传输特性及相干度对其传输特性的影响。结果表明，随着传输距离的增加，光束截面光强分布衬比度逐渐下降，光场分布由贝塞尔型分布逐渐向高斯型分布转变，但是光束仍具备螺旋自加速特性；对于高阶光束，出现了暗核消退现象，并且暗核消退距离随阶数的增加而增加。随着相干长度的下降，贝塞尔光场分布区间逐渐减小，光束的无衍射距离缩短。同时，探讨了光场调控对光束的影响，其中包括了全息片的参数设定以光场相干度的调节。

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曾海瑞   孙华燕   杨彪   张廷华  

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地基光电探测系统是空间目标信号获取的重要探测手段，而曝光时间是影响其探测性能的主要参数。以空间目标的光学特性为基础，计算出系统的极限探测距离、最小可探测尺寸和极限探测星等，分析了其与曝光时间等影响因素的定量关系，结合空间目标的像移模型，得到动态条件下，系统探测能力随曝光时间的变化关系，并进行仿真研究。研究结果表明：目标相对静止时，系统探测能力随曝光时间延长而增加，并趋于稳定；目标相对运动时，系统探测能力随曝光时间延长先增加后减小，并存在一个最优曝光时间，而且此时间与目标相对角速度有关，当相对角速度为26''/s时，最佳曝光时间为0.92s 。

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何宏炜   吴志航   于召新   冯湘莲   江荷馨   高士明  

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本文基于支持向量机(SVM)的机器学习方法提出了空间激光通信四进制脉冲振幅调制(PAM-4)信号的检测算法。利用功率谱密度反演大气相位屏仿真方法结合Taylor冰冻流假设，得到了激光载波经过大气湍流信道的光场信号，叠加接收高斯白噪声后，针对所得的四进制PAM-4信号采用SVM算法进行判决。SVM检测算法与大气信道无关，通过对接收信号数据进行分组，并且对各分组数据交叉验证进行训练学习和参数调整，通过多次二分类确定各电平之间的最优超平面，进而做出信号判决。SVM检测算法得到的误码率性能优于双步盲检测法，在大气湍流较弱的情况下与最优边界检测法的结果相当，说明了SVM接收算法具有良好的性能。

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朱启凡   付跃刚   刘智颖  

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提出了一种可见光谱段内窄带偏振陷波滤波的矩孔光子晶体结构。通过建立矩孔光子晶体模型，将矩孔光子晶体结构等效为介质层-光栅层-介质层周期结构，利用Rugate滤波理论对矩孔光子晶体结构进行分析，结合等效介质理论(EMT)和传输矩阵(TMM)对结构模型的入射光s偏振，p偏振的透过率进行了仿真。并讨论矩孔光子晶体纵向周期数m，光栅层填充比f，厚度d等参数，对偏振陷波的中心波长、带宽以及截止带透过率的影响。针对417nm、497nm、582nm、685nm，设计了带宽为10nm的p偏振偏振窄带陷波结构，仿真并用时域有限差分方法(FDTD)进行验证，结果表明，矩孔阵列结构可以实现可见光谱段内窄带偏振陷波滤波。

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安喆   徐熙平   杨进华   刘洋   闫宇轩  

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针对增强现实系统中的三维跟踪注册问题，提出了一种基于语义目标匹配的三维跟踪注册方法。首先通过改进的SSD深度卷积神经网络对图像进行语义分割，获取场景中不同目标的像素级语义分割结果。在求取相机姿态目标函数时，融合了图像的灰度约束与几何约束，对相机的姿态进行估计。这种结合语义目标的灰度与深度信息的三维跟踪注册方式，避免了由于特征点的缺乏或误匹配问题对算法性能的影响，且能够适应不同结构的场景。实验结果表明，本文的三维跟踪注册算法的误差不超于2.2个像素，且基本满足了实时性的要求。

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陈杰   刘杰   朱立   邓晓   程鑫彬   李同保  

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纳米级长度标准物质是纳米制造中精密测量的基础支撑，其中，基于原子光刻技术研制的纳米标准光栅，可作为高精度的纳米计量传递标准，用于校准扫描探针显微镜（SPM），扫描电子显微镜（SEM）等测量仪器。原子通量是原子光刻技术制备纳米光栅质量优劣的主要影响因素之一。本文通过应用原子炉管喷发量的理论模型，利用理论与实验相结合的方法，比对研究了三类典型原子炉管构型下的原子通量水平，并基于最优原子构型将研制的铬纳米光栅峰谷高度提升到100 nm，使光栅质量得到进一步优化。

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乔潇悦   陈欣   丁国清   蔡潇雨   魏佳斯   李源  

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为提高光刻工艺的精准度，保证光掩模的制作质量，需对光刻机的工作台进行高精度的校准测量。基于最小二乘法原理的自校准方法可以有效分离误差，提高超精密级二维工作台的定位精度。由辅助测量装置栅格板的不同位姿，构建有关工作台误差和栅格板误差的数学模型。根据最小二乘原理，将误差方程转化为正规方程。通过研究位姿方案对关系矩阵的秩的影响，归纳总结出位姿与自校准模型之间的一定规律。依据方程具备最小二乘解的条件，论证了自校准过程中，栅格板必须在初始位姿的基础上经过旋转90度及平移的位姿变换，并进行了仿真实验。结果表明，只有包含这三种位姿的位姿方案才使得仿真计算值接近真实值。此基本三位姿是实现最小二乘法自校准的充分必要条件。

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应璐娜   周卫东  

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为提高激光诱导击穿光谱（LIBS）技术对土壤元素的检测精度，建立了相关向量机（RVM）土壤元素定量分析模型，并将所建立的模型与已有的化学计量学方法支持向量机和最小二乘支持向量机进行对比分析。选取14个土壤样品，其中10个作为训练样品集，另外4个作为测试样品集。以土壤元素Ni的四条特征谱线作为分析线，进行光谱归一化处理后，利用训练样品集建立相关相量机、支持向量机和最小二乘支持向量机模型。根据所得模型，通过测试样品集测试结果比较可知，在模型预测精度方面，支持向量机较差于其他两种模型方法。但在模型稳定性方面，最小二乘支持向量机要较差与其他两种模型方法。因此，在实际应用中相关向量机在模型稳定性以及预测精度上的优势表明都比其他两者更适用于激光诱导击穿光谱技术定量分析技术。

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蒋章伟   燕艳   李阳   毕云峰  

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激光诱导击穿光谱技术具有原位、快速、非接触、多元素探测的优点，是现场分析领域的研究热点之一。激光诱导击穿光谱信号的稳定性受激发光在目标表面聚焦准确性的影响很大，在海底热液喷口烟囱体探测等应用现场，难以通过对目标样品进行预处理这种常规方法来提高对焦精度，一套快速、高精度对焦系统对LIBS光谱探测有重要意义。将显微自动对焦系统结合图像对比度评价方法应用于激光诱导击穿光谱探测系统中以提升对焦的精度，以双色激光辅助对焦方法扩大寻焦范围并加快对焦速度。测试证明，两种方法结合可以实现2400 的对焦范围和20 对焦精度，并明显提升对焦速度，有望提高现场探测时的LIBS信号质量和光谱采集效率。

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漆宇   刘楚嘉   何涌   郜飞飞   李梓润   庄其仁  

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研究了一种侧面均匀发光聚合物光纤（POF）的制备方法，采用激光打标技术在POF侧面制作变栅距（VLS）光栅型散射点，建立了激光打标VLS散射点模型，由深度很浅的表面凹坑和纤芯内分布着散射颗粒的散射区组成。理论推导出散射点相对散射光功率和VLS栅距计算公式，分析了散射点的散射光功率随散射点凹坑深度和散射颗粒密度的变化规律，以及不同散射点凹坑深度和不同POF侧发光相对出射度下VLS栅距的分布规律。结果表明散射点凹坑深度的微小变化（微米量级）对散射点的散射光功率和VLS栅距的影响很大。而当散射颗粒密度 时，散射点散射光功率随散射点密度的变化不大；当 时，散射点散射光功率随散射颗粒密度变化明显。理论计算了不同散射点凹坑深度和不同相对出射度的VLS栅距分布曲线，并且通过实验验证了理论结果的正确性。通过调节合适的激光打标功率，实验得到亮度均匀度高于90%的侧发光POF。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2018年第38卷第12期 pp.1206001      

解娜   崔庆丰  

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环境温度的变化会导致光学系统热离焦，限制了其在空间环境中的应用。本文提出一种可见光系统被动式无热化设计方法，在常温下满足像质要求的光学系统基础上，根据消色差消热差方程组，计算透镜产生色差及热差能力的综合权重，通过比较权重进行结构分组，并依据分组将初始系统等效成两个单透镜系统进行光学材料挑选以实现无热化设计。采用该方法对一焦距为400mm，F数为4的双高斯型航空相机在-40℃~+60℃的温度范围内进行无热化设计。该系统在各个温度下空间频率为55lp/mm处的调制传递函数值均大于0.4，设计结果表明该设计方法能够使长焦光学系统实现在大温差环境下保持较好像质，光学性能稳定。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第12期 pp.1222001      

华夏   王新晴   王东   马昭烨   邵发明  

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针对现有目标检测算法在复杂大场景下多目标检测的精度和实时性难以平衡的问题，受深度神经网络卷积核形态启发，模仿人眼视觉机理，改进了基于深度学习的目标检测框架 SSD，提出一种多目标检测框架AP（Adaptive perceive）-SSD，将其专用于复杂大交通场景多目标检测。设计由多形态Gabor和彩色Gabor构成的特征卷积核库，训练筛选最优特征提取卷积核组替换原有网络的低级卷积核组，有效提高检测精度；将单图像检测框架与卷积长短期记忆网络结合，通过使用瓶颈-长短期记忆层提炼传播帧间的特征映射实现了网络帧级信息的时序关联，降低计算成本，实现对视频中受强干扰影响目标的追踪识别；加入自适应阈值策略，降低漏警率和虚警率。实验表明，相比于其他基于深度学习的目标检测框架，各类目标识别的平均准确率提高了9~16%，平均准确率均值提高了14~21%，多目标检测率提高21~36%，检测帧率达到32帧/s，实现了算法精度与实时性的平衡，取得较好的检测识别效果。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2018年第38卷第12期 pp.1215003      

刘栋   戴聪明   唐超礼   魏合理  

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利用中高层大气红外辐射模式模拟分析极光对中高层大气临边红外辐射的影响。模拟结果表明，极光扰动大气时，NO导致2.7 μm、5.3 μm带临边辐亮度相比于静态值显著增大，2.7 μm带辐射不含时变化，5.3 μm带辐射含时小幅变化；CO2和NO+导致4.3 μm带临边辐亮度相比于静态值显著增大，CO2导致其含时变化；10 μm、15 μm带临边辐亮度因CO2 4.3 μm带的关联效应也一定幅度增大，并同样含时变化。因化学反应产生的高振动能级NO、NO+使2.7 μm、4.3 μm、5.3 μm带在包含它们的基带和热谱带的宽光谱范围内都获得增强。根据所获得的辐射特性，初步模拟了一次极光扰动大气的4.3 μm带临边观测事件，并与实测值进行对比分析，验证了模式的正确性。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2018年第38卷第12期 pp.1201002      

程成   汪方杰  

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实验首次实现了基于钠硼铝硅酸盐玻璃的近红外PbSe量子点光纤放大器（QDFA）。在钠硼铝硅酸盐玻璃基底中，通过优化熔融-退火法的热处理条件，制备得到了中心粒径为4.76 nm的PbSe量子点光纤。量子点光纤有强烈的光致荧光谱并相当稳定。QDFA由量子点光纤、波分复用器（WDM）、隔离器（ISO）、泵浦源（LD）等构成。实验表明：QDFA在1260-1380 nm区间实现了信号光的放大，增益波长区间与量子点的粒径大小有关。当输入信号光功率为-17 dBm时，输出信号光增益为16.4 dB，-3 dB带宽达80 nm。实验观测到了明显的激励阈值现象和增益饱和现象。与常规的掺铒光纤放大器（EDFAs）以及少模掺铒光纤放大器（FMEDFAs）相比较，本文QDFA的激励阈值低、带宽宽、噪声小。本文实现的PbSe量子点光纤放大器为扩展光纤通信波带和工业化应用提供了一种新的途径。

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l李占峰   王淑荣   黄煜   薛庆生  

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空间大气光谱遥感定量化研究中，光谱杂散光已经成为限制光谱仪器探测精度的关键因素之一，本文在简介目前光谱杂散光测试与修正常用方法的基础上，详细介绍了光谱杂散光矩阵修正法的核心内容—仪器的光谱杂散光矩阵的标定。然后利用实验室搭建了杂散光矩阵测量装置标定了前向临边成像光谱仪初样机的杂散光矩阵，最后在外场实验中验证了基于仪器杂散光矩阵的杂散光修正方法的精度。

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李兆杰   崔海华   刘长毅   程筱胜   张小迪  

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为解决视觉测量中重建强反射表面时易遇到的过度曝光或曝光不足的问题，本文提出了一种基于自动多曝光的面结构光测量方法。本方法的核心是根据基准点像素值随曝光时间的变化计算出相机响应曲线。利用相机响应曲线和不同曝光时间下图像计算出当前场景测量所需的曝光次数和曝光时间。最后，将具有不同曝光时间的图像序列融合成新的的条纹图像序列进行重建。实验结果表明，算法能够准确计算每次曝光的时间，克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗问题，能够实现高动态范围表面反射率物体的三维形貌光学非接触测量。

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易维   曾湧   原征  

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高分三号卫星是世界上成像模式最多的SAR卫星，高分三号SAR图像与多光谱图像融合可以改善图像视觉效果。本研究提出一种新的研究思路：利用NSCT变换模拟出既包含多光谱谱段信息又体现SAR图像细节信息的高分辨率图像，则融合可不拘泥于具体算法。同时本研究中提出2种基于NSCT变换的高分辨率图像模拟方法，采用高分三号3m、5m分辨率SAR图像和高分一号16m分辨率图像进行试验，利用Brovey、IHS、PCA和SVR融合算法验证思路有效性。研究结果表明：传统SAR和多光谱图像直接融合的方法能够保持SAR的细节信息，但噪声明显，且光谱信息损失大；本研究提出的NSCT平均图像和平均NSCT图像可以保留融合结果的光谱信息，且模拟的NSCT平均图像的光谱信息比平均NSCT图像更贴近多光谱。

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王靖锋   崔庆丰  

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为了校正宽波段长焦距复杂光学系统中的三级光谱，提出一种子波段缝合光学玻璃组合选择方法。该方法是将设计波段拆分成多个子波段区间，并将子波段区间进行缝合生成更大的子波段区间直至将整个波段覆盖，同时对所有可能的光学玻璃组合在每个子波段区间列出复消色差方程组。通过最小二乘法对方程组求解，最终得到能够有效校正三级光谱的最优化玻璃组合。采用该方法计算出的光学玻璃组合设计了一个宽波段长焦距光学系统，该系统的波长范围为0.45~1.014μm，焦距为400mm，F数为6，全视场10°。系统共采用3种光学玻璃，7片球面透镜，MTF接近衍射极限。设计结果表明，采用本文提出的方法可以实现在复消色差光学系统中三级光谱残差的校正。

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段微波   李大琪   刘保剑   余德明   陈刚   刘定权  

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保偏反射镜可同时实现光信号高效传递和偏振对比度的调制，是偏振调控光学系统中常用的光学薄膜元件，在星地量子通信、海洋遥感，目标侦察识别等领域有明确的需求。原子氧是低地球轨道中残留大气的重要成分，其高速与保偏反射镜膜层碰撞，产生反应和剥蚀效应。选择金属Ag和Ta2O5、SiO2、Al2O3等多种介质薄膜材料，设计和制备保偏波长在810nm和850nm偏振对比度优于10000：1的保偏反射镜样品；结合保偏反射镜所处的轨道环境，制定不同迎风面条件和剂量的原子氧模拟试验条件，考察保偏反射镜样品偏振对比度的变化趋势。本论文的试验数据和结果，对保偏反射镜长期稳定空间在轨工程应用具有重要意义。

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张清博   张晓晖   韩宏伟  

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由于水体对光的吸收和散射等影响，水下光电图像具有低信噪比、低对比度的特点，导致目标难以识别，这限制了水下光电成像装备的实际应用和发展。为提高目标的探测精度和识别率，本文提出一种包含一维并行卷积和子像素卷积的深度卷积神经网络，利用该卷积神经网络从水下光电图像训练集中学习优化图像质量的参数，实现去噪和对比度增强。实验结果表明，相比于经典去噪方法和对比度增强方法联合处理的结果，本文方法得到的峰值信噪比（Peak signal to noise ratio，PSNR）平均提高2.93dB，均方根对比度（Root mean square contrast，RMSC）平均提高14.41，能够在去噪、对比度增强和亮度提升等方面进行有效的权衡，获得适合人眼视觉感受的图像，且处理单幅图像的平均速度是经典方法的9.46倍。最后用测试集对网络进行测试，网络在一定范围内均能够较好优化图像质量，具有一定的泛化特性。

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吕金光   梁静秋   梁中翥   秦余欣  

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在利用空间调制傅里叶变换光谱仪对远距离目标进行光谱遥测时，大气湍流扰动引起的入射光场的波前畸变会影响干涉图像和复原光谱的质量。本文根据大气湍流扰动对光场的相位调制作用，建立了大气湍流的随机相位模型与光场在大气中的分步传输模型，并对大气湍流扰动作用下的干涉图像与复原光谱进行了数值计算，结果显示大气湍流会导致干涉图像的背景产生低频的强度起伏，并致使复原光谱在低频区域出现伴频噪声。采用统计实验的方法对归一化光谱误差与望远系统入瞳放大率及大气相干长度之间的关系进行了统计分析，结果表明，归一化光谱误差的统计均值与望远系统入瞳放大率之间为准线性正相关，而与大气相干长度之间为非线性负相关。依据归一化光谱误差的统计分析结果,便可以根据外场环境的大气相干长度，合理的设计望远系统的入瞳放大率，从而实现对目标光谱的有效探测。

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杜恩宇   张宁   李艳荻  

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针对在道路导向箭头的检测和识别中支持向量机 (Support Vector Machine; SVM)多分类器的识别效率下降的问题，提出一种利用简单二分类SVM通过对结果的自定义二进制编码实现导向箭头多分类的方法。首先对导向箭头ROI图像进行Harris角点粗检测，利用改进FAST-9算法对伪角点进行筛选，根据最终获取的角点集合中纵坐标最大的两个角点的位置分割图像获得待识别区域；然后利用几何不变矩特征训练SVM分类器；最后对分类结果进行二进制编码，从而实现单一种类SVM下多种导向箭头的分类。算法在实拍获取的500帧图像中进行测试，识别率优于96.8%。结果表明提出的算法不需逆透视变换，利用一种SVM二分类器即可实现导向箭头的识别，有效提高了导向箭头识别的准确率和运行效率。

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葛宝义   左宪章   胡永江  

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针对长时目标跟踪中目标遮挡、目标出视野等因素导致的目标失跟问题，为提高目标跟踪的速度和鲁棒性，提出一种基于特征融合的长时目标跟踪算法。首先融合目标方向梯度直方图特征、颜色空间特征和局部敏感直方图特征，来增强算法在复杂情况下的特征判别力，提高目标跟踪的鲁棒性，并对融合特征进行降维来提高目标跟踪的速度；然后通过额外的一维尺度相关滤波器来获得目标最优的尺度估计，并通过QR分解来无损降低计算复杂度；最后自适应确定目标检测阈值，在目标遮挡或出视野导致目标失跟时，通过EdgeBoxes方法提取目标候选区域，利用结构化支持向量机重新检测目标位置达到长时跟踪的目的。实验在标准跟踪数据集OTB2015和UAV123上进行。实验结果表明，本文算法较其他最优算法目标跟踪平均精度提升2.5%，目标跟踪平均成功率提升3.8%，目标跟踪平均速度为28.6FPS，满足跟踪的实时性要求。在目标受到遮挡、出视野等情况下，该算法仍能够对目标进行持续准确的跟踪。

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温淑焕   赵燕芳   马金荣   H.K.Lam   王洪斌  

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低照度环境下图片质量下降，同时发现，悬浮在空气中的烟雾、粉尘等物质形成的雾、霾，会导致图像的细节模糊不清，对户外拍照和计算机视觉应用方面造成了极大的影响。因此，如何对退化图像进行去雾处理，提高图像质量，对于图像处理和计算机视觉具有非常重要的应用价值。本文提出了一种基于亮通道和暗通道结合的雾霾天气图像去雾算法。基于退化图像的物理模型，提出了一种空气光散射模型。通过使用先前的亮通道和暗通道的结合来估计大气光值和透射率。该算法可以解决无雾图像恢复时天空区域的颜色失真问题，恢复图像的细节和颜色，提高图像的视觉效果，评估参数用于图像质量的比较。仿真结果表明，本文提出的算法优于多尺度Retinex图像去雾算法。

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倪栋伟   李旭阳   杨明洋   任志广  

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为了提高对广域空间目标的监视能力，设计了一种大视场空间光学探测系统。该系统采用离轴三反式光学结构，工作波段为400~900nm，焦距为64mm，F数为1.25，视场角为30°×30°。系统的主镜和三镜分别采用Zernike多项式和XY多项式自由曲面进行设计，对设计出的主镜和三镜进行光线追迹，获取自由曲面的离散点数据，利用Matlab对获得的离散点进行拟合，得到主镜和三镜的自由曲面面型。同时结合空间目标特性及探测器性能指标，计算出了相应的光学系统参数，确定了系统的技术指标。该探测系统具有9等星的探测能力，可实现对255km处的空间目标进行探测。从系统的点列图及能量分布包围图中可以看出，系统的能量集中度高，成像质量良好。

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臧益鹏   阚瑞峰   聂伟   许振宇   彭于权  

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气体中微量水的定量测量是一项重要而又困难的课题，尤其是在高纯气体的制备中有着极其重要的地位。根据国家标准GB/T 8979-2008，高纯氮中氮气纯度（体积分数）应≥99.999%，其中水含量（体积分数）小于3ppm。本文提出采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)方法对高纯氮气中的痕量水汽进行检测。在自主设计的多次反射池中，首先利用浓度为1007ppm的CH4作为标气，运用1654nm附近甲烷吸收光谱，提出采用三线拟合方法同时拟合三条中心频率相近(小于0.01cm-1)，低态能级相同的吸收线的方法，测量得到了多次反射池的精确光程值;其次,研究了TDLAS系统中激光器干涉背景和周围空气段吸收本底,获得了TDLAS系统的精确本底;最后,利用激光器为1854nm的TDLAS系统（探测灵敏度为1.14ppm）对3个批次南京特气（不同生产时间）的高纯氮气水汽浓度进行测量,通过严格背景吸收扣除,运用多线Voigt线型模型拟合无背景吸收的水汽光谱，获得了高纯氮气中水汽浓度。与国家标准(小于3ppm)进行对比，得到的最大偏差为10.33%。

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娄世良   吴骏   肖志涛   耿磊   张芳   王雯  

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为了实现眼底相机的小型化，设计了一款视场角为30o的免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该系统不仅可以实现对眼底视网膜图像的多角度同步采集，还可以实现眼底视网膜600万像素的高清成像。本系统由成像系统和照明系统组成，在成像系统中，通过改进格里诺式体视显微镜成像结构，设计出新型眼底立体成像光学结构，并在该结构中加入前置物镜来提高成像分辨率；在照明系统中，通过设置环形光阑来避免角膜反射光的产生，并加入黑点板来消除网膜物镜产生的杂散光。结果表明，本光学系统对正常人眼的物方分辨率高于200lp/mm，系统总长290mm，场曲值小于28μm，畸变仅为-4.9%，且系统具有较强的调焦能力，能对-7D~+5D(1D=1m-1)屈光度人眼的眼底清晰成像。

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孔德明   张春祥   崔耀耀   李雨蒙   王书涛  

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将三维荧光探测技术和交替惩罚三线性分解（APTLD）算法相结合，提出一种用于混合油液中油种成分检测的方法。首先利用FLS920荧光光谱仪采集拟进行成分检测的主要混合油液（航空煤油和润滑油）在不同体积比配制下共20个样本的三维荧光光谱数据，并利用Delaunay插值法对所获得的三维荧光光谱数据进行校正；然后利用核一致函数确定出APTLD算法解析三维荧光光谱数据时所需的组分数；最后利用均方根误差（RMSE）和相关系数矩阵对APTLD算法解析三维荧光光谱数据的效果进行评价。研究结果表明，经APTLD算法解析后得到的RMSE和相关系数矩阵中非对角线上元素值均满足所设阈值0.05和0.95的要求。在解决三维荧光光谱严重重叠的问题上，APTLD算法优于平行因子算法，达到了对混合油液中油种成分进行快速检测的目的。

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吴晨玥   易本顺   章云港   黄松   冯雨  

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彩色眼底图像视网膜血管分割技术对于临床医学诊断有重要价值。本文提出一种基于改进卷积神经网络的视网膜血管分割方法。首先，本文将残差学习和密集连接网络(DenseNet)相结合，更充分地利用每一层的特征，通过增加短连接（shortcut）的方式缩短了低层特征图（feature map）到高层特征图之间的路径，强化了特征的传播能力。其次，本文在编码器-解码器(encoder-decoder)结构的网络中加入了空洞卷积，用以在不增加参数的情况下增加感受野，从而提取更多细小血管。实验表明，与现存其他深度学习方法相比，本文所提网络结构的参数数量大幅减少，在DRIVE标准数据集上准确率达到0.9556，灵敏度达到0.8036，特异性达到0.9778，ROC曲线下的面积(AUC)达到0.9800，比现存其他深度学习方法的分割效果更优。

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黄凯   陈平   刘伟伟   林列  

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光声成像由于兼具光学成像的高对比度和超声成像对深层组织的高分辨率，在生物医学成像领域有着巨大的潜力且发展十分迅速。光声成像通过在多个角度进行光声信号的采集，可以获得生物组织二维或三维的光学吸收分布图像。但实际的光声成像往往由于硬件条件和成像时间的制约难以采集足够多角度的光声信号。在信号采样不足的情况下，光声图像的重建质量严重下降，出现大量伪迹。针对该问题，本文提出一种基于字典学习与稀疏表示的恢复重建方法对光声信号进行预处理。仿真实验表明，经过本文算法处理的光声重建图像伪迹显著减少，细节清晰，峰值信噪比提高约8dB。同时，不同信噪比下的仿真实验表明，本文算法具有良好的鲁棒性。

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王岩   陈平   龚诚   孙德川   刘伟伟   林列  

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摇头丸、冰毒和海洛因等常见的毒品，在特定波长激发下都可以发射荧光，但是这些分子结构中荧光基团数量较少或者量子效率很低，当毒品的浓度较低时，荧光信号很弱，很难被检测到，这限制了荧光光谱技术在毒检领域的应用。为了提高荧光光谱技术的灵敏度，不同于传统的采用高功率激光器增加激发光能量和选用高灵敏探测器的解决方案，本文从荧光信号的发散特性考虑，利用TracePro软件设计了用于荧光信号收集的光路。光路中，选用抛物面型反射镜和菲涅尔透镜对不同发散角的荧光光束进行准直，然后用平凸透镜和双凸透镜对光束进行缩束，最后用特定尺寸的微透镜阵列对光束聚焦。对设计的光路进行了仿真，结果表明，光路的荧光信号光收集效率为21.08%，比传统荧光收集光路的效率高出6倍。研究工作为改进本课题组已经开发的便携式高灵敏毒品荧光检测系统提供技术参考。

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白景湘   曲兴华   冯维   张福民  

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摘要： 在结构光三维测量中，因单投影仪单相机的测量结构在测量复杂物体时容易出现遮挡与阴影的现象，影响了测量数据的完整性。而使用双投影单相机的测量结构可扩展成像范围，减少阴影部分的面积，提高了测量效率，但如何从部分重叠的相移光栅中分离出原始投影信号已成为该方法的难点问题。本文分析了传统的四步相移法，提出一种基于灰度互补关系的重叠相移光栅分离方法，可以通过调整投影的相移光栅的时间及次序，在不改变原有测量系统结构的基础上实现对重叠部分干扰信号的有效消除。为验证该分离方法的有效性，搭建了测量系统，并进行了相关实验。实验结果表明，利用互补关系可以实现对重叠相移光栅信号的准确分离，获取完整的点云数据，并提高了测量速度。

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汪圣飞   许乔   王健   张飞虎   雷向阳  

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为了提高磷酸二氢钾（KH2PO4, KDP）晶体飞切加工表面质量及抗激光损伤能力，本文对KDP晶体表面典型缺陷的形成原因及抑制方法进行了研究。根据KDP晶体飞切加工表面缺陷的形貌、尺寸及元素组成特征，提出了不同类型表面缺陷的形成原因。通过飞切加工实验及表面染色切削实验证明了成因分析结果的正确性，进一步明确了KDP晶体表面缺陷的形成过程。建立了适用于描述KDP晶体表面缺陷形成过程的理论模型，提出了获得无缺陷晶体表面的工艺条件。根据分析结果对飞切加工参数及刀具结构进行了优化，并开展飞切加工实验验证了缺陷抑制措施的有效性。实验结果表明，飞切条件下KDP晶体(001)晶面的脆塑转变深度变化范围为125nm~268nm，当沿45°方向切削时脆塑转变深度最大，此时只要保证进给量小于36.6μm/r即可避免在晶体表面形成凹坑。此外，通过优化刀具结构可消除晶体表面的凸起缺陷，并最终获得了粗糙度Ra小于2nm的光滑KDP晶体表面。因此，采用本文提出的方法可对KDP晶体表面缺陷进行有效抑制。

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彭旷   曹益平   武迎春  

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针对流水线上在线运动的刚性物体，投影复合光栅可以解决像素匹配和相位展开对不同频率要求的矛盾，但在相位计算时，需对复合光栅进行滤波，该过程会降低重构精度。基于Stoilov算法，本文提出了一种无需滤波的复合光栅投影的在线三维测量方法，通过对复合条纹的设计，低频条纹相移方向与被测物体的运动方向平行，像素匹配后被测物体的运动会被转化为低频条纹的相移；高频条纹相移方向与被测物体运动方向垂直，像素匹配后各帧变形条纹图中高频条纹的光强分布完全一致，可直接进行相位计算，避开了因滤波造成的精度损失。同时在复合光栅中高频条纹的强度远低于低频条纹，可将其看作微弱的背景光，保证在线三维测量精度。仿真与实验验证了该方法的有效性。

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刘建邦   席晓琦   韩玉   李磊   卜海兵   闫镔  

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在锥束CT(cone-beam computed tomography，CBCT)中重建图像的质量被散射引起的杯状伪影、阴影严重干扰，极大地限制了CBCT的应用。本文基于K-N公式对康普顿散射截面的描述，结合比尔定律，分别计算在物体内部设定的每一个散射点对探测器所有探元造成的散射分布的概率，叠加所有散射点造成的散射分布概率，通过调节系数，求出总的散射分布，最后从投影数据中减去散射分布，实现散射伪影的校正。通过仿真和实际实验验证，本文方法能够明显抑制散射造成的杯状伪影与阴影，提高重建图像的质量。

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刘孟思   夏天   程书博  

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本文基于Thue-Morse非周期数学序列设计出一种新型衍射光子学元件—Thue-Morse多焦点涡旋透镜。与菲涅尔涡旋透镜相比，该类型透镜沿轴向具有多个聚焦涡旋且对称位置处的聚焦涡旋具有相等的强度。理论与实验证明了Thue-Morse涡旋透镜独特的光学性质。该类型透镜可以产生涡旋光束阵列，实现多平面束缚金属微粒、低折射率介质微粒等，在微纳光学领域具有潜在的应用。

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张晓男   钟兴   朱瑞飞   高放   张作省   鲍松泽   李竺强  

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使用深层的卷积神经网络对光学遥感场景影像进行分类处理时，需要消耗大量运行时间以获取较高分类准确率，减少网络的层数可以提高分类速度，但同时会降低准确率。为了集成发挥浅层网络速度快和深层网络准确率高的优势，提高遥感影像场景分类的效率，提出了一种基于集成卷积神经网络的遥感影像场景分类算法。首先，构建反向传播网络，完成场景图像的复杂度度量，然后，根据图像的复杂度级别，自适应选择适合其复杂度的卷积神经网络。最后，利用该卷积神经网络对图像进行分类，完成遥感影像场景分类过程。使用所提出的算法对NWPU-RESISC45公开数据集进行实验验证，取得了89.33%（10%训练率）和92.53%（20%训练率）的分类准确率，平均运行时间0.41秒，相比于微调训练的VGGNet-16模型，分类准确率提升了2.19%和2.17%，预测速率提升了33%。优于当前报道的其他遥感影像场景分类算法，证明了所提出算法的有效性和实用性。

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代成刚   林明星   王震   张东   管志光  

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光在水中传播时受到水的吸收作用和水中微粒的散射作用而发生衰减，因水的浊度变化，且水下拍摄时景深不一，导致水下获取的图像雾化程度和色彩偏差不同。传统的去雾算法用于处理这些模糊程度和色差多变的图像时效果欠佳。针对该问题，提出基于亮通道色彩补偿与融合的水下图像增强算法。首先，基于亮通道对原图像进行色彩补偿，获得色彩补偿的图像；再对色彩补偿的图像进行自适应对比度拉伸获得对比度高的清晰图像；最后采用多尺度融合策略对色彩补偿后的图像及对比度拉伸后的图像进行融合。实验结果表明，本文提出的算法可广泛应用于多种水下降质图像，且在无任何先验信息的条件下，能有效提高水下图像对比度和平衡图像色彩。

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陈佩君   冯鹏   伍伟文   吴晓川   傅翔   魏彪   何鹏  

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基于光子计数探测器的多能谱 CT，能够获得多个能量段的能谱信息，在材料识别方面有着独特的优势。由于窄能谱探测及光子计数探测器存在一致性差的问题，造成多能谱 CT 图像中含有较多的噪声和伪影，不利于材料的分解与识别。基于此，本文从重建的角度出发，改进了传统张量字典学习方法， 提出一种基于图像总变分(Total Variation, TV)和张量字典学习(Tensor Dictionary Learning, TDL)图像重建算法，简称 TV+TDL。该算法不但继承了TDL 算法在刻画各个能量通道图像之间相似性的优势，而且通过引进图像总变分作为正则项， 进一步恢复图像微小结构和细节并有效得抑制噪声，提高了材料分解精度。 仿真实验表明， TV+TDL 算法能够有效重建高质量的多能谱CT 图像，并成功实现基材料模型下的材料分解与识别，验证了该方法的有效性和实用性。

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杨彪   胡以华   李敏乐   郭力仁   唐进迎   陈曦  

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激光反射断层成像目标重构的建模仿真是激光反射断层成像雷达目标探测技术的重要环节。针对子光线与面元逐次求交时运算量大问题，提出了一种基于激光束边界面的快速求交算法，提高了运算效率。基于激光雷达信号的时空分布特性，推算出探测目标对信号的响应函数，建立二者的作用过程模型。在以上关键技术的基础上，构建了基于激光反射断层成像的目标重构仿真系统。根据不同采样间隔和不同探测角度对重构图像质量的影响，进行了两组对比仿真实验，在不同条件下运用滤波反投影算法完成了目标二维轮廓的图像重构。

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祝振敏   裴爽   陈世明   张福民  

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立体视觉非接触式测量技术因具备实时性、非接触性以及高精度等优良特性，因而被广泛应用于物体表面信息的三维重构以及工件的在线检测。在视觉测量图像采集过程中，由于镜面反射的存在，高反射率工件物体表面容易产生高光区域，高光区域掩藏了物体固有纹理颜色信息，从而对视觉测量精度造成一定程度的影响。本文以提高工件尺寸的视觉测量精度为目的，提出了一种基于偏振信息的视觉测量图像高光去除方法，在对图像中高光区域进行精确定位的前提下，搭建基于BP神经网络与Gaussian分布函数的视觉测量图像高光去除模型。在此模型基础上，本文针对基于偏振信息的视觉测量方法进行研究，对高光去除后的被测物体图像进行SIFT特征提取并统计特征点数目，相比于自然光照下的图像，其特征点数目有明显增多并且应用RANSAC算法实现左右视图图像的特征匹配。对工件尺寸进行视觉测量精度分析，结果显示该模型下的视觉测量精度有24.08%的优化，从而验证了本文研究基于偏振信息的强反射工件高光去除及视觉测量方法的有效性。

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徐德刚   李长昭   王与烨   唐隆煌   闫超   贺奕焮   姚建铨  

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实验利用一块1mol%氧化镁掺杂的近化学计量比铌酸锂晶体，采用环形腔结构的浅表垂直出射方式构成太赫兹（THz）波参量振荡器（TPO）,实现了高功率、快速可调谐的THz波输出。THz波的输出调谐范围为0.99-3.84THz，频率调谐响应时间为600μs。当泵浦脉冲单能量为150.3mJ/pulse时，在1.59THz处，THz脉冲的最大输出能量为16.28μJ，对应的能量转换效率1.08×10-4。在相同的实验条件下，我们采用传统的驻波腔作为比较，该环形腔结构输出的最大太赫兹波能量是前者最大输出能量的2.35倍。

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朱冉   顾伯忠   徐洁倩   张志永   袁祥岩  

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大口径太阳望远镜主镜直接暴露在空气中，主镜与环境的温差会引起视宁度效应。为降低上述视宁度效应，研究了主镜底部制冷空气的温度、风速及气刀风速对上述视宁度的影响。结合南京大学2.5m多功能望远镜ISMAT的主镜进行热控技术研究，以0.02arcsec的主镜视宁度为优化目标，数值求解结果表明：没有气刀时，满足优化目标的制冷空气温度为283.15K，进口风速为：3.5m/s；有气刀时，满足优化目标的制冷空气温度为283.15K，进口风速为：3m/s，气刀风速为：≥3m/s。

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陈双   殷高方   赵南京   覃志松   张小玲   甘婷婷   刘建国   刘文清  

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快速、准确评估浮游植物初级生产力对海洋生态环境科学研究及理解全球碳循环演变规律等至关重要。针对14C示踪法和黑白瓶法等传统方法表示的初级生产力存在测量周期长、操作繁琐等问题，本文依据生物膜能流理论，基于荧光动力学方法，即通过光源诱导产生可变叶绿素荧光获得光合参数，结合光合电子传递速率“生物-光学”模型，进行基于荧光动力学参数的光合电子传递速率Pe测量研究。通过不同胁迫条件下蛋白核小球藻测试，对比液相氧电极测量的光合放氧速率PO2，验证光合电子传递速率Pe测量浮游植物初级生产力的有效性。结果表明：不同浓度DCMU胁迫下，浮游植物Pe与PO2具有很好的一致性，且二者随胁迫浓度下降明显，PO2与Pe分别降低了71.55%和68.87%，二者的相关系数达到0.934；不同营养盐或光照强度胁迫培养15天，浮游植物Pe和 PO2仍然具有很好的一致性，二者的相关系数在0.955以上。本文基于光合电子传递速率进行浮游植物初级生产力测量研究，为浮游植物初级生产力的准确测量提供了一种方法。

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吴越   刘家祥   方勇华   杨敏  

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为了实现中空型平板波导小型红外光谱仪光谱数据的定量化，在分析实验室常用波长定标方法的基础上，建立了一种基于CO2激光器+积分球的波长定标装置，光谱定标范围宽且具有较高的分辨率，克服了传统实验室定标方法的缺点，提高了定标精度。本文首先介绍了中空型平板波导红外光谱仪的工作原理，接着利用该定标装置对光谱仪进行了波长定标，然后采用多项式拟合算法完成定标数据分析，最后通过对两片窄带滤光片的测量对定标结果进行了验证。实验结果表明：采用CO2激光器+积分球组合方式得到的波长定标方程，中心波长定标误差不超过0.1μm，光谱分辨率可达144nm。

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寇潇文   周宾   胡水明   刘训臣   陈海轩   张勐   刘鹏飞  

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NH3是大气二次细颗粒物主要前体物之一，NH3浓度的准确测量对大气环境监测和保护具有重要的意义。近红外波段激光器成本较低，但对NH3浓度的测量普遍存在受环境中H2O、CO2气体干扰，吸收光程较短等问题。为克服环境中H2O、CO2干扰气体的影响，筛选出中心波长为6521.97cm-1的吸收谱线对大气环境中的痕量NH3浓度进行测量，该谱线不受环境中CO2吸收的影响，且在低压条件下与H2O吸收谱线重叠范围较小，通过多峰拟合可以准确提取出NH3的光谱吸收率。基于分布反馈式激光器搭建了一套腔衰荡吸收光谱测量装置，衰荡光腔由一对反射率高达99.996%的高反镜构成，空腔衰荡时间约96μs，有效吸收光程达到1.6×104m。利用该装置对大气环境中痕量NH3浓度进行了测量，实验结果表明，该测量系统的探测灵敏度可以达到3.9×10-10。

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吴军   王玲容   黄明益   彭智勇  

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以待标定鱼眼相机近似垂直棋盘格获取的单张影像为对象，综合利用多种几何约束分阶段求解基于球面投影成像模型的鱼眼相机参数初值并进行全局优化，主要内容包括：①利用鱼眼图像轮廓对称性计算得到准确的相机主点位置(u0,v0)，并通过轮廓外接矩形扫描搜索巧妙回避了黑色背景下的轮廓点检测困难；②精确拟合棋盘格两组互相垂直平行直线在鱼眼图像上投影椭圆，计算椭圆交点并将其反投影到单位球面获得平行直线灭点，根据灭点方向正交约束给出相机等效焦距初值(fx,fy)及旋转矩阵角度初值；③利用径向对准约束及棋盘格角点信息先线性求解平移矢量(tx,ty)初值，进而建立一元二次方程求解平移矢量tz初值，最后通过最小化棋盘格角点重投影误差对除主点外的全部相机参数进行全局优化，并利用优化参数对鱼眼图像进行立方盒展开实现纠正目的。对海康威视两种型号（视野范围不同）定焦鱼眼相机的标定及其影像纠正试验结果表明，本文方法重投影误差RMSE小于1/3个像素，标定参数对鱼眼图像不同区域的平面透视纠正效果总体上较稳健，中心区域纠正效果略优于边缘处，纠正影像上棋盘格角点直线拟合误差RMSE均小于0.7个像素，效果明显优于网上标定工具箱[27]结果，具有较好的应用价值。

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郭力仁   胡以华   王云鹏   徐世龙  

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为精确估计高阶运动状态下的目标微动参数，实现目标精细识别，本文提出一种基于相位信息的分离估计方法。通过对解卷绕得到真实相位进行求导，消除信号中的PPS项，实现目标运动和微动分量的分离。针对包含多维微动参数的SFM项，提出改进粒子滤波静态参数估计方法，通过设计自适应方差法和变化粒子数提升了算法效率；通过设计累积残差作为观测概率密度函数，实现了对非线性模型中多维参数的同时估计。仿真和实验分析，验证了算法的有效性和必要性。算法通过对相位进行处理降低了原始信号的非线性程度，减少了计算量，具有较强的抗噪性能。基于粒子滤波的微动参数估计方法减少了估计流程，避免了误差传递效应，提高了估计精度。

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杨爱萍   赵美琪   王海新   鲁立宇  

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夜间有雾图像光照不均，对比度较低且色偏严重。现有的去雾算法主要是针对白天图像，并不适用于夜间场景，夜间图像去雾难度较大。该文通过深入分析夜间有雾图像的成像特点，提出了基于低通滤波和多特征联合优化的夜间图像去雾算法。针对夜间图像环境光照不均匀问题，提出先对图像进行低通滤波，然后对其低频分量三通道利用最小-最大值滤波估计局部环境光；针对目前白天去雾算法先验不适用于夜间图像，提出结合图像对比度，饱和度和信息熵特征，构建多特征联合优化函数估计透射率；针对夜间图像存在非一致色偏问题，提出非重叠块局部Shade of Gray算法进行颜色校正。实验结果表明：所提算法去雾图像的主观视觉效果较好，且对比度和色偏程度两方面客观评价指标整体优于其它对比算法。该算法能够有效去除夜间图像雾气，提高图像的对比度，恢复更多的细节信息，且颜色自然，视觉效果理想。

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朱峰   黄珂   李高鹏   栾昆鹏   黄超   马连英   沈炎龙   易爱平  

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利用项目组自己研制的放电引发脉冲HF激光器，测量并研究了激光输出光谱特性。测量结果表明：放电引发脉冲HF激光光谱能量主要集中在振动跃迁v(3-2)，v(2-1)以及v(1-0)三个辐射带，在2.65μm～3.05μm波长范围内测量得到13~16条主要的输出谱线，其中v(2-1)振动跃迁输出能量占比最大，在40%~50%之间。适当的改变充电电压和工作气体总气压可以调节各个振动带输出能量比例。v3振动能级输出能量比例随着激光器充电电压的提高而增大，随着工作气体总气压的提高而减小，v1振动能级则相反。

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王少锋   项晓   董瑞芳   刘涛   张首刚  

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本文利用中心波长为815nm、脉冲宽度为130fs、重复频率为75MHz的锁模飞秒脉冲激光二次谐波为泵浦源，同步泵浦单共振光学参量振荡器（SPOPO），下转换晶体采用2mm长的I类共线BIBO，实现了压缩真空态量子光频梳的产生。通过平衡零拍探测系统测量得到0阶超模脉冲的压缩度为3dB，考虑到实验系统的探测效率为0.72，可以推知实际压缩度为5.15 dB。将实验系统中的各参数代入理论模型后，得到的压缩度与实验结果良好吻合。进一步理论分析了同步泵浦单共振光学参量振荡器的输出耦合镜透过率，内腔损耗，以及探测装置效率对可达到压缩度的影响，为今后进一步优化量子光频梳的实验测量提供了指导。

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熊昌镇   车满强   王润玲   卢颜  

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为提升卷积特征目标跟踪算法的实时性和鲁棒性，利用不同卷积层特征对不同目标表征能力不同的特性，提出了双模型自适应切换的实时跟踪方法。该方法对选取的两个卷积层特征使用目标区域和跟踪搜索区域卷积特征的能量均值比评估卷积特征，选择能量均值比大于给定阈值的卷积通道特征来训练两个相关滤波分类器；然后利用目标相关滤波响应图的峰旁比自适应切换两个相关滤波分类器来预测目标位置；最后采用稀疏模型更新策略更新分类器。在标准数据集OTB-100上进行算法测试，实验结果表明，本文算法平均距离精度值达89.3%，接近连续卷积跟踪算法，平均跟踪速度达25.8帧/秒，是连续卷积跟踪算法的25倍，整体性能优于实验中对比的9种主流跟踪算法。

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韩帅涛   陈颖   邸远见   何磊   崔行宁   朱奇光   李少华  

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摘要：基于表面等离子亚波长结构的传输特性与光子局域特性，提出了一种单挡板金属-电介质-金属(MDM)波导耦合圆盘腔结构。由圆盘腔形成的两个孤立态与金属挡板形成较宽的连续态干涉相消，形成两种不同模式的Fano共振。结合耦合模理论，分析了该结构形成Fano共振的传输特性，用有限元分析法对结构进行模拟仿真，定量分析了该结构参数对折射率传感特性影响。结果表明，优化后的结构在两种不同模式下的品质因数(Figure of merit, FOM)分别为1.7×105和1.36×105，折射率灵敏度分别为710nm/RIU和1105nm/RIU，可为解决传感器在折射率测量时的交叉敏感问题提供有效的理论参考。

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李润泉   王智   崔粲   王慧莹   李颖  

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根据菲涅尔衍射理论研究了涡旋光经过正六边形排布的多孔阵列后衍射的光强分布，研究表明，衍射光场会随着相位结构的变化有着明显的周期性变化，并会得到蜂窝状或花瓣状的光场。随后分析了正六边形多孔阵列的结构参数对于蜂窝状光场的影响，研究发现，圆孔半径会影响衍射光场的范围，正六边形的边长对条纹的宽度及间距存在影响。此研究可用于涡旋光拓扑荷数的检测，还可用于光子晶体等的光刻技术。

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陈伟力   李军伟   孙仲秋   王淑华   王静   陈艳   邓蓉  

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由于偏振特性及其变化反映目标表面的本征信息，有利于改善对目标的探测和识别能力，故其在卫星探测中也得到应用。本文开展了典型卫星表面材料的可见光光谱偏振测试，基于测试数据完成了表面材料的可见光反射特性分析；推导分析了基于偏振双向分布反射函数的可见光反射偏振传输模型，并基于典型卫星表面材料的可见光光谱偏振测试数据对模型的反射偏振特性进行了验证分析，结果表明：在镜面反射情况下，典型卫星表面常用的主体包覆材料偏振度最小，但偏振角有最大值。即材质表面组成成份不同，其可见光反射偏振特性有较大差异。由此可知，结合考虑目标表面的偏振特性更有助于区分目标的物质组成，研究成果可为改善典型卫星目标探测的有效性提供基础数据支撑。

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王鹏飞   关伟鹏   文尚胜   谢勇坚   吴玉香   张美琦  

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针对现有室内可见光三维定位系统存在计算复杂，精度低等缺点，提出了一种基于免疫算法的室内可见光高精度三维定位系统。免疫算法是受生物免疫系统的启示而设计出来的一种具有全局寻优能力的智能算法，可以用于解决全局优化问题，而基于VLC的室内定位，可以将其转化为全局优化问题。因此，在三维室内定位中，可以通过免疫算法获得最佳的接收机坐标。由于系统噪声和系统中使用的设备不完善，接收器和发射器之间的距离将偏离实际值，导致定位误差。通过将误差修正因子引入免疫算法，可以精确地确定接收机在三维空间中的坐标。仿真结果表明，在3m×3m×4m的室内环境中，80次迭代的定位误差为0.69cm。多点定位测试的平均定位误差为2.13cm。运动场景定位的扩展实验也表明，96.04％的定位误差在1.7cm以下，优于现有的三维可见光室内定位方法。因此，基于免疫算法的室内可见三维定位系统可以实现高精度的定位服务，在各种室内定位场景中具有潜在的应用价值。

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刘婷   王文琪   刘志群   易定容  

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为了满足对环境中重金属污染物汞离子的快速、现场及高灵敏度检测需求，本研究利用汞离子对量子点产生荧光猝灭效应，结合光纤倏逝波传感原理，自主研发了一套可用于汞离子检测的全光纤传感器，其主要由光纤探针、光学系统和信号处理系统构成，实现了荧光信号的激发、探测以及光电信息的处理和获取。实验表明该传感器对汞离子的检出限可达到1 nmol/L，且在1 nmol/L至500 nmol/L的浓度范围内，量子点的荧光猝灭率随汞离子的浓度对数呈线性变化规律，线性相关度为0.9867。同时，离子抗干扰实验证实了该传感器对汞离子具有良好的选择性识别检测能力，将其应用于实际水样检测的加标回收率为90.1% - 97.3%。该传感系统灵敏度高，响应速度快，可以实现远程探测和实时监测，且有利于仪器的集成和小型化，在重金属离子污染检测等领域具有广阔的应用前景。

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赵敏   舒勤   陈蔚  

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为了提高三维激光扫描点云的配准效率和精度，提出一种基于 l^p空间力学模型的点云配准算法。针对待配准的两组点云数据，首先计算两片点云的重心，通过重心化将两组点云移到以重心为原点的同一坐标系下；然后利用 空间力学模型将复杂的两组点云数据分别简化为三个特征向量表示的模型；再根据两点云特征向量的对应关系利用SVD方法求解刚体变换旋转矩阵，得到初始配准参数；最后使用改进的ICP算法实现两组点云的精确配准。本算法可以处理无序散乱点云样本，相比于经典ICP算法，本算法对Bunny点云数据的配准效率提高了72%；对Dragon点云数据的配准速度提高了4倍。实验表明本文算法收敛速度较快，效果优良。

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郭泰   戴懿纯   杨德华   王斌   金振宇  

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为了实现满足动态性能需求的8 m环形拼接太阳望远镜（8m-RST）主镜控制系统，结合8 m-RST已有的有限元模型和准静态模型，针对环形拼接主镜倾斜传感器采样频率低且边缘传感器和倾斜传感器采样异步的特点，建立了主镜控制系统的数字控制器模型。通过提取系统模型的频率特性参数，获得了采样周期、相对稳定性、积分增益及控制带宽之间的关系。当采样周期为0.1 s且控制器积分增益为1.3时，可得到同时满足系统相对稳定性和控制带宽要求的主镜控制系统数字控制器。最后，引入脉动风干扰模型，通过仿真验证了主镜系统在平均风速较低的脉动风扰动影响下的主镜系统性能。说明控制系统稳定且控制带宽满足0.2 Hz的设计要求，可使主镜系统有效抑制平均风速为2 m/s的干扰。支撑了工程实现8m-RST的可行性，对8m-RST结构设计的改进、倾斜传感器设计和控制器设计都有重要的参考价值。

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李振东   钟勇   陈蔓   曹冬平  

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针对计算机视觉领域的人脸图像检索问题，提出了一种基于深度特征的快速人脸图像检索方法。该方法首先通过使用人脸图像训练集对深度卷积神经网络模型进行人脸分类训练；在此基础上采用三元组损失方法对已训练好的人脸分类网络模型进行微调，使得网络能够更加有效的提取不同人的人脸特征构建高效的特征向量进行人脸检索初步过滤；最后，为了进一步提高系统检索性能，提出一阶段查询扩展方法对待检索人脸图像特征向量进行融合加强。通过在两个人脸检索数据集（Celebrities Face Set和Labeled Faces in the Wild dataset）上进行详尽实验验证，结果表明，基于深度特征的人脸图像检索方法不仅能够显著提高检索结果的准确率，而且该方法简单可靠，能够快速地实现人脸检索任务。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第10期 pp.1010004      

葛翔宇   丁建丽   王敬哲   王飞   蔡亮红   孙慧兰  

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土壤含水量（soil moisture content，SMC）是干旱区地表水-热-溶质耦合运移的关键指标，本文以干旱区典型样点实测SMC及其室内可见光-近红外光谱数据作为数据集，通过蒙特卡洛交叉验证确定77个有效样本。基于竞争适应重加权采样（Competitive adaptive reweighted sampling, CARS）算法筛选出最优光谱变量子集，利用三种机器学习方法BP神经网络（Back propagation neural network, BPNN）、随机森林回归（Random forest regression, RFR）和极限学习机（Extreme Learning Machine, ELM）建立SMC预测模型，进而实现SMC估算模型优选。结果表明：CARS算法能有效剔除无关变量，从2151个光谱波段中优选出20个特征波段，其中R1848与土壤含水量最大相关达到0.53。引入偏最小二乘（Partial least squares regression，PLSR）模型和机器学习方法对比，分析发现机器学习方法比PLSR在预测结果上显著提升。分析比较BPNN、RFR和ELM的建模结果， ELM模型建模在机器学习三种方法中效果最佳决定性系数R2 = 0.918，均方根误差RMSE = 0.015，相对分析误差RPD = 3.123，四分位数间隔RPIQ = 3.325。机器学习能显著提升光谱建模反演SMC的精度和稳定性，显示出其在非线性问题中具有很强的透析力和较高的模型鲁棒性，针对干旱区土壤水分精准预测和定量估算具有可行性。为干旱区土壤墒情、精准农业等研究提供科学参考。

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赵凯   徐友春   李永乐   王任栋  

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针对城市环境下三维LiDAR点云数据密度不均匀、离群噪点多不利于后期点云帧间匹配的问题，提出一种应用于城市环境下大规模散乱LiDAR点云的离群噪点滤除方法。该方法对传统的DBSCAN聚类算法进行了改进，通过对三维点云进行体素栅格划分，创建一个由栅格单元组成的集合，以此大大减少每个对象在数据空间中邻域的搜索范围。改进后的算法VF-DBSCAN能够快速发现各个聚类，使得目标点云与离群点分离，从而剔除点云中的离群噪点。实验结果表明，所提方法能够实时处理点云数据，在保证点云三维几何特征的同时效识别并滤除点云中的离群噪点、降低点云规模、加快点云后续处理的效率，使得帧间匹配的精确度提高了2倍，且匹配耗时仅为去噪处理前的1/3。

       PDF全文 (下载：5)        光学学报 ，2018年第38卷第10期 pp.1028001      

胡建青   赵悟翔   马晓莉   王琼华  

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采用常规竖直狭缝光栅和倾斜狭缝光栅的LED裸眼3D显示器分别存在明显的莫尔条纹和立体图像串扰等问题。为此，本文提出一种弱化莫尔条纹的狭缝光栅LED裸眼3D显示器，它由LED屏和错位非均宽透光条的狭缝光栅构成。该狭缝光栅根据LED屏的黑矩阵较宽的特点，通过适当增大透光条宽度和移动透光条在其周期中的位置来增加狭缝光栅的周期结构与LED屏的像素周期结构之间的差异，降低了莫尔条纹中暗带的对比度并使莫尔条纹变得稀疏，从而达到既能弱化莫尔条纹，又不会明显增加立体图像串扰的目的。制作了提出的狭缝光栅LED裸眼3D显示器样机，获得了莫尔条纹弱和无明显立体图像串扰的显示效果，验证了理论的正确性。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第10期 pp.1012002      

王煜   姜梦华   惠勇凌   雷訇   李强  

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报道了一种稳定的小时间抖动、高重复频率Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q微型激光器。本文利用[001]切割Cr4+:YAG晶体在一定的入射光功率密度下的极化取向特性，采用偏振泵浦的方式，通过让泵浦光偏振方向与晶轴方向平行，Nd:YAG晶体吸收剩余的泵浦光全部用于Cr4+:YAG晶体该晶轴方向电偶极子的漂白，增加了每个脉冲期间Q开关的开关速度，实现了小时间抖动线偏振脉冲激光输出。激光器采用808 nm单管激光二极管作为泵浦源，在重复频率为100 kHz时，实现了输出脉冲时间抖动0.1 μs，即时间抖动不稳定度小于±0.5%，幅值不稳定度小于±0.67%，脉冲宽度为2.6 ns，单脉冲能量为4.8 μJ，光束质量M2为1.17，消光比为300:1的脉冲激光输出。实验结果表明，采用偏振泵浦的方式，通过优化[001]切割Cr4+:YAG晶体取向可以有效减小Nd:YAG/Cr4+:YAG被动调Q微型激光器输出脉冲时间抖动。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2018年第38卷第10期 pp.1014004      

王佳良   刘贤哲   邓宇熹   袁炜健   张啸尘   周尚雄   姚日晖   宁洪龙   彭俊彪  

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本文采用五水合氯化锡配制前驱体溶液，通过旋涂法在玻璃基底上制备了可见光平均透射率90%以上的氧化锡透明薄膜。研究发现，对玻璃基底进行等离子前处理，有助于氧化锡薄膜的表面质量改善；等离子处理功率为25W时薄膜表面质量最佳。在低于500℃的范围内提高旋涂氧化锡薄膜的退火温度，可以降低薄膜中的有机成分残留，同时在不改变薄膜物相的情况下增大薄膜的光学带隙；退火温度为500℃时，旋涂氧化锡薄膜开始发生由非晶到多晶的转变。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2018年第38卷第10期 pp.1031001      

段海峰   罗开玉   鲁金忠  

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采用高能激光束对H62黄铜进行单层和三层激光冲击强化（LSP），研究了激光冲击前后微观组织、截面显微硬度以及表面粗糙度的变化，发现激光冲击明显细化了H62黄铜的晶粒，获得了纳米结构层，并增加了其显微硬度和表面粗糙度，且显微硬度和表面粗糙度随冲击层数的增加而增大。利用UMT-2摩擦磨损试验机分别对原始试样、LSP试样进行摩擦磨损试验，分析了三种试样的摩擦系数、磨损率和磨痕形貌差异，发现在相同的摩擦条件下，LSP试样的摩擦系数和磨损率均比原始试样的小，且随着冲击层数从单层增加到三层，摩擦系数和磨损量变得更小，表明LSP能够提高H62黄铜的耐磨性，多层LSP对H62黄铜耐磨性的提升效果更佳。激光冲击后，试样的磨损机制由以剥层磨损为主转变为以磨粒磨损为主。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第10期 pp.1014002      

涂梦迪   殷高方   赵南京   覃志松   王翔   董鸣   刘建国   刘文清  

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依据氧气对物质荧光猝灭作用，研究了一种基于时域荧光寿命的水体溶解氧浓度检测方法，即根据荧光猝灭曲线上两点计算荧光寿命，并通过Stern-Volmer方程反演获得水体溶解氧浓度。研究结果表明：相同溶解氧浓度下，归一化处理后荧光猝灭曲线不受激发光强度和激励持续时间等激发条件影响；不同溶解氧浓度下实测荧光寿命受系统延迟影响，补偿后荧光寿命理论曲线与修正曲线具有良好一致性，拟合相关系数达0.9985；与HQ30d溶解氧分析仪对比测试结果表明，0~20mg/L范围内溶解氧浓度测量误差小于0.5mg/L，线性相关系数达到0.9992。研究结果为水体溶解氧浓度测量提供了一种有效手段。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2018年第38卷第10期 pp.1001005      

田玉婷   邬融   孙明营   张军勇   张艳丽   杨野   周申蕾  

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结合非线性强度和相位调制作用，研究束匀滑相位板整形焦光斑在焦面附近传输变换的特性。采用衍射光学理论方法来计算三维空间离焦面上的光场分布，引入光斑落点漂移和光强对称度等两个指标参量来表征光斑在传输演化过程中的性能。研究分析了高通量激光辐照下非线性效应对连续相位板整形焦斑的影响，尤其是楔形透镜厚薄端的较大差异引起的小尺度自聚焦强度调制差异，使得光斑在焦后一段距离传输中渐渐偏离光轴，同时整体强度分布也出现不对称度偏置。结果表明，非线性强度畸变影响远大于相位畸变，在给定激光装置光路中5GW/cm2功率密度入射条件下，焦后4mm处光斑落点漂移超过0.1mm，光强左右不对称度偏置达到30%。

       PDF全文 (下载：0)        光学学报 ，2018年第38卷第10期 pp.1014003      

杨东   李建玉   徐文清   徐青山   魏合理  

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前向小角视场的散射辐射分布与散射介质中的粒子大小和形状有关。通过测量前向视场散射比值的变化，识别出当前粒子的大小，为区别薄卷云与气溶胶提供一种新方法。基于新型图像变视场光度计测量视场散射比值的大小，与Angstrom系数α和光学厚度τ相比较,并与DISORT模拟结果对照。结果表明：在有薄云的天气下，大气光学厚度τ <1时，散射比值的大小主要受粒子有效尺度的影响，反映当前大气中粒子的大小。对于云粒子，当粒子尺度大于10μm且大气光学厚度τ >1时,散射比值大小受光学厚度影响较大。基于一种简单方法提取薄卷云天气下的卷云的光学厚度，结果证明卷云冰晶大粒子的消光系数与波长无关,为地基测量气溶胶和薄卷云的光学特性提供了参考。

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程成   吴昌斌  

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实验实现了基于PbS量子点掺杂的近红外S-C-L超宽带低噪声光纤放大器（QDFA）。以紫外固化（UV）胶为光纤纤芯本底、PbS量子点作为增益介质，由973 nm单模激光器、隔离器、波分复用器、量子点掺杂光纤等构成全光路结构，在1470-1620 nm的宽波带区间实现了对信号光的放大。结果表明：在1550 nm波长区附近，QDFA的带宽为75 nm。当输入信号光功率为-23 dBm时，开关增益为16-19 dB（净增益为12.26-15.26 dB），噪声系数~3 dB。实验观测到了较明显的激励阈值和增益饱和现象，确定了适用的量子点掺杂浓度与光纤长度之间的线性关系。本文实现的QDFA的带宽、C波带增益平坦度、噪声系数等指标优于常规的掺铒光纤放大器（EDFAs），L波带增益平坦度略低于经优化的多光纤EDFAs。

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杨爱萍   王金斌   杨炳旺   何宇清  

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目前，基于统计先验的图像去模糊方法对噪声敏感、细节恢复能力有限，而基于先验学习的算法对图像及其模糊类型、噪声水平等适应性较差。针对上述问题，本文首先基于图像模糊前后像素直方图统计，提出了一种简单有效的低值像素先验；然后，针对现有方法对图像去模糊后出现大量噪声或伪影等问题，本文设计深度卷积神经网络学习图像深度去噪先验，并联合低值像素先验、梯度稀疏先验提出新的去模糊模型。同时，在模糊核估计过程中，利用图像分解方法分离出图像的结构层，并在结构层估计模糊核，可以获得更为准确的估计结果。大量实验结果表明，所提算法不仅具有很好的细节恢复能力，且对图像及其模糊类型、噪声水平等更具鲁棒性。与现有主流算法相比，本文方法优势显著。

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王潋   周媛媛   周学军   张政   陈霄  

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综合考虑泡沫粒径分布、散射系数和泡沫层厚度及入射角、风速的影响，基于光子量子特性，建立了风驱随机波动海面覆盖水气泡层的“泡沫-不规则海面”复合模型。据此给出了空-水QKD系统的误码率公式，并结合蒙特卡罗算法模拟，详细讨论了各参量对光子偏振量子态、量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）误码率及传输距离的影响，分析了“泡沫-不规则海面”下4强度BB84 空-水QKD系统性能。结果表明：泡沫层厚度和散射系数越大，光子退偏程度越高，保真度越小，从而加剧偏振量子态变化，引入更多误码；且偏振误码率随光源入射角的增大而增加；此外，风速增大导致空-水QKD系统量子误码率上升，安全传输距离缩短；同时随泡沫层厚度增加，空-水QKD系统密钥生成率和安全传输距离减小，当泡沫层增至6 cm并考虑最大偏振误码率时，最大安全距离由144 m下降到101.3 m，但仍满足水下航行器100 m安全潜深要求。这在理论上验证了空-水QKD的可行性，并对其研究具有一定参考价值。

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潘龙   邓陈进   龚文林   韩申生  

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啁啾调幅激光关联成像是一种将关联成像原理与脉冲压缩方法结合起来的新型成像方法，能够获取目标的方位、灰度、距离和速度信息，且可以有效抑制背景噪声对成像质量的影响。目前初步建立了啁啾调幅激光关联成像理论模型和仿真验证，然而光源调制性能对成像质量的影响并未涉及。本文理论推导并数值分析了存在背景光条件下，光源调制性能对非相干外差探测啁啾调幅关联成像质量的影响。给出了起始调制深度、调制深度衰减系数以及频率改变率等参数与探测信噪比及成像质量的关系，该工作对啁啾调幅激光关联成像雷达系统的设计和性能评估具有指导意义。

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李韬杰   汪岳峰   杨正   韩珺   李晶   陈建军   尹韶云   吴鹏  

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衍射主镜的厚度误差会导致光学系统成像质量退化。本文基于傅里叶光学基本原理和稀疏孔径光瞳结构，建立了子镜厚度误差与衍射拼接主镜的关系模型。给出了衍射拼接主镜子镜无衍射结构一侧微变形情况下，任意低阶面形误差所引起厚度误差的相位差一般表达式，并以球面变形为例，讨论了面形误差的范围，与ZEMAX光线追迹法进行了对比验证。运用蒙特卡洛方法讨论了子镜双侧无变形情况下，子镜间厚度一致性对主镜成像质量的影响，给出了正态分布条件下主镜相干成像时子镜厚度误差的方差与极值范围。根据理论结果设计加工了两片离轴衍射子镜，从实验上验证了满足厚度误差要求的衍射拼接主镜能够实现等效分辨率增强的效果。分析内容可以为衍射拼接主镜的设计、加工提供理论指导依据。

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王权   孙林   韦晶   周雪莹   陈婷婷   束美艳  

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基于先验地表反射率数据库支持的动态阈值云检测算法（UDTCDA）可以显著提高卫星数据的云检测精度。为进一步提高其在波段相对较少的高空间分辨率卫星数据云检测应用中的精度，本文改进了UDTCDA算法中先验地表反射率数据与待检测卫星数据的空间匹配方法。与原方法使用重采样达到空间分辨率一致不同，该方法根据待检测影像高空间分辨率的特点，采用逐像元空间地理坐标配准的方法与真实地表反射率数据进行配准，进行云像元检测。该方法保留了高分辨率影像的空间分辨率优势，可以有效降低空间重采样造成的像元信息的丢失。分别使用资源三号、高分一号、高分二号和高分四号四种近期发射的高分辨率卫星数据开展了云检测实验。通过遥感目视解译的方法对本文结果进行精度验证并和原UDTCDA云识别结果进行了对比分析，结果表明，改进后的算法能以较高精度识别不同高分辨率卫星影像中的云，总体精度达到93.92%，尤其对于碎云和薄云具有整体较高的识别精度，漏分误差和错分误差分别低于10.40%和9.57%。

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李素梅   雷国庆   范如  

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深度图作为立体视频研究领域的关键内容，受到了广泛关注。然而，目前直接获取的深度图受其成像原理及硬件设备等因素的限制,存在分辨率低，边缘信息丢失等缺点,极大影响了深度图的应用。为了解决这一问题，提出基于双通道卷积神经网络的深度图超分辨率重建模型。该模型由深、浅两个通道组成，21层的深层通道通过联合卷积与反卷积，结合跳跃连接与多尺度理论，实现深度图细节特征的快速学习；3层的浅层通道用于学习深度图的轮廓特征；最后融合深、浅两个通道，将细节与轮廓相结合，实现由低分辨率深度图（Low resolution depth map: LR）到高分辨率深度图（High resolution depth map: HR）的端到端的学习。该模型充分利用卷积神经网络的学习能力自主提取深度图的有效特征，避免了手工提取特征的不准确性。在Middlebury RGBD数据集上的实验结果表明，本模型在大采样因子8时仍能取得较好的效果，具有很高的实际应用价值。

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程伟林   张方   林栋梁   曾爱军   杨宝喜   黄惠杰  

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在常规手指阵列均匀性校正方法中，当照明光瞳的部分相干因子发生变化时，每个校正手指均需要进行重新调整才能使照明均匀性满足要求，这在一定程度上降低了照明光场均匀性的校正效率。本文提出了一种光刻机照明系统多自由度均匀性校正方法，该方法在照明光瞳的部分相干因子发生变化时，校正手指只需整体在光轴方向进行微调就能使得照明光场均匀性满足要求。仿真分析了校正手指的三维空间移动对照明光场均匀性的影响，并验证了该方法的高效性。

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齐跃峰   贾翠   刘磊   张瑾   刘燕燕   王伟  

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针对长周期光纤光栅用作折射率传感器时对低浓度溶液不敏感的问题，提出了一种纳米膜修饰的光栅生物传感器，实现抗原生物分子的低浓度测量。实验结果表明，经薄膜修饰后的光栅传感器，对于低浓度的抗原溶液，其灵敏度有了显著提高。当羊抗兔IgG浓度为固定值0.01mg/mL时，随着兔IgG浓度的增加，覆膜长周期光纤光栅峰值损耗呈现明显响应。实验测得周期为445μm、460μm和500μm的生物传感器对应的浓度灵敏度分别为2101.5dB/mg/mL、1306.5dB/mg/mL和575.9dB/mg/mL。待测抗原浓度仅与光栅峰值损耗有关，实验测得兔IgG最小浓度为0.0003125mg/mL。该传感器灵敏度高、无需标记、稳定性强，且结构简单不易受电磁干扰，在生物传感领域拥有广阔的应用前景。

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宋日成   何小海   王正勇  

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基于相关滤波的目标跟踪成为当前的研究热点。传统的通过循环位移训练的跟踪模板对目标的像素排列较为敏感，难以适应目标形变的问题，而对光照变化和相似颜色干扰等颜色变化鲁棒性较好。基于空间可靠性的跟踪模板建立空间置信图作为相关滤波的随机场约束项，以适应形变问题，但它对于颜色变化鲁棒性较差。为了充分发挥两种跟踪模板的优势，本文创新地提出方向可靠性的概念，并提出一套最优判别的方法，实现了两个模板在x轴和y轴两个方向的最优位移估计。本文算法与当前5个著名算法在OTB2013和OTB2015标准测试集上的对比实验结果验证了其有效性，且能实时跟踪。实验结果表明，该跟踪算法具有良好的准确性和鲁棒性。

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陈小威   李学彬   魏合理   戴聪明   罗涛   朱文越   翁宁泉  

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激光大气传输的效果与传输路径上的大气特性密切相关，传输效应评估的不确定度分析是非常重要的课题。本文引入全局敏感性分析方法，研究典型传输场景下113个输入参数的不确定性对热畸变参数(Nd)数值模型的影响。主效应检测将输入参数分为对 Nd 影响重要的和不重要的参数；把EET筛选出的不重要参数固定后，采用基于方差的敏感性分析方法定量评估20个重要输入参数对 Nd 的影响。结果表明，低空大气参数的影响较大，它们既可以直接地，也可以通过和其它参数相互作用对 Nd 产生影响。最重要的参数是传输距离1 km 的大气吸收系数，它的贡献达 62%。所得结果能够指导实际工作中大气参数的测量和模式的构建。

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王晓晨   蒋小军   赵子豪   李博   李萌   李晓林   钱军  

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二能级量子体系的相干操控对于精密测量和量子信息处理非常重要，如原子钟、原子干涉仪和量子计算等。本文在实验上观察到了相干微波-射频场驱动下的铷原子超精细基态的双光子Rabi振荡现象。基于塞曼子能级之间热弛豫过程的标定和微波跃迁的测量，清晰地分辨出叠加有热弛豫过程的原子态布居相干振荡。广义Rabi频率与中间态失谐和微波/射频功率的关系也由实验测得并且进行了详细的讨论。当中间态失谐较大时，实验结果与等效二能级理论模型非常吻合，但当中间态失谐较小时，由于少量原子占据中间态的缘故造成实测的Rabi频率偏离理论值。这些结果为二能级量子系统的相干操控提供了有力的手段。

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董航   徐明  

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通过对同马赫数、相近雷诺数、不同转塔口径的绕流流场模拟和气动光学效应分析，给出了不同发射方向时，气动光学效应导致的光束倾斜和光束质量因子随时间变化的特性、统计特性以及时间相关特性。指出多数场景下气动光学效应中平均流场效应占主要部分，而平均流场效应的特征频率由绕流流场的特征频率决定。尺寸效应的研究表明缩比实验可以有效模拟实际飞行状态下气动光学效应的统计特性，但无法准确模拟其时间相关特性。开展了在前向发射时发射方向的优化选择，指出发射方向在中轴线上天顶角40度左右，气动光学效应导致的波前畸变统计值和涨落值最小。分析了前向发射时发射口径的影响，指出发射光束半径增加会导致平均流场效应快速增加，湍流效应基本不变。

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黄乐   吴功平   叶旭辉  

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在室外光照条件变化下进行有效地障碍物识别是高压输电线路巡检机器人所面临的技术难点之一。针对弱光条件下障碍物识别的鲁棒性问题，提出了一种基于机器人视觉的障碍物识别智能方法。使巡检机器人适应各种不同程度的弱光变化。首先对采集的障碍物图像进行自适应同态滤波处理，以减少部分光照的影响；然后将障碍物图像分成均匀大小的子区域，运用改进的局部方向模式提取各个子区域图像的特征直方图向量，并把子块特征直方图逐个串联为总的直方图；最后选用卡方距离法进行统计识别。实验结果表明该方法使巡检机器人对输电线上的防震锤、悬垂线夹和绝缘子串能够进行有效的识别。相比于其他算法，具有更好的抗光照干扰效果和更高的准确识别率。该研究诣在提升机器人巡检过程中图像识别的鲁棒性，适应性和准确性，极大地提高了巡检机器人在电力行业的可持续发展性。

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陶菲   宋茂新   洪津   孙晓兵   凌明椿   张元贞   匡大鹏  

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同时全偏振成像仪是一种基于大口径离轴三反系统的高空间分辨率的偏振遥感器,它采用了棱镜分振 幅的同时偏振测量方法。由于仪器偏振器件多，特性复杂，导致仪器的测量矩阵偏离理想值，为保证仪器 的偏振测量精度，需要进行偏振定标。本文提出一种利用标准线偏振光源与圆偏振光源对一种分振幅型同 时偏振成像系统进行定标的方法。线偏振定标源定标仪器测量矩阵的前三列，利用最小二乘拟合傅立叶系 数获得定标系数；圆偏振定标源定标仪器测量矩阵的第四列，采用将光源旋转 90°测量两次求平均的方法 消除光源圆偏振态的非理想性。最后通过试验验证同时全偏振成像仪的偏振测量精度,结果表明定标后偏振 测量精度优于 1%（P≤0.3）

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杜志峰   宋丽军   王艳  

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基于同时包含四阶色散和四阶非线性项的非线性薛定谔层级结构的四阶可积方程（LPD），首先利用达布变换的方法得到了LPD方程的一呼吸解，并对呼吸子的动力学特性进行了研究，得到了呼吸子与W型孤子、抖动的W型孤子和周期波的转换关系；其次，借助达布变换的递推关系得到了LPD方程的双呼吸子解，并利用呼吸子与孤子之间的转换关系，研究了呼吸子与孤子和周期波的碰撞特性；最后，对双呼吸子的碰撞特性进行了更为详细地研究，得到了双呼吸子的交叉碰撞、平行叠加以及双呼吸子的简并态等动力学特性。

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王畅   舒勤   陈蔚  

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为提高三维激光扫描点云的配准精度以及效率,解决数据点缺失、点云散乱时的配准问题。本文结合点云的全局和局部结构特征的不变特性，提出基于全局结构特征的初始配准算法；同时,在该初始配准策略的基础上,提出利用局部结构特征的快速精确配准算法。首先，本文给出全局结构特征的定义，并阐明初始配准方法；并且，严格地证明在点云样本集数据缺失数据时初始配准算法的有效性。然后，给定一种空间区域的划分方式，并找出划分空间区域中两个点云的对应点。最后，通过找出的有限个对应点实现点云的精确配准。在仿真以及试验数据中,本文精确配准算法能够有效地完成缺失、散乱点云的精确、快速配准；同时,与几种算法对比,本文的算法在时间效率和精度上具有明显优势。

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陈紫艳   程静   徐海红  

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对物体实现非局域和单像素成像的鬼成像技术在近年来得到了广泛研究。通常的鬼成像方法只能获得物体的透射分布，对于物体的相位分布需要通过相干干涉或数值迭代算法等其它方法来获取。通过在鬼成像设置的参考光路上安放特定的透射屏，我们提出了一种新的鬼衍射方法来实现确定性地恢复物体相位,并且通过数值仿真演示了方法的可行性。

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王硕   史阳   李尚桦   宋睿   高明伟   王庆   高春清  

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利用Er:YAG单块非平面环形腔（NPRO）激光器作为种子源通过注入锁定技术研制了半导体泵浦的Er:YAG陶瓷单频脉冲激光器。在重复频率200Hz的条件下，获得了脉冲能量11.45mJ、脉冲宽度174ns的1645nm单频脉冲输出，在x和y方向上的M2因子分别为1.45和1.42，脉冲光与种子光拍频信号的频谱宽度为2.67MHz。实验表明Er:YAG陶瓷在作为增益介质产生1.6μm激光方面具有较好的性能。此激光器可应用于激光雷达领域，作为多普勒相干测风激光雷达和遥感激光雷达的光源。

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赵广智   耿燚   陈慧   许程访   庄斌   贺正权   胡宝文   任立勇  

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受限于空间光调制器 (SLM) 有限的刷新速率，现有的基于SLM的多模光纤 (MMF) 成像方法并不能满足对活体生物组织内窥成像的需求。考虑到数字微镜器件 (DMD) 的刷新速率比SLM高两个数量级，本文提出了一种基于DMD二值振幅调制的MMF出射光斑聚焦扫描技术。理论分析表明，MMF出射端任意聚焦区域内的总光强与DMD子区域的振幅调制系数之间存在二次函数关系，因此，通过DMD对MMF入射波前进行二值振幅调制，可实现对MMF出射光斑的聚焦和扫描。对于给定数目的可调制子区域，该二值振幅调制算法的调制次数是基于纯相位迭代优化算法的1/256，是基于三步移相最优相位算法的1/3。基于该技术实现了对长度为5m、直径为105um的MMF出射光斑在三维空间上的聚焦和扫描。研究表明，该技术具有调制速度快、算法可靠性高、聚焦点均匀性好等优点。

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陈寰   乔杨   徐熙平   陈贺   周晶  

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为了解决传统立体显示器成像不满足人眼正常的成像规律，同时考虑到穿戴设备的轻小型化特点，在计算分析光学系统参数的基础上，结合数字微镜元件（DMD）和压电可变形反射镜（PDM），利用Zemax设计软件设计出了具有多焦平面投影功能的光学系统。该光学系统采用远心光路和双光路结构，总长200mm，视场角40°，由七片透镜组成。对光学系统的整体分析结果表明，证实了该光学系统可以在改变PDM的曲率半径时实现多焦平面的成像。人眼可根据自身的调节作用，在特定位置处可观察到由各个焦面位置处（0~3屈光度范围）的二维图像重叠所带来的整体三维效果。最后对系统的成像质量进行分析，结果表明该系统在37lp/mm处各视场处的MTF均高于0.4，性能良好，满足设计要求。

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杨韩   厉小润   赵辽英   陈淑涵  

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针对高光谱图像和高空间分辨率图像配准过程中，高光谱图像各波段之间差异较大导致难以选择高精度配准波段的问题，本文提出了一种基于Cram’er-Rao下限（CRLB）理论的高光谱图像高精度匹配波段选择的算法。该算法步骤如下：首先用波段选择的方法选出高光谱图像中若干信息量大、相关性小的波段，然后将这些波段分别与高空间分辨率图像做配准，并分别计算每个波段配准结果的CRLB，最后根据CRLB选择高精度配准波段。实验通过比较配准后的CRLB和均方根误差，验证CRLB的配准质量评价性能较好。比较通过CRLB选择的波段和其他方法选择的波段的配准结果，验证本算法选择的波段配准精度较高。本文算法选出的高精度配准波段，为高光谱图像和高空间分辨率图像的配准提供更好的数据。

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杨汝   李云霞   蒙文   朱秋立   朱宇   黄超   赵顾颢  

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大气影响制约着自由空间量子通信的走向实际工程应用。本文在考虑大气湍流及气动光学效应的情况下，建立了航空平台连续变量量子通信系统传播模型，数值分析了信道特性对系统安全密钥率的影响。针对实际传输链路中存在的大气湍流及气动光学效应，量化仿真分析了其对系统安全密钥率的影响。结果表明：大气湍流折射率结构常数较小时，气动光学影响下的折射率结构常数的变化对系统安全密钥率的影响越明显。大气湍流及气动光学效应对系统安全密钥率的影响不容忽视。根据大气信道特性，设计相应的系统补偿模块，自适应调整量子通信系统的相关参数，可以增强系统的鲁棒性。

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宛雄丰   郝士琦   张岱   赵青松   唐进迎   徐晨露  

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针对星间激光通信受瞄准误差影响较为严重的问题，本文提出了一种基于Marcum Q函数表示法的动态束腰控制方案。在不需要采取任何近似的情况下，利用Marcum Q函数给出了计算瞬时信道状态的闭合解析式，并建立了优化模型，通过模型求解，得到在已知瞬时瞄准误差角时的最优光束束腰半径的简单代数表达式，并给出了相应的动态束腰控制方案，可有效抑制瞄准误差的影响。数值计算结果表明，采用动态束腰控制方案下的系统性能要明显优于固定束腰控制方案，且本文提出的方案在系统误码率和中断概率性能上较传统动态束腰控制方案有一定的提升。

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班章   梁静秋   吕金光   李阳  

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为进一步提高红光微型LED阵列器件能量利用效率，本文对倒装AlGaInP LED阵列器件光电性能进行了研究。首先，测试对比了垂直型和倒装型AlGaInP LED两种芯片结构的出光性能，表明倒装型LED具有更高的出光功率。其次，建立了倒装型LED阵列出光功率模型，计算得到出光功率与环境温度及基底热阻的关系。随基底热阻增大、环境温度升高，AlGaInP LED阵列器件出光功率逐渐降低，出光饱和处对应的注入电流前移，光电性能逐渐下降。然后，采用转印法制备了6×6倒装AlGaInP LED阵列。测试表明，理论与实测结果较为一致。最后，利用有限元软件计算分析了Cu和PDMS两种常见基底的热阻随环境及结构变化的数值关系。结果显示，Cu基底散热较为均匀，优化基底结构或增加空气对流速率，对Cu基底热阻值的改变相对较小；PDMS材料散热均匀性相对较差，通过优化基底结构、增大空气对流速率可有效降低基底热阻，改善微型LED阵列器件的光电性能。

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庞博清   王帅   杨平  

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文章介绍了一种利用压缩调制模式提高探测频率的波前传感方法。该方法选取与待测光场实部线性相关度较高的Walsh函数项进行系数求解，实现对光场实部重构；同时，基于空间光强分布对光场虚部进行重构，以避免对Walsh函数乘法定理的依赖和额外调制模式的使用。该方法充分减少了波前重构过程中所需的调制模式数量，提升了波前探测频率。数值仿真实验结果表明，该方法能够将波前采样时间缩短为原来的1/12。

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赵子豪   王晓晨   李博   李萌   蒋小军   钱军   李晓林  

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研究各种物理系统中的宇称-时间（PT）对称/破缺机制及应用已成为光学、光子学和人工微结构等学科交叉前沿的活跃领域之一。超冷原子体系中观测增益平衡的PT对称，需产生受控的原子布居增益以及相干耦合。本文提出了动态控制原子芯片上双阱中原子输运实现原子布居指数增长的方法。我们采用直接蒙特卡洛方法数值研究了原子系综在双阱间的输运动力学。我们发现初始原子数和温度会显著影响输运效果，如目标势阱中的原子布居增益速率和转移效率。此外，我们还细致分析了左侧势阱抬升时间对右侧势阱中原子布居增长趋势的影响效果。我们的方案为在超冷原子气体中实现宇称-时间对称量子体系提供了切实可行的方法。

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王森   伍星   张印辉   陈庆  

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为实现复杂背景下裂纹目标的有效检测，将多尺度结构化森林引入表面裂纹检测领域，并从提高裂纹检测鲁棒性的角度出发提出一种融合小波边缘检测于多尺度结构化森林的裂纹检测方法。首先利用多幅裂纹图像和相应人工标注的标准结果进行裂纹图像特征通道提取和标准结果的离散化映射，其次利用滤波和降采样特征通道后形成的常规性、相关性候选特征以及离散化后的标签进行结构化森林分类器的训练和验证，最后利用结构化森林分类器对测试的裂纹图像进行多个尺度的裂纹检测。在776幅结构体裂纹图像数据集和600幅钢量裂纹图像数据集上对文中方法、多尺度结构化森林方法以及其他检测方法进行实验的结果表明，本文方法能够在较短的时间内获得最高的检测精度。

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章青青   张平   卢瑾   任宏亮   郭淑琴   覃亚丽   胡卫生  

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基于大线宽和高阶圆形正交幅度调制(C-QAM)的相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统，提出一种基于射频导频(RF-Pilot)和时域扩展卡尔曼滤波相结合的相位噪声补偿算法。在接收端，该算法通过预设的RF-Pilot进行时域相位噪声粗补偿，并进行信道估计和均衡。然后将信道均衡后的频域数据进行预判决，结合判决后的时域数据和信道均衡后的时域数据，进行扩展卡尔曼滤波实现相位噪声的最终补偿。基于传输速率50Gb/s，传输距离为100km，C-16QAM和C-32QAM的CO-OFDM系统中进行了算法的仿真验证。仿真结果表明，该算法相较于原RF-Pilot算法，具有较好的相位噪声补偿效果，且频谱利用率并未显著降低，算法复杂度并未显著增加。激光器线宽为2.1MHz且C-32QAM调制时，该相位噪声算法补偿的误码率性能可达到前向纠错(FEC)上限，表明理论上该系统已可使用常用较廉价的DFB激光器作为发射端光源和接收端本地振荡，因此该算法能极大促进大线宽CO-OFDM系统在长距离接入网和城域网中的应用。

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曾然   侯金鑫   李齐良   毕美华   杨国伟   王驰   羊亚平  

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对有限厚拓扑绝缘体板附近以及拓扑绝缘体平板构成的腔内二能级原子的自发辐射特性进行了分析研究。通过并矢格林函数表示出偶极子平行和垂直于材料边界时的自发辐射率表达式，利用多次反射理论计算有限厚拓扑绝缘体平板的反射矩阵，对影响自发辐射率的各种因素如拓扑绝缘体层的厚度、耗散以及腔长进行数值计算与分析。由于拓扑绝缘体所特有的拓扑磁电效应作用于平板的上下表面，两表面间多次反射效应使单界面反射矩阵非对角元（即拓扑磁电耦合引起的极化偏转效应）对自发辐射产生贡献，进而改变原子的自发辐射特性。有限厚度的拓扑绝缘体材料板对原子自发辐射的调制具体表现为，当板或腔忽略耗散时，拓扑绝缘体对原子自发辐射的影响与原子偶极方向有关，平行偶极子自发辐射率被抑制，垂直偶极子自发辐射率被增强；而当板或腔存在耗散时，拓扑绝缘体可以有效的抑制原子自发辐射率，使其附近任何偶极方向的原子衰减均受到抑制。

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刘杰平   周华盛   余朗衡   丁树浩   梁亚玲  

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针对从二维彩色图像中恢复深度信息的问题，提出了一种基于视觉词典的深度图生成算法。首先，该算法采用基于数据驱动的方法，从包含深度图的深度图像库中找出图像中各种空间结构对应的深度信息，得到由空间结构相似的图像块组成的初始视觉单词；然后，通过难例挖掘方法找到视觉单词的难例负样本，更新视觉单词分类器，获得最优的分类效果；最后，利用视觉单词分类器和视觉单词组成的视觉词典对目标图像进行多尺度检测，得到对应的深度图并进行边缘保持平滑滤波。实验结果表明，本文算法生成的深度图符合目标图像的深度变化，在主观视觉效果和各种客观评价指标上都有显著提高。

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徐国亮   刘富霞   路战胜   王冉  

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一维二氧化硅纳米材料是当前发光材料的研究热点之一。作为高效发光材料候选材料，需要了解其电子结构参数和光谱数据。本文选取一维链式结构的(SiO2)10分子为研究对象，利用密度泛函B3LYP方法在得到分子基态构型的基础上，研究外电场对该分子电子结构特性的影响规律。采用TD-B3LYP方法系统分析了外电场对分子激发特性的影响规律。无外电场时，得到的分子电子结构参数与已有文献值完全吻合。各单元环中Si-O键键长增加或减少与施加电场的方向密切相关。激发特性方面，分子在240 nm附近出现的吸收峰与已有实验结果相吻合，而得到的强度更强的180 nm吸收峰是少有文献提及的。随外电场增强各激发态激发能减小，吸收谱线波长有一定红移。同时研究发现，特定的外电场会使一些禁戒的激发态变为可跃迁的激发态，意味着，可以利用特定的外电场调控来实现分子吸收某些特殊波长的谱线。

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金戈   黎龙辉   张臣   杨雪   张诗鲲   张智勇   毛汉祺   徐昭   张振   姜博文  

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摘要 为了研究Angel型龙虾眼X射线透镜的聚焦成像特性，基于X射线全反射原理和旋转坐标系方法，建立了X射线在方孔内壁的数值模型。通过求解X射线在方孔内壁的交点，得到所有光线的传输路径。为了验证模型的准确性，对透镜的焦距和传输效率分别进行实验测试和模拟。在焦距为365 mm处，参与反射的X射线被会聚为十字线，中心焦斑光强最大，与模拟所得结果相符。在能量4.5 keV下，透镜镀金属Ir膜前、后的传输效率分别为1.23%和9.18%，模拟结果的传输效率分别为1.44%和10.14%。结果表明：构建的数值模型是合理的，为龙虾眼透镜的研制提供理论基础。

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李康文   李享成   陈平安   程用志   朱伯铨  

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摘 要 本文研究设计了具有异质结构且适用于3~5 μm红外光区的一维光子晶体高反射镜。系统地分析了光波在一维周期性光子晶体中的反射特性，通过传输矩阵理论计算和仿真验证了λ/4介质膜系的反射率和最佳禁带宽度。在此基础上，选取Si和Y2O3两种材料，构造了24层一维光子晶体的双异质结构，仿真结果表明在3~5μm红外波段其反射率介于97.418%与99.999%之间。为了降低制备难度和成本，以金属银为衬底，设计了Si和Y2O3为介质层结构的一维金属增强型光子晶体，总层数为9层，仿真结果表明在3~5μm红外波段其反射率介于98.943%与99.979%之间。

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王卓   张云伟   喻勇   樊阳阳  

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针对管道内壁缺陷深度检测问题，建立了一种基于电涡流主动热激励的红外热成像管道缺陷深度检测方法。首先阐述了红外热成像管道缺陷深度检测机理，针对埋地管道检测对热激励的特殊要求，设计了参数可调控的电涡流热激励实验装置，按照管道内壁形状制作了检测试件，通过基于电涡流的主动热激励实验，分析了谐振频率、提离高度、输入电功率等3个重要参数对热激励效率的影响，得出其优化值。在此基础上，对预先设计带有不同深度缺陷的检测试件进行主动热激励并获取红外热图像，通过热图像数据分析发现，缺陷与非缺陷区域间灰度均值的差值随缺陷深度值的变化而变化，一定条件下二者呈单值对应关系，且具有较好的线性度。利用这一规律，通过实验数据拟合建立了槽形和圆形缺陷的缺陷深度检测模型，实验测试显示所建立的模型具有一定的检测精度。论文研究结果表明，在优化的电涡流主动热激励条件下，可以通过红外热图像计算出缺陷深度，所提出的基于电涡流主动热激励的红外热成像管道缺陷深度检测方法具有可行性。

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蒋芸   叶函函   王先华   段锋华   吴浩   吕松  

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大气CO2反演建立在光辐射量遥感基础上，准确地认识不同辐射源及其传输特性是高精度反演的基础。用于气候研究的大气CO2反演，是一种要求优于0.5％（2(10^-6)）的高精度反演，对光辐射量地准确把握尤为重要。作为最常用的全物理反演方法，利用的是O2 A的0.76μm与CO2的1.6μm、2.06μm光谱之间的关系。然而,O2 A吸收带的光辐射中存在的植物叶绿素荧光会在不同程度影响CO2的反演精度。由于叶绿素荧光信号较弱，在以往CO2反演中没有引起足够重视。本文在调研全球植被荧光分布的基础上，模拟分析了荧光对大气CO2柱含量（XCO2）的影响。模拟计算表明，当忽略荧光的影响时，在极端情况下可导致CO2 15(10^-6)的高估；但是同步反演0.755μm处的荧光时，可把反演误差校正到0.5(10^-6)以内。用TCCON (The Total Carbon Column Observing Network)站点Park Falls附近的GOSAT (Greenhouse Gases Observing Satellite)夏季的数据进行反演，发现同步反演荧光可以把误差从6(10^-6)校正到2(10^-6)以内。上述实验结果表明，在高精度需求情况下，植物叶绿素荧光是一个不可忽略的因素。

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郭艳城   刘艳格   王志   姚卓坤  

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本文报道了在少模光纤中写制的纤芯LP01向纤芯LP11模式耦合的长周期光纤光栅具有双谐振耦合现象，且该双谐振耦合峰表现出对温度或应变相反的响应特性，理论和实验上揭示了该现象产生的机理，并基于该现象及特性设计了温度、应变双参量传感器。该传感器与传统的基于纤芯基模与包层模耦合的长周期光纤光栅传感器相比，具有折射率不敏感、光谱稳定、灵敏度高等优势。

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许云鹏   吴婷   李之通   姜梦华   惠勇凌   雷訇   李强  

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空间光束在增益介质中相干涉，产生空间烧孔现象，形成增益光栅，通过四波混频作用形成的增益光栅具有自适应性，自调Q性和空间滤波能力，能够得到全息的共轭输出。但其都起始于腔内的自发辐射，自发辐射容易受到泵浦的影响，而且其带宽很宽，导致输出的频率会有一定的波动。本文通过实验得到了在基于增益光栅的自启动单频调Q激光器中，采用外部注入单频窄线宽的种子源引导形成增益光栅，获得锁定在种子光频谱范围内的稳定的单频的调Q脉冲输出，实验对比了在相同的观察时间内注入输出的频谱稳定程度远高于自启动输出的频谱稳定程度。这一现象也证明了通过外部种子注入形成光栅，利用增益光栅的自适应性能够得到稳频输出的可行性。

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项长铖   周常河  

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本文介绍了TE、TM偏振的布拉格角入射下光栅模式方程的分解，同时严格证明了分解得到的方程与光栅模式对称性的等价关系。光栅模式的对称性对阐释光栅内部衍射过程的物理图像起到重要的作用。本文还讨论了该方程的根的分布性质，这一性质有利于提高计算模式有效折射率的效率。

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白云波   周游   刘世杰   邵建达   徐隆波  

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摘要：为解决应用于高功率激光装置中大口径激光玻璃全口径光学非均匀性难以检测的问题，提出了基于Φ600mm干涉仪的一维子孔径拼接测量技术，基于像素错位误差模拟分析结果，设计并研制了一维大行程气浮型精密扫描拼接平台，实现了对角线接近1m的大口径激光玻璃的全口径光学非均匀性拼接检测，并且对该技术的拼接测量精度和重复性进行了验证。实验结果表明，拼接结果平滑无“接痕”，均匀性拼接测量与直接测量结果相对误差优于0.2×10-6，全口径均匀性重复性优于0.4×10-7，单口径均匀性测量结果与拼接后相同区域的均匀性结果最大差异为0.2×10-6。

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王鹏威   龚文林  

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照明方式对光学成像系统的分辨率有重大影响。本文从光场的相干性理论出发，研究了影响多帧散斑照明下一阶自相关成像和强度涨落二阶自相关成像分辨率的主要因素，理论和数值模拟结果表明：辐照于物面上的散斑横向相干长度大小与一阶自相关成像和强度涨落二阶自相关成像的分辨率呈非单调关系；此外，与传统非相干成像相比，一阶自相关成像和强度涨落二阶自相关成像仅能轻微地提高成像分辨率，而强度涨落二阶自相关成像只是对一阶自相关成像的结果起锐化作用，并不能提高成像分辨率。

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王文锋   张焱鑫   陈瑜   丁伟利  

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针对现有光场深度重建算法只能获取单一视角深度信息，三维建模应用受限的问题，本文提出了大视野图像拼接算法。算法基于3D光场重建的深度图像序列，首先利用双边滤波及插值算法对图像进行去除噪声，然后提出了基于边缘曲率极值的角点检测算法，并通过最小曲率偏差的列间度量匹配实现了图像之间的精确配准，最后采用改进的加权平均方法对重叠区域进行融合操作，既保持了光的连续性和保留了图像中足够的细节，又拓展了图像的视野。实验结果表明，提出的算法有效地实现了光场深度图像序列的平滑拼接，有利于形成大视野深度数据，从而为大场景的三维重建奠定了基础。

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代亮亮   闫连山   易安林   盘艳   蒋林   葛军   潘炜   罗斌  

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本文针对偏振复用16QAM传输系统（PDM-16QAM）提出了一种更低复杂度，线宽容忍性更高的并行载波相位恢复算法，使用两个偏振态内环和外环的符号信息对两个偏振态同时进行相位噪声估计。仿真结果表明，在224 Gb/s传输速率下，本文提出的算法（最大线宽容忍2800 kHz）相比于单偏振卡尔曼滤波器算法（最大线宽容忍300 kHz）线宽的容忍性提高了9倍。此外，相比于传统算法，本文算法并行处理符号个数提升了4倍左右，复杂度更低。最后，在224 Gb/s PDM-16QAM传输实验中对本文算法进行了验证。

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何明芳   陈开鑫   胡哲峰  

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随着在微环谐振腔中观察到克尔光频梳实验的相继报道，相应的理论也逐步完善。目前微环产生光频梳的理论分析方法主要有两种：非线性耦合模理论和非线性LLE模型。在这些理论研究中，一般只考虑了色散和光学非线性效应，而忽略了强泵浦作用下微环谐振腔中热效应的影响。本文主要通过对微环热效应的分析，在非线性LLE方程的基础上加入热效应作用的相移对方程进行修正，仿真了在固定和调节初失谐量两种情况下耗散腔光孤子/光频梳在微环谐振腔内产生的整个过程，分析了两种不同方式产生克尔光频梳的机理，并对比分析了两种方式下克尔光频梳性能和造成性能差异的原因。

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刘峰   樊梦琦   王向军   陈晓昀  

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针对无人机在飞行过程中对飞行高度自主测量的需求，提出了一种借助于单个特征点的异步视觉自主测高方法。方法将内外参分离标定，即在无人机起飞前完成内参标定，外参标定则在透射成像模型的基础上，选取在高空不同位置对地面的同一目标进行拍摄，利用前后获得的图像信息，并结合飞参，最终求解出相对高度数据。该方法计算效率高，为应用型的机上自主、快速测高提供了一种新方法，并在构建的6自由度飞行模拟实验装置上进行了验证。实验结果表明：在测试高度2m以内时，测量的绝对误差小于0.02m，相对误差优于1.5%。该种算法对计算负载的要求低，特别适合于机上快速解算的应用场合，也可拓展至对地目标定位的测量应用中。

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郭志坚  

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利用基于Coulomb-Volkov近似的方法分析了长程势以及短程势在阈上电离能谱中的贡献，确定了能谱中低能结构的起因。同时，为了确定在计算电子与分子离子散射截面时用纯分子代替分子离子是否合理，估算了电子和原子离子弹性散射的微分散射截面，发现在入射电子能量较大时，长程势在激光诱导的电子离子大角度背向散射时的影响可以忽略，证明了在大角度散射时，将原子离子用纯原子来处理是合理的。

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茅正冲   陈强  

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针对AGV视觉引导过程中多分支路径识别与跟踪的实时性与鲁棒性要求，提出一种PCA-LDA与支持向量机相结合的路径识别算法.首先对AGV行驶过程中拍摄的图像进行预处理，并用PCA与LDA对处理后的图像进行降维和特征提取，再利用灰狼算法(GWO)优化后的SVM分类器对图像进行识别。在路径跟踪方面，利用最小二乘拟合方法计算横向偏差与航向偏差。实验表明，PCA-LDA与SVM相结合能够使路径识别率达到99.3%，并且满足实时性要求，路径跟踪误差在20mm以内，满足一般工业环境需求。

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严阳   华文深   崔子浩   伍锡山   刘恂  

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为求解高光谱图像中各物质的分布及含量，将高光谱分类引入端元提取，提出一种新的端元提取方法。首先利用虚拟维度评估端元数目；然后引入高光谱分类的思想，通过k-means聚类算法对高光谱图像进行非监督分类，将各类物质大致分类；在每类物质中提取出光谱值最大的像元，构成端元候选集；最后，依据单形体理论，高光谱图像像元点在高维空间中构成单形体，体积最大的单形体的顶点即是端元。通过模拟和真实高光谱数据证明，此端元提取方法相对传统方法具有高效、准确的优点。

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刘辉   彭力   闻继伟  

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当前行人检测的一个主要挑战是在复杂的场景中检测出不同尺度的行人，尤其是远尺度的行人。由于不同尺度的行人会表现出不同的视觉外观特征，因此本文提出了一种多尺度感知的行人检测算法。首先，通过在全卷积网络结构中引进可形变卷积层，扩大特征图的感受野；其次，通过级联RPN提取多尺度行人建议区域，引入多尺度判别策略，定义尺度判别层，判别行人建议区域的尺度类别；最后构建一个多尺度感知网络，引进Soft-NMS检测算法，融合每个网络输出的分类值和回归值，获取最终的行人检测结果。实验表明，本文的检测算法在基准数据集Caltech和ETH上产生较低的检测误差，优于当前数据集中所有检测算法的精度，并适用于检测远尺度的行人。

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童艳   李丹   李晶晶  

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全光逻辑信号处理是实现全光网的必要技术，而PPLN波导以其独特优势被广泛应用于全光数字信号处理领域。全光或门是全光逻辑信号处理中必不可少的一项基础技术，以往采用PPLN波导实现的全光或门的输出光波均是混频波。本文基于PPLN波导的和频+差频效应（SFG+DFG），在准相位匹配条件下，通过三个PPLN波导的级联设计并实现了单波长输出的全光或门。通过数值计算和仿真得到了信号波形和眼图，并通过计算消光比、脉冲宽度以及峰值功率的延迟时间分析了单波长全光或门的性能。结果表明，本方案能很好地实现单波长输出的全光或门，其输出光波能在光域上直接被使用，从而改善光逻辑器件的衔接，提高处理速度，并为研发新型全光逻辑器件提供了重要基础。

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刘一凡   蔡振江  

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目前常见的多角度融合三维重构算法主要包括ICP算法与SFM算法。针对两种算法的不足，并结合双目相机特点，本文提出了一种基于ICP与SMF结合的双目立体视觉多角度融合三维重构算法。首先采用SFM算法通过双目相机在目标周围拍摄n组图像对，并在每组双目图像对中手动选取目标的初始匹配特征点，并计算其三维坐标生成n组三维点云。接着通过ICP算法计算并优化n组三维点云之间的旋转矩阵与平移向量，完成融合并通过Delaunay三角剖分与插值恢复出目标的立体几何形状，通过纹理映射实现运动目标的信息可视化三维重构。实验结果表明：基于ICP与SMF算法的双目立体视觉多角度融合三维重构算法根据双目相机特点，结合ICP算法与SFM算法的优点，并最大程度克服了两种算法的不足，重构效果良好。

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尹明   粟荣涛   王小林   马阎星   马鹏飞  

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对非保偏光纤放大器进行偏振控制是获得高功率线偏振光纤激光输出的有效途径。介绍了光纤放大器偏振控制的原理，对基于随机并行梯度下降算法（SPGD）的偏振控制进行了理论仿真，分析了算法性能评价函数、扰动电压分布类型、增益步进、扰动幅度等参数对偏振控制效果的影响。利用现场可编程门逻辑阵列（FPGA）执行SPGD算法，控制输出光的偏振态，获得了消光比大于11dB的激光输出。

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王小娟   刘丙才  

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针对股骨假体关节面复杂表面轮廓的检测问题，设计并实现了基于投影光刀的关节面三维轮廓旋转检测系统。本文采用摄像机针孔模型实现检测系统的快速标定；通过优化的重心算法，提取出投影光刀的中心线，并准确获取关节面的截面轮廓线；通过分析投影光刀平面与转轴之间的夹角，完成截面轮廓线的倾斜校正。通过实验，本文计算了检测系统的标定矩阵、截面轮廓线数据以及投影光刀平面与转轴的夹角，最终实现关节面三维轮廓数据的准确重建。实验表明该检测系统具有非接触、高精度等特点，可有效解决股骨假体关节面的轮廓检测问题。

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梅亮  

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沙氏大气激光雷达技术是近几年来发展起来的一种新型大气激光雷达技术。该技术以高功率连续光二极管激光器作为光源，图像传感器作为探测器，在满足沙氏成像原理的条件下实现了对大气回波信号的距离分辨探测。本文介绍了沙氏大气激光雷达技术的基本原理、技术特点、系统结构及其大气回波信号处理的一般方法。总结了近年来沙氏大气激光雷达技术在大气气溶胶及大气气体浓度分布探测等方面的研究进展，并分析了当前所面临的主要挑战。最后，对下一步研究工作及未来发展进行了展望。

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饶刚福   黄林   刘木华   陈添兵   陈金印   罗子奕   许方豪   何秀文   周华茂   林金龙   姚明印  

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为了对脐橙产地进行快速绿色鉴别，提出了LIBS全光学诊断方法。选取江西赣州四区县及湖北、四川等六省市共10产地纽荷尔脐橙清洗表皮后直接采集等离子体羽时间演变形貌图及LIBS光谱，定性分析了脐橙产地鉴别可行性；采用SM15R+MSC预处理脐橙LIBS光谱，分别运用PCA、PCA-MLP鉴别脐橙产地。试验结果显示采用一定的数据预处理方法结合PCA-MLP对全国7省市大地域范围脐橙产地鉴别训练集总准确率97.8%，预测集总准确率95.3%；对赣州4区县小地域范围脐橙产地鉴别训练集总准确率100.0%，预测集总准确率96.2%。试验表明采用合适的数据预处理及分类模型，对脐橙产地绿色快速鉴别具有一定可行性。

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陈高杨   马鹏   李杰   孙立朋   武创   关柏鸥  

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本文实现一种新型取样布拉格光纤光栅传感器，用于温度和轴向应变的传感。为了制作该传感器，我们首先利用特种光纤熔接机在单模光纤上制造出单螺旋扭转结构，然后在该单螺旋结构上利用紫外激光侧写和相位掩模板技术刻写布拉格光纤光栅。该取样光栅反射谱具有等间距、窄带宽的特点，并且可通过调整单螺旋扭转率，来自由改变取样周期。我们通过实验研究了这种传感器对温度和光纤轴向应变的响应，结果表明：当单螺旋扭转周期P=504.0m（扭转率=12.47 rad/mm），布拉格光栅周期=544.6nm，器件长度L=5.0mm时，温度和轴向应变灵敏度分别为10.12pm/℃和1.12pm/με。相较于之前报道过的同类型取样光栅传感器，该传感器具有制作简单、灵活性高、稳定性高、和低成本的优点，且在光纤激光器、传感器、光纤通讯领域展现出应用潜力。

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刘立新   孙罗庚   李梦珠   祝铭  

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激光诱导击穿光谱技术（LIBS）是一种基于原子发射光谱和等离子体发射光谱的物质成分分析技术，具有无需预制样、快速实时、高灵敏度、无损检测等技术优势，在食品安全、环境监测、化学化工、新能源、生物医药等领域获得了广泛的应用。本文利用LIBS 技术对水中铅（Pb）污染进行检测，选择Pb元素的最强峰405.8 nm作为分析线，以Si（390.6 nm）为内标元素，经线性拟合得到Pb的检出限为7.40 ppm。建立了基于生物地理学优化（BBO）算法的定量分析模型，分别测定了不同Pb元素浓度的35份样品的LIBS谱线，其中30组数据被用来训练BBO定量分析模型，剩余5组数据作为测试集以评估模型的分析能力。结果表明，在利用BBO算法模型对水体中铅元素浓度进行预测时，模型的相对标准偏差（RSD）及平均绝对百分比误差（MAPE）指标都相当优异。

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时文俊  

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为了克服图像超分辨重建中四阶全变分正则化模型存在的“斑点”现象和稀疏正则化模型中最优解不唯一的缺点，结合红外遥感图像超分辨率重建的实际需求，提出了一种基于总广义变分正则化的红外遥感图像超分辨重建模型。利用零阶张量空间和松弛解的相关概念，分析了模型的优点和可行性。结合该模型的自身分裂性，采用交替方向乘数法将模型分裂为两个子问题，分别利用共轭梯度法和快速傅里叶变换方法进行数值求解。从测试结果分析，不论模拟图像还是真实图像，提出的模型重建后的图像分辨率有明显提升；客观评价中的不同指标值都优于最近文献中的方法，其中PSNR大约能够提高2dB，SNR大约能够提高1个单位，SSIM大约能够提高0.02个单位，信息熵大约能提高0.1个单位。

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朱磊磊   徐冰冰   金尚忠   刘开元   王杰  

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拉曼光谱分析技术在食品、医学、考古、宝石鉴定、刑事侦查、环境保护等众多领域已得到广泛应用。但拉曼光谱分析中，由于样品及污染物等常会产生强的荧光信号，严重影响样品拉曼光谱信号的检测，从而限制了该项技术的应用。近些年来，发展了多种解决荧光干扰问题的方法。本文综述了各种方法的原理、实现方式、性能特点，对几种常见的荧光抑制方法（荧光淬灭法、光漂白法、紫外/红外光激发法、移频激发法、小波变换法）在不同领域的应用进行具体分析。包括激发波长、荧光来源、荧光信号的变化、荧光抑制效果、对拉曼信号的影响等。不仅展现出每种方法的优势，也说明了其局限性。

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陈溶   陶传义  

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研究了一种通过在掺铒光纤中形成的动态粒子数光栅实现激光振动检测的方法。根据动态粒子数光栅形成机理，设计一种线性双波混频结构的光纤系统。此系统中1490 nm波长DFB光源发出的连续激光通过环形器进入一根3 m长掺铒光纤作为注入光，它被与掺铒光纤另一端光学耦合的压电振动镜反射后形成反射光，掺铒光纤中注入光与后向传播的反射光干涉形成驻波场，通过空间烧孔效应沿光纤纵向形成动态粒子数光栅。压电振动镜对反射光波进行相位调制时，环形器的反射端口输出的双波混频信号可视作输出光波的强度调制。实验中通过此双波混频系统对压电换能器产生的机械振动进行了检测，结果表明：光纤双波混频检测系统具有良好的动态响应特性，能够测量50 Hz~10 kHz 的振动信号，采集到的输出信号频率与压电驱动信号频率吻合很好。

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叶旭辉   吴功平   黄乐  

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野外复杂环境下地线检测是高压输电线路巡检机器人自主越障的关键技术之一，而光照变化和地线表面新旧程度是影响架空地线检测准确率的关键因素，基于此提出了一种基于离线学习的野外架空地线检测算法。离线训练阶段首先采用自适应同态滤波器对输入样本进行光照补偿，然后提取样本的LBP直方图特征，结合离线学习算法SVM训练得到二类分类器；在线检测阶段首先对样本分块，对其分类得到候选地线样本块，然后采用RANSAC算法去除误检块，拟合得到地线在图像坐标系中的位置参数。野外新旧程度不同的试验线路上进行的大量实验表明，该方法对光照变化有良好的适应性，能较准地检测不同新旧程度的架空地线，为后续的地线空间定位与抓线控制奠定了基础。

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汪伟   张黎明   黄文薪   杨宝云   王戟翔   许和鱼   包诗薇  

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太阳漫反射板前端增加太阳光衰减屏的方式解决了定标的动态范围问题。为了实现高精度星上定标，发射前精确测量出太阳光衰减屏透过率是关键因素之一。本文介绍了一套测量太阳光衰减屏透过率的测量装置。该装置需要测量两组数据：安装太阳光衰减屏和不安装太阳光衰减屏透过的信号值，通过求两者在相同几何条件下的比值的方式得出了衰减屏的透过率。提出了采用多项式拟合插值的方式解决在轨角度密集的问题，并计算了拟合插值引入的不确定度优于0.04%。数据结果显示，衰减屏的平均透过率为13.3%，结果的总不确定性优于0.54%(k=2）。结果表明，该装置能够为太阳光衰减屏在轨使用提供数据支持。

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何西   刘诚   朱健强  

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本文提出一种分束调制技术来实现高精度单次曝光相位恢复成像，将待测光束用二维光栅分成由一组彼此相同的衍射光束簇，并同时入射到一个结构已知的调制板上，当调制板为弱衍射物体时，在探测器上形成一组彼此相分开的衍射斑阵列。通过将这些衍射光斑和弱衍射物体的透射函数联合使用，可通过一次曝光迭代计算出待测量光束的强度和相位信息，同时具有GS算法等单次曝光方法的成像速度快和PIE等扫描成像技术的高信噪比和高精度等优点，对ｘ射线成像和高功率激光光束在线监测等领域有重要的实用价值。

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段晨   宗明成   范伟   孟璐璐  

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随着大规模集成电路芯片制造步入1x nm技术节点时代，光刻机的对焦控制变得越来越困难，其精度需要达到几十纳米。本文基于实际的光刻机对焦控制系统架构和光刻对焦原理，开展了浸没光刻对焦控制统计分析方法研究。根据系统结构分析出一系列误差源，研究了这些误差对总离焦误差的贡献方式和关系。研究表明：（1）由于光刻对焦误差中存在非正态分布的误差贡献项，常规正态统计分布使用的3σ原则无法满足99.7%的对焦成功率要求；（2）在28nm、14nm、7nm技术节点集成电路芯片制造过程中，分别采用3σ和4σ原则，浸没光刻工艺总对焦成功率的差别分别高达28.4%、55.1%、62.9%。（3）为了达到99.7%的对焦成功率，浸没光刻机对焦控制应采用4σ原则。

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张小兵   刘海江  

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表面形貌测量是研究密封平面的加工工艺、加工质量及密封性的前提条件。为基于数字全息测量技术实现密封平面表面形貌的在线测量，并针对工业现场对测量结果的可视化显示及三维模型输出等特殊的技术需求，本文将结合数字全息测量技术与虚拟制造技术提出一种密封平面表面形貌的测量方法。首先基于数字全息技术测量密封平面的表面形貌并将测量结果转化为点云；再基于点云生成三维模型，最后利用平面度协同模型间距离分布的方法来评价测量及模型重建精度。此外，本文方法亦可间接测量装配后密封平面上表面形貌间的配合关系。为验证上述方法的可行性，本文分别以某法兰面和某发动机缸体缸盖结合面为例进行了实验，结果说明本文方法能够实现密封平面表面形貌的快速测量并将测量结果以三维模型的形式输出，这满足工业现场对密封平面表面形貌测量的需求。

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张元涛   柴孟阳   孙德新   刘银年  

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为实现高分辨率大动态范围的空间微光成像，提出了基于全局快门科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）图像传感器数字域时间延迟积分（TDI）微光成像方法，推导了数字域TDI成像数据处理方法。然后分析并测试了数字域TDI成像系统信号与噪声传输特性，建立了系统信噪比（SNR）模型。最后开展了数字域TDI微光成像实验，结果表明，本文提出的方法能够明显提高微光成像质量，当数字域TDI积分级数为30时，系统信噪比由未积分的5.04dB提高到19.78dB，同时，所提出的数字域TDI信噪比模型也得到了验证。数字域TDI微光成像技术使得全局快门sCMOS图像传感器具备积分级数连续可调的TDI功能，可实现高分辨率大动态范围微光成像，为空间微光成像系统设计提供了新思路。

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任志君   胡海华   王彦强   李晓东   陈跃  

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提出了一种精确、高效的产生一簇无衍射马丢光束的方案。首先利用稳相技术，给出了振幅调制合并锥镜，能产生马丢光束的理论机制。随后，利用Propalette 8000胶片输出仪，制作了具有角向马丢函数分布的振幅调制胶片，通过胶片紧贴锥镜入瞳面，实验上精准产生了一簇马丢光束。理论和实验结果均表明，本文给出的基于“锥镜和振幅调制”产生马丢光束的方法，具有简单、高效、灵活等特点。

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蒋小波   陈丹平   邹雅   韩帅   杨秋红  

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测试研究了在还原气氛下制备的Sn2+掺杂的SiO2-B2O3-Gd2O3-La2O3玻璃的密度、吸收光谱、光致发光、荧光寿命和X射线激发下的辐照发光。在SiO2-B2O3-La2O3玻璃系统中，随着Sn2+浓度的增加，玻璃的紫外吸收截止波长发生红移，荧光强度增强，且在0.3 mol%时达到最大，随后由于浓度淬灭而降低。随着Gd2O3逐渐取代La2O3，玻璃的密度增大，Sn2+的荧光寿命变短，但没有发现Gd3+离子对Sn2+离子有敏化增强作用。而在X射线激发下，出现了与光致发光完全不同的组成相关性，Sn2+离子的辐照发光强度随着Gd2O3的增加而增强，光谱积分强度从相当于BGO晶体的22%增加到84%，并且不随着Gd3+离子浓度淬灭而减小，显示了在X射线激发下Gd3+和Sn2+之间可能存在能量传递。

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张苗苗   孟炳寰   骆冬根   杨本永   提汝芳   洪津  

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定标精度的检验是确定遥感器性能和开展定量化应用的基础。星载多角度偏振成像仪是一种超广角画幅式的偏振传感器，可以获取目标的多角度偏振成像信息，探测精度是其重要的技术指标。为了检验仪器在自然目标下的偏振、辐射定标精度，设计了测量精度验证试验。通过在晴朗天气对天空成像，得到天空偏振度和辐亮度数据，与同时观测的CE318型太阳-天空偏振辐射计数据进行比对。初步比对结果显示：三个偏振波段平均偏振度差异小于0.02，满足多角度偏振成像仪偏振测量精度的指标要求；但辐亮度差异较大。分析了辐亮度测量结果偏差的影响因素，并校正了定标光源与测量目标间光谱非匹配的影响以及两台仪器观测波段、观测视场非一致性的影响。通过在实验室观测同一均匀稳定的积分球光源，发现两台仪器绝对辐亮度测量的系统偏差为4%~6%，可能与辐射标准不统一、标准传递的不确定度及仪器性能衰变有关。最后修正此系统偏差后，两台仪器490nm、670nm通道的平均辐亮度差异小于1%，865nm通道小于2%，此结果验证了多角度偏振成像仪定标数据的有效性和仪器的测量精度。

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何聪聪   吴雅婷   韩梦欣   孙彦赞   张倩武  

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如何抑制高峰均功率比（PAPR）是强度调制/直接检测（IM/DD）光正交频分复用（O-OFDM）系统面临的一个挑战，选择性映射（SLM）是能有效降低PAPR值的经典算法。本文提出一种改进的SLM方案，该方案利用离散多音调制（DMT），通过一次逆快速傅里叶变换（IFFT）和循环移位相加运算获得多个候选信号，达到降低计算复杂度的目的。仿真和实验结果表明，所提出的SLM方案在保证获得较好的PAPR抑制性能的前提下，显著地降低了计算复杂度，同时提高了系统接收灵敏度。

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安宁   陈煜丰   刘承志   范存波   刘源   宋清丽   温冠宇  

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作为评价卫星激光测距系统（Satellite Laser Ranging，SLR）的一个重要参数，系统的最大探测距离（Maximum Detection Range，MDR）代表着该系统测距能力的强弱，对SLR结构设计具有重要意义。基于激光在大气的传输特性，提出了利用斜程传输理论计算激光在大气的衰减程度，结合激光雷达公式，建立了SLR系统的斜程传输最大测距模型，通过分析数值仿真结果及长春站SLR系统MDR实测值，对SLR系统的最大传输距离进行了系统性研究。结果表明，在一定范围内，SLR系统的MDR值随着望远镜发射仰角的增大而增大。与其他常见的模型相比，利用斜程传输最大测距模型得到的MDR值更接近实验值，其误差率减小了一个数量级，仅为4.3%，表明了该模型可有效计算SLR系统的最大探测距离，这为研究SLR系统特性和结构设计提供了新的研究思路及方案。

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陈艳   李中梁   南楠   步扬   王瑄   潘柳华   王向朝  

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偏振频域光学相干层析成像（OCT）中图像质量受散斑噪声影响较大，散斑噪声会使图像细节变模糊，降低图像清晰度。针对此问题，本文提出了一种分光谱降低偏振频域OCT散斑噪声的方法。该方法将系统的全光谱信号分为多个光谱信号，对每个分立的光谱信号进行窗函数滤波，单独进行常规数据处理，然后将处理后的各个分光谱进行平均合成，达到降低散斑噪声的目的。用Matlab对该方法进行了仿真，同时搭建了实验系统对离体生物样品鸡胸肉进行检测。仿真计算和鸡胸肉样品实验结果表明，该方法可有效降低散斑噪声，提高偏振图像质量。

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于志亮   姜晓明   王岩   李松   曹开锐  

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由于空间激光通信精瞄系统中压电式快速倾斜镜(FSM)存在着迟滞非线性特性，不仅降低精瞄系统定位精度，而且对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响，针对这一问题，本文通过分析压电陶瓷执行器迟滞特性，提出一种基于PLAY迟滞算子改进Prandtl-Ishlinskii（P-I）数学模型及参数辨识方法，并利用该模型对迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。为进一步提高系统跟踪精度，在线性化的基础上，设计了静态输出反馈控制器，形成复合控制方法。并以已在轨运行的“实践十三号”卫星所搭载的激光通信终端精瞄系统为基础设计了实验，来验证该复合方法的有效性，对系统输入不同频率下等幅和减幅正弦控制信号进行测试，实验结果表明，改进P-I模型最大拟合误差在1%之内，前馈模型逆补偿使压电陶瓷驱动的线性度误差由5%减小到1%以内，复合控制方法系统跟踪误差降低了80%。

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刘航   卢麟   朱勇   吴传信   张宝富  

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针对大气折射分布对双波长空间激光授时系统引入的授时偏差问题，利用实测气象数据建立了大气折射率分布对授时偏差的影响模型，以此为基础仿真研究了地面终端捕获模式和星上终端捕获模式下双向链路不对称时延差和收发终端位置偏差随不同地区、不同月份和不同天顶角的变化规律。结果表明：大气压强越低，大气温度越高，不对称时延差和位置偏差越小；星上终端捕获模式下的授时偏差达到百皮秒量级；地面终端捕获模式下的授时偏差达到纳秒量级，通过进一步的双向精密对准可将其减少到十皮秒量级。在卫星过顶时间内，不对称时延差和位置偏差随天顶角的变化而变化，并且存在地面终端地理位置差异，需利用模型实时校消不对称时延差和收发终端位置偏差。

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时家明   赵大鹏   刘瑞煌   董海龙  

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现代探测系统从单一工作模式向复合工作模式的转变，对隐身材料提出了某些特殊的要求，而传统材料尚难以实现新的突破。作为一种新型人工结构材料，光子晶体基于光子带隙的高反射特性可以实现热红外隐身。为了研究环境辐照对高反射红外隐身材料隐身效果的影响，本文采用传输矩阵法和蒸发镀膜工艺，设计并制备了中、远红外双波段兼容隐身的光子晶体薄膜。采用电子扫描透镜和傅立叶红外光谱仪分别测量出该光子晶体膜层的实际厚度和中、远红外光谱反射率，所得结果与理论设计相吻合。以该光子晶体薄膜、红外隐身涂层和常规迷彩布作为待测样品进行红外隐身实验，在内部热源和外部环境辐射的共同作用下，测试了这三种隐身材料的辐射温度。结果表明，光子晶体薄膜在中、远红外双波段抑制红外辐射的能力最强，室外环境辐照对光子晶体薄膜对远红外波段隐身效果的影响较小，以及在绝大部分角度范围内对光子晶体薄膜对中红外波段隐身效果的影响较小，其实际隐身效果仍然优于红外隐身涂层和常规迷彩布。

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张海娇   孔慧华   孙永刚  

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能谱CT在数据采集过程中可以区分光子能量，并同时得到多个能量通道的投影。由于单个能量通道只包含了总光子数的一小部分，且大多数光子计数探测器只能承受有限的计数率，所以多通道投影通常含有较大的噪声。为了从噪声投影中重建出高质量的能谱图像，利用不同能量通道下重建图像具有结构相似性，提出一种基于结构先验的加权NLTV（non-local total variation）重建算法。本文设计了简单和复杂两种模型进行仿真，通过比较TV（total-variation），NLTV，加权NLTV，基于结构先验的加权NLTV四种去噪算法的重建效果，表明本文提出的算法对复杂模型和高噪声模型具有明显优势。

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谢臣瑜   李健军   袁银麟   康晴   朱冰清   李孟凡   郑小兵  

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成像区域大气校正仪内部杂散辐射是光学设计以及性能评估的一项重要指标，尤其针对红外波段的光学系统，其内部的杂散辐射不可忽略。为定量测量仪器内部的杂散辐射输出，本文提出了一种基于辐射定标的方法来获取仪器内部的杂散辐射。通过控制变量得到仪器输入与输出之间的线性关系，建立辐射定标的模型，用实验的方法测量了仪器在不同环境温度下的本底信号值，并与理论计算的内部杂散辐射相比较，最大偏差为4.45%，验证了该方法的有效性。该方法可以计算大气校正仪在不同环境温度以及不同增益下的杂散辐射，不仅简化了实验过程，也可以对大气校正仪内部杂散辐射指标进行评估。

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陈琪   张华  

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本文基于新的多形状冰云参数化方案和BCC-RAD辐射传输模式，详细分析了在辐射传输算法中通常使用的HG (Henye-Greenstein)近似对冰云短波辐射传输过程的影响。对于单个冰晶粒子光学性质，HG近似对相函数勒让德展开式第3和第4项系数计算造成了较大误差，最大误差分别为-0.28和-0.33，最大相对误差分别为-55.7%和-73.8%。第4项系数的误差绝对值和相对值均高于第3项系数。进一步分析发现，HG近似在可见光区造成的误差高于近红外区。对于冰云体积光学性质，HG近似同样对第3和第4项系数造成了较大的误差，最大误差分别为-0.18和-0.22，最大相对误差分别为-27.9%和-37.1%。第4项系数的误差高于第3项系数,可见光区误差高于近红外区，与对单个冰晶粒子光学性质的影响一致。HG近似也对有云大气的辐射传输过程计算造成了较大的误差。对短波向下辐射通量造成的最大误差为-2.78W/m2，对短波向上辐射通量造成的最大误差为-1.06W/m2，对短波加热率造成的最大误差为0.27K/d。HG近似低估了短波辐射通量量，高估了云内加热率。因此，在冰云辐射传输计算中需精确描述相函数。

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吴金达   卢瑾   任宏亮   覃亚丽   郭淑琴   胡卫生  

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针对高阶正交幅度调制 (32QAM) 和大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统，提出了一种基于广义回归神经网络(GRNN)的非线性均衡算法。对接收端进行相位噪声恢复之后的一定样本的训练数据，进行训练学习得到GRNN网络的唯一参数平滑因子，然后对测试数据进行非线性均衡。基于传输速率50Gb/s，传输距离为100km的CO-OFDM系统进行了仿真验证。仿真结果表明，在大线宽下和高阶调制下，GRNN对系统的非线性损伤补偿效果优于相应BPNN网络，且其训练运行时间远远小于BPNN网络。该非线性均衡算法能极大促进CO-OFDM系统在中长距离光纤传输中的应用。

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李竺强   朱瑞飞   高放   孟祥玉   安源   钟兴  

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高光谱遥感影像分类通常基于地物光谱特征，但影像中同时还存在丰富的空间信息，许多研究表明空间信息的有效利用能够显著提高图像分类效果。卷积神经网络(CNN)已成功地应用在图像分类领域，因为卷积网络的特殊结构，对于二维图像分类具有很好的效果。那么如何将卷积网络应用到高光谱遥感影像中成为了技术关键。结合高光谱影像中的空间特征与光谱信息，我们提出一种适合于高光谱像素级分类的深度学习三维卷积神经网络模型（3D-CNN），并在初始分类的基础上利用多标签条件随机场进行优化。实验选取了三个通用公开高光谱数据集(Indian Pines数据集、Pavia University、Pavia Center数据集)进行测试。实验表明分类优化后精度上得到很大提升，总体精度可达98%，Kappa系数达到97.2%.

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王迪   李璇   皮浩洋   杨飞   叶青   蔡海文  

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理论分析了紫外准分子激光相位掩模法刻写光纤布拉格光栅时相位掩模板干涉场的形式以及对比度特征，并结合干涉光场对比度与光纤光栅折射率调制度的关系，通过实验测量证明了随着光纤与相位掩模板距离的增加，相位掩模板形成的干涉光场对比度会越来越低，这种对比度的降低导致了光纤布拉格光栅损耗的增加。进一步的分析显示非±1级衍射能量的增加、紫外光束斜入射角度增加、紫外激光时空相干性的恶化等因素也会导致干涉场对比度降低，因此实验上要尽量避免这些不利因素的影响。本文的研究结果为高功率FBG刻写装置的光源、相位掩模板的选择以及光路调试等具有重要的指导意义。

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胡佳洁   李素梅   常永莉   侯春萍  

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视差是影响立体内容视觉舒适度的主要因素之一。论文首次结合视觉显著特性，通过大量主观实验定量研究视差因素对立体图像舒适度的影响。首先利用立体显著区域提取算法获得显著立体图像，并用眼动仪验证其合理性；然后采用像素平移法对显著立体图像进行视差变换，得到实验素材并进行大量主观实验；处理实验数据，得到舒适视差的定量范围。实验结果表明：人眼对水平视差和对垂直视差的舒适度响应差异很大，水平视差舒适范围为（-0.394°，0.610°），可接受的垂直视差范围为（-0.09°，0.11°）。验证实验的正确率在90%以上，表明本文所得舒适视差范围很好地反映了立体图像的主观舒适度，能为制作立体内容提供更符合人眼视觉特性的定量标准。

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李小龙   王静鸽   张利平   李新忠  

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为研究半球形空腔对等离子体辐射的增强作用，利用不同直径的半球形空腔对激光烧蚀合金钢产生的等离子体进行约束，发现半球形空腔对等离子体辐射的最佳增强倍数随着半球形空腔直径的增大呈现先增大后减小再增大最后减小的规律，且最佳增强倍数对应的延迟时间与半球形空腔直径存在线性关系。分析结果表明最佳半球形空腔直径为10mm，延迟时间为10μs时采用该直径的半球形空腔对等离子体辐射具有最优增强效果；对无约束和半球空腔约束下的等离子体辐射光谱进行了空间分辨测量，研究发现无约束情况下随着膨胀扩张等离子体演变为尺寸较大且强度较低的辐射源，而半球形空腔约束情况下等离子体尺寸较小但是强度较高。研究结果表明，等离子体的辐射增强是半球形空腔对等离子体的三维空间压缩效应引起的，且增强效果受半球形空腔直径的影响。

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张文颖   劳达宝   周维虎   朱浩然  

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针对测角系统在线校准问题，提出了一种基于多读数头布局的自校准方法。通过多组传感器的测量数据，利用圆封闭原则和傅里叶级数的性质，建立测量值与误差之间的函数关系，并基于多读数头布局原理，对自校准读数头布局进行了优化，提高了校准方法对误差的抑制能力，实现单读数头测角传感器的自校准。设计了单轴转台，搭建了自校准测角系统，并进行了实验验证，实验结果表明，测角系统采用自校准方法后，单读数头测角传感器测角误差为6.10″，在相同测量环境下，其校准精度接近借助外部参考标准的传统谐波标定方法。研究表明自校准方法可有效抑制测角误差，提高测量精度效果明显。

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王健   钟哲强   张彬   孙年春  

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惯性约束聚变；复合型光栅；扫动速度；功率谱密度；成丝

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邓杨春   赵军磊   戴云   张雨东  

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在早期的研究中，研究者认为采用出入瞳直径相等的双通系统进行人眼像差测量时，由于两个通道的奇像差相互抵消，造成奇像差(例如：彗差)无法测量。本文建立全新的模拟眼模型进行实验，验证双通系统在波前测量时，是否存在人眼奇像差抵消的现象。采用典型双通系统——哈特曼波前探测系统进行实验，出瞳光阑大小固定为6mm，改变系统入瞳光阑大小（1mm-8mm）。实验表明，双通系统中，人眼奇像差在出入瞳直径相等时可测，且人眼奇像差测量与出入瞳直径差异无关，最终得到人眼奇像差测量在双通系统中不抵消的结论。

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郭凤霞   乌云   李滨   戚俊  

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亮光构件表面缺陷引起的微小形状突变能够通过反射条纹的畸变凸显，因此反射条纹技术可应用于反光物体的表面质量检测。本文提出了一种基于反射条纹图像的冷冲压阀片表面压痕机器视觉检测方法，通过该方法提取阀片条纹图像信息，并进行缺陷特征自动识别。采用滤波去噪和多尺度Retinex算法等系列预处理方法提高图像质量，通过条纹中心线、子窗口像素和及投影向量等特征参量的选择降低计算的复杂度并增加计算系统的鲁棒性。实验表明，基于反射条纹图像的阀片表面压痕检测方法具有高精度、高效率等特点，实现了阀片表面细微压痕的有效识别，识别精度可达0.1毫米，检测效率(单张检测目标耗时2s)满足阀片生产线的实际在线检测需求。

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宋牟平   尹聪   陆燕   朱伟基   吴媖   庄守望  

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相位敏感光时域反射计（φ-OTDR）使用相干性较好的窄线宽光源，传感光纤中激励光脉冲产生的散射光发生干涉，利用干涉光的变化对外界扰动进行检测，具有较高的灵敏度。但传统的幅度检测φ-OTDR的结果难以实现定量检测，需要进行相位解调。基于3×3迈克尔逊干涉仪的相位解调系统是一种较好的解调方案，但直接解调的结果存在空间分辨能力小于传统幅度检测φ-OTDR的问题。采用四路检测方法来保持φ-OTDR的空间分辨能力，只需在系统结构中增加一路检测。同时考虑到窄线宽光源产生的脉冲内干涉对解调造成的不利影响，在提出四路检测相位解调φ-OTDR的基础上，从瑞利后向散射光的角度对基于3×3迈克尔逊干涉仪的相位解调φ-OTDR进行分析,并通过实验进行验证。完成了对5km传感光纤上扰动信号的定量检测，检测线性度为0.9956，解调相位的幅度达到31.85rad，解调系统的空间分辨率与传统的幅度检测φ-OTDR相同。

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郑成林   何顶顶   费庆国  

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为了提高数字图像相关法的抗噪声能力，分析了灰度梯度计算误差对数字图像相关法测量精度的影响，提出了采用Tikhonov正则化方法计算图像灰度梯度，进而通过IC-GN法计算图像亚像素位移的改进算法。首先，基于数值仿真散斑图，研究了灰度梯度的相对计算误差。并分析了采用Tikhonov正则化方法计算图像灰度梯度后，改进数字图像相关法的测量精度。随后结合试验验证了本文方法在实际噪声环境中的抗噪声能力。数值仿真和试验结果表明：灰度梯度对数字图像相关法测量精度有较大影响，而采用Tikhonov正则化方法后，可以有效提高数字图像相关法的测量精度与抗噪声能力。

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张春悦   徐抒岩   许博谦   齐鑫   鞠国浩  

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色散条纹共相误差检测技术需要以一定的方法对采集的色散条纹图像进行处理、分析才能得到所对应平移误差值。与其他色散条纹分析方法相比，主峰位移提取法能够同时适用于大量程与一个波长以内小量程平移误差探测。但是，其探测精度容易受到条纹中心线标定误差的影响。为对该影响进行修正，本文首先通过分析平移误差对双孔衍射图样的影响，提出了一种色散中心线位置自适应提取办法；在此基础上，结合主峰位移提取法基本原理，提出了修正条纹中心线标定误差影响的办法。最后搭建实验光路，验证了所提出修正方法的有效性。实验结果表明，在存在中心线标定误差的情况下，能够取得小于30nm的测量精度，相比修正之前精度大大提高。本方法将有效提高主峰位移提取法的抗干扰能力与工程实用性，对于基于色散条纹图像的共相位误差检测技术具有重要意义。

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李雪艳   蒋燕义   姚远   毕志毅   马龙生  

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通过将光学腔与外围热屏蔽层之间的热传递模型等效为多级RC积分电路，计算得到光学腔的温度对外界环境温度变化的响应特性。用此方法探讨了当热屏蔽层的质量限定时，热屏蔽层与光学腔的距离、热屏蔽层的层数和厚度对光学腔的温度响应特性的影响。计算分析结果表明，热屏蔽层与光学腔的距离从40 mm减小至5 mm、可使光学腔的温度响应时间增加一倍；热屏蔽层的层数从一层增加至三层时，且增加光学腔的最内层热屏蔽层的厚度，可使光学腔的温度对快速环境温度变化的敏感度减小一个数量级以上。通过采取优化后的光学腔的热屏蔽层设计，有望提高锁定于光学腔的稳频激光的频率稳定度。

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王文秀   傅雨田   董峰   李锋  

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针对红外船只图像较模糊导致的目标准确率低、速度慢等问题，提出了一种基于深度卷积神经网络的分类算法。首先采用基于标记分水岭分割算法，提取红外船只图像中的连通区域，并对原图相应的目标位置进行标记和归一化处理，提取候选区域。然后，采用深度CNN网络（改进的AlexNet）进行船只目标识别，将提取的候选区域送入改进的AlexNet进行特征提取和预测，得到最终检测结果。分水岭方法可大大减少候选区域检测时间，减少深度CNN网络识别时间。利用实验室自制的红外成像系统获取近千张红外船只数据，并对其平移缩放形成的数据集进行仿真实验，结果表明，标记分水岭与深度CNN网络的结合，可有效识别船只目标，本文方法具有良好的性能，能够更加快速、准确地识别红外船只目标。

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杜虎兵   张少锋   宇建红   李军宁  

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相移阴影莫尔是一项成熟的物体表面三维轮廓测量技术。但是该技术的性能还有优化的空间。为了提高阴影莫尔技术的精度且不增加装置的复杂性，本文提出了一种随机相移阴影莫尔三维轮廓测量技术。提出的方法采用立体视觉方法对阴影莫尔装置结构参数进行标定，运用三帧随机相移算法提取测量相位，从而大大简化了现有阴影莫尔技术的测量过程。由于基于随机相移思想，假定相邻帧条纹图间引入的相移不等且未知，提出的方法可以有效地降低相移器的应用要求。另外，提出的方法在相位解调过程中不受背景光影响，且对条纹图非正弦光强分布不敏感，具有精度高，应用容易的特点。实验表明，提出的方法精度高，速度快，优于现有的典型算法。

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武伟   王世刚   赵岩   钟诚  

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集成成像需从不同角度记录3D物体的空间信息，因此计算量大，时间长。针对这一问题，本文提出窗截取的立体元图像阵列快速生成方法。模拟真实透镜阵列的结构，建立采样模型，根据显示平台光学参数计算得出虚拟3D物体对应每个虚拟透镜元中的图像即立体元图像，然后采用窗截取的方式生成立体元图像阵列。改变采样点和窗函数可以生成任意孔径任意排列结构的立体元图像阵列。实验搭建基于LED的集成成像显示平台，设计了与LED匹配的方形、六边形、圆形孔径的透镜阵列，选取不同类型的3D模型对比立体元图像阵列的计算时间和立体显示效果，其结果表明：在不改变立体显示效果的前提下，当立体元图像的分辨率高于透镜阵列的采样率时，本文所提方法更快。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0710002      

吴嘉宝   张示城   胡依奇   林功伟   钮月萍   龚尚庆  

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基于腔内极化子的量子理论，本文从实验上研究了腔内电磁诱导透明现象。采用铷原子气体，通过升高铷气室温度，使原子数目大量增加。当集体强耦合满足时，弱的控制场也能实现腔内电磁诱导透明以及线宽的显著压窄。随着温度的继续升高，即耦合效应的增强，腔线宽被进一步压窄。

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常永莉   李素梅   胡佳洁   韩旭  

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对影响立体图像观看舒适度的因素进行研究是立体成像技术领域的关键问题之一。本文结合视觉注意机制特性，定量研究饱和度因素对立体图像舒适度的影响。首先，得到立体显著度图，利用模糊隶属度原理和掩膜对其优化获得最终的显著立体图像，并用眼动仪对所得立体图像显著区域的正确性进行验证；然后，采用改进的逐级逼近法进行主观实验，通过大量的实验数据得到显著立体图像的舒适饱和度匹配图和差异图。实验结果表明，双目视图舒适饱和度平均差异值最大可为0.29，即左右视图饱和度差异不能过大。验证实验表明本文所得舒适饱和度范围能够更好地反映立体图像的舒适与否，该成果不仅为立体图像舒适度的研究提供了新的依据而且为立体内容的制作商提供了技术标准。

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冯凤珍   白丽华   郑晓晓  

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使用经典系综模型研究了Mg原子在低于重碰撞阈值激光强度下的非序列双电离（NSDI）。周期量级线偏振激光脉冲条件下，当激光强度为1×1013 W/cm2时，末态关联电子动量谱（CMD）中的电子对主要分布在第二、四象限，这与之前实验上低强度激光脉冲驱动惰性气体原子NSDI中观察到的反关联情形一致。当激光强度为3×1013 W/cm2时，CMD中的电子对主要分布在第一、二、四象限，在第一象限出现的电子对呈现了明显的关联行为。分析重碰撞和双电离之间的延迟时间显示，不同的延迟时间对应着不同的电离过程。对于延迟时间小于半个周期的双电离事件，两个电子倾向于反方向出射。而对于延迟时间大于半个周期的双电离事件，存在同方向出射的电子。延迟时间在电子出射过程中扮演了重要的作用。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0702003      

侯立飞   杜华冰   车兴森   韦敏习   余波   杨国洪   刘慎业  

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本文在微带结构CVD探测器的基础上，利用同轴结构输出部件结合RC隔离直流电路，制作了单端连接同轴探测器。该探测器主要用于激光等离子体的X射线测量。探测器采用圆柱体CVD金刚石，直径为4mm。金刚石一个端面镀有网格状电极，另一端镀有圆盘状电极。网格状电极既可保证偏压正常施加，也可使X射线可直接照射至金刚石表面。探测器的时间响应特性实验是在短脉冲激光装置上开展的，实验结果显示探测器上升时间为61ps。CVD金刚石探测器的时间性能研究为探测器的优化改进提供了基础。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0704001      

朱冰青   袁银麟   康晴   张梦雅   郑小兵   方勇华   李健军   吴浩宇   丁蕾   李孟凡  

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带内相对光谱响应度是检测和评估偏振遥感器带内响应非一致性的基本参数。本文采用基于激光泵浦氙灯光源的单色仪、消偏器、参考探测器和45°分束镜，搭建了一套偏振遥感器相对光谱响应度测量装置。该装置采用消偏器消除单色仪输出的偏振特性，通过光谱偏振分析仪进行消偏精度测量和验证。采用分束镜同步测量的方法，降低光源的非稳定性影响，提高测量精度和效率。采用大气校正仪490nm和870nm偏振通道作为应用案例，开展了带内相对光谱响应度的整机测试实验。实验结果表明大气校正仪中心波长测量极差值与带宽均值的比值精度在0.25%以内，满足带内响应非一致性优于0.6%的定标要求。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0712005      

高岗   李俊   刘旭安   史博   汤玉泉   庞涛   郑青   孙礼明   董凤忠  

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本文针对水泥行业中袋式除尘器破袋检漏定位问题，提出了基于分布式光纤振动传感的检漏定位方法。分布式光纤振动传感系统灵敏度高，可以检测到布袋破损后粉尘气流对光纤产生的微振动信号，以此判断布袋是否破损，并通过时域差分法来定位破袋。搭建了一套相位敏感型光时域反射仪(φ-OTDR)，通过室内模拟实验得出该系统最大信噪比为10dB，实际空间分辨率23.7m，同时验证了该系统能够响应低频粉尘气流扰动信号。在现场平台实验基础上，结合支持向量机(SVM)算法对现场测试数据识别分类，平均破袋识别准确率可达97.8%。结合φ-OTDR分布式系统与SVM算法可以有效解决袋式除尘器破袋检漏定位问题。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0706001      

孙晶   黄普明   幺周石  

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大气湍流引起的光强闪烁使得空间光通信系统性能恶化，而分集接收技术可有效改善这一影响。为进一步分析其对相干接收系统性能的影响，基于BPSK调制、外差相干接收，建立了Gamma-Gamma湍流信道模型下自由空间光通信分集接收系统模型。分析了不同湍流强度和接收天线数下，分别采取最大比合并(maximum ratio combining, MRC)、选择合并(selection combing, SC)和等增益合并(equal gain combining, EGC)时对应的系统误码率和通信中断概率，并与相同接收口径下的传统单天线接收系统进行了性能比较。研究表明：MRC、EGC分集接收对大气湍流下的相干通信系统性能有明显改善，而SC分集接收仅当平均信噪比低于某一阈值时对系统性能有所优化。

       PDF全文 (下载：1)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0706002      

安喆   徐熙平   杨进华   刘洋  

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为了提高驾驶员在行驶车辆过程中的安全性，设计了一种结合图像语义分割的增强现实型平视显示系统（AR-HUD）。本文首先提出了一种改进的SSD网络对道路场景图像进行语义分割，网络前端采用VGG-16对图像进行特征提取，网络后端对获取的特征图进行上采样，从而对特征图进行像素分割。通过对网络的训练，得到了场景目标的像素级分类结果，即环境的语义内容信息。随后通过分析真实场景、光学显示系统、驾驶员之间的关系，将计算机产生的虚拟信息叠加到真实场景，并将显示内容注册到驾驶员视野中，从而提高了行车安全。实验结果表明，语义分割算法的准确率能达到77.8%，本文算法对每帧图像处理的时间平均为45ms，大约22fps。

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韩宇   张启灿   吴应山  

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在现有的各种先进的计量技术，如光学干涉测量、光学三维传感、卫星雷达干涉测量（SAR）以及核磁共振成像（MRI）中，二维相位展开是后期数据处理的关键步骤。本文通过仿真模拟存在噪声干扰的情况，比较了空间相位展开常用方法中的枝切法、最小不连续法、快速相位展开三种算法的抗噪性能。结果显示相对于另外两种算法，最小不连续法具有较好的抗噪性能，但其耗时却远大于其他两种算法。综合三种算法的优缺点，提出枝切法和快速相位展开算法分别与最小不连续法融合的两种算法。新算法既利用了枝切法与快速相位展开算法展开速度快的优点，又利用了最小不连续法抗噪性能强的优点，使得融合后的两种算法展开速度提升的同时，又保证了相位展开的准确性。仿真模拟和实际实验结果验证了新算法的有效性。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0720001      

朱斌   王国利   李小勇   周效信  

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采用精确的依赖角动量量子数的模型势，通过求解三维含时薛定谔方程，提出了实现He原子在激光脉冲驱动下从基态跃迁到较低激发态(n≤3)的途径。研究结果表明，通过优化可以获得合适的激光脉冲参数（如波长、峰值强度和脉宽等），利用这些激光脉冲驱动He原子可以制备得到布居数可控的激发态。对于2s、2p、3p激发态，激光脉冲结束时的布居可以达到100%。而对于3s、3d态来说，由于它们的能级差很小，最终的布居可分别达到0.8和0.86。本文研究结果为实验上制备低激发态He原子提供详细的激光参数，同时为研究He原子在强激光场中的高效发射高次谐波提供重要的参考。

       PDF全文 (下载：9)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0702002      

褚金金   崔桂华   柳耀武   徐婷   阮秀凯   蔡启博   谈燕花  

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针对传统多光谱成像颜色测量系统存在的光谱反射率重建算法复杂计算量大、操作繁琐耗时、成本高等缺点，本文提出一种采用LED主动照明光源和黑白高速相机构建多光谱成像颜色测量系统的新方法。与类似的多光谱成像颜色测量系统不同，该方法采用多个单色LED组合拟合出相对光谱功率分布与相机光谱灵敏度曲线成倒数关系的照明光源，并利用黑白相机的输出响应直接重建物体的光谱反射率。实验结果表明与分光光度计测量结果相比较，该方法测量Macbeth ColorChecker 24标准色卡的光谱反射率的平均误差在2.3个CIELAB色差左右。该系统具有原理简单可行、不需要滤光片，并且光谱反射率重建算法简单快速等优点。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第8期 pp.0833001      

诸波尔   李思坤   王向朝   戴凤钊   唐锋   段立峰  

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提出了一种基于多偏振照明的浸没式光刻机投影物镜高阶波像差快速检测技术。通过采用一元线性采样方式，在不同偏振照明条件下采集浸没式光刻机投影物镜的空间像进行主成分分析，提升了建模速度，在快速建模的同时完成了高阶波像差的高精度检测。与基于Box-Behnken Design统计抽样方法的超高NA光刻投影物镜高阶波像差检测方法相比，本技术有效降低了采样数，提高了采样效率，提升了建模速度。采用光刻仿真软件PROLITH对本技术进行了仿真验证，并分析了照明方式对高阶波像差检测精度的影响。仿真结果表明，该技术对高阶波像差（Z5~Z64）的检测精度优于1.03mλ，同时将建模速度提升了约30倍。

       PDF全文 (下载：2)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0712004      

莫德林   张永生   王涛   张艳  

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成像仿真是相机研制必不可缺的关键步骤。航空线阵摆扫式相机远程、大倾角成像的特点，容易导致成像仿真过程中坐标投影计算迭代不收敛。针对这一问题，提出一种视向量分段迭代的坐标投影计算方法。首先将迭代窗口内的视向量进行分段，根据像点坐标和其所在扫描行的外方位元素计算各分段处的高程与对应的地面点的高程之差，寻找差值最小的分段；然后在该分段处继续构建迭代窗口进行计算，直至高程差值的最小值小于给定的阈值，得到像点坐标对应的地面点三维坐标；最后将该地面点对应的正射影像上的灰度值赋予模拟影像的像点，生成仿真影像。通过3组不同地形的实验数据成像仿真结果表明，该方法成像仿真的精度高于0.005像素，且其鲁棒性较高，能够适用于大倾角成像方式的成像仿真。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0728002      

陈兵   查宇飞   李运强   张胜杰   张园强   库涛  

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行人重识别的精确度主要取决于行人的特征描述，现有的基于卷积神经网络的方法，对图像的监督信息利用不充分，且容易过拟合。针对这些问题，本文提出了一种全批量学习的模型，通过充分利用图像监督信息和约束样本间的距离关系这两个方面的改进使网络得到判别性强的特征。本文首先通过利用批量内图像之间的距离关系来构造难分负样本对和设置距离门限防止网络过拟合来改进对比损失函数，以达到充分利用图片相似性信息和防止网络过拟合的目的。其次，通过结合分类模型和验证模型，利用了图像的类别信息，使批量内图像的所有监督信息都得到了充分利用。实验中，本文在Market1501、DukeMTMC-reID数据库上对算法的有效性进行验证，实验结果表明，本文算法得到的特征具有更强的判别性，而且本文算法的平均识别精确率优于大多数先进算法。

       PDF全文 (下载：10)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0720002      

梁凤超   李敏   吴东岷  

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本文利用定向耦合器代替Y形分支结构，在X-cut铌酸锂基底上设计了一款具有低驱动、高调制参数的M-Z型电光调制器。采用有限元法对定向耦合器的原理及影响因素进行了详细分析和精确计算，并对电光调制器的关键结构参数进行了优化。结果表明：（1）光波沿着定向耦合器传播时，能量在两波导中来回交替，呈正弦和余弦函数分布，并且耦合长度随着其间距的增大而快速增大。（2）在调制臂长为3cm，光波长为1550nm的情况下，单臂调制所获得的半波电压Vπ为2.22V,调制参数S21为-51.13dB；（3）通过对调制臂进行截面分析，给出了电场Ex分量、电位移矢量Dx分量和光模分布，并求得积分重叠因子为0.486；同时还表明脊形波导结构有利于提高电光作用效率。

       PDF全文 (下载：6)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0713001      

董冠极   唐锋   王向朝   冯鹏   郭福东   彭常哲  

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针对目前尚无高精度通用倍率测量方法与装置的问题，提出了基于双光纤点衍射干涉仪的成像系统倍率高精度测量方法。通过分析双点光源间距、CCD相机空间位置与点衍射干涉场相位Zernike多项式系数之间的定量关系，得到物面光纤间距和像面光纤像点间距的nm精度测量值，进而完成对倍率的高精度测量。分别进行仿真分析和实验验证，证明了所提出的测量技术的可行性和稳定性，结果表明，倍率测量的扩展不确定度为2.64 ppm。所提出的成像系统倍率高精度测量技术具有测量精度高和测量效率高的特点，且具备高可靠性，可以用于显微物镜、光刻投影物镜等高精度成像系统倍率的超高精度测量。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0712007      

王亚   周孟然   陈瑞云   闫鹏程   胡锋   来文豪  

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为了快速而准确地判别煤矿突水水源类型，提出了一种构建融合非线性特征提取和分类学习的多层正则极限学习机模型的方法。以激光诱导荧光技术获取水样荧光光谱，作为模型的输入；以改进的自动编码器提取光谱特征，形成模型隐含层的特征空间。为了减少光谱中噪声和异常对分类结果的影响，对极限学习机算法进行了正则化优化，根据是否利用未知样本构造训练集，进行L2范数或基于图的流形正则优化，实现监督或半监督的分类学习。通过不同功能的隐含层之间进行传播学习，构建了多层正则化模型，完成了预训练和训练两个过程的融合。以淮南区域煤矿突水水样为实验对象，与支持向量机和单隐含层极限学习进行性能比较。在含有混合水的样集上，该模型的平均测试准确率可达到94%以上，训练时间0.2 s左右。在含有未知样本的所有水样集上，采用基于图的流形正则优化模型，相比L2范数正则优化，模型测试准确率可提升2%左右。实验结果表明，基于正则优化的多层极限学习机模型更能适应煤矿突水水源判别要求。

       PDF全文 (下载：7)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0730002      

孙艳军   王君   纪雪松   王丽   王越   李哲  

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针对传统光学元件在红外波段色差校正方面存在系统结构复杂、光能损失严重、重量大等问题，论文以红外波段4.8μm和10.6μm存在的色差为例，研究采用槽栅型表面微结构用于红外波段的色差校正。根据广义斯涅尔定律及FDTD理论计算了微结构表面位相分布，采用FDTD Solution仿真了双方柱槽栅型微结构在4.8μm处位相延迟为1.5π，10.6μm上实现了0~2π范围的全位相调制，适于红外色差校正。设计槽栅微结构参数L1=400nm、L2=950nm，槽栅高度K=500nm。实验中采用离心式涂胶法、电子束光刻、离子刻蚀等一系列工艺技术完成双方柱槽栅型微结构样品制备，分析了胶膜厚度、曝光图像质量、刻蚀槽型的影响因素。结果为：L1=408nm、L2=944nm、K=495.32nm、表面粗糙度16.32nm，相关参数在误差允许范围之内；4.8μm和10.6μm两红外波段峰值透过率分别为71%和64%；利用平行光位置色差测试原理测得两红外波位置色差缩减到30%，从而证明了槽栅型微结构器件对红外色差的校正作用。

       PDF全文 (下载：4)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0724002      

王越   冷雁冰   王丽   董连和   刘顺瑞   王君   孙艳军  

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利用石墨烯与金属相结合的方法提出了一种新型超材料吸波体结构，通过改变外加偏置电压来改变石墨烯的费米能级，在微波段分别实现了单频和宽频的振幅可调性。首先利用商业软件CST Microwave Studio 2011对单一频段下的超材料结构进行模拟仿真，仿真结果表明，当结构参数不变时，吸波体的吸收强度随石墨烯费米能级的增加而不断减少，且最大调制深度达到了58.6%，而当石墨烯费米能级为0eV时，吸波体的中心频率随结构参数的改变而改变；其次，根据多吸收峰叠加扩展带宽的原理通过不同尺寸单元的排列实现了宽频吸波的特性，并通过仿真模拟证明了该宽频吸波体同样具有振幅可调的性质；最后，对该吸波体表面电流分布及内部的空间电场进行仿真与分析，并阐述了其电磁吸波及振幅可调的机理。该方法将石墨烯与金属结合，使其具有传统金属超材料的电磁波高吸收特性和石墨烯的调控特性，同时仿真结果证明该方法对宽频超材料吸波体同样有效。

       PDF全文 (下载：8)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0716001      

叶井飞   徐凯迪   杨明珠   宋真真   裴世鑫   卜令兵   陈露   高志山   余俊   沈正祥  

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头戴显示系统在现代教育、医疗和娱乐等领域具有广泛的应用，其显示光学系统的设计是一个研究热点。离轴反射式头戴显示光学系统是现有头戴显示系统的一种设计形式，既满足小型化和结构紧凑的需求，又能够实现宽光谱成像，无需校正色差。然而，现有离轴反射式头戴显示光学系统的设计难以兼容大出瞳直径和小F数的要求。针对该问题，提出了基于光学自由曲面的离轴两反头戴显示光学系统，实现了大出瞳直径和小F数。该自由曲面头戴显示光学系统分别采用了双曲率基面自由曲面和XY多项式自由曲面，其出瞳直径为10mm，F数为3.0，视场角为28°，出瞳距大于15mm。该系统的成像性能满足要求且优于现有设计结果。

       PDF全文 (下载：6)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0722003      

李艳荻   徐熙平  

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提出一种基于空-时域特征决策级融合的人体行为识别算法，在空间域提取人体的形状上下文特征，用于同一时刻模板图像与测试图像的轮廓匹配，在时间域用变化的空间特征序列表征运动特征，然后联合鲁棒的空间特征进行有效的行为识别。识别阶段采用动态时间规划算法分别计算两种特征对于每种类别的后验概率，在决策级采用加权平均法对两种特征的后验概率进行融合，将最大概率对应的类别记为最终分类结果。针对动态时间规划算法提出一种基于椭圆边界约束的改进搜索策略，有效缩减最优路径的搜索空间，同时剔除视频中的噪声干扰。从计算复杂度和识别精度两方面对椭圆边界的约束性能进行分析，实验表明椭圆边界约束性能均优于平行四边形及菱形约束，并给出最佳边界尺寸范围。最后算法分别在Weizmann行为数据集和KTH行为数据集上进行测试，平均识别率分别优于93.2%和92.7%，有效实现了室内智能监控系统的高效性及稳定性。

       PDF全文 (下载：6)        光学学报 ，2018年第38卷第8期 pp.0810001      

史晓凤   张心敏   马丽珍   张旭   马海宽   马君  

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为了快速检测水中痕量多环芳烃，本文制备了一种高灵敏度的三维表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering，SERS）基底。采用原位聚合反应获得具有丰富三维孔结构的甲基丙烯酸缩水甘油酯-二甲基丙烯酸乙二酯（glycidyl methacrylate-ethylene dimethacrylate, GMA-EDMA）多孔材料，将此材料作为三维载体与参数优化的金纳米颗粒（平均粒径57nm、pH=13）相结合形成高灵敏度三维SERS活性基底，相比仅用参数优化的金溶胶SERS基底，信号强度有近一个数量级的增强，与未调pH值的金溶胶基底相比，增强效果有2-3个数量级的提高。且该方法的基底内探测相对标准偏差（RSD）在4.78%-9.27%之间，基底间RSD为2.05%，具有良好的重复性。以该基底对三种较有代表性的多环芳烃，菲（三环）、芘（四环）、苯并(k)荧蒽（五环）进行了系列浓度的SERS光谱探测，得到检测限分别为9.0×10^(-10)、2.3×10^(-10)mol/L及5.9×10^(-10)mol/L。结果表明，这种检测方法操作简便、重复性好、灵敏度高，可以实现水中多环芳烃的痕量检测，有望进一步推进多环芳烃现场检测的发展。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0724001      

刘盛捷   付翰初   魏凯   张雨东  

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逆合成孔径激光雷达（Inverse Synthetic Aperture Lidar，ISAL）的调制信号具有高频率、大带宽的特性，使传统逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)的“一步一停”模型不再适用。通过建立精确的ISAL成像模型，分析了ISAL成像过程中存在平动误差、转动误差和模型误差三类误差。针对传统ISAL采用平动、转动分离补偿时，由于平动误差补偿时存在残余误差而影响转动误差补偿的问题，提出基于Nelder-Mead单纯形法和拟牛顿法的联合补偿成像算法，算法首先采用Nelder-Mead单纯形法对目标运动参数进行优化迭代搜索，将得到的优化解作为运动补偿项对三类误差进行全局补偿，然后利用拟牛顿法补偿残余误差。仿真实验结果表明，与传统分离补偿算法相比，所提出算法可以精确估计目标的运动参数，获得聚焦良好的高分辨率ISAL二维图像。

       PDF全文 (下载：3)        光学学报 ，2018年第38卷第7期 pp.0711002