王福斌   孙志林   王尚政  

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飞秒激光烧蚀单晶硅微结构过程中衍生的等离子体发光现象生成光斑，光斑的灰度水平可反映微加工过程的工艺状态，并可用于监测微加工过程的实时状态反馈，故对等离子体光斑灰度特征进行分析有较强的工程意义。首先，通过原光斑图像在HSL(Hue Saturation Lightness)彩色空间上的L分量进行主成分提取并结合掩膜处理，得到信噪比为32.7608 dB的有效灰度图，通过计算处理前后L分量的平均值验证了原光斑图像经处理后灰度没有发生变化。通过单个光斑图像处理前后的平均灰度曲线，发现原光斑图像的灰度曲线包含许多毛刺，而经处理后图像的灰度曲线更为平滑，信噪比明显提高。其次，通过光斑序列样本图像的灰度特征提取并绘制灰度特征曲线，发现光斑序列图像的灰度随飞秒激光束往复烧蚀运动呈周期性变化。再次，本文采用分形插值与小波变换相结合的方法处理序列图像的灰度特征变化曲线，不仅清晰完好的保留了灰度特征曲线的细节信息，而且使该灰度变化曲线变得更为平滑。最后，为验证所用方法处理灰度曲线的有效性，将其与单独使用小波变换处理后的灰度特征曲线进行对比实验，并通过光斑灰度特征变化与烧蚀加工功率变化之间的相关性分析发现随着激光功率的增大，等离子体光斑灰度相应增大，表现出二者之间存在极强的相关性，这对利用光斑灰度指标进行激光功率调节，进而反馈微结构的加工深度提供了有意义的依据。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.173201      

党宇超   曹阳   陈果  

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对室内可见光通信中的荧光灯干扰进行了实验测试，获得了基于OOK调制的室内可见光通信系统在荧光干扰下的发射接收时域波形，随后引入系统传输基带模型与室内三维模型，在5*5*3m的室内环境中，获取室内任一点的误码率，进而模拟分析了荧光灯干扰对室内可见光通信接收机性能的影响。结果显示，荧光灯干扰以加性噪声的形式表现在接收信号中，并导致接收信号产生类正弦的周期型信号畸变，并且荧光灯干扰频谱覆盖范围较广，低速率与高速率数据信号均易受影响。采用基于小波阈值收缩法的小波变换降噪，对信号进行降噪处理，结果表明，由于小波变换的尺度灵活性，对荧光干扰的消除有较为良好的效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.170604      

邹沛煜   张卫东   史金余   周景春  

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针对退化的水下图像存在色彩失真，低对比度，视觉模糊问题，我们提出了一种基于高低频分量融合的水下图像增强算法。首先我们基于Retinex利用多尺度提取算法估计出反射分量，其代表原图像的高频分量，同时对反射分量进行对比度受限的自适应直方图（CLAHE）拉伸，在增强全局对比度同时突显出细节信息；为防止拉伸的过程中产生噪声影响图像质量，对拉伸后的反射分量使用引导滤波进行去噪声处理；然后将原图与反射分量相除以获取入射分量，其代表原图像的低频分量，同时我们使用多尺度细节提取法从反射分量和入射分量中获取细节信息，最后我们将去除噪声的对比度增强图和高低频细节图进行线性加权融合去获取融合图像，并对其进行颜色校正，获得最终的水下清晰图像。实验结果表明，本文算法能够有效地增强图像对比度和细节、同时明显改善图像的视觉效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161010      

李桂琳   邓琥   刘泉澄   郭志成   张祺   尚丽平  

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本研究分别利用高效液相色谱法和太赫兹时域光谱技术对甲硝唑分析纯和口服甲硝唑进行实验检测。以密度泛函理论的多种交换-关联（exchange-correlation）函数模型为基础，计算甲硝唑在太赫兹波段的分子振动频率，并对甲硝唑的特征吸收峰进行了指认。实验结果显示，太赫兹光谱检测结果与高效液相色谱的实验结果有较好一致性，太赫兹技术可以对药物进行快速检测。太赫兹实验得到的甲硝唑特征吸收峰的位置与计算所得的理论值极为相近，表明系统可测范围存在甲硝唑分子振动频率，并且特征吸收频率的形成机制与分子基团的振动模式密切相关。这一研究对抗生素药品的快速检测以及化合物有效成分的鉴别具有重要的参考作用。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.173001      

杨航   赵功   刘小雍   叶振环   贾阳   何建国   黄文  

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磁流变抛光目前已经可以用于平面、曲面等各类几何特征光学元件的最终表面修形与亚表面残余损伤修整，然而，工程实践中，曲率类元件往往难以获得和同级别平面元件相当的收敛精度与收敛效率。理论上由曲率元件曲率因素引入的磁流变抛光的不确定性无法被定量分析与评估。本文从磁流变抛光工艺特点出发，探讨了曲率特征和抛光工艺的依赖关系，进一步基于几何分析建立了曲率特征对各工艺环节的影响机制。包括：曲率对曲面误差展开、轨迹规划、去除函数获取、驻留时间求解以及机床误差容错能力等关键工艺环节的影响机制。最终，建立了磁流变抛光曲率元件时曲率效应的评价理论。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.172202      

朱天才   王晓南   陈文刚   胡增荣   谢永   杨彬   余秋香  

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本文利用IPG YLS-6000光纤激光器对1.6 mm厚的QP1180高强钢进行了激光焊接，研究了不同热输入(14~36 J/mm)对激光焊接接头组织及性能的影响。研究结果表明，当热输入达到21 J/mm及以上时可获得全熔透焊接接头，且随着热输入的增加，熔宽逐渐增大。焊接接头存在软化区，但软化程度较低(≤10.1%)。焊接接头软化区受到两侧强化相的约束，导致完全熔透焊接接头拉伸后断裂在母材处，强度与母材相当。杯突试验中，当热输入为21～36 J/mm时，焊接试样开裂位置垂直于焊缝失效，三种全熔透焊接接头的杯突值均达到了母材的70%。综上，激光焊接热输入控制在21~36 J/mm，可保证全熔透焊缝性能满足工业化应用要求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第05期 pp.051406      

路培鑫   王栋   李阳  

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为了满足板材上加强筋宽度的在役、快速、非接触地无损测量需求，提出了一种激光超声C扫描的测量方法。首先，通过建模和理论计算，分析了脉冲激光在2 mm厚的304不锈钢板上激励出的超声场分布情况；然后，通过激光超声实验得到2 mm不锈钢板中的声场分布，并对比理论计算结果；最后，采用激光超声C扫描技术测量加强筋的宽度，并利用小波降噪和图像均值滤波两种方法，对结果进行了图像处理。实验结果表明：当激励和接收点距离4 mm时，脉冲激光在304不锈钢板上激励出的反射横波幅值比反射纵波幅值高，因此可以用反射横波幅值作为特征信号对304不锈钢板上的加强筋进行超声C扫描检测。激光超声C扫描的检测精度为0.05 mm，满足工程检测的误差要求。因此，激光超声C扫描可以实现对加强筋宽度的快速非接触测量，为进一步表征加强筋的强度提供实验研究依据，具有一定的工程价值。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.171203      

周孟然   王锦国   宋红萍   胡峰   来文豪   卞凯  

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针对现有的食用油检测技术无法既快速又准确地识别市场售卖的食用油问题，提出一种快速辨识食用油的方法。本文采用激光诱导荧光技术（LIF）获取油样的荧光光谱数据，光谱数据由主成分分析提取特征信息后，采用飞蛾-扑火优化器和核极限学习机的融合算法建立多元分类学习模型,识别油样的类别。实验油样选取5种样本，每种样本采集150组荧光光谱，然后随机抽取600个样本作为学习算法模型的训练，剩余150个用于测试训练好的模型。结果表明：在测试集上的平均分类准确率方面，该模型与极限学习机和反向传播神经网络相差不大，但是该模型分类准确率的标准差远远小于其它两种模型，说明其具有较稳定的分类性能，而且不损失该模型的训练时间，可以满足快速鉴别食用油的要求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.173002      

张丹   黄欢   尚振宏  

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为解决非刚性图像配准过程中无法同时解决局部大形变和小形变的问题，结合归一化互信息图像配准的理论，提出基于互信息的Active demons非刚性图像配准算法。通过引入互信息提高Active demons算法的驱动力，不仅可以解决不同形变大小的图像，而且提高了图像配准精度，针对Active demons算法中归一化因子的值由人工设置和迭代过程中不变的缺点，采用浮动图像和静态图像的互信息自适应调节。在合成图像、医学图像、自然图像、二值图像进行实验测试，仿真结果表明，该算法在配准精度和鲁棒性上优于原来的Active demons算法。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161009      

Luoyi Ding   段锦   宋宇   祝勇   杨晓山  

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为了提高可见光和红外融合图像的细节信息以及保留对比度，提出了一种基于残差学习和视觉显著性映射的多尺度分解图像融合方法。首先，使用高斯滤波器和引导滤波器对图像进行多尺度分解，分解为基本层和细节层，其中细节层分为小尺度纹理层和中尺度边缘层。然后，使用提出的改进视觉显著映射方法对基本层进行融合，低光照图像基本层需要增强处理，这种融合方法使融合图像的具有良好的对比度和总体外观。对于细节层，本文提出了对小尺度纹理层和中尺度边缘层分别进行最值化以及软最大化融合规则的残差网络深度学习融合模型。实验在TNO数据集上与最新的6种方法在离散余弦特征互信息，小波特征互信息，结构相似度和伪影噪声率这4个客观指标上进行比较，并且在前3个客观指标上获得了提升，在伪影噪声率上获得进一步的下降。该算法在保留图像显著特征的同时使融合图像获得了更多的细节纹理信息，具有良好的对比度，且有效地降低了伪影和噪声。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161008      

葛平淑   郭烈   齐国栋   常婧  

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为解决在复杂变光照环境下车道标识线的辨识问题，实现全天候环境的车道偏离预警，提出了一种新的车道标识线辨识算法。将基于OTSU算法的自适应图像分割技术用于在不同光照环境下车道标识线的划分，对图像的全局阈值和局部阈值进行加权处理得到自适应阈值，采用45°与135°梯度方向的Sobel算子提取车道边缘信息，改进Hough变换方法并以其完成车道标识线的辨识过程。对不同光照环境下的道路图像进行对比实验，结果表明本文方法比传统Hough变换法识别准确率平均提升了5.7%，检测单帧图像平均耗时57.79ms。本文算法抵抗干扰性能良好，能够适应各种的光照环境，能够达到系统实时性的要求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161502      

崔权维   孙文磊   黄勇   黄海博  

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建立基于控斑技术的机器人曲面激光熔覆的轨迹规划方法。以光斑投影面积变化阈值为约束条件, 控制激光在曲面上的能量输入密度, 通过曲面轨迹插补点上激光束投影光斑几何形态变化, 寻找求解离焦量与姿态因素影响熔覆质量的规律方法,实验获得不同离焦量与不同姿态变化的多道扫描时激光路径顺序规划方法,验证方法的适用性。实例对比出相同离焦量与不同姿态因素, 机器人曲面激光熔覆质量不同, 宏观层面上, 其他工艺参数不变, 对比得出离焦量为5mm时熔覆效果较好；微观层面上, 通过实验得出当空间夹角（激光束与曲面法线成角）等于23.4度时, 熔覆层出现裂纹, 当空间夹角大于30度时结合界面中熔合线附近出现明显的夹杂、空洞等现象；实际测得熔覆层厚度整体上随着空间夹角增大而变薄；同时也通过显微维氏硬度测得, 随着夹角增大熔覆层厚度变小, 总体硬度均高于基材。通过光斑面积变化校验轨迹插补点, 控制姿态的变化实现激光表面高质量熔覆的要求可行, 该技术方法可以保证曲面激光熔覆沉积层的基本质量要求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.171404      

陈玉芳   王敏   张昊   何剑飞  

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健康医疗领域中往往需要曲面光源照射曲面被测物，如何设计发光二极管(LED)阵列，使其产生均匀的照度分布具有一定的研究意义。本文将柱面LED曲面面阵分成两部分，直线LED阵列和环形LED阵列。对曲面LED阵列光源和柱状曲面目标接收面的光场分布构建了反映照度分布的目标函数，确定环形LED阵列的照度均匀性由LED灯珠的光辐射参数m值、灯珠阵列曲面半径r1和接收曲面半径r2，相邻两灯珠之间的夹角2θ决定。采用TracePro光线追迹法分别计算了两种阵列的照度分布情况。通过优化LED曲面面阵排布，获得在柱面目标面上产生了均匀的照度分布。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161101      

陈丽煊   饶鹏   朱含露   孙莹莹   贾良杰  

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点源法检测调制传递函数（MTF）理论严密，能有效检验各个方向的MTF,可用于空间探测相机在轨性能监测。但当点源图像存在噪声，利用传统滤波方法进行去噪会存在检测精度不足甚至出现MTF曲线近似阶跃为0的问题，从而影响其对成像质量的评判。因此，本文根据点源图像光强分布特点，提出一种基于平缓区均值的点源图去噪方法，并将该方法与传统滤波方法进行定量比较。仿真和实验结果表明：该方法将MTF曲线的检测率提高到90.91%以上，相比于传统滤波方法，MTF检测精度能提高2倍以上，同时提高了图像的峰值信噪比PSNR和结构相似度SSIM。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第18期 pp.181001      

王雅慧   王浩全   任时磊   孟乾泰   王玉磊  

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摘 要 气固两相流广泛存在于工业生产的材料输送中，静电法由于具有成本低、易检测、适应性强等优点而被广泛应用在两相流的测量中。本文基于静电感应原理, 采用有限元分析法对传感器的结构参数（管壁厚度、电极宽度、电荷、位置等）进行了设定；在不同电极宽度下，对传感器的空间灵敏度进行了研究；根据静电传感器的静动态特性，研究分析了传感器的幅频特性。经仿真实验得出：静电传感器在空间频域上具有低通滤波特性；粒子通过管道时，越靠近管道中心，空间频带越窄；粒子在管道中的速度越快，传感器的频带越宽；电极的轴向长度越长，信号的振幅越大。在确定电极宽度的情况下，可以得到电极在管道内的最佳感测范围。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.171202      

龚伟   秦岭   任高锋   周博  

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摘 要 由于大部分基于卷积神经网络的双目立体匹配算法往往将双目图像对的像素级别特征作为匹配代价进行计算，缺乏将全局特征信息结合到立体匹配算法的能力，导致不适定区域（如弱纹理区域、反光表面、细长结构、视差不连续区域等）的匹配精度差，从而影响整体立体匹配精度。针对这个问题，本文提出了一种基于多维特征融合（MDFF）的立体匹配算法，该算法主要由三个模块组成：残差开端（Inception-ResNet）模块、空间金字塔池化(SPP)模块和堆叠沙漏网络（SHN）模块。Inception-ResNet模块主要提取图像对局部特征信息，SPP模块主要提取图像对全局特征信息构建匹配代价卷，SHN模块用来规则化匹配代价卷。在KITTI2012和KITTI2015数据集上进行验证，本文提出算法的三像素平均误匹配比例是1.62%和1.78%,这超过了大部分国内外先进算法；此外，本文提出的立体匹配算法在Apollo数据集和Middlebury数据集上也表现较好。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161004      

冯路佳   王慧琴   王可   卢英   王钾  

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传统的火灾烟雾识别方法在场景复杂、干扰较多的情况下识别性能有所下降。针对该问题，本文提出了一种基于目标区域的卷积神经网络火灾烟雾识别方法，构建两层的火灾烟雾识别模型，利用目标区域定位层的运动检测算法对火灾烟雾图像进行烟雾目标区域的提取，快速去除复杂场景的大量无关干扰信息，并将提取的烟雾目标区域输入火灾烟雾识别层，通过卷积神经网络精细提取烟雾的深层特征后进行分类，完成火灾烟雾的识别。实验结果表明，提出的方法在复杂环境下的数据集中，抗干扰能力较强，有效的降低了误检率，提高了烟雾识别的准确率。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161004      

刘增力   付钰  

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当有雾图像中存在大面积明亮区域及景深突变时，使用传统去雾方法处理后的结果容易出现颜色偏移和光晕效应。针对该类问题，本文提出了一种基于透射率自适应约束修正的图像去雾算法。本算法在大气光值估计阶段使用自动与手动估计相结合的方式，方便使用者对去雾结果进一步根据需求自行调整。关于透射率的估计，首先通过辐射体边界约束求取透射率估计下限以替代传统算法中预先设定的固定数值。然后通过设置阈值判断像素是否在同一景深范围，并根据强度差值比情况自适应做出相应的修正，以优化透射率估计。结果表明，本算法能对有雾图像实现较好的图像去雾效果，在恢复清晰图像、增强图像视觉效果和可用性的同时，有效避免图像中明亮区域出现颜色偏移伪影及景深突变处出现光晕效应的问题。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161003      

王殿伟   郝元杰   刘颖   谢永军   宋海军  

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针对监控视频中车牌图像超分辨率重建数据处理量较大、性能较差的问题，本文提出了一种基于逐级反投影网络的车牌图像超分辨率方法。首先，为了减少超分辨率网络数据处理量，采用车牌检测的方法检测并提取出低分辨率车牌区域；然后，将DBPN(Deep Back-Projection Network For Super-Resolution)中较大的采样倍数分解，以逐级采样的方式完成迭代的反投影。在逐级反投影单元中，跳线连接融合逐级采样产生的中间尺度特征来提高特征利用率；1×1卷积层对融合后的中间尺度特征降低维度,同时可以保留关键信息；最后，根据逐级上投影单元产生的高分辨率特征图融合生成RGB车牌图像。实验表明，本文算法不仅降低了超分辨率网络的数据处理量以及参数量，而且车牌图像超分辨率重建质量从主观感受和客观评价指标相比于DBPN有很大的提升。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161002      

鄂雪飞   Junmin Leng  

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为减小并行相移数字全息重建过程中的插值误差，提高再现图的质量，本文提出了一种基于图像条纹特性和像素分布的并行相移数字全息插值算法。该算法首先根据相移特性从并行相移全息图中提取各同相全息图像，将各图像分为3×3的方块区域；按照条纹特性对分割的方块区域进行多方向插值，根据多方向插值后的图像频域特性选择性合并，由合并新生成的全息再现物场。实验结果表明：与传统并行相移全息插值算法相比，本文提出算法可将再现图像的峰值信噪比提高45%以上；与其他改进算法相比，计算时间降低至少1.85倍。本算法能更好地重建并行相移数字全息图像，减小插值误差，保留细节信息，提高再现图像质量。算法可应用于获取动态三维物场信息，如生物细胞观测、移动物体体检、微观粒子成像和跟踪等领域。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161007      

崔鹏翔   于凤芹  

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针对传统Vibe算法在运动目标检测中鬼影现象难以消除的问题，提出一种根据欧式距离及Tanimoto系数计算前景-邻域背景像素灰度直方图相似度的方法来检测及消除鬼影；针对传统Vibe算法在运动目标检测中无法消除阴影的问题，提出了一种结合YCbCr颜色空间和混合高斯阴影模型的方法来检测及消除阴影。仿真实验结果表明，本文算法在保留原有Vibe算法高效性的同时，能够有效的消除鬼影及阴影问题。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161006      

张祥东   王腾军   杨耘  

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为了解决基于深度学习的高光谱图像分类方法在小样本数据上分类精度低的问题，提出了一种基于多尺度残差网络的分类模型。该模型通过在残差模块中加入分支结构，分别构造了基于光谱特征和空间特征的提取模块，实现了空间特征和光谱特征的多尺度提取融合，充分利用了高光谱图像中丰富的空谱信息。此外，模型中使用了动态学习率、批归一化以及Dropout等策略来提高计算效率和防止过拟合。实验结果表明，该模型在Indian Pines和Pavia University数据集上分别取得了99.07%和99.96%的总体分类精度，与支持向量机和现有的深度学习方法相比，有效地提高了小样本高光谱图像的分类性能。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.162801      

裴明源   乌日开西·艾依提   王胜权  

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为研究激光熔覆扫描路径对薄板变形的影响，熔覆阶段使用位移传感器进行变形的动态测量研究，熔覆结束后对三种扫描路径的薄板进行整体变形测量研究。结果表明，三种扫描路径均在P2测点产生凹变形，熔覆阶段变形均呈累积叠加的阶梯状，且呈周期性膨胀和收缩变形，螺旋式扫描产生最大的弯曲变形。单向式扫描和往复式扫描熔覆区域均呈凹变形，薄板上端边缘呈凸起变形。螺旋式扫描熔覆层中心和薄板两端边缘呈凸起变形，沿横向中心线的截面变形呈“W”型，且产生较小的扭转变形。三种扫描路径中单向式扫描可以有效减小薄板的变形且熔覆区域成形质量较好。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.171403      

周君   景军锋   张缓缓   王震   黄汉林  

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为满足工业上对织物缺陷检测的实时性要求，提出了一种基于S-YOLOV3的织物实时缺陷检测方法。首先使用K-means聚类算法确定目标先验框，以适应不同尺寸缺陷；然后构建S-YOLOV3(Slimming YOLOV3)模型，通过预训练YOLOV3模型得到权重参数，利用BN层中的缩放因子γ评估每个卷积核的权重，将权重低于阈值的卷积核裁剪得到S-YOLOV3模型，实现模型的压缩和加速；最后对剪枝后的网络进行微调提高模型准确率。试验结果表明：模型对于不同复杂纹理的织物都能准确检测，平均精度均值达到94%，剪枝之后速度提高到55FPS，准确率与实时性均满足实际工业需求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161001      

卢健   陈旭   罗毛欣   王航英  

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行人再识别的主要任务是利用计算机视觉对特定行人进行跨视域匹配和检索。相比于传统算法，深度学习由数据驱动提取特征更能表征行人之间的区分性。本文对行人再识别的背景及研究历史、主要面临的挑战、主要方法、数据集及评价指标进行了梳理和总结。主要从特征表达、局部特征、生成对抗网络三个方面对行人再识别的算法进行了分析，列举了行人再识别9个常用数据集、3个评价标准和14种典型方法在Market1501数据集上取得的准确度，最后对行人再识别的未来研究方向进行展望。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.160001      

朱登玮   曾瑞敏   唐泽恬   丁召   杨晨  

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设计基于人工表面等离子体激元 (spoof surface plasmon polaritons, SSPPs)的具有陷波功能的多频带滤波器。首先，在波导结构上，引入并分析了渐变槽形单元结构，以获得更好的色散特性。在此渐变槽形单元结构基础上构建具有7.1GHz截止频率的低通滤波器。通过加载E形的谐振器激发馅波进而形成多频带滤波器，该谐振器有奇偶模两种谐振模式。当奇偶谐振模式同时被激发时，构成了具有-3dB的插入损耗、2.83GHz截止频率的低通滤波器和插入损耗-0.5dB，带宽为2.94GHz到4.3GHz与4.4GHz到7.1GHz两个带通滤波器。调节谐振器中间枝节使得偶模式退化消失时，形成两个通带，包括：-3dB插入损耗、2.83GH截止频率的低通滤波器和-0.5dB插入损耗、 2.94GHz到7.1GHz的带通滤波器。因此，基于E型谐振器的多频带滤波器结构，对拓展人工表面等离子体在微波领域的应用有潜在意义。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.172401      

李刚   刘强伟   万健   马彪   李莹  

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混凝土路面光照强度不均匀、背景复杂、噪声干扰大，传统的裂缝检测算法难以准确提取裂缝特征。为了在提高裂缝检测准确性的同时减少计算冗余，提出了一种将低秩核和组卷积结合的交错低秩组卷积混合深度网络的路面裂缝检测算法。首先利用滑动窗口裁剪方法建立裂缝图像数据集，在训练集上生成一个具有较好鲁棒性的分类器，对裂缝及非裂缝图像进行分类，然后采用自适应阈值法得到边缘轮廓清晰的裂缝二值化图像，最后采用中轴线法求取裂缝最大宽度。在测试集上验证模型收敛性，实验结果表明测试精度为0.9726，效果优于传统的裂缝检测算法，同时，相对于卷积神经网络大幅减少了模型参数，并且对于裂缝宽度在2.5mm以上的裂缝，相对误差小于0.02，较好的达到了工程实际要求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141031      

郭智元   李建聪   陈太喜   伍雁雄  

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为实现大视场、低成本、高解析力的高性能手机镜头光学系统,基于ZEMAX设计了2个采用不同滤光方式的单中心超广角手机镜头光学系统,匹配于曲面传感器。2个光学系统分别由4片同心塑料透镜加曲面滤光片或红外截止膜构成,系统F数为1.8,视场角为130°,系统焦距为2.64mm,系统总长为4.1mm。中心视场MTF在奈奎斯特频率200lp/mm处大于0.5,在奈奎斯特频率400lp/mm处大于0.2;0.7以内视场MTF在奈奎斯特频率400lp/mm处大于0.2。全视场相对照度大于0.42。最大RMS半径小于3.75μm,符合手机镜头成像要求,实现了超广角、短焦、紧凑型光学系统设计,可加工性高,成像质量高。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.072204      

艾玲梅   李天东   廖福元   石康珍  

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摘 要 针对全卷积神经网络在图像分割中信息遗失、依赖固定权重导致分割精度低的问题，本文对U-Net结构进行改进并用于脑肿瘤MR图像的分割。在U-Net收缩路径上用注意力模块，将权重分布到不同尺寸的卷积层，有利于图像空间信息和上下文信息的利用；用残差紧密模块代替原有卷积层，能够提取更多的特征并促进网络收敛。BraTS(The Brain Tumor Image Segmentation Challenge，BraTS)提供的脑肿瘤MR图像数据库对提出的新模型进行验证，用Dice分数评估分割效果，获得肿瘤整体区域0.90分、肿瘤核心区域0.79分和肿瘤增强区域0.78分的精度。表明本文提出的U-Net结构可提高MR图像分割的精度和效率。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141030      

冯天伟   刘金清   肖金超   熊俊峰  

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海天线是海空背景图像所具有的重要特征之一，海天线的检测对划分天空区域、海面区域以及目标检测具有重要作用。然而，复杂海空背景环境中的海杂波、云层、强反射、复杂气象条件等会给海天线检测造成困难。本文针对复杂背景下海天线检测的环境适应性问题，对视觉传感器获取的原始图像的特点及图像中海天线的特点、干扰因素及其抑制方法、现有的海天线生成方法三个方面进行了详细的阐述和分析，列出了他们的优缺点和适用场景.最后展望了海天线检测的未来挑战和研究方向。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.160002      

张虹   左鑫兰   黄瑶  

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针对多特征决策融合的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）的问题，提出基于稀疏表示系数相关性的特征选取方法。采用稀疏表示分类（Sparse Representation-based Classification，SRC）分别对各单一特征进行系数矢量的求解并定义两个系数矢量之间的相关性。以此为基础，通过构造互相关矩阵、求解非线性相关信息熵获得最佳的特征组合。最后，采用联合稀疏表示考察选取的多特征之间的稳定内在关联。根据重构误差的大小判定测试样本的目标类别。基于MTSAR数据集在标准操作条件、型号差异和俯仰角差异的三种实验场景下对方法进行了测试。实验结果验证了提出方法的有效性和稳健性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141029      

盛子夜   张云伟  

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瓶装矿泉水在出厂前需要检测里面是否存在悬浮物颗粒，目前主要是靠人工观察，这种方法费时费力，而且依赖人工的主观感觉，检测效果不好。针对这一问题，本文基于计算机视觉技术，建立了一种瓶装矿泉水中悬浮物颗粒自动检测方法，包括图像采集、悬浮物颗粒目标识别、数量统计及尺寸参数检测等图像分析处理流程。在此基础上，设计了瓶装矿泉水中悬浮物颗粒自动检测装置，阐述了该装置的结构及工作原理，并进行了瓶装矿泉水中悬浮物颗粒检测试验。检测试验结果表明，本文提出的方法可从定性和定量两个方面对瓶装矿泉水中是否存在悬浮物颗粒进行检测，悬浮物颗粒数量统计准确，悬浮物颗粒的尺寸检测最大误差0.28mm，相对误差小于6.8%，具有较高的精确度。将上述装置及方法用于瓶装矿泉水出厂前检测，具有检测准确、节约人力、工作效率高、操作简单的特点。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141028      

黄锦煖   贺艳芳   林峰  

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目前市面上的胶囊内窥镜仅能观察到前方视场，而人体内肠道组织的褶皱和回环会导致大量后方视野盲区。本文设计了一个可以同时对前后方视场成像的胶囊物镜，可同时对前方视场0~80°，侧后方视场50~80°进行成像。该物镜总长为15.6mm，最大径向直径为8mm。搭配1/6英寸成像芯片，满足高分辨率（89lp/mm处大于0.5）的要求，且具有良好的成像质量。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.171701      

张昆   赵尚弘   蒋炜   林涛   王国栋   李赫  

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摘要 提出了基于偏振复用双平行马赫增德尔调制器（PDM-DPMZM）的基频倍频三角波和方波产生方案。DPMZM1加载驱动射频信号，DPMZM2不加射频仅进行光载波相移时，检偏拍频后可产生载波基频的三角波和方波信号；当DPMZM1和DPMZM2同时加载射频驱动，控制相位差90度，两路偏振光独立拍频后，可以产生载波二倍频的三角波和方波信号。通过改变射频信号的相位差和连接方式，仿真中分别产生了重复频率为10 GHz和20 GHz的三角波方波信号，通过射频信号幅度漂移验证了方案的稳定性。所提方案采用了单调制器，且无光电滤波处理，具有产生信号格式可重构、信号参数可调谐的优势，可满足未来高频电子系统的应用需求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.170603      

王丙元   郑芳   姜建   杨搏  

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雨雾天气严重影响了户外拍摄图像质量，本文首先针对图像去雾存在的边缘伪影问题，提出了一种基于流形粒子滤波的去雾新方法，通过优化大气透射率，获得精确的透射率，解决了景深边缘伪影问题；然后针对去雨雾存在雨痕和不清晰问题，本文提出了一种优化注意生成对抗网络的去雨雾方法，通过将高斯模型与生成对抗网络相结合，去除背景干扰，提高了背景层与雨线分离的准确性，同时在生成对抗网络中加入流行粒子滤波去雾模块，恢复出清晰无雨雾图。采用自然场景雨雾天图像进行测试，并进行定性定量分析比较。实验结果表明，与现存去雨算法相比，本文所提去雨雾算法能较好的去除图像中的雨线，且细节特征更加丰富，同时去雾模块的加入，显著提高了图像清晰度，客观指标也得到了提升。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141027      

陈丽煊   饶鹏   孙莹莹   任蔷   朱含露  

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空间相机作为空间态势感知的主要手段，需实时监测其成像质量，但旋转卫星平台观测地面靶标以测量MTF会增加技术风险且无法多次测量，因此需要研究无需进行平台翻转实时测量空间相机在轨MTF的方法。本文利用深空背景中常见的星点作为在轨MTF测量的目标，结合点源法研究其在轨MTF测量的方法，利用高斯拟合定位和多图配准重构PSF，提出最终的优化算法。结果表明，该算法的抗噪性好，在随机噪声标准差为40时，MTF均方误差为10^(-4)量级，且对小星点目标效果好，当MTF均方误差小于0.2时，能检测的最小星点半径为0.9。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第16期 pp.161102      

杨旭   尚振宏  

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人脸表情会受到姿势、物体遮挡、光照变化以及人种性别年龄等因素的影响，需要卷积神经网络更有效准确的学习特征。而传统的卷积神经网络在进行特征提取时，对输入数据进行非线性计算并转化为高层次、抽象化的表示，最终使用这些高层次的特征信息进行分类。这种分类方式没有考虑到低层细节特征信息。针对这些问题，本文提出了跨连接和全局平均池化AlexNet的人脸表情识别算法。该网络结构在原始AlexNet网络结构的基础上把多个低层的特征信息在向下传递的同时与高层的特征信息进行融合，从而可以更加完整准确反映图像信息，构造出更准确的分类器。由于跨连接会产生参数爆炸，导致网络训练困难，影响识别效果，因此我们利用全局平均池化对低层特征信息进行降维，减少跨连接产生的参数，减小过拟合现象。本文算法在CK+、JAFFE数据库上的准确率分别为89.08%和85.71%。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141026      

王青山   王伟杰   郭旭   毛丽娜   牧继清   陈磊  

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为了提高基于拉曼散射分布式光纤温度传感器的测量准确度和稳定性，提出了一种自动补偿光纤损耗、光纤色散和系统波动的温度解调方法，并进行实验验证。通过采样值对Stokes和Anti-stokes散射光的损耗系数进行实时计算，对二者的差异进行动态补偿，修正了温度测温准确度随着光纤长度增加而下降的缺点。采用Linear插值算法对因光纤色散效应导致Stokes和Anti-Stokes后向散射光信号的错位进行修正，消除了因色散导致升温处两侧的温度异常点，提高了温度测量准确度。最后根据采样值和环境温度值对系统的波动性进行修正，减小温度解调值波动范围。实验结果表明：经过修正后的系统在8 km处温度测量误差从-2.72%~7.24%下降到从-0.34%~1.04%，整条光纤的温度波动性从-0.0128 ~ 1.6181℃下降-0.8991~ 0.6476℃。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.170602      

吕敏   孟芸  

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本文以点云数据为研究对象，提出了一种结合KD树空间切分思想的类八叉树混合点云索引结构，实现对海量点云的高效管理。本文对点云所在空间，首先利用KD树思想进行初步分割，再对所得的子空间利用八叉树做进一步切分，建立类八叉树索引结构。并对传统线性八叉树编码进行改进，利用优化后的编码方式对空间进行编码，以实现更好地空间管理和邻域搜索。最后，以五组数量级递增的点云集为测试数据，通过实验结果和对比分析表明：类八叉树能够使数据组织的整体结构趋于合理，有效的提高了存取效率，降低了内存空间的占用；提升了传统KD树构造索引的速度，也改善了传统八叉树对空间占用过大、邻域搜索耗时过长的问题，实现了对海量点云空间的合理管理。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141025      

谢婉露   吴晓斌   王魁波   罗艳   王宇  

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随着极紫外光刻（EUVL）技术的发展，极紫外光（EUV）收集镜向着更大尺寸、更复杂面形的方向发展。传统的熔融石英、SiC等用于EUV收集镜基底加工的陶瓷材料，脆性高，因而加工难度大，加工周期受到限制。AlSi合金是一种新型的EUV收集镜基底材料，因其加入金属Al成分，具有较好的可加工性能。与熔融石英、SiC等陶瓷材料基底相比，AlSi基底收集镜的导热性能较高，对于300mm直径的收集镜，当加载10W的功率时，AlSi基底收集镜反射面最高温升为1.39℃。尽管AlSi膨胀系数比熔融石英、SiC的大，导致收集镜反射面发生最高为3.51μm结构变形，且相对于理想无形变收集镜，波像差增加8.071λ以及光斑RMS半径增加0.028μm，但也可用于非成像系统或对成像质量要求不高的系统中。AlSi材料因其可以容易实现大口径、复杂面形的优势将逐渐被应用于EUV收集镜基底的制备。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.173401      

况心怡   钮月萍   龚尚庆  

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空芯光子带隙光纤(HC-PBGF)因利用中空纤芯进行光传输而被视作集成光学网络中实现在线光纤腔的理想器件。本文使用普通电弧熔接机直接熔接HC-800-02型HC-PBGF和780-HP型单模光纤，详细分析了多个熔接参数对熔接点质量的影响。实验得到长度~1m的HC-PBGF在线光纤腔的总插入损耗为2.59 dB。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.170601      

刘兴国   霍富荣   薛常喜  

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衍射微透镜在成像光学领域具有重要的应用价值，衡量塑料衍射微透镜能否用于成像光学系统的标准是微结构成型精度。注塑成型的衍射微结构精度受许多因素的影响。为了制造高精度塑料衍射微透镜，本文提出通过田口方法在大范围内选择工艺参数，然后通过信噪比确定显著影响微结构成型精度的工艺参数，并通过加权综合评分法进行多目标优化获得最优参数组合，结果表明保压压力、模具温度和保压时间对微结构形成精度有显著影响。为了提高衍射微结构成型精度，本文分析了衍射微透镜注塑成型误差的主要来源并建立了误差补偿模型。实验结果表明注塑成型的衍射微结构高度误差为5.69％，周期误差为6.16％，衍射微结构的注塑成型精度获得显著提高。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第05期 pp.052204      

王欢   周媛媛   龚文斌   虞味  

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针对量子信号和经典信号在网络中混合传输的情况，在分析PM协议特点和性能的基础上，提出了一个基于PM协议的量子-经典混合光网络方案，对采用较远波段隔离方案的QKD性能进行了仿真，为PM协议融入量子-经典混合光网络提供理论参考。数值结果表明：相比于BB84协议和MDI协议，PM协议的密钥生成率随传输距离下降的趋势更缓慢。对于规模较小的混合光网络（用户数少于40个时），PM协议的安全传输距离最远，且在长距离传输时具有最高的密钥生成率；对于中型网络（用户数介于40~100个之间），虽然PM协议在短距离内密钥生成率不是最高，但它可在更长距离一直保持较高的密钥生成率；对于大型网络（用户数超过100个时），BB84协议的性能最佳，PM协议的优势减弱。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.172701      

陈清江   屈梅  

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针对现存的低照度图像视觉效果差和图像质量低的问题，提出了一种基于级联残差生 成对抗网络的低照度图像增强算法，该算法包括构建的级联残差卷积神经网络作为生成器网 络和改进的 PatchGAN 作为判别器网络。首先根据 Retinex 理论，通过正常照度图像合成训 练样本，再将低照度图像从 RGB(Red Green Blue)空间转换到 HSV(Hue Saturation Value) 颜色空间，保持色调分量和饱和度分量不变，利用级联残差生成器网络对亮度分量增强。通 过判别器网络监督生成器网络不断增强低照度图像，二者相互博弈，最终使生成器网络具备 较好的低照度图像增强的能力。实验结果表明，本文的增强算法，在合成的低照度图像和自 然的低照度图像上，获得更为良好的视觉效果和对比度，特别在合成的低照度图像上，其峰 值信噪比和结构相似度明显优于其他对比算法。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141024      

石博   刘宏立   马子骥  

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针对多频外差解相法易产生相位跳跃性误差的问题，提出一种基于多级条纹级数修正的相位误差校正方法。首先，根据叠加条纹的相位周期对叠加条纹级数进行第一级粗修正，可有效避免伽马效应以及取整函数引起的相位跳跃性误差地累积和传递。然后，通过优化取整函数并利用误差绝对相位对初始条纹级数进行第二级精细修正。最后，再根据修正后的条纹级数计算更为精确的目标绝对相位。实验测试结果表明，经本文方法校正后的三维重构模型表面平整光滑、细节清晰且无明显色斑和色块，对相位跳跃性误差有明显的改善作用，提高了结构光三维测量系统的鲁棒性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.171201      

赵昀   赵国瑞   马文有   郑黎   刘敏  

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本文以纯镍粉末为原料，通过激光选区熔化探究镍实体制备的优化工艺参数，探究了在一定铺粉层厚和扫描间距下，线能量密度对镍实体的致密度、显微组织、力学性能以及电化学性能的影响。结果显示：在线能量密度为244.8 J/m参数下SLM成形镍实体其综合性能最佳。该条件下成形件表面平整，表面粗糙度Ra为10.5 μm，致密度为99.7 %、维氏硬度165.4HV0.2，抗拉强度达到了420 MPa，屈服强度为321 MPa，伸长率为23.2 %，断口为韧性断口。在质量分数ω (NaOH) = 20 %溶液中析氢反应自腐蚀电位为-1.5×10-6 mA·cm-2，其极化钝化区域为-1.038～0.442 V。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第17期 pp.171402      

孟红娟   陈平   潘晋孝   李毅红  

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现有工业X射线计算机层析（CT）成像系统，因投影多谱性与单能重建算法的不匹配，导致重建图像中出现硬化伪影，降低重建图像的质量。对此，论文在分析不同能谱对应的公共能量段下多能投影之间的关系，研究了基于减影融合的多谱CT成像算法。该方法在分析不同射线源参数下射线能谱之间关联性的基础上，建立了递变能量多能投影序列减影融合模型，并通过递变能量获取工件的多个多能投影序列，结合减影融合模型，对所得投影图像进行减影融合，去除公共能量段投影信息，获取近似窄能谱的投影信息。最后采用统计迭代(EM-TV)算法重建，减小噪声干扰，提高重建质量。实验表明，本文方法能通过多谱投影减影融合得到近似窄谱投影，能够有效抑制射束硬化伪影。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第08期 pp.083001      

杨顺   康可馨   马飞  

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图像匹配过程中选择具有高辨识度的特征描述符对匹配效率和精度至关重要。梯度信息是图像特征描述的关键，包括梯度幅值（GM）和梯度发生率（GO）。本文提出基于梯度信息GM和GO融合的新方法，提出了两种构建具有高分辨能力的新描述符。分别是对GM进行分段归一化，抑制梯度数值较小的GM值来构建新描述符，和抑制GO中对应比较小或者不明显的GM值，再将GM和GO进行融合的新描述符，提高描述符的可分辨性。实验结果表明，在噪声和光照等环境的影响下，本文提出的两种方法都具有更高的匹配精度。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141022      

曹文彧   王文义  

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在InGaN/GaN多量子阱中存在较大的压电极化场，由此引起的量子限制斯塔克效应会造成电子空穴的辐射复合几率下降。因而本文设计生长了具备InGaN应变层的多量子阱结构来减弱极化场，变温变激发强度的光致发光谱实验结果表明引入应变层后内量子效率有所提高，对峰值蓝移量的分析表明应变层有效减弱了量子限制斯塔克效应，相应的电致发光谱峰值强度也有明显增加，验证了InGaN应变层具有应力调制的作用，有利于提高量子阱的发光效率并改善器件的性能。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.152305      

马其鹏   谢林柏   彭力  

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针对现有方法在脑肿瘤图像分割上的不足，本文提出一种基于改进的卷积神经网络的脑肿瘤图像分割算法。首先，将DenseNet和U-net网络结构相融合，提高对图像的特征提取能力。其次，为了扩大卷积核的感受野，采用了空洞卷积。然后将分割结果再通过CRF循环神经网络进行精细分割输出，从而得到精确的脑肿瘤分割区域。实验结果表明，与传统的深度学习方法相比，平均Dice可以达到91.64%，算法在准确率上有了较好的提升。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141020      

吴若有   王德兴   袁红春   宫鹏   陈冠奇   王丹  

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针对低照度条件下图像对比度不高、颜色失衡和存在噪声等问题，提出了一种基于多分支全卷积神经网络(MBFCNN, Multi-Branch Fully Convolutional Neural Network)的低照度图像增强模型。该模型是一个端到端的模型，包含特征提取模块(FEM, Feature Extraction Module)、增强模块(EM, Enhancement Module)、融合模块(FM, Fusion Module)和噪声提取模块(NEM, Noise Extraction Module)。通过对合成的低照度和高清图像样本对进行训练，根据验证集损失值不断调整模型参数，以得到最优模型；然后对合成低照度图像和真实低照度图像进行测试。实验结果表明，与传统的图像增强算法相比，本文所提出的模型能够有效提高图像对比度、调整颜色失衡和去除噪声，主观视觉和客观图像质量评价指标都得到了进一步的提高。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141021      

孙蕊   张旭   郭颖   于新文   陈艳   侯亚男  

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[目的]为了实现在包含复杂背景环境信息的图片中，对任意姿态、任意大小的金丝猴的准确识别和定位，同时解决建模数据集来源单一，检测部位局限等问题。[方法]采用深度学习方法，利用网络爬取和实地拍摄两种方式获取金丝猴图片数据，并构建基于Faster R-CNN的金丝猴优化检测模型。通过比较不同迭代次数以及不同深度的基础网络结构，明确模型的最优构建方案；同时通过对比基于三种不同方式构建的训练数据集的检测精度，探究样本有限的情况下，建模数据的最优补充方案；并且分析评价在金丝猴真实生活场景下，基于Faster R-CNN优化检测方法对面部和身体的检测效果。[结果]研究结果表明：1、相比Vgg16和Res50基础网络，基于Res101网络在迭代70000次时可以构建最优的Faster R-CNN金丝猴检测模型；2、在金丝猴实地拍摄图片有限的情况下，可以采用网络图片作为替代数据源进行金丝猴面部检测，并且可以将网络图片作为辅助数据源优化金丝猴身体检测效果；3、相对于经典的卷积神经网络，该方法不仅检测效果更好，而且运行时间更少；4、在包含复杂生态环境背景信息的图片中，该模型可以有效的实现对金丝猴的检测，甚至在多种干扰信息存在的环境中，仍能够有效的进行金丝猴定位与识别。[结论]本文提出了基于Faster R-CNN金丝猴检测的优化方法，能够在有限样本下以及复杂环境背景中有效的提取金丝猴的面部与身体，对金丝猴野外发现与跟踪有很强的现实意义。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141019      

杨飞   李萌萌   赵上龙   付喜宏   高兰兰  

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本文介绍了新型 SA 器件在被动调Q激光器中的研究进展。被动调Q激光器技术作为调Q技术的一个重要分支，在全固态激光技术领域得到重要应用。利用新型SA器件实现被动调Q过程是当前的研究热门，常用的新型SA器件有石墨烯、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物、黑磷、MXene等新型二维材料以及纳米材料等。本文简要介绍了石墨烯、MXene材料以及金纳米材料的性质和优点，介绍了利用此三种材料作为SA器件的被动调Q激光器近几年的研究进展。新型材料与被动调Q技术的结合，为进一步研究被动调Q技术以及推动新材料在被动调Q激光器中的应用提供参考。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.150002      

褚晶辉   张姗   吕卫  

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据统计，94%以上的交通事故都是由驾驶员分心驾驶造成的，而驾驶行为分析可以 有效降低由人为因素导致的交通事故率。因此，本文提出基于卷积神经网络的驾驶行为分析算法，该算法在人脸定位的基础上实现了驾驶员的疲劳检测和行为检测。针对疲劳检测任务，本文探究了卷积神经网络的不同感受野对疲劳检测精度的影响，并得到了疲劳检测模型的最佳结构。针对行为检测任务，考虑到不同行为对应卷积层的感受野大小不同，本文提出了一种多尺度多支路的注意力卷积神经网络模型，该模型通过提取多尺度特征实现了多尺度分类，并且引入了注意力机制来强化判别特征。实验证明，该方法能够与多种主流卷积神经网络模型结合并有效提升了驾驶行为分析的准确率。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141018      

黄超   李云霞   蒙文   武天雄  

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利用模分复用技术可实现量子信号与经典光信号的共纤同传。本文针对量子模分复用同传系统构建了同时存在非线性效应和模式耦合时的量子密钥生成率模型，通过仿真计算研究了量子密钥生成率与通信距离的关系。仿真结果表明该系统最大安全通信距离过短，且与传统的量子密钥分发系统性能相比存在较大差距。因此在此基础上提出了基于双诱骗态的量子模分复用同传方案，它可有效增大复用同传的最大安全通信距离。同时为了充分利用光纤信道资源，通过空闲模式信道进行多路量子信号复用传输，进一步改善了量子模分复用同传系统的通信性能，缩小了与传统的量子密钥分发系统的差距。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.150604      

贾科军   陆皓   杨博然   杜文飞   郝莉  

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LED非线性特性会使可见光通信（VLC）系统的误差矢量幅度（EVM）和比特误码率（BER）性能恶化，因此必须要对非线性失真的影响进行分析和研究。介绍了基于非线性LED的光正交频分复用（O-OFDM）VLC系统原理，并推导了系统的误码率表达式。提出将LED非线性失真分为工作区内的非线性失真和工作区外的限幅失真。对于限幅失真，根据Bussgang理论，计算载荷信息的子载波衰减因子，进而得到叠加在子载波上的限幅噪声方差。对于工作区内的非线性失真，等效为驱动信号加上非线性失真噪声，用非线性LED输出信号偏离理想线性信号的总平均功率，减去直流功率作为噪声方差。蒙特卡洛仿真分析了非线性失真对星座图、EVM和BER性能的影响。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.150603      

程子怡   卢荣胜   毛翠丽  

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光亮表面因其反射特性，一般三维形貌测量方法对此难以测量，针对该问题，本文给出了基于双目视觉结合相位偏折法对光亮表面进行三维形貌测量的方案。双目系统布局选用相机横向摆放方式，完整的屏幕-相机-可调节载物台测量系统被集成在定制框架内。对相移法中存在的非线性相位误差进行校正，在主值相位图内进行反向相位误差补偿，提高解包裹精度，为减小标定误差，将系统标定得到的位置参数使用Levenberg-Marquardt算法优化。结合光亮表面法向量唯一性和相机的极线约束提高匹配点搜索效率，对传统三角法求空间点进行改进，提高待测物表面点求取准确性，实验结果验证了所提方案具有较高的测量精度和稳定性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.071202      

钟卉  

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针对微型光谱仪难于兼顾光谱分辨率和光谱范围的问题，提出一种级联微型法布里-珀罗干涉仪和微型曲面光栅光谱仪的设计方法，分析给出了两种光谱仪匹配设计的条件，对级联光学系统的光谱特性进行了阐述，提出并实现了光谱数据重构算法。用ZEMAX软件设计了一款用于1064nm激光激发拉曼光谱采集的微型光谱仪，光谱仪光学系统尺寸为25×6×6mm，数值孔径为0.22，拉曼光谱范围为150-3200cm-1，光谱分辨率约为6cm-1，仅需使用长度为2.4mm的线阵探测器。通过计算机仿真了全光学系统对一条标准拉曼光谱的光谱扫描及离散的线阵探测器对光谱信号的采样，对光谱数据进行重构，重构的拉曼光谱的光谱分辨率约为6.4cm-1，与标准图谱的拉曼位移偏差≤1cm-1，与设计值接近，验证了设计方法和重构算法的可行性。该光谱仪能同时实现宽的光谱范围和较高的光谱分辨率，且可以基于微机电工艺实现微型化和低成本化，能满足手持式、便携式光谱检测和工业在线光谱检测的应用需求，具有较高的实际应用价值。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.153004      

王江涛   王艳红   武京治  

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传统的成像系统由于需要凸透镜等镜头，从而限制了成像系统的厚度和成本。为了使成像系统变得更加紧凑成本低，无透镜成像系统发展迅速，例如无透镜显微镜。然而在宏观成像领域中，无透镜成像系统的研究较少。本文利用偏振片采集偏振信息，并利用双面透明胶带替代凸透镜，构建了一个无透镜偏振计算成像系统，降低了相机的厚度和成本，并可用于偏振图像的采集场合。文中系统地介绍了无透镜偏振计算成像系统，并给出了相应的实验验证。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，1968年第 5卷第.0期 pp..06110      

李新春   闫振宇   林森  

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为提高点云的配准精度，解决单一特征导致迭代最近点(ICP)算法在噪声干扰、数据缺失情况下鲁棒性差的问题，提出一种基于邻域表面形变信息加权的点云配准方法。首先为简化点的邻域信息提出以邻近点数量为约束的邻域构建方法，并考虑邻近点对采样点的影响引入加权方法提高内部形态描述子(ISS)特征点提取算法的提取效率；其次计算邻域的法向量内积均值对点云进行第二次特征点提取；然后以快速点特征直方图(FPFH)进行特征描述，并运用双重约束确定匹配点对关系；最后在配准阶段，采用双向k维树ICP(DTICP)算法来实现精确配准。实验表明，本文算法相比ICP算法在配准精度上提高了90%以上，并且能够在噪声环境下有效地配准缺失点云，具有较好的鲁棒性和抗干扰性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141102      

方益明   杨帆   李晓勤  

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香梨在采摘、储运过程中容易受到碰撞、挤压，造成大面积腐烂，采用高光谱图像技术对香梨的表面损伤缺陷进行准确高效的无损检测。选用80个香梨为研究对象，采集400-1000nm波段范围内完好样本和损伤样本的高光谱图像；利用统计分析的方法，选择波长为863nm处的高光谱图像建立掩膜图像；运用主成分分析方法降低香梨高光谱数据的维度，选择损伤差异与背景区域差异最为明显的第二主成分图像，将其和第四主成分进行波段比处理，进一步增强损伤区域与背景区域之间的差异；最后经自适应阈值分割、形态学运算，提取香梨表面损伤区域。结果表明，该方法能够有效识别出香梨的表面损伤，准确度、精度和召回率分别为：93.75%、87.50%和100%。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141017      

杨国亮   喻丁玲   赖振东  

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复杂环境中的目标检测受到很多因素的影响，传统的鲁棒主成分分析(RPCA)无法从受干扰的数据中获得最低秩表示，提出了一种融合L1-TV正则化约束RPCA模型的视频去噪和目标检测算法。以RPCA为基础，在低秩稀疏分解框架下，使用核范数的低秩性对背景进行建模，利用三维全变分(TV)正则化结合L1正则化对前景目标的稀疏性和空间连续性进行约束，再结合L2范数正则化约束噪声部分，从而弥补现有RPCA模型的不足。采用交替迭代的思想，利用增广拉格朗日乘子法对目标函数进行优化求解，实现复杂环境下的去噪和目标检测。实验结果表明，本算法不仅能准确检测出噪声干扰下的运动目标，而且保持了较快的运行速度，为视频的实时检测提供了参考。与其他同类算法相比不仅检测效果更佳，而且在F-measure、Recall和Precision的定量评价中均有优越性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151501      

周飘   李强   曾曙光   郑胜   肖焱山   张绍伟   李小磊  

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陶瓷瓦表面缺陷的自动检测是该产业升级中亟待解决的问题。陶瓷瓦表面为立体的形态结构且存在大量的花纹，这将导致陶瓷瓦表面光照不均匀，且会对缺陷自动检测造成许多干扰。为此，本文提出基于多尺度Hessian矩阵滤波的陶瓷瓦表面裂纹检测算法。首先使用带通滤波抑制陶瓷瓦图像背景及噪声并突出陶瓷瓦裂纹特征；然后，利用多尺度Hessian 矩阵的特征值构建陶瓷瓦裂纹相似性函数，实现陶瓷瓦裂纹特征增强；最后，采用二值化和形态学处理的方式，提取裂纹的参数信息。通过实验表明，该算法可以有效去除复杂背景的干扰，提取出完整的陶瓷瓦表面裂纹，且运算效率较高，准确率高达95%。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101022      

余伟   徐晶晶   张俊升   李腾腾  

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色域映射是实现彩色图像在不同设备媒体中传输和再现的关键技术，也是现代颜色管理系统的核心环节。在过去的几十年中大量的色域映射算法已经被提出。然而，色域映射图像的质量评估还很少受到关注，这对色域映射技术的发展是不利的。因此，本文中，提出了一种基于自然场景统计的无参考色域映射图像质量评价方法。首先，将色域映射图像转换到S-CIELAB颜色空间以提取颜色三属性，即：亮度，彩度和色调。然后，对亮度分量进行Log-Gabor滤波，在频域上提取统计特征来表征图像结构失真和对比度失真；对彩度和色调两个分量，在空间域上提取统计特征来表征颜色失真。随后，结合主观分数和所提特征，利用后向传播神经网络训练图像质量预测模型。最后利用模型预测图像质量。实验结果表明，本文提出的算法优于现有的无参考评价算法。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141006      

吉紫娟   李丹   包佳祺  

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采用固相反应法制备了高品质0.3BaSrTiO3-0.7NdAlO3微波介质陶瓷，并采用太赫兹时域光谱对该陶瓷在太赫兹波段内的吸收特性进行研究。研究显示，在18℃（291K）下该陶瓷的吸收系数可由外部光泵进行调制，在0.55 THz时调制度可达到34.46％。通过拟合0.45 THz和0.55 THz处0.3BaSrTiO3-0.7NdAlO3陶瓷的介电常数与光功率之间的关系，可以得到这两个频率处的非简谐系数分别为和。此外，吸收系数随外部光泵强度调制的微观机理是由于激发的自由载流子引起0.3BaSrTiO3-0.7NdAlO3陶瓷的内部空间电荷场所致。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.072801      

欧阳俊   史庆伟   王馨心   王亮  

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针对S-GAN系列模型未充分提取行人运动隐藏状态，对其中所蕴含的行人个体运动信息未合理利用，并且对行人之间存在的交互信息获取不足等问题。本文提出结合群体交互信息和个体运动信息的生成对抗网络GI-GAN(Group interaction information and Individual movement information-GAN)。首先，利用编码层中的双向长短期记忆网络BiLSTM提取观测时段所有行人自身的运动行为隐藏特征。其次，基于双注意力模块，计算与轨迹生成关联度较高的个体运动信息和群体交互信息。最后，借助生成对抗网络结构特点，进行全局联合训练。反向传播误差，获得各层合理的网络参数，解码器利用已获取的上下文信息生成多条合理性预测轨迹。实验表明，与S-GAN模型相比，GI-GAN模型在ADE和FDE指标上分别降低8.8%和9.2%，并且预测轨迹具有更高的精度和合理多样性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141016      

柏宏强  

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随着计算机高速发展，人们越来越追求一种自动化处理，减少人工干预，实现快速而高质量的构建三维模型。诸多研究者都将三角网格拼接与融合的方法，用于计算机应用和精细工艺品制作。在测绘生产项目上较为少见。因此提出了基于溶洞复杂表面三角网格的拼接与融合，首先，通过三角网空间几何关系遍历出两个拼接网格边界，找出待拼接边界；其次，采用约束Delaunay三角网法进行连接并进行B样条插值使得过渡自然；最后，采用Laplacian原理进行平滑与消峰处理接边处使得表面光滑。实验结果表明，该方法在溶洞三角网格拼接与融合上能够实现高效自动化，基本不需要人工干预，拼接融合完成后可以导出供后续工程设计使用，在工程应用中具有一定参考价值。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.152802      

黄幼萍   林峰   黄淑燕   陈冬英  

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数码裂隙灯显微镜主要应用于眼科疾病检查，而前置物镜作为数码裂隙灯显微镜的重要部分，影响着整个系统的成像质量。文章根据体视显微镜平行光路系统的原理，利用Zemax软件设计并优化一款高性能数码裂隙灯显微镜前置物镜。结果表明，低倍和高倍的最大均方根半径值分别为2.3 μm和5.1 μm。在空间频率为115 lp/mm 处，低倍时全视场的调制传递函数(MTF)值达到0.3，接近衍射极限，分辨率较高，高倍的MTF值在0.15以上，符合眼科使用要求。最后，本文进一步分析偏心对像差的影响，为加工和装调提供理论依据。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.152202      

彭晏飞   杜婷婷   高艺   訾玲玲   桑雨  

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为了提高低照度遥感图像的可视性，提出了一种基于条件生成对抗网络的低照度遥感图像增强方法。首先，为克服样本数据不足，利用正常清晰光照的图像合成弱光照图像作为训练样本；然后，将原始低照度遥感图像由RGB空间转换到HSI色彩空间，进行通道拆分，有效分离H、S、I分量，在保持色调分量H不变的前提下，利用条件生成对抗网和改进的对数变换的方法分别处理亮度I和饱和度分量S；最后，执行通道合并将处理后的图像实现从HSI色彩空间到RGB色彩空间的转换。在损失函数中填加焦点损失，解决样本比例高度不平衡的现象。该方法有效地提升了低照度遥感图像的亮度和对比度，为低照度遥感图像增强方法的研究提供了新的思路。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141015      

刘海峰   孙成   梁星亮  

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为解决特征融合目标跟踪(Staple)算法在复杂场景中固定权重融合方式的局限性，在其基础上改进并引入通道置信度，提出了一种自适应特征融合与通道加权的抗遮挡相关滤波跟踪算法。首先，引入多维特征描述，根据每个通道上滤波模板的响应峰值计算通道权重；其次，根据特征模型的响应结果计算模型可靠性，确定模型的融合权重，从响应结果的角度完成特征融合；最后，根据历史帧的平均峰值相关能量(Average Peak-to-Correlation Energy, APCE)与当前帧图像与前一帧图像的均方误差(Mean Squared Error, MSE)判断目标的遮挡情况，并进行模型更新。在OTB-2013和OTB-100测试基准上进行实验，与Staple算法相比该方法成功率和精确度均有所提高，并且在多项具有挑战的属性上表现较佳。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141014      

李启南   孙海鑫   孙可佳  

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本文通过细分裂纹宽度减小图像分类粒度，提出了改进双线性卷积神经网络（Bilinear Convolutional Neural Networks，B-CNN）模型，以达到快速准确对轨枕挡肩裂纹图像分类目的。新模型首先通过全局平均池化方式链接图像特征中全局信息，捕捉细微裂纹宽度特征；然后通过不同层次融合方式增强特征表达能力，获得有效裂纹宽度特征，实现细粒度裂纹图像分类。实验表明，新模型与B-CNN模型相比，分类准确率提升2.00%，正常类别的假阴性率降低2.30%，明显裂纹类别的假阴性率降低4.55%；与基线VGG-D模型相比，分类准确率提升6.11%，正常类别的假阴性率降低7.39%，明显裂纹类别的假阴性率降低8.39%，且参数量仅为原参数量的18.51%，特征提取速度提升了45.31%，能够满足快速准确对双块式轨枕挡肩裂纹图像分类的工程需求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141013      

陶志勇   韩月明   林森  

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针对现有基于过分割的手写体数字字符串识别算法复杂度较高，以及基于无分割算法无法识别四位及以上长度字符串和准确率较低的问题，提出了基于Mask-RCNN的无分割手写数字字符串的识别。由于Mask-RCNN网络增加了并行的全卷积分割子网，能同时实现对粘连手写数字串中单个数字的掩膜分割和数字类别的分类任务。实验结果表明，在NIST SD19的1~6位数字串原始图像以及自建掩膜数据集的训练下，经测试集的测试，该网络对长度分别为3、4、5位字符串的识别准确率比目前最新算法分别提高了1.2%、0.6%、0.4%，该算法对非限制位数的手写体数字串的识别具有显著优势，应用前景广阔。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141012      

梁良   张建化   胡志强  

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煤粉浓相供料浓度是煤粉锅炉运行的关键指标之一。本文将太赫兹时域光谱技术应用到煤粉浓度的定量分析中，同时为提高复杂化学成分煤粉混合物太赫兹光谱定量分析的稳定性和准确性，将遗传算法（Genetic Algorithm-GA）和偏最小二乘回归（PLS-R）引入到浓相煤粉-HDPE混合物太赫兹时域光谱定量分析中。通过遗传算法构建最优光谱变量集合，然后利用PLS建立煤粉浓度的定量分析模型。实验结果表明，由本方法（GA-PLS-R）得到的样本预测集相关系数和均方根误差分别为0.9568和1.0345，与传统的区间偏最小二乘法（iPLS-R和biPLS-R）建立的定量分析模型相比具有更高的准确度和稳定性，为太赫兹时域光谱在浓相煤粉浓度定量分析中的应用提供了参考基础。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.153003      

黄友文   赵朋   游亚东  

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针对目前人物图像生成模型普遍存在的糊化、纹理缺失等问题，该算法提出了一种融合特征反馈机制的姿态引导人物图像生成研究方案，模型采用生成对抗神经网络进行训练，在两阶段生成模型的基础上提出了一种特征信息反馈机制，使得生成模型的每个阶段都会受到特征比对的调节。训练过程包括两个阶段：姿势集成和图像细化。姿势集成阶段主要生成人物图像的全局结构，图像细化阶段专注于填充全局结构缺失的色泽、纹理等外观细节；与此同时，该算法在模型训练阶段引入了迁移学习的训练方式和优化方法，旨在增强图像生成模型稳健性和鲁棒性，提高生成质量。实验结果表明，该算法提出的融合特征信息反馈机制的姿态引导生成模型能够获取较为真实细腻、符合人类视觉感知的人物图像。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141011      

张凡   李华山   江涛  

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机载激光雷达（LiDAR）获得的三维点云数据精度高，可直接透过林叶到达地表，能够快速准确的反应出研究区域的连续起伏的地形特征，更加有利于生产高精度数字高程模型（DEM）。本文将布模拟算法来应用于机载LiDAR数据点云滤波,对6组不同地理条件下的点云数据进行翻转，设置布粒子个数和分类阈值提取地面点，以交叉表法形式进行量化评价，总体的Kappa系数分布在0.85~0.95之间。最后将布模拟算法提取的地面点云生成1x1m的DEM与研究区域的DEM进行线性拟合，R2大于0.99，均方根误差 RMSE分布0.104~0.303，结果表明布模拟滤波算法设置参数少，适用地形广。基于该算法生成的高精度DEM能够很好的表达该地区的连续起伏的地表变化和地形特征，与真实的地表地形具有很高的契合度

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.140101      

刘玉珍   迟凯晨   林森  

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为解决水下图像色偏与模糊问题，本文针对新型水下成像模型，对模型的直接分量和后向散射分量分别采用不同的衰减系数，提出背景光估计和透射率优化算法，以此提高成像模型的鲁棒性并改善图像的视觉效果。首先，对红色衰减分量进行补偿并重置直方图分布范围实现色彩均衡；其次，基于亮度、梯度判别及色调判断精确估计背景光；然后，通过红色暗通道先验优化后向散射分量透射率，利用无退化像素点求得直接分量透射率；最后将两透射率及所求背景光代入双透射率水下成像模型获得复原图像。实验结果表明，该算法能够有效平衡图像的色度、饱和度及清晰度，视觉效果接近自然场景下的图像。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141010      

戴立伟   黄山  

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针对YOLOv3网络模型在交通场景中目标检测指标优化问题，在网络训练过程中结合多种策略和技巧对模型指标进行优化，同时提出了一种基于Cutout改进的抗遮挡策略。优化工作不涉及YOLOv3网络结构改动，并且优化后的模型不影响FPS指标。通过在PASCAL VOC数据集和KITTI 2D数据集上进行对比实验，实验结果表明采用的策略和技巧能够显著提升YOLOv3网络模型指标。实验完整代码已公布在以下链接，请点击查看或下载：https://github.com/LiweiDai/YOLOv3-training-optimization-with-applying-ACDC。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141503      

冯博文   吕晓琪   谷宇   李菁   刘阳  

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针对MRI三维脑影像中对整个肿瘤病灶执行分割的运算量大、过程繁复的问题，提出一种基于深度学习的全自动分割算法。在填充锯齿状空洞的卷积通路上构建并行三维CNN，提取多尺度图像块执行训练，捕获大范围空间信息；并利用密集连接的恒等映射特性将浅层特征叠加到网络末端，在MRI多模态图像中分割出水肿区、增强区、核心区和囊化区。在BraTS 2018验证数据的实验中测试了该模型分割结果中全肿瘤、核心区和增强区的平均Dice系数分别约为0.90、0.73和0.71，与目前优秀算法的成绩相当，且具有较高的自动化集成度。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141009      

李思瑶   刘宇红   张荣芬  

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细粒度图像分类的目标是对同一大类下的多个不同子类进行识别，其关键在于对对象级别的精确定位及相应的特征表示。此前对该领域的研究成果大多存在利用人工标注导致成本过高、无法充分发现图片中微妙特征表征对象等问题。提出了一种基于多尺度特征融合的细粒度图像分类方法。通过运用特征金字塔结构对不同层次的特征进行尺度变换，再进行信息融合；之后筛选其中包含细节特征最多的前三个区域图，与图像的全局特征共同作用以判断图片所属的子类类别。在公开的细粒度数据集CUB-200-2011、Stanford Dogs上进行了实验，分类精度分别为85.7%，83.5%。实验结果表明该方法对于精细化物体分类具有一定的优越性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121002      

陈志恒   严利民   陆斌  

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为解决现有去雾算法中存在的透射率过估计、天空区域颜色失真、实时性差等问题，本文提出了一种基于金字塔模型的快速高效实时视频去雾算法。首先，采用金字塔向下采样获取缩小图像；其次，引入伪去雾图像与暗原色置信度作为修正因子，获取缩小图像的粗透射率；然后，还原缩小图像至初始尺寸，并利用联合双边滤波进行纹理细化处理；最后，结合大气光散射模型及帧间视频去雾理论复原降质视频。实验结果表明，该方法的去雾效果彻底，可对多种场景进行有效去雾，较对比算法在PSNR和MSSIM上的提高分别为15.7%及11.6%，有效解决了透射率过估计、天空区域颜色失真等问题，且处理快速、运行稳定，适合用于实时视频去雾。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141008      

吴潇杰   张鹏   王园鑫   南航   佟首峰   王大帅   刘洋  

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为研究混频器中信号光分光比对相干零差接收机性能的影响，建模分析了90°空间光混频器的信号光分光比与接收机锁相性能和通信性能的影响关系，经分析可知信号光Q路分光比小于0.5时，通信性能提高，探测灵敏度增加，分光比等于0.5时，环路锁相时间最短锁频范围最大，分光比大于0.5时，分光比存在最优值使得锁相残余相位误差最小。而后根据分析结果设计了一种基于旋转半波片的分光比自适应系统，利用软件仿真研究了系统不同分光比条件下的通信和锁相性能。结果表明，激光波长为1550nm，线宽为5kHz，通信速率10Gbps条件下，通过半波片自适应旋转控制Q路分光比在0.1到0.6之间可以改变系统锁相性能和探测灵敏度，其中在分光比为0.1时通信接收灵敏度提高2.56dB，分光比为0.5时，锁相支路可实现133MHz锁频范围，分光比0.6时锁相残余相位误差最小。仿真结果验证了所设计系统的可行性，同时为分光比自适应调整的90°混频器自适应实用化提供参考。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.150602      

化春键   马金科   陈莹  

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针对非局部均值算法（NLM）度量邻域块相似度的方式不够准确的缺陷，提出一种基于差异哈希算法与汉明距离的改进非局部均值去噪算法。传统算法通过欧式距离度量邻域块之间的相似度，保持边缘和细节的能力较弱，导致滤波后的图像模糊失真。为此，引入了包含梯度信息的差异哈希算法，由邻域块生成差异哈希图像，采用差异哈希图像的汉明距离衡量邻域块的相似度，以对欧式距离进行改进。实验表明，在低噪图像上，本方法在去噪的同时能够较好地保持边缘和细节，算法运行速度相较其他改进算法也有很大提升，具有一定的应用价值。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141007      

崔静   郭玉珠   庞铭   杨广峰  

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采用激光重熔与超音速等离子喷涂工艺复合制备氧化锆隔热涂层，通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和硬度仪分别表征了氧化锆涂层的宏观形貌、显微组织、元素分布以及硬度分布。结果表明：激光与等离子复合制备涂层横截面碗状形貌，且上边缘凹凸不平。复合制备工艺消除了原超音速等离子喷涂涂层内部的层状结构以及由该结构引起的孔隙、微裂纹等缺陷，涂层致密度提高，重熔后涂层与基体连接方式变为冶金结合。但由于陶瓷材料高熔点特性，在激光加工时需要高能量输入，这易造成基体金属过熔，内部出现气孔，裂纹等缺陷。重熔后得到基体组织由上部条状晶、针状晶逐渐变为下部细小针状晶和珠光体，热影响区组织为等轴晶。采用激光与等离子复合制备涂层方法重熔涂层的平均硬度高于原等离子涂层硬度3倍以上。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151405      

董雪岩   李平雪   章曦   杨卫鑫  

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通过对光纤耦合条件的理论分析，设计了扩束型光纤连接器的光学系统，并在ZEMAX软件混合模式下实现仿真。定量分析了准直镜和聚焦镜产生的对准误差，以及所引起的光束质量和耦合效率的变化。模拟结果表明，当准直镜和聚焦镜存在偏心或倾斜误差且在允许范围内，可通过调整两透镜的位置补偿像差和光轴偏移，从而确保光束质量和耦合效率达标，并对模拟结果进行了实验验证。然后模拟了光纤连接器在不同直径时的对准误差允许范围，并推导出对准误差补偿公式。在扩束型光纤连接器的设计和装调过程中，通过计算对准误差补偿公式，由于准直镜失调产生的对准误差可以通过聚焦镜进行补偿，既增加了设计精度又简化了装调过程。最后根据对准误差分析结果，自行设计并制造了12kW@600μm的扩束型光纤连接器。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.152201      

赵艳   高程   徐杨   李长军  

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本文针对文献常讨论的Cellular Yule-Nielsen Spectral Neugebauer（CYNSN）模型的逆向非线性Gauss-Seidel迭代算法进行研究。2008年Li 和 Luo提出基于QR分解，降低逆向CYNSN算法每次迭代的计算成本，提高了计算效率。本文提出采用多光源下XYZ的方式降维，达到加速逆向CYNSN模型，并以3色和4色打印机数据进行测试，结果发现，对于3色油墨组合，采用一个光源（D50）下XYZ，4色油墨组合，2个光源（D50，A）下XYZ降维的逆向CYNSN模型较Li 和 Luo方法不仅在精度（多光源下色差）上，而且在计算速度上都有优势。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.153302      

田会娟   关涛   蔡敏鹏   胡阳  

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提出了一种基于瞳孔直径的VDT（Video Display Terminal）视觉舒适度评价方法。在3种光环境和5种VDT屏幕亮度下进行眼动实验，采集被试者瞳孔直径数据，并对每种条件下视觉舒适度进行主观评分。采用统计学分析方法，从性别、用眼习惯以及是否佩戴眼镜等3方面系统研究被试者瞳孔直径变化与视觉舒适度间的对应关系。实验结果表明，与视觉舒适下的瞳孔直径相比，当因光环境较暗引起视觉不舒适时被试者的瞳孔直径变化范围为17.61%~24.55%，当因光环境较亮引起视觉不舒适时，被试者的瞳孔直径变化范围为-6.12%~ -12.45%，而当被试者处于视觉舒适状态下瞳孔直径变化范围为-2.14%~2.14%。这项工作对于VDT视觉健康评价标准的建立、健康光环境设计等具有重要意义。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.153301      

吴庆华   周阳   李子奇   蔡琼捷思   万偲  

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提出了一种双频曲线拟合的亚像素中心提取方法,首先采用二次阈值法自动分割光条区域，利用灰度重心法获取光条纹中心初值，根据初值采用移动直线拟合得到光条曲线的局部法线，最后在法线方向上进行双频曲线拟合，进而求得光条纹中心的亚像素坐标。实验结果表明，该算法能消除部分高频噪声的影响,具有速度快、精度高等特点，相对Steger法，均方差（RMS）小于0.1pixel，速度提高约25倍。该方法能适用于多种材质表面光条纹中心的提取，为工业应用中的激光条纹中心提取提供了参考。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141502      

张红颖   王汇三  

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为进一步提高表情识别准确率，本文提出一种结合局部二值模式(LBP)和梯度特征的双通道卷积神经网络表情识别算法。首先对采集得到的图像进行预处理并生成对应的梯度图像和LBP图像。针对单一特征对人脸信息表征不全面的问题，将特征提取网络分为两个通道，通道一输入梯度图像，提取人脸结构特征，从而更好的对人脸的全局信息进行描述，且对光照变化具有良好的鲁棒性；通道二输入LBP图像，提取人脸纹理特征以保留对五官边缘、亮点等微小特征的敏感性，两个特征相互补充，能够更加全面高效的对人脸特征进行表征，进而提高表情识别的准确率。最后通过加权特征融合网络对两种特征进行融合并利用Softmax对表情进行分类。经过在CK+、FER2013和Oulu-CASIA数据集上进行实验，分别取得了96.1%、75%和90.1%的平均识别率。所提出的方法能够以较高的准确率识别6种基本面部表情，与单通道表情识别算法相比取得了更高的识别准确率；相比于其他双通道卷积神经网络，能够以较简单的网络结构取得较好的识别效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141005      

陈永   艾亚鹏   陈锦  

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针对Criminisi图像修复算法优先权计算中结构信息考虑不足和匹配时仅依靠颜色距离选择，致使壁画修复过程中易出现结构传播错误和像素错误匹配的问题，提出了一种基于信息熵和结构特性的壁画修复算法。首先在优先权函数计算时，引入度量像素块复杂度的信息熵，通过改进优先权函数确定了最优待修补块，使结构信息丰富的区域优先修复；然后采用样本颜色特征和块间协方差相似性结合的方式确定匹配块集合，再根据块间欧式距离确定最佳匹配块；最后通过迭代更新完成壁画修复。通过对破损敦煌壁画进行的实验表明，该算法较好地克服了Criminisi算法错误匹配填充的问题，修复后获得了较好的视觉效果，而且提高了图像峰值信噪比等客观评价值。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121020      

于海娇   赵国罡  

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双频激光干涉仪在纳米测量技术领域应用十分广泛，在确定的使用环境下，如何减小测量系统中存在的误差，提高系统测量精度变得越来越重要。文章提出一种巧用测量环境中的振型节点，达到减小环境振动，提高双频激光干涉仪测量精度的方法。首先从理论的角度分析了该方案的可行性，然后基于此理论搭建了实验测量系统，再利用加速度传感器找到测量系统中的节点位置，最后测试了振型节点位置和其他非节点位置处双频激光干涉仪的测量重复性水平。实验结果表明：当外界存在振源时，非振型节点位置的测量重复性为±9nm，而振型节点位置测量重复性为±4nm。即节点位置处双频激光干涉仪测量精度相对非节点位置提高了125%，证明了该方法的有效性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151202      

段仲静   李少波   杨静   杨静   王铮  

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目标检测作为机器视觉中重要任务之一，是人工智能体系中一个具有重要研究价值的技术分支.对卷积神经网络框架，Anchor-Based模型和Anchor-Free模型三个主流的目标检测模型进行梳理分析.首先，综述了主流卷积神经网络框架的网络结构、优缺点以及相关的改进方法；其次，从one-stage和two-stage两个分支对Anchor-Based类模型进行深入分析，总结不同目标检测方法的研究进展；从早期探索、基于关键点和密集预测三部分分析Anchor-Free类模型；最后，对该领域的未来发展趋势进行思考与展望.

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.120012      

吴斌   王旭日  

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图像特征匹配是图像信息处理领域中极其重要的一项技术，目前已广泛应用在图像拼接、三维重建和视觉运动计算等领域。针对图像特征匹配中匹配准确性低的问题，提出一种能够更好适应动态场景和重复纹理的惯性导航辅助图像进行特征点匹配的方法。该方法首先提取前后两帧图像的ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征，然后利用惯性测量单元的测量数据解算相机的运动，并计算第一帧图像中的特征点在第二帧图像中可能出现的区域。最后将第一帧图像中的特征点和与其对应的第二帧图像的可能区域中的特征点进行匹配，得到两帧图像的特征点匹配结果。实验结果表明该方法的匹配准确率可以达到92%，能够显著提高图像特征匹配的准确性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101509      

刘冬梅   岳鹏飞   付秀华   曹洪玉   张静   李爽  

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为提高手机显示屏的耐摩擦、防划伤能力，降低因意外造成显示屏破碎的风险，研制了在可见光波段的硬质增透膜。通过逐步提高设计中SixNy膜层的厚度在薄膜总厚度中所占比例，优化沉积工艺，改善了薄膜硬度。依据增透膜设计理论，通过合理的膜层分组方式和逆向反演分析法完成膜系设计，降低了薄膜反射率。经过测试，在可见波段范围内光谱平均反射率为0.58%，薄膜硬度达到15.99 Gpa，解决了目前增透膜在低反射率和高硬度这两方面不能同时兼顾的问题。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.153101      

韩永赛   马时平   李帅   何林远   朱明明  

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机场区域因为其特殊性对民用和军用都具有重大意义。同时基于机器自主识别的机场区域检测方法是目前主流的检测方法。本文针对传统检测算法对机场区域遥感图像中多类别、多尺度、多视角以及复杂背景下检测鲁棒性不足的问题，提出了一种优化的区域卷积神经网络检测算法。首先，构建了一个相比传统数据集包含更多尺度、视角、类别和复杂背景等条件下的机场区域7类典型目标数据集并进行了优化处理，为模型算法的监督训练和调节奠定了基础；然后，根据所检测目标的特性以及网络的局限性使用差异值法生成anchor、复杂负样本筛选以及加入先验判决网络对原网络进行了优化和仿真验证；最后对优化的网络模型进行了测试与对比分析，实验结果表明本文算法在仅增加极少检测时间基础上相比原算法有更高的平均精确度且对各类目标的检测达到了较好的效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101021      

石月   徐浏   于益   童立新   高清松   罗时文  

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针对高功率大口径Nd:YAG板条中自发辐射放大问题，基于几何光学光线追迹手段，提出了一种空间简化三维计算模型，对模型中荧光侧面漫反射情况以及受激发射截面受热效应影响进行了修正。通过数值仿真计算，确定了40板条（150.2mm×40mm×2.5mm）各面对ASE的贡献权重，指出了荧光大面往复反射在板条ASE问题中的关键地位，理论计算了不同泵浦下的小信号增益情况。通过板条小信号增益系数测量实验明确了ASE对板条放大性能的影响。将实验结果与模型计算对比。在可接受误差范围内，数值计算结果与实验数据大致吻合，验证了计算模型的有效性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151402      

张淑芳   彭康  

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数据量的不断增长给信息存储带来了巨大的挑战。近年来，DNA(Deoxyribonucleic Acid,脱氧核糖核酸)由于具有寿命长，稳定性好，维护率低、高容量等先天优势被公认为一种有潜力的自然信息存储介质。本文提出了一种新的DNA信息存储方案，该方案采用Raptor码将二进制文件转换为DNA碱基序列，并结合DNA自身结构特点引入了四进制RS码(Reed-solomon codes)，保障信道传输的可靠性，此外提出了GC含量(鸟嘌呤和胞嘧啶碱基含量)及均聚物的筛选方案，降低了DNA合成、测序难度及错误率。最后将文本、图片、音频等不同格式的文件分别通过该存储框架编码为碱基序列，并进行生物实验合成DNA，实现信息存储。实验结果表明，本文提出的基于Raptor码的DNA存储框架平均编码效率为1.49bit/nt，用生物实验合成DNA后能够无错误恢复，具有良好的信息存储性能。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151701      

周帝呈   邵晶  

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通过选择绿色磷光材料（2’，6’-双（三氟甲基）-2,3’-联吡啶）四苯基亚氨基二次膦酸酯作为发光材料，4,4',4''-三(咔唑-9-基)三苯胺（TcTa）和9,9'-(2,6-吡啶二基二-3,1-亚苯)双-9H-咔唑（26DczPPy）分别被选为发光层（EMLs）1和2的主体材料，因为它们具有相对匹配的能级和较高的载流子迁移率。通过制备一系列的单发光层器件与双发光层器件，并对它们的性能进行分析，我们发现双发光层器件结构的设计有助于拓宽空穴和电子的复合区间，从而提高电致发光（EL）效率。最后，获得了启亮电压为3.1 V，最大亮度为12600 cd/m2，电流效率为37.15 cd/A，最大外量子效率为10.34%，最大功率效率为28.23 lm/W的器件。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.152304      

聂敏   寇文翔   卫容宇   杨光   张美玲   孙爱晶   裴昌幸  

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在第六代移动通信网络中（6G），为了解决量子移动终端在不同小区交叠区域内平稳越区切换问题,本文提出了基于最优纠缠度的软切换策略。通过建立移动终端Alice与当前小区A和目标小区B之间的纠缠度的计算模型，分析了当Alice在运动的过程中，她与不同小区纠缠度的变化趋势，求出最优纠缠度所对应的小区。通过仿真，比较了硬切换与软切换的特性。结果表明，随着Alice远离A小区，她们之间的纠缠度逐渐下降，随着Alice逐渐靠近B小区，她与目标小区的纠缠度逐渐变大，B小区为最优纠缠小区，并且在硬切换中存在短暂的链路中断，而软切换可以实现小区之间的平稳切换。由此可见，在未来6G网络组网中，采用最优纠缠软切换策略，能够有效提高切换过程中的通信接通率。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.152701      

朱孟   周忠发   蒋翼   黄登红  

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快速、高效区分并剔除火龙果地块间的杂草是提高火龙果单株提取精度的关键之一。通过四旋翼无人机平台获取高空间分辨率可见光波段影像，分析火龙果植株和杂草R、G、B通道的光谱特征，根据其差异像元DN值构建相近颜色差异植被指数CCVI（Close -color –vegetation- index），通过OTSU阈值掩膜提取，Majority/Minority分析，聚类空洞填补等灰度计算后处理，并与主流的VDVI、EXG、NGRDI等3种可见光波段指数对比研究。结果表明：1）对于杂草覆盖度较高或全覆盖的火龙果地块，CCVI指数提取效果较好，而其余3种指数在杂草与植株共生的地块中分类精度较低；2）为了验证CCVI指数的适用性和可靠性，对比研究区和测试样本的提取精度，发现3个研究ROI样本总体精度为94.60%，Kappa系数为0.9417，测试样本提取总体精度和Kappa系数分别为94.33%、0.9328，经验证，对于不同区域的相似生境植株的提取精度趋近一致。结果证实：以CCVI指数采用无人机遥感方案能从杂草中辨别火龙果植株并提取单株，提取效果较好，该方法可与VDVI、EXG、NGRDI等指数互补应用。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.142801      

徐百威   胡诗杰   李杰   樊峻棋   谭毅  

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在使用自适应光学系统校正的激光传输系统中，光学薄膜的偏振效应会造成偏振色差，导致自适应光学系统的校正能力下降。本文对激光传输系统中常用的卡塞格林系统进行了偏振色差分析。首先用琼斯矩阵描述了光学薄膜产生的偏振像差对振幅和相位的影响，然后使用奇异值分解法从琼斯光瞳中分离出标量波前，模拟哈特曼波前探测器对分离得到的标量波前进行波前探测和像差分析，并利用Zernike多项式进行波前拟合。在此基础上，分析了光学薄膜的偏振色差带来的自适应光学系统校正能力的下降。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.150101      

王燕妮   校曼  

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了解偏振光在浑浊介质中运动传输时光学特性的变化规律是对浑浊介质中目标进行偏振成像研究的基础。本文首先测量了实验所用偏振光的偏振度，并计算了其与理想偏振光偏振度之间的误差，随后利用马尔文粒度仪测量了脂肪乳颗粒的粒径大小及分布情况，在此基础上分析了光子与脂肪乳颗粒的散射类型，最后分别研究了线偏振光和圆偏振光通过不同浓度浑浊介质后产生的前向散射光和后向散射光的退偏情况。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141101      

宋海声   麻林召   朱恩功   王一帆   刘宇平   孙文健   彭鹏   李承飞  

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利用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）与遗传算法优化误差反向（GA-BP）神经网络对生活中常见9种塑料进行分类识别。通过激光诱导击穿塑料表面产生等离子光谱，运用光谱仪对每种塑料采集100组光谱数据，以NIST原子光谱数据库为参考，对主要的元素特征谱线进行精确的标定。实验中选取了15条特征谱线进行分析，通过主成分分析法（PCA）对光谱数据进行降维处理，建立GA-BP神经网络模型。实验结果表明，通过PCA对数据进行降维后，GA-BP神经网络识别效率得到很大提高，平均识别精度高达99.82%。通过LIBS技术与GA-BP神经网络的研究可以为多类型的塑料进行快速、精准的识别提供新方法和数据参考。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.153002      

赵启东   葛翔宇   丁建丽   王敬哲   张振华   田美玲  

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可见光-近红外光谱技术（Visible-Near infrared reflectance spectroscopy，Vis-NIR）因其快速易行被广泛用于估算土壤有机碳含量（soil organic carbon, SOC），但其数据高维、冗余等问题需进一步数据挖掘。常规整数阶微分（即，1阶和2阶）难以满足挖掘光谱细微信息的需求，且常见线性模型表征SOC与光谱间非线性关系存在一定难度。因此，本研究采集新疆渭干河-库车河典型绿洲96个表层土样，测量其光谱反射率和SOC含量，采用分数阶微分技术（范围：0-2，步长：0.2），结合五种机器学习算法：极限学习机（Extreme Learning Machine，ELM）、随机森林（Random Forest，RF）、多元自适应回归样条函数（Multiple Adaptive Regression Splines，MARS）、弹性网络回归（Elastic Net）和梯度提升回归树(Gradient Boosted Regression Tree，GBRT)，进行SOC含量高精度估算方案优选。结果表明：分数阶微分技术能使光谱曲线得到改善，某些特定波长SOC含量和分数阶光谱反射率最大相关性增加了约0.22；1-2阶各模型估算效果要比在0-1阶内更好，且各模型估算效果主要在1.6阶上达到较高精度；最优模型属于集成学习的梯度提升回归树（GBRT），验证集R2 = 0.878，RPD = 3.142，表明使用基于1.6阶光谱反射率的GBRT模型估测干旱区绿洲SOC含量是有效的。总之，本研究基于Vis-NIR，结合分数阶微分技术与机器学习算法，为提高估测干旱区绿洲SOC含量的模型精度提出了新方案。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.153001      

江国业   谢金蕾   庞铭   胡艳娇  

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为了突破新型动力蠕墨铸铁本体材料不耐磨的技术瓶颈，研究蠕墨铸铁表面激光熔覆合金涂层后的微观组织和力学性能。在RuT300表面激光熔覆WC为增强相的镍基高温合金，利用扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜（OM）和EDS能谱对试样涂层以及结合区进行组织和成分分析，并利用显微硬度计对试样涂层和基体进行硬度测试。WC颗粒在涂层底部多于顶部、边角多于中间，涂层边角区域以外的WC颗粒棱角存在不同程度的溶解，较为圆润。涂层中未全熔的WC颗粒作为非均匀结晶晶核，外部有花瓣状枝晶沿其边界生长。涂层中硬质相颗粒WC处硬度最高可达3569HV，其周围的Ni基WC复合涂层平均硬度高达1591.4HV，是蠕墨铸铁基体平均硬度的4.52倍。由于WC颗粒的密度高于Ni基粉末，且熔池中散热的非平衡性，WC颗粒在涂层中的分布及溶解程度均呈现非均匀性，WC的存在提高了涂层硬度，同时为枝晶额外提供了生长晶核，有助于涂层中的颗粒相与镍基合金溶剂牢固结合，对提高涂层的硬度及耐磨性具有正向作用。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151404      

赵卓   谌明   刘向南   李晓亮  

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设计了一种四电极八边形结构的铌酸锂电光偏转器。通过仿真计算，对八边形电极结构和理想电极结构偏转器的电场分布特性进行了研究，并讨论了结构参数变化对偏转器电场分布、场强梯度线性度和有效通光口径比的影响，给出了四电极八边形偏转器结构参数的选取建议。分析结果表明：相同晶体和施加电压条件下，在近轴区域内八边形电极结构与理想电极结构偏转器的电场分布一致、场强误差小于10%。依据分析结果，设计并研制了八边形铌酸锂晶体电光偏转器，实验测得该偏转器的偏转灵敏度为0.312μrad/V，理论值为0.34μrad/V，表明测试结果与理论计算结果相符。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.152302      

康学亮   刘启隆   王丽   姚海兵   肖军   张白  

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扩展光源准直照明系统的出射光束发散特性决定了其极限照明距离的大小。本文基于费马原理，给出了平凸准直透镜面型的解析表达式，根据成像光学相关理论推导出扩展光源条件下准直照明系统中出射光束发散角的计算公式，并进行了模拟仿真和实验验证。研究发现扩展光源准直照明系统中出射光束的发散角与光源发光区域的尺寸成正比，与准直透镜的焦距成反比，与透镜口径无关。该结论可为扩展光源准直照明系统出射光束发散角的压缩和极限照明距离的拓展提供理论依据，对探照类灯具研制中光源的选择、准直配光透镜的设计均有指导意义。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.150801      

张楠   郭宋明   卢佳琦   张岳   乌日娜   李业秋   岱钦  

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对基于变形镜（DM）生成的Airy光束进行了光束特性研究。采用Zernike多项式对立方相位分解后，建立由多个Zernike多项式线性组合的相位调谐模型，对组合中的每一个Zernike多项式引入一个系数。模拟分析了不同Zernike多项式系数对Airy光束结构和光束质量的影响。利用69单元变形镜进行了Airy光束生成实验，测试分析了不同系数组合下的Airy光束强度分布，对Airy光束进行了控制，实现了通过控制Zernike多项式系数达到控制生成Airy光束的光束特性目的。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.152601      

苏倩倩   汤梦饶  

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本文根据ABCD传输矩阵和Collins 衍射积分公式，通过光束坐标与腔体坐标的转换关系，推导出了高斯平顶光束经透镜后，激光间接驱动聚变装置腔内的不同角度横截面的光场分布解析表达式。主要分析光束入射角对焦点处光强分布的影响和光束经过透镜后在腔内的光强分布特性。研究结果表明，随着入射光束入射角的增大，焦点处靶腔截面的光斑光强分布在x轴上相对扩散，y轴方向上的光强分布几乎没有变化。并且当激光束斜入射到靶腔内，随着光轴传输距离增大，投影在靶腔内横截面上的光斑变大，均匀性变差，而且光斑位置往右偏移。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151403      

吴琼   张惠芳   曹清   王凯   李潮越   何英   王燕   苏雪梅  

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摘 要 基于电磁理论及之前的工作，提出一个计算T型腔太赫兹（THz）平行平板波导（PPWG）消逝模共振频率的拟合方程。为了验证该方程，分别采用拟合方程和comsol模拟两种方法，研究在不同参数下消逝模的共振频率。通过比较和讨论，发现两者吻合程度较好，拟合方程和软件模拟的相对偏差均不超过0.3%。拟合方程提供一种快速简单又准确地获得消逝模共振频率的计算方法。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.152301      

史兴萍   徐江涛   蒋永唐   秦书臻   路凯歌  

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为了提升多光谱图像语义分割的精度，本文提出了一种基于局部二值模式（LBP）特征增强的语义分割神经网络模型。该模型通过两个大小分别为3?3和5?5的LBP特征提取算子，对原始红外图像进行边缘信息提取，获得边缘特征图。将原始RGB图像、红外图像和获得的LBP特征图输入到一个包含34层残差网络的模型中进行语义分割。实验结果表明，本文提出的基于LBP特征增强的神经网络模型，在RGB-Thermal数据集上取得了60.7%的平均准确率和51.9%的平均交并比，明显优于其他对比文献。同时在可视化结果上，本文的结果也更加清晰准确。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141004      

吴倩   刘昱  

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为了抑制陀螺仪的非线性、非平稳噪声，本文提出了一种改进的基于集合经验模态分解（EEMD）的降噪方法EEMD-M。首先，通过EEMD阈值滤波得到信息主导和噪声主导的固有模态函数（IMF）分量；将EEMD分解应用于第一次阈值滤波中被丢弃的IMF分量，提取信号的细节信息；采用去趋势波动分析（DFA）法定义每一个IMF分量的尺度指数，实现二次分解中有用分量的进一步提取；最后，将两次滤波得到的有用IMF分量进行重构，得到降噪后的信号。为了验证EEMD-M算法的有效性，进行了测试信号和实测数据的降噪实验，结果表明本文提出的EEMD-M算法优于EMD降噪、DFA-EMD降噪、EEMD降噪和小波降噪方法。仿真bumps信号的信噪比平均提高了10.27dB。实测数据的MSE降低了82.9%，随机漂移得到明显抑制，验证了EEMD-M算法的可行性和优越性，提高了MEMS陀螺在光学图像处理中的稳定性和可靠性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.150601      

曹瀚文   杨凌辉   林嘉睿  

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基于光电扫描原理的分布式测量网络是一种大尺寸三维坐标测量系统，目前已广泛应用于工业制造和装配领域。测量网络体系庞大和测量环境的复杂性增加了组网定向工作的难度，且任何节点的变动会导致重新组网定向的需要，现有的组网定向方法因其过于依赖主观估计和人力而逐渐显露不足。为了实现测量系统自动维护的目标和满足工业现场自动化的要求，研究了一种基于自主建图、全局定位和自动导航的分布式测量网络自动组网定向方法和标定点位规划策略。实验表明，该组网方法在保证测量精度的前提下，提高了组网效率和自动化水平。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151201      

宋海声   麻林召   王一帆   朱恩功   李承飞  

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当前电子鼻对有毒气体的识别存在数据量少，训练生成的神经网络映射能力差等问题。在本工作中，以甲醛和甲醇为目标气体，采用自制的气敏传感器对甲醛和甲醇进行数据采集，并对采集到的数据进行滤波和平滑处理，以提取不同传感器对目标气体的响应值。依据准则函数生成伪随机数，并建立伪随机特征值矩阵以扩大有效数据量。利用主成分分析法(PCA)对特征值进行降维处理，选择贡献率大的主元成分作为BP神经网络的输入向量，构造PCA-BP神经网络。分别用实测特征值矩阵和伪随机特征值矩阵训练PCA-BP神经网络，通过对比分析两个网络得出，实测特征值矩阵的识别率为92%，而伪随机特征值矩阵的识别率为97%。结果表明，伪随机特征值矩阵能有效提高PCA-BP神经网络的映射能力，提高识别正确率。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.071201      

孙钦钦   黄诗浩  

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由于Ge1-xSnx比Ge的晶格常数大，Ge上外延Ge1-xSnx合金往往引入压应变，则将Ge1-xSnx合金调控为直接带隙材料就需要掺杂更高的Sn组分。为了寻找低Sn组分实现直接带Ge1-xSnx的方案，本文采用形变势理论系统地研究了双轴(001)、(110)、(111)晶面以及单轴[001]、[110]、[111]晶向张应变Ge1-xSnx导带结构。结果表明，在 (001)、(110)晶面施加双轴以及[001]晶向施加单轴张应变，直接带?能谷下降的速度快于间接带L能谷；而在(111)晶面施加双轴以及[110] 、[111]晶向施加单轴张应变，则间接带L能谷下降的速度快于直接带?能谷。提出了利用双轴(001)、(110)晶面以及单轴[001]晶向的张应变实现通过减小Sn组分调控Ge1-xSnx合金为直接带隙材料的策略。相关结论可为实验制备及器件仿真等提供关键参数和理论指导。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.071601      

周涛   吕晓琪   任国印   谷宇   张明   李菁  

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针对传统机器学习中人工提取特征复杂度高，以及单卷积网络提取特征不充分导致识别率不高的问题，提出了一种基于集成卷积神经网络的面部表情识别新方法。方法是将VGGNet-19改进后的VGGNet-19GP模型和ResNet-18模型进行集成，构建了集成网络（EnsembleNet）模型。该模型首先在训练集上对单模型进行训练，使单模型达到实验最优，然后在测试集上进行集成测试。在FER2013和CK+数据集上分别实现了73.826%和97.623%的平均准确率。经过与VGGNet-19GP和ResNet-18模型以及现有方法进行对比，表明了基于集成的面部表情分类方法具有分类更加准确，泛化能力更强的优点。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141501      

李成跃   姚剑敏   林志贤   严群   范保青  

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YOLOv3作为开源的目标检测网络与同时期目标检测网络对比在速度和精度上有着明显的优势。由于YOLOv3采用了新型的全卷积网络(FCN)、特征金字塔网络(FPN)、残差网络(Resnet)因此对硬件配置要求较高，导致开发成本过高不利于工业上的应用普及，因此在嵌入式平台中普遍采用使用YOLOv3tiny进行检测。为了解决YOLOv3检测速度低的问题，现提出一种基于YOLOv3的简化版网络，与YOLOv3tiny不同的是在保留了对特征提取有较大帮助的FCN、FPN以及Resnet同时尽可能的减少每层的参数量和残差层数，并尝试加入了密集连接网络(DenseNet)、空间金字塔池(SPP)。实验表明该网络的参数和检测速度大幅优于，在平均精度(mAP)上较YOLOv3tiny在PASCAL VOC 2007、2012数据集上有明显的提升。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141003      

贺振兴   张鹏   吴迪   韩科选   李晓燕   都权力  

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报道了一种输出波长1.7μm波段可调谐多波长拉曼光纤激光器（RFL）。在该方案中，采用过滤的1550nm波段自发辐射源来作为泵浦源，以此避免受激布里渊散射（SBS）。高非线性光纤（HNLF）和色散位移光纤（DSF）作为非线性增益介质，从而获得峰值波长为1.7μm波段的增益谱。并将一段未泵浦的掺铒光纤（EDF）用于吸收增益谱中残余的泵浦光，产生的增益谱由Sagnac滤波器进行滤波。通过调节偏振控制器（PC）和ASE后端的可调谐滤波器，可产生在1652.77nm和1686.2nm之间具有大于33.4nm调谐范围的单波长激光输出。单波长激光器的光谱3dB有效线宽为0.08nm。并且通过增加泵浦功率和调节Sagnac滤波器可以实现多波长激光输出，双波长激光可以从1654.88nm到1664.6nm之间连续调谐。单波长和双波长激光的边模抑制比（SMSR）都大于45dB。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151402      

晋玮佩   郭继昌   祁清  

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水下图像增强在水下视觉研究中受到广泛关注，由于水对光的吸收作用受光的波长和传播距离的影响，使得水下图像往往呈现为蓝绿等不同的颜色。为提升不同颜色水下图像增强的效果，提出一种基于条件生成对抗网络的水下图像增强方法。该网络在生成模型中加入残差密集块中的残差模块，其密集级联和残差连接可以提取图像中更多图像特征信息,改善梯度消失问题；通过在目标函数中增加两种新的损失函数建立网络模型，使得增强后的图像与输入图像的内容和结构保持一致。实验结果表明，所提方法对不同颜色水下图像的增强效果优于现有算法，具有更好的视觉效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第14期 pp.141002      

庞铭   浮艺旋  

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采用额定功率为3kW的Nd：YAG固体激光器开展镁合金激光熔凝实验，通过金相显微镜(TK-C1031EC)、扫描电镜、能谱、维氏显微硬度计(HVS-1000Z)、电化学工作站表征试样的组织、物相、硬度和耐腐蚀性能。结果表明：在激光功率为2000W、激光扫描速度为40mm/s的激光熔凝参数下，试样表面无裂纹、严重凹陷；熔凝区域表层组织为等轴晶，熔凝区内部组织为放射性枝晶，随着激光扫描速度的增加，表层等轴晶尺寸减少，熔凝区内部放射性枝晶逐渐变为非放射性枝晶；激光熔凝后热影响区组织深入基体晶界中，热影响区与基体交界处呈现不规则形貌；能谱线扫描结果显示熔凝区表层元素出现烧损，导致熔凝区硬度峰值出现在次表层，且随着扫描速度的增加，熔凝区硬度呈下降趋势；激光熔凝过后熔凝区耐腐蚀性能增强。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.151401      

赵础矗   胡明勇   孙东起   刘晨凯   李昭阳  

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大口径高次非球面的加工检测中是光学制造的难题之一。结合一块有效通光口径900mm、顶点曲率半径2580mm的高次非球面凹反射镜，推导高次法线像差公式，并拟合其高次非球面的法线像差。基于三级像差理论，对高次非球面的法线像差补偿，求解其系统初始结构，设计了球面波和平面波补偿系统。使用Zemax软件分析与优化，并且对两套补偿系统进行了对比。从设计过程看，此方法较之前通过二次比较非球面方便；从设计结果看，此方法满足要求，能够有效补偿非球面法线像差。经研磨后，用4D干涉仪实际检测镜面的面型精度RMS≤0.0236λ 。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.072203      

李通   赵巨峰   毛海锋   崔光茫   胡金星  

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傅里叶叠层显微成像（Fourier ptychographic microscopy, FPM）是一种全新的能兼顾大视场与高分辨率的成像技术。然而，由于较大的图像采集量和重建过程计算量，导致成像效率低下。本文提出了一种基于LED角度照明优化模式的高效成像方法。首先，根据LED、孔径和样品之间的关系，获取傅里叶平面可扩展的理论频谱范围。其次，使用图像质量评价方法衡量不同照明方式下的重建图像质量差异，构造任意单个LED对整体重建结果影响的差异表达函数。然后，通过对差异表达式的分析与仿真，制定了最佳的角度照明策略，设计出一种基于菱形采样方法来加速FPM的实现过程。最后，采用主观和客观的评价方法对仿真和实际实验的有效性进行了评估。结果表明，本文策略在保持重建质量的前提下有效提高了成像效率，其效率可提高到传统方法的3.85倍。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第08期 pp.081106      

潘红响   苏宙平  

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本文设计了一种离轴双反自由曲面激光整形系统，结构紧凑，不仅可以使输出光束辐照度分布变均匀，而且可以控制输出波前和扩束率。基于输入输出光束能量之间的映射关系和等光程之间的关系来构建自由曲面上相邻采样点之间的关系，从而计算整个自由曲面上所有采样点。基于这个算法设计了两个整形系统，将16mm×16mm的方形高斯束分别整形为80mm×80mm的方形均匀光斑和120mm×20mm的矩形均匀光斑，并使出射光束为准直光束。方形光斑均匀度为90.74%，光束扩束率为5，矩形光斑均匀度为94.75%，水平方向扩束率为7.5倍，竖直方向扩束率为1.25倍。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.070801      

杨赞伟   郑亮亮   曲宏松   吴勇  

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摘要：条带噪声会影响高光谱遥感相机的成像质量，该噪声的有效去除是一个关键环节，决定着后续高光谱图像信息提取等步骤的处理效果。为进一步抑制遥感图像的非均匀噪声，首先分析了空间遥感高光谱图像条带噪声的产生原因及噪声模型，进而提出了一种基于窗口阈值判决的改进矩匹配算法。选取相对平坦以及条带噪声与背景对比较明显的区域进行阈值估算，并选取参考均值、方差和条带阈值判决，对条带噪声进行矩匹配。实验结果表明，峰值信噪比相对传统方法至少提高了6.2163dB，均方误差最小降低了5.9630，结构相似度最少提高了0.254。与传统方法相比，该方法处理的图像变异逆系数有所提高，图像横向梯度与方差有所降低，有效去除了图像中的条带噪声，并保留了原始图像的细节信息。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第08期 pp.082801      

张丹丹   章光   陈西江   班亚   赵潇洒   徐乐先  

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针对传统传感器火灾检测系统及现有的基于图像处理的火焰检测算法进行火焰检测时，容易受到干扰，误检率较高问题，本文融合RGB、YCbCr和种子区域生长算法提出一种新的火焰前景提取算法。首先，将火灾图像从RGB颜色空间转换到YCbCr颜色空间，改进传统的YCbCr算法，从反光和非反光区域场景考虑红色分量R通道和亮度分量Y通道之间的关系，从而可以对反光和非反光图像中的部分干扰噪声进行剔除，避免过多图像噪声对初始分割的干扰;然后通过对连通区域质心权重的计算，自动确定种子，对完成颜色分割的图像进行区域生长，达到精细分割的目的；最后，全面分析火焰的面积、周长增长特征、圆形度特征和质心变化特征，给出面积和周长的变异系数，质心运动距离变化比。并基于此把火焰同路灯、蜡烛等非火焰准确区分开。实验结果表明：该方法弥补了单个算法对火灾场景分析导致识别准确度不高的缺点，且能同时做到对反光和非反光区域进行识别、快速排除干扰物，减少误判。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第06期 pp.061022      

裴斐   刘进锋   李崤河  

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图像风格迁移方法从移动端应用的角度来看，网络模型存在存储和计算代价高、计算资源消耗大的问题，难以部署在受限的硬件平台上(如移动设备)。本文基于Johoson等人的图像风格转换网络模型，在保证网络性能的前提下，在原有的网络结构上，通过运用更高效的网络计算方式对原有残差网络进行了计算优化。实验表明，改进后的方法在基本不降低图像质量的情况下，一定程度上克服了图像风格迁移模型存储和计算代价高、计算资源消耗大、难以移植到移动端的问题。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第06期 pp.061021      

黄鹏飞   孔祥兵   景海涛  

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高光谱影像中存在大量混合像元，极大地限制了高光谱影像的定量应用，因此高效且精准地进行像元解混就尤为重要。众多高光谱影像解混算法中较为有效的是非负矩阵分解（NMF）算法。传统的非负矩阵分解（NMF）算法多是从整副影像出发进行像元解混，很少考虑到局部端元子集优选问题，且在分解过程中往往只考虑高光谱影像的空间特征，而忽略了光谱特征。为了解决以上问题，本文改进了一种结合欧式距离和光谱信息散度的高光谱解混NMF初始化方法（Improved Hyperspectral Unmixing NMF Initialization Method Based On Space Spectrum Fusion，IISSF）。在初始化基础上，结合标准NMF算法和分块NMF算法进行平行对比实验。结果表明，在合成影像实验中，在中低信噪比情况下，经过IISSF初始化后的分块NMF算法获取的结果要优于其他方法；且其在真实影像实验中获取的端元光谱与真实影像端元光谱之间具有最小的平均光谱角差值，即0.1812 ；其重构影像与真实影像之间的均方根误差值最小，即0.0073。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第06期 pp.061020      

杨明哲   孟飞   林弋戈   宋有建   方占军   胡明列  

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研究了基于光纤飞秒光学频率梳的传递振荡器技术，阐明了传递振荡器的基本原理，设计并搭建了传递振荡器系统，实现了主激光器与从激光器光学频率的相干传递，锁定后系统的环内拍频信号稳定度达5×10-19@1s；为进一步评估，搭建了两套传递振荡器系统，将主激光光频特性同时传递至两个独立的从激光器，锁定后对两个从激光器的拍频信号进行探测和分析，讨论和分析了引入系统中的相位噪声。通过提高拍频信号信噪比、优化信号处理过程、减小外部环境干扰等手段，最终得到的两个从激光器环外的拍频信号线宽小于30mHz，光学频率传递的稳定度达到1.4×10-17@1s量级。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.070602      

金发成   杨慧慧   张桐   陈雨欣  

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基于非微扰量子电动力学的频域理论，本文研究了原子在不同频率双色激光场下的阈上电离过程。当两束激光场的频率都远低于原子电离势时，阈上电离谱来自大量通道的干涉结果，并且两束激光场在电离过程中起了相同的作用。随着激光频率的增加，阈上电离谱逐渐呈现出多平台结构，其中不同平台对应电子吸收不同高频光子的过程。当一束激光场的光子能量远大于原子电离势时，两束激光场在电离过程中起了不同的作用，高频激光场决定原子的电离几率，低频激光场决定原子阈上电离谱每个平台的宽度，并且平台宽度可以很好地用能量守恒公式给出。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第03期 pp.030201      

杨景超   李勇   张建君  

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针对复杂光照情况下的道路区域提取问题，提出一种基于颜色不变量和暗原色分割的道路区域提取算法，该算法通过正交分解法提取光照不变图像，并基于暗原色先验的道路图像聚类分割，提取图像的消失点等道路信息，构造软投票函数判别道路区域，经过形态学处理等后处理得到最终精确的道路区域。为有效评价复杂光照场景的道路区域提取算法的精度和效率，本文构建了一套复杂光照场景的道路图像数据集，并针对八种道路区域提取的算法构建了Benchmark。实验结果表明，所提方法能有效降低阴影等干扰因素的影响。与另外七种算法相比，本文算法能够实现与最新算法具有相近或更加准确的精度。此外，本文构建的数据集和Benchmark能够有效地用于测评复杂光照环境下道路区域提取算法。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121504      

李亚方   王春雨   祁海峰   李鲁艳   时术华   倪家升   赵燕杰  

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本文介绍了一种基于分布反馈光纤激光器的窄线宽布里渊光纤激光器，采用布里渊环形腔结构，以分布式反馈光纤激光器作为布里渊泵浦，以980nm的半导体激光器作为腔内 掺铒激光放大的泵浦源，构成产生腔内线性放大的布里渊环形腔激光器，实现了超窄线宽的布里渊激光输出。文中布里渊环形腔腔长设计为10米，加以偏振控制，获得了单频布里渊激光。为保证激光器的单纵模输出，分布反馈光纤激光器和980nm泵浦光的功率应分别不低于20mW和50mW。本文使用的980nm泵浦光源输出功率最大为250mW，最终布里渊激光输出功率超过15mW，线宽可小于100Hz。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.071401      

赵乐   韩雪   邹江林   郑凯   肖荣诗   武强  

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小孔是实现激光深熔焊接的先决条件。本文在光纤激光平板扫描焊接低碳钢中，采用调制激光出光时间的方式，研究小孔的形成过程。结果表明：小孔的形成过程极为迅速，完整的小孔形成时间为若干毫秒量级。低速焊接时，小孔的形成过程包括急速增加、缓慢增加和基本稳定不变这三个阶段。高速焊接时，小孔的形成过程仅有急速增加过程。进一步分析表明，小孔的形成时间不超过激光焊接特征时间（光斑直径除以焊接速度），焊接特征时间随焊接速度增加而减小是高速焊接时小孔仅有快速形成过程的原因。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.071402      

谢婷婷   陈芸芝   卢文芳  

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叶绿素a常被用来估计浮游植物的生物量和生产力，能直观的反映水体营养化程度。三波段生物光学模型因能削弱二类水体中悬浮物与黄色物质等因素影响的优势，可以准确的估算叶绿素a浓度。本研究选用三波段因子法，分析实测水体光谱特征确定三波段因子的大致位置，并通过穷举法和相关性分析，确定三个特征波段并建立反演模型。结果表明，当λ1=661.63nm、λ2 =693.54nm、λ3 =757.35nm时，三波段因子[R-1(λ1)－R-1(λ2]R(λ3)与叶绿素a浓度具有较高的相关系数（r=0.830）。根据确定的三波段因子建立生物光学模型的决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）和平均绝对误差百分比（MAPE）分别为0.859、2.446mg·m-3和32.169%，其反演精度优于波段比值模型（R2 =0.756，RMSE=3.002 mg·m-3，MAPE=31.861%）和反射峰模型（R2 =0.559，RMSE=4.037mg·m-3，MAPE=40.929%）。该结论可为闽江下游叶绿素a反演提供一定的理论依据和技术支持，也为以后使用三波段因子法反演二类水体的叶绿素a浓度提供波段选择。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.071701      

贺文干   陈尔东   胡元奎   梅理   陈信伟   崇毓华  

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光学波束形成网络相对于传统的电学波束形成网络具有大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等特性。国内对有多路射频信号输入时，基于色散光纤体制的光学波束形成网络的插损变化规律研究较少。假设了光子探测器达到饱和阈值的前提下，分别计算了单通道微波光子链路与双通道光学波束形成网络的插损。推导了随着输入射频通道数的成倍增加，采用色散光纤体制的光学波束形成网络插损的变化规律。搭建了试验系统，进行了验验证。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.070601      

杜康   刘春雨   刘帅   宋伟阳   徐婷婷  

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遥感应用对高分辨率的数据需求日益强烈，要获得高分辨率的遥感数据，光学系统是其核心。但光学系统焦距的增长往往容易导致相机的体积增大、重量增加等问题，超出微小卫星的承载能力。为解决高空间分辨率和微纳卫星星上空间紧张之间的矛盾，本文基于像差理论与同轴四反光学系统，提出超紧凑化同轴主三镜一体化设计。以焦距为1750mm，F数为7，全视场角为1.4°对光学系统进行了验证设计，并进行了公差与信噪比分析。结果表明：光学系统整体长度小于200mm，仅为焦距的1/8.75，实现了光学系统的超紧凑化设计和小遮拦比设计。光学系统加遮拦后，在奈奎斯特78lp/mm处，全视场传递函数优于0.26，RMS波像差优于λ/50，具有良好的成像质量且系统在太阳高度角30°、地表反射率0.05时，信噪比优于24.9，能够满足微小卫星的实际应用需求。系统结构简单、紧凑、成像质量良好，对空间微小卫星高分辨光学系统的设计具有一定的借鉴作用。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.072202      

孔庆峰   王帅   杨平   林海奇   刘永   许冰  

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相位差波前传感器具有结构简单、光能利用率高等优点，是最具吸引力的波前检测工具之一。图像探测器(CCD)的测量精度是影响波前复原精度的主要因素。然而，由于相机制造工艺的限制以及环境影响，噪声数据不可避免地会被记录下来。本文提出了一种基于图像补偿的改进型相位差波前传感器，以降低噪声对波前复原的影响。在CCD的正常曝光时间和饱和曝光时间下分别采集两幅图像。然后缝合成一幅包含精确的高空间频率和低空间频率光强信息的完美图像。在相同信噪比下，对改进的相位差波前传感器和传统的相位差波前传感器进行了仿真比较，结果表明，改进的相位差波前传感器能显著提高波前反演的精度。最后通过实验进一步证明了该方法的有效性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121103      

李仁忠   刘哲闻  

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针对三维点云数据分割算法效率低、准确度不高等问题，提出了一种结合点云骨架点和外部特征点的分割算法。可将传统方法分割不出来的局部小范围凸面体进行有效分割，从而使得三维点云数据分割的更为完善，为三维点云分割提供了新思路。本文利用C++及其开源的点云库（PCL）进行编程，先利用L1-中值算法对三维点云进行骨架点的提取，同时，利用SIFT算法进行特征点的提取，接下来结合骨架点和特征点构建分割平面进行分割，再对剩余的特征点进行检测，再次构建分割平面进行分割，得到最终的结果。实验结果表明，该算法能对三维点云表面的小范围凸面体进行有效分割， 提高了分割的准确性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121120      

赵云飞   张宝华   张艳月   谷宇   王月明   李建军   赵瑛  

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基于深度学习的目标检测算法无须人工设计特征，检测性能更稳健，得到了广泛的应用。本文针对Faster R-CNN算法检测舰船目标存在的不足，提出基于深度特征金字塔和级联检测器的舰船检测模型。首先利用小目标数据增强算法对数据进行扩充，使检测模型学习足够的特征；再使用深度特征金字塔网络改进原目标检测算法的特征提取网络，抑制相干斑噪声，有效提取舰船特征；并就SAR图像舰船目标稀疏的特点使用级联结构调整网络。基于上述改进，实验选取数据集中部分图像以及截取2月份渤海湾的SAR图像进行测试，均取得了良好的检测效果，证明了本文算法的有效性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121019      

于文文   王健   张琦   王雪琨   洪存存   钱维莹   曹建军   高淑梅  

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导光板(LGP)网点的散射能力会直接影响背光模组的光能利用率和网点密度，快速优选最佳网点结构对企业生产非常重要。提出了以LGP网点散射效率来评价网点有效光能力的方法，从理论和实验上研究网点倾角对散射效率的影响，并将所获得的最佳网点结构应用于实际加工。结果表明，基于企业已量产的LGP网点密度档，表征出网点散射效率与光能利用率、有效发光面积和网点密度之间的相关关系，并给出光能利用率达到最大时对应的倾角范围为 ，且在此范围内网点散射效率与倾角呈正相关。进而，以散射效率较高的网点对LGP重新进行均匀优化设计，发现网点数量可减少60%，而光能利用率仅降低2%。最后，LGP实际加工效果与仿真效果相符，证明本文所提出方法的可行性，有助于LGP生产企业加快研发进度，以及开发成本的降低。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.072201      

张莹莹   葛洪伟  

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针对当前图像显著性检测算法存在的边缘检测不清晰和内部不均匀的问题，提出一种以无向权重图为基础，结合多特征传播计算图像显著性的检测方法。首先以超像素为节点构建无向图并改进边界超像素的连接方式。在改进的图的基础上利用图像颜色、纹理特征和局部对比及中心先验等多种先验知识提取高层特征，并得到基于底层特征的显著图。其次，利用高层特征和显著物体的紧凑性分别计算基于前景、背景种子的显著图并融合。最后，将两阶段得到的显著图融合得到最终的显著图。在多个公开数据集上，将本文算法与近些年提出的10种算法进行对比实验，结果显示本文提出的算法优于所有对比算法。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第04期 pp.041020      

晁鹏飞   许英朝   刘春辉   吴天雨   李洋洋   刘建宁  

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针对GaN基正装结构的LED芯片存在电流分布不均匀的问题，利用电流路径模拟模型，对传统的电极结构进行优化设计。通过建立有限元分析软件COMSOL的三维仿真模型，对电极优化结构和传统结构芯片的有源层电流分布进行了仿真模拟，结果显示优化结构的电流分布更均匀。接着制备出各种结构的LED芯片并进行光电性能测试，实验结果表明，将n电极形状改变为扇形结构能更大程度上提高LED的出光效率，在输入电流20mA的情况下，LED芯片的输出光功率为31.84mw，出光效率为52.03%，相比传统LED芯片出光效率提高6.14%

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.072301      

聂佳琪   赵欢   张岩  

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近年来，太赫兹(THz)光谱技术在生物样品识别，药物检测等领域有着越来越广泛的应用，但是大部分太赫兹表征系统的频谱范围仅为0-3 THz，这使得从待测样品中获得的信息也局限在0-3 THz范围内，而无法获得样品更多的信息，导致对样品性质的表征不够全面。为解决该问题，本文搭建了基于硒化镓晶体(GaSe)的宽谱太赫兹系统，利用飞秒激光脉冲激光泵浦GaSe晶体，产生频谱范围为10-20 THz的宽谱太赫兹辐射，并搭建了迈克尔逊干涉仪对太赫兹瞬态电场进行非相干表征，系统的信噪比为478。利用该系统测量了尿嘧啶，5-溴尿嘧啶等生物样品的高频吸收谱，并通过密度泛函理论(DFT)对生物分子的振动、转动情况进行了理论分析，测量结果与理论结果相吻合，说明搭建的系统可以简单，便捷的获得样品的高频信息。该系统有效的弥补了传统THz光谱系统在高频波段的信息缺失，为接下来搭建高频THz时域光谱系统打下坚实的基础。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第07期 pp.073001      

司文涛   王伟超   袁光福   程军练   王卫杰  

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大气折射是影响目标外弹道参数光学测量的重要因数之一，在测量精度要求较高的情况下，需要对光测设备的折射误差进行修正。研究发现标准方法理论推导过程不够精确，计算过程中需要反复迭代。本文根据光学测量设备的特点，以大气球面分层模型为基础,提出了基于测角交汇的大气折射修正方法，并通过仿真和对无人机飞行试验数据的处理验证了新方法的计算速度更快、修正精度更高。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.130102      

刘蓬勃   张胜海   张晓旭   吴天安  

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研究了光反馈、光相位调制和外部光注入三种混沌激光系统的延时特性和有效带宽，分析比较了延时特征峰的强度大小、周期特征和带宽宽度以及三种系统应用于保密光通信系统中的优缺点。基于实际应用，对光注入混沌激光系统多个物理参数对延时特征峰和有效带宽的影响进行深入研究，发现通过调整驱动激光器外腔时延和注入时延拓展保密系统参数空间具备可行性，匹配合适的反馈强度和注入强度既能有效抑制延时特征峰，又能增大其有效带宽。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131407      

张国鹏   邓丽军   白杨   刘国栋   曾吕明   纪轩荣  

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光声层析成像(PAT)作为一种新兴的成像技术，其以独特的免标记、高分辨率、高对比度的多尺度成像能力，在生物医学成像中日益瞩目，正迅速的向临床试验转化。得益于超声探测技术和激光技术的快速发展，光声层析成像系统正在逐步实现实时、大视场、高分辨率、高穿透深度的组织结构和功能成像。在这篇文章中，我们主要综述了环形阵列式光声层析成像在生物医学成像中的研究进展及其在预临床和临床实践中面对的问题。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.120011      

詹遥牧   孟义朝  

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在全正色散光纤激光器的基础上数值研究了不同泵浦方式对抛物线脉冲产生的影响。建立全正色散光纤激光器的模型，具体研究了不同泵浦方式下不同的增益可饱和能量以及增益带宽对激光器输出抛物线脉冲的拟合因子、脉宽、频谱宽度以及脉冲能量的影响。结果表明，后向泵浦方式下激光器能输出更大能量的抛物线脉冲，而且能在更低的增益可饱和能量下产生抛物线脉冲。后向泵浦方式的全正色散光纤激光器可以在更大的增益可饱和能量范围内保持抛物线形脉冲的输出。全正色散腔中增益光纤的增益带宽对抛物线脉冲输出特性的影响较小。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131406      

王玉宁   蒋世磊   孙国斌   刘卫国   党小刚  

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为了提高光学元件的面形精度，精确拟合出了离子束去除函数；以去除函数的均方根值为分析对象，分析了不同叠加间距下离子束等量去除的去除量以及波动量。根据理论及实验数据分析验证了一维等量去除的可行性，得出最优叠加间距为。再以为叠加间距进行二维等量去除理论及实验分析，通过30 min对熔石英进行二维等量去除实验，得出去除量为384.7 nm。结合抛光实验，对均方根值（RMS）为139 nm的Φ100 mm口径的熔石英平面窗口玻璃进行面形修正，加工后RMS为18 nm，面形收敛率达到7.8。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第03期 pp.032501      

么嘉棋   唐新明   李国元   艾波   杨雄丹   谢栋平  

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冰、云和陆地高程卫星2号（ICESat-2，Ice, Cloud and land Elevation Satellite-2）已于2018年9月15日发射，主要是对极地冰盖、海冰高程变化及森林冠层覆盖进行长期科学研究，在ICESat-1的技术基础上，通过多波束的光子计数体制方式采集数据，使数据覆盖密度、数据精度都有很大的提高。大气中的云、气溶胶等气象条件引起的前向散射效应对数据精度有不可忽视的影响，由于ATLAS光子计数体制下的脉冲折叠这种数据特性，ATLAS(Advanced Topography )无法采用同性质卫星所采用的云检测算法，所以ATLAS提出一种基于表观地表反射率（ASR, Apparent Surface Reflectance）的云检测算法。本文就ICESat-2云检测及其相关算法流程进行详细的梳理，对于ICESat-2数据在大气方面的应用拓展有一定的帮助，对我国后续激光测高卫星大气影响改正也有一定借鉴意义。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131701      

郭晨瑜   王豆豆   穆长龙  

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石墨烯/氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）以其独特的光电特性成为近年来研究的热点。基于石墨烯/GO涂覆的光纤传感器也是研究的重点之一。本文概述了石墨烯/GO涂覆的光纤传感器最新进展，重点介绍了基于光子晶体光纤（Photonic Crystal Fibers，PCF）的新型光纤传感器研究现状，如：基于石墨烯涂覆的表面等离子体（Surface Plasmon Resonance，SPR）PCF；石墨烯涂覆PCF内表面；GO涂覆的U型PCF；新D型PCF光纤传感器等。选取了各类报道文献对石墨烯/GO涂覆光纤用作传感器设计的参数表征模式，提出了一种新型的石墨烯光纤器件的设计理念。讨论了基于不同测量对象、传感原理和光纤类型的传感器结构设计，为传感器的进一步气体痕量测量、折射率等常见物理参数测量做出很好的理论引证。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第15期 pp.150002      

詹旭   蔡勇  

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本文提出了一种基于余弦相似度的点云配准算法。该算法主要解决点云刚性配准问题，即找出点云配准的旋转矩阵R和平移矩阵T，从而实现原始点云到目标点云的配准。该算法首先对两个待配准点P和Q进行了去中心化处理，其次，研究了余弦相似度，将两个待配准的三维点云分别投影到XY平面上，对XY平面上的点云进行栅格化处理，统计栅格上的数据点从而形成统计矩阵SP和SQ，原始点云能有效配准到目标点云上的条件为，SP与SQ的余弦相似度应该为最接近1; 为了寻求最优旋转矩阵R，使得两个待配准点云达到有效的配准精度，本算法采用了差分进化算法，以两点云余弦相似度为条件，寻优出旋转矩阵R，从而实现点云配准，最后，利用中心点计算出平移矩阵T。实验表明，该算法相比其他算法，具有较高的配准精度；即使在点云数据伴随有噪声和数据缺失的情况下，都能达到良好的配准效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121503      

牟海维   王妙妙   曹志民   韩建  

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图像显著性是实现视觉信息感知的最主要信息源，图像显著性信息的检测一直以来都是计算机视觉研究中的热点。随着数据获取能力的极大提升，三维或立体视觉感知的需求越来越迫切，深度敏感信息的有效提取是影响当前立体视觉体验的一个重要元素，因此已经得到了很多研究人员的注意并取得了一定的研究成果。本文通过对图像显著性检测及深度敏感信息提取研究相关检测模板及技术的广泛研究，对深度敏感信息提取研究现状进行了分类和概括，并通过对比实验给出了几种典型深度敏感信息提取算法进行了对比分析。最后，对深度敏感信息提取技术存在的问题及发展趋势进行了讨论。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.120010      

黄冬梅   李永兰   张明华   宋巍  

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在实际应用中，噪声会降低高光谱图像(HSI)质量，影响后续应用的有效性，因此降噪成为一项至关重要的研究课题。由于HSI主要有高分辨率和光谱间的高相关性的特性，基于低秩的降噪方法成为研究热点之一，目前提出的方法存在划分HSI图像子块的大小、个数不易确定，仅考虑子块内低秩性等不足。因此，本文提出一种结合地物类别和低秩特性的高光谱图像降噪方法(GTLR)。根据地物数据先验信息的类别数，简单划分子立方体块的个数，接着指定最优参数明确分块大小，然后通过相同地物中像素空间和光谱相关性定义同物空谱低秩特性，最后结合整幅高光谱图像的光谱低秩特性，并根据低秩矩阵恢复模型求解得降噪图像。通过在Washington DC Mall和Indian Pines数据集上的实验，结果表明本文方法不仅提高了对每一类地物噪声的降噪效果，而且针对更为严重的随机噪声和稀疏噪声类型的混合噪声，也能够达到更好的降噪效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121102      

王波   郑璐璐   张大伟  

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细胞内递送是细胞工程和细胞治疗中的关键步骤。激光诱导细胞内递送比传统的显微注射、细胞融合、电穿孔具有高精度、高通量、非入侵式等优点，近年来受到越来越多的关注和研究。激光诱导细胞膜产生瞬时微孔，增加细胞膜的通透性，使货物透过细胞膜进入细胞内。本文主要介绍了激光利用热效应、化学效应和流体剪切力破坏细胞膜的原理。其实施方法分为激光直接作用，激光作用于纳米粒子、基底材料或光热刀去破坏细胞膜。评价了每种方法的优缺点并对激光诱导细胞内递送的前景做了展望。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131701      

王圣   周兴林   朱攀   董建平  

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针对部分遥感图像整体亮度偏暗、边缘细节特征模糊、可视性不够理想的缺点，提出了一种基于非下采样轮廓波（NSCT）与加权引导滤波的增强方法来改善图像质量。首先，利用NSCT获取图像多尺度子带图像，其次，对低频子带图像采取全局映射调整亮度，然后，用加权引导滤波器代替Retinex中的高斯滤波器获取细节分量和基础分量，同时用比例因子调整两分量在低频子带图像的比例；其次，采用改进的自适应贝叶斯阈值和非线性增益函数增强各个高频子带图像；最后，将各子带信息通过NSCT逆重构得到增强图像。与传统的图像增强算法相对比，本文方法在清晰度、信息熵等方面有所提高，较好地保留细节特征，明显提高视觉效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121018      

李积英   杨永红   温强   王燕   杨宜林  

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SURF算法在多模MRI肿瘤图像配准中，存在特征点偏少且配准精度低等问题。使用Harris角点检测法对参考图像、浮动图像的特征点进行提取和检测，接着使用圆形64维向量法生成特征描述符以及进行欧氏距离匹配，来增强特征点的提取；通过设置配准图像初始化参数，确保粒子在最优值附近搜索，利用互信息作为PSO算法的测度函数，增强目标函数全局最优解，通过引入平均最值，防止算法陷入早熟现象。仿真结果表明，与现有的算法相比，本文提出的优化算法，可以使多模MRI图像特征点增多且精度更高。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121010      

芦伟   马旭颐   段爱琴   王学东  

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对3.0mm厚BTi6431S高温钛合金进行光纤激光焊接，从焊缝成形、气孔和金属蒸汽/等离子体特征等方面研究了焊接工艺对焊缝成形质量及焊接过程稳定性的影响。结果表明，激光功率对焊缝熔宽、余高、咬边和气孔率均有影响，对背宽比影响较小；焊接速度主要影响焊缝熔宽、背宽比，对余高和咬边的影响较小。焊接工艺对焊缝成形质量的影响与金属蒸汽/等离子体特征与稳定性密切相关。较低激光功率（1.5-2.5kW）或较高焊接速度下（4.5-3.5m/min），金属蒸汽/等离子体面积及面积波动均较大，焊缝未熔透且气孔率高；中等激光功率（3.0-3.5kW）和焊接速度匹配下（2.5m/min），金属蒸汽/等离子体面积及周期波动均较小，焊缝全熔透，成形质量好。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131405      

张琦   薛常喜  

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针对大口径、矢高大自由曲面光学元件加工精度的难题，传统的加工方法难以满足其精度要求，慢刀伺服(Slow tool servo, STS)车削技术是加工自由曲面光学元件的一种有效方法。但是在慢刀伺服车削过程中，面形的矢高和口径大小将会影响加工精度，针对这种情况，通过研究慢刀伺服车削等弧长和等角度法的线性化误差趋势，提出了一种先等弧长，后等角度的组合车削轨迹优化方法。为实现车削路径的合理规划，对新的车削轨迹衔接点的选取进行了优化设计，利用MATLAB软件以正弦网格曲面为例进行仿真，表明该车削轨迹优化方法能够有效提高其面型精度。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第05期 pp.052203      

吴东江   刘俊   唐博凯   刘德华   马广义   牛方勇   姚振强  

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哈氏合金因其出色的耐蚀性能，已广泛应用于核电、石油化工等行业，其中许多大型薄壁结构对焊接变形的控制要求极高，对哈氏合金薄板的焊接技术提出了高要求。本文研究了激光填丝焊接工艺参数对哈氏合金薄板纵向挠曲变形的影响，结合样件弯曲刚度和等效载荷分析了焊接工艺参数对纵向挠曲变形的影响。结果表明：激光填丝焊接过程的线能量密度和相对送丝量通过影响弯曲刚度和等效载荷，进而影响纵向挠曲变形；随着线能量密度的逐渐增大，等效载荷也逐渐增大，样件的弯曲刚度呈减小-增大-减小趋势。在一定范围内增大线能量密度会使等效载荷和弯曲刚度同时增大，从而导致变形的变化幅度相对较小。相对送丝量增大使弯曲刚度在等效载荷不变的情况下大幅增大，从而导致焊接变形减小。在合理的参数范围内尽量选择小线能量密度和大相对送丝量有利于抑制变形。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131404      

李红卫   熊韬  

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本文研究基于QR码识别的P4P-PNP定位算法，提出利用QR码中存储的QR码四个共面顶点准确地理坐标结合从相机获取的QR码图像中解析出的像素坐标进行定位的思路。通过相机标定和图像校正获得校正的QR码四个共面顶点像素坐标，通过译码程序解析得到四个共面顶点实际位置坐标，P4P算法解算输出的旋转矩阵和平移向量作为PNP的迭代初始值，在PNP算法中，本文借助李群和李代数之间的局部同构关系，将流形上的寻优转化为切空间中的寻优，利用熟知的线性空间中的最优化手段来进行目标值的优化，而在切空间的任何梯度方向，参数值都在空间内，从而实现所求矩阵在流形上。实验结果表明，在导航运动过程中，摄像机坐标位置误差在±2mm以内，旋转角度误差在±0.5°以内，算法具有较高的定位精度及稳定性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121501      

郑纯琪   卢锦胜   吕俊   李强  

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声转换是指利用光声效应产生声音的过程。采用脉冲光，可以激发光声材料产生高频、宽带超声信号。金属纳米结构由于局域表面等离子体共振效应，从而具有高光学吸收以及可调控性，使其作为重要的光声转换材料并应用在生物医学成像等领域。本文首先介绍光声转换的主要机制和原理，然后总结金纳米棒、金纳米圆盘、金纳米阵列等金属纳米材料的光声转换研究及应用进展，最后对金属纳米光声材料的未来发展进行展望。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.130002      

乔子昂   刘涛  

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图像质量评价的应用越来越广泛，特别是无参考图像质量评价成为近年来的研究热点。目前常用的无参考图像质量评价方法都是从灰度空间提取特征，由于人眼看到的图像都是彩色的，有必要增加图像质量评价对于图像彩色信息的研究，本文分别提取了RGB、LAB、HSV颜色空间各颜色通道下的亮度去均值对比度归一化 (Mean Subtracted Contrast Normalized，MSCN)系数，并用非对称广义高斯分布模型(Asymmetric Generalized Gaussian Distribution，AGGD)拟合，对拟合得到的MSCN系数统计特征用梯度提升回归（Gradient boosting regression，GBR）算法训练得到无参考图像质量评价模型，并将各颜色通道训练模型和灰度空间训练模型的预测分数与主观评分比较。最终结果表明，相对于灰度空间，在颜色通道下的无参考图像质量评价模型的单调性、主客观一致性、稳定性都有一定提升，特别是在 RGB_B 通道下提取特征训练得到的结果相比较灰度空间取得了较大的提升，pearson系数从0.629提高到了到了0.703。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121101      

宋斌   闫宁   朱琳琳   张效栋  

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基于图像处理的结构参数检测方法具有快速、全局、非接触等特点，在现代化的工业生产中应用广泛。然而，对于周期性结构空间重复的纹理，边缘提取、模板匹配等多种时域图像处理方法的适用性都有所减弱。本文利用周期性结构纹理图像独特的频谱分布，设计并优化了基于频谱特征的周期性结构参数检测方法。搭建了静态图像检测操作界面和实时采集检测系统，基于织物密度检测进行多次实验。实验数据相对误差小于1%的比例达到96.7%，平均误差比现有算法降低约36%，单帧图像检测时间为150毫秒左右，检测速度适用于工业检测场景。并将提出的方法应用于纸张计数、木材纹理检测、微结构阵列检测等实际工业场景领域。实验结果表明基于频谱特征的周期性结构参数检测方法是准确、高效、通用的。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121008      

陈丁   许江宁   李振中   江山   何泓洋   梁益丰  

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基于光纤传输的时频同步技术具有高精度、高稳定度和低损耗等优点，已成为高精度时频同步的主要方法，具有较强的应用需求和发展前景。而双向比对技术是应用广泛的光纤时频同步方法，国内外相关机构在此领域不断提出新方法、新技术和新应用。本文在梳理了光纤双向比对技术研究历史和进展的基础上，介绍了3种主流双向比对方案的基本原理和技术特点的，并分析了同步系统的不确定性和误差来源及其对时间同步结果的影响。为进一步提高光纤时频同步精度，建立高精度、安全稳定的地基时频体系提供参考。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.130004      

杜玉红   董超群   赵地   任维佳   蔡文超  

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棉花中不同种类异性纤维对纺纱和织布过程造成的危害相差较大，确定每类异性纤维的含量更能全面的评价棉花的质量。本文采用深度学习方法对异性纤维进行分类识别。首先建立异性纤维数据集，针对异性纤维尺寸和形状多样性的特点，采用基于Faster RCNN的目标识别框架，以RseNet-50代替原始的VGG16作为异性纤维模型的特征提取网络，并采用K-means++聚类算法对候选框生成尺寸进行改进，然后对模型进行训练，实现棉花中异性纤维的分类和定位。训练后的模型在验证集上的准确率达到94.24%，精度为98.16%，召回率为95.93%，精确率和召回率的调和平均数(F1分数)为0.970。对比改进前后模型的异性纤维识别效果，改进后的模型在小尺寸、大长宽比和密集出现的情况具有更好的识别效果，相对原始模型准确率、精度、召回率和F1分数分别提高了3.21%，0.9%，2.51%，0.017。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121007      

张涛   胡孟阳   杜文丽   王昊  

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近年来，随着高动态范围(High Dynamic Range, HDR)图像处理技术的发展，在传统显示设备上显示出具有HDR图像效果逐渐成为研究的热点问题。随着液晶显示器的普及，区域调光技术取代全局调光成为集节能与画质提升的关键技术。然而，现有区域调光算法在进行区域背光提取时得到的背光强度往往不能全面反映整幅图像的亮度特点，导致经过像素补偿之后的显示图像产生不够理想的视觉效果。为了解决这一问题，本文提出了一种新型可调节的自适应区域调光方法。在该方法中，介绍了基于LED-LCD样机的一种新型的可调节的区域背光提取方法，将已有区域背光算法计算的背光亮度值作为约束条件，在经动态阈值算法得出区域背光后，结合人眼视觉特性对该背光进行不同幅度的增减，选取在不失真条件下，显示质量最为逼真的背光亮度作为最佳背光亮度，然后进行像素补偿。实验结果表明本文所提方法能有效地提高对比度和色彩饱和度。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121017      

赵琼   李宝清   李唐薇  

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随着深度学习的不断发展与广泛运用，基于深度学习的目标检测算法已经成为新的主流。为了进一步提高卷积神经网络YOLOv3的检测精度，本文在原算法的网络结构上添加卷积层模块，用于对样本进行目标背景分类，并粗略调整特征图上的锚框(anchor boxes)大小。在该模块输出目标背景概率后，过滤掉背景概率值低于设定阈值的样本，从而改善原算法中存在的正负样本比例失衡的问题；同时用调整过的锚框替代原算法中直接由聚类生成的固定大小的锚框，为边界框的预测提供更优的初始值。在VOC数据集上的实验结果表明，相较于原算法，改进的YOLOv3具有更高的检测精度。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121502      

丁意桐   高震宇   彭旭   宋凝芳   冯迪   赵东峰   迟小羽  

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为了抑制在头戴式增强现实显示系统中激光扫描显示与光栅光波导直接耦合时产生的带斑（Banding）现象，改善系统的最终成像效果，本文首先介绍了“Banding”现象，分析讨论了“Banding”现象产生的具体原因。随后，提出了一种加入扩散片的扩束抑制方法，并通过扩束光路结构实验验证了其可行性。最后，针对抑制方案进行了小尺寸、大视场中继光路的设计优化，以满足在头戴式增强现实显示系统上使用的应用场景。本设计的系统总长小于25mm，在截止频率43lp/mm处，前端与后端各视场的MTF值均大于0.3，畸变均小于±2.2%，满足设计的各项指标需求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.130801      

褚晶辉   张姗   汤文豪   吕卫  

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本文提出了一种基于导师-学生网络的驾驶行为识别模型。考虑到驾驶动作是在局部区域发生的，本文将驾驶行为识别任务拆分成动作定位和动作分类两个子任务。针对动作定位任务，设计了网络层数较浅和接受高分辨率图像输入的导师网络，导师网络通过特征图的响应去弱定位动作区域；在动作定位基础上，针对动作分类任务，设计了网络层数较深的接受低分辨率动作区域图像输入的学生网络，学生网络根据深层网络提取的高语义特征去实现高准确率分类。实验证明，导师—学生网络模型能带来较高的识别准确率，具有强稳健性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第06期 pp.061019      

张薇   郭继昌  

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针对低照度水下图像存在色偏和细节模糊的问题，本文提出一种基于白平衡和相对全变分的低照度水下图像增强算法。该算法根据光线在水中选择性衰减的特性，首先对水下图像进行全局光照补偿以提高图像亮度，并采用灰度世界算法校正水下图像颜色；然后依据引导滤波的保边平滑性构造新的相对全变分约束来估计照度图，最后基于低照度成像模型得到反射图像，即增强后的水下图像。主观效果、客观分析及应用比较实验均证明了本文算法在校正色偏和增强图像细节方面的有效性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121016      

褚晶辉   汤文豪   张姗   吕卫  

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面部表情识别是计算机视觉领域的一个重要研究方向，在人机交互、视频监控、智能教育等方面存在广泛应用。深度卷积网络提取的表情特征易受背景、个体身份等因素影响，其与无用特征混合在一起对表情识别造成干扰。针对此问题，本文提出了一种基于注意力机制的面部表情识别算法，该方法基于一个轻量级的卷积神经网络以避免过拟合，通过通道和空间注意力模型对特征图元素进行加强或抑制，应用残差学习单元使注意力模型学习到更丰富的特征并获得更好的梯度流。此外，本文还提出了一种面部表情关键区域截取方案，以解决非表情区域的噪声干扰问题。本文方法在两个常用的表情数据集CK+和MMI上进行了验证，实验结果证明了该方法的优越性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121015      

贾强汉   周志峰   王立端  

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针对图像特征点提取匹配算法中特征点配准率不高的问题，提出了从高斯核距离上考虑的Gaussian-GMS栅格移动统计特征点图像配准算法。该算法先使用ORB算法进行特征点的提取，再通过暴力匹配算法进行大致的特征点配准。根据图片的大小和特征点的个数将图片划分成多个栅格,对栅格内的特征点数量进行移动统计，通过九宫格里的特征点距离中心特征点的远近，使用高斯函数制作分数统计模板，得到该九宫格里的分数统计，与设定的阈值进行对比，超过阈值则被认为是一个正确的匹配，否则被筛选掉。该方法可以更有效地剔除错误匹配，提高匹配率。实验证明本文算法与GMS算法精确匹配点的数目提高了8.17%，与传统特征点提取匹配算法相比速度最大可以提高41.3%。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121014      

李立凯   卢炽华   邹斌  

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为了解决智能车在进行检测和分割任务时需要快速准确的检测识别能力以及对多种场景的适应能力，提出一种多任务共享同一个特征提取网络的联合方法。整体网络采用编码—解码结构。首先选用ResNet-50网络为编码器进行图片特征的提取；然后采用SSD目标检测算法的多尺度特征预测和快速回归思想，进行检测结果的解码，采用DeepLab V3中的ASPP结构，对来自 ResNet-50 网络下采样后的图像特征进行多尺度映射、双线性上采样和批次归一化处理完成分割解码。最后在设定好的训练参数下完成对联合方法的训练。实验表明，两种解码器通过共享特征提取网络，实现了同步的检测和分割，同时实车验证结果显示检测mAP达到了0.89，分割MIoU达到了86，检测速度FPS达到了31，可以满足智能车完成一定的任务。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121013      

杨亚光   尚振宏  

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针对在复杂场景中，传统单一手工特征表达能力不足和模型更新过程中由于误差累积导致模型退化问题，本文提出了基于相关滤波融合卷积残差学习的目标跟踪算法。将融合了多特征的相关滤波算法定义为神经网络中的一层，将特征提取、响应图生成、模型更新整合到端到端的神经网络中进行模型训练；为减少在线更新过程中模型退化问题，引入残差学习方式引导模型更新。在基准数据集OTB-2013和OTB-2015上实验结果表明，本文算法能够有效应对复杂场景中运动模糊、形变和光照等变化，具备较高跟踪精度与鲁棒性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121012      

杨梅洁   刘俊  

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摘 要 激光强度值会受到大气环境、激光测距值、目标物特性等因素的影响，同类目标物的激光强度值产生较大的偏差。为了消除扫描距离对地面扫描激光强度的影响，以激光雷达测距方程为基础，设计了同种材料、不同距离与点云反射强度的实验，通过实验得出了激光扫描距离与点云激光强度之间的变化关系和数学模型，并将实验数据修正效果较好的模型（如泰勒插值多项式模型、分段多项式模型、分段高斯函数与多项式混合模型）用于实例点云激光强度的修正，结果显示泰勒插值多项式模型修正效果最好，有效地消除了距离因素引起的点云强度偏差，使同类目标的激光强度趋于一致，异类目标的激光强度差异明显。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.122804      

张广世   葛广英   朱荣华   孙群  

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为解决工业制造中齿轮缺陷难检测的问题，本文提出一种基于改进的YOLOv3(You Only Look Once)网络的缺陷检测方法。首先构建齿轮缺陷图像数据集，包括图像采集与扩充和缺陷标注；其次采用密集连接网络(DenseNet)网络结构代替原有的网络结构，提高特征提取能力；最后增加网络预测尺度，提高对于小尺寸缺陷的检测能力。在齿轮缺陷图像对该方法进行验证，比YOLOv3网络平均精确率提高了3.87%，对齿轮缺失部分的精确率提高了5.7%。实验结果表明，与YOLOv3网络相比，该方法在齿轮缺陷检测上有一定的先进性和有效性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121009      

何山   方利   张政  

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图像着色是计算机视觉研究的热点，为了解决利用传统的卷积神经网络学习方法着色带来的语境混淆、边缘模糊、细节信息丢失度高等问题。设计了一个改进的基于密集神经网络(Densely Connected Convolutional Networks)的R-FCN语义特征网络和局部特征网络的双分支神经网络模型，通过DenseNets准确地提取信息，产生易于训练和高参数效率的密集模型。并采用全连接的条件随机(Fully Connected CRF)优化分割结果来提高分割准确率。本文在验证阶段采用了联合双边滤波进行处理，弥补了边缘模糊的缺点。实验表明该算法有效解决了细节丢失度高、颜色不饱和、边缘模糊的问题，与已有的着色算法相比，能够产生更真实更合理的彩色图片，达到了优异的效果

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121006      

王阳   刘立波  

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细粒度图像之间具有高度相似的外观，其差异往往体现在局部区域，提取具有判别性的局部特征成为影响细粒度分类性能的关键。引入注意力机制的方法是解决上述问题的常见策略，为此，本文在双线性CNN模型的基础上，提出一种改进的双线性残差注意力网络：将原模型的特征函数替换为特征提取能力更强的深度残差网络，并在残差单元之间分别添加通道注意力和空间注意力模块，以获取不同维度、更为丰富的注意力特征。在3个细粒度图像数据集CUB-200-2011、Stanford Dogs和Stanford Cars上进行消融和对比实验，改进后模型的分类准确率分别达到87.2%、89.2%和92.5%。实验结果表明，相较原模型及其它多个主流细粒度分类算法，本文方法能取得更好的分类结果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121011      

李唐薇   童官军   李宝清   卢晓洋  

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目标精确感知与识别为信息化战争提供了一个重要的技术增长点，全景视觉传感设备因其拥有大视场范围优势而逐渐被应用于安防及军事领域中完成目标检测与识别任务。本文首先从相机成像模型、图像成像质量以及目标物体的非对称性三个方面对存在的困难以及挑战进行阐述。基于是否进行畸变校正预处理本文将近年来大视场域的目标检测与识别算法分为基于畸变校正的目标检测与识别算法和基于原始LFOV图像的目标检测与识别算法两类，并针对这两类算法进行了全面梳理和总结，从当前大视场域的目标检测与识别各类算法的统一性和差异性进行思考分析，探讨其未来发展趋势。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.120009      

赵海朝   乔玉林   杜娴   王思捷   张庆   臧艳  

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激光除漆是激光清洗技术的重要应用领域之一，具有广阔的应用前景。采用光纤激光器对聚丙烯酸酯基漆层进行除漆实验研究，通过清洗表面三维形貌、扫描电子显微镜（SEM）图像考察了能量密度对激光除漆质量的影响，研究了能量密度与表面形貌的关系；采用SEM、X射线能谱仪（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）进行激光除漆机理研究。结果表明：能量密度对清理质量有着重要影响，激光清洗1次时，随着能量密度的增加，激光除漆质量呈现出变好的趋势，在能量密度为12.56 J/cm2、13.60 J/cm2时，由于等离子体屏蔽效应，除漆质量稍有降低，激光清洗2次时，随着能量密度增加，激光除漆质量不断提高，由于激光等离子体冲击作用增强，清洗表面燃烧效应减弱，清洗表面C元素含量增加，O元素含量降低；清洗表面形貌、元素含量及价态显示，清洗过程中存在热燃烧、高温分解和等离子体冲击3种清洗作用机制，铝合金表面聚丙烯酸酯基漆层的清除是多种作用机制耦合的结果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131403      

谢莉莎   黄春晖  

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角锥棱镜是一种具有定向反射和天然相干合成的光学器件，同时角锥棱镜内全反射引起的失偏效应，对免调试固体激光器或者反射测距的稳定性及测量精度有着重大影响。因此，有必要探索新的角锥棱镜保偏方案，本文提出了一种通过光学隧穿效应调控古斯汉森位移实现相位可控的保偏方案。首先研究在角锥内反射面外出镀上两介质层膜，用粒子群算法（PSO）优化介质膜的折射率和厚度，使入射光在角锥-介质膜1界面上发生全反射，倏逝波经由膜2返回角锥，利用反射光束与倏逝波的叠加效应改变传播光束的相位进而实现保偏。接着用COMSOL仿真镀膜角锥的保偏效果，结果表明，当线偏振光的初始入射方位角在(-40°,40°)范围时，具有较好的偏振效果，出射光的方位角和椭圆率分别变化约0.2°和0°。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.132304      

殷清燕   车露美   韩占锁   周亚西   罗蓓蓓  

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针对混合物样品物质成分的识别难题，采用太赫兹时域光谱技术获得物质的特征吸收光谱，研究了0.1THz-7THz宽带太赫兹吸收光谱处理方法及特征光谱识别算法；首先，针对被测物在空气环境中测试信噪比低的问题，在扣除环境噪声、背景噪声，消除随温度变化的水蒸气吸收谱造成的影响后，获得用于识别的太赫兹吸收光谱；研究基于模板匹配、数值平滑、主吸收峰提取与识别、混合物成分判定判据的识别方法；其次，建立混合物成分太赫兹光谱提取和分析模型；调用太赫兹光谱数据库，采用模板匹配和吸收峰峰值、面积比对的方法，依次判断、识别并扣除各样品的太赫兹吸收光谱。最后，依据该算法模型，完成混合火炸药的太赫兹特征光谱探测与识别试验。实验结果表明，本文阐释的方法可逐一分辨出混合物的物质成分，为混合物质成分识别提供了一种可靠的太赫兹宽带光谱特性识别方法。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101506      

杨谢柳   尹晨宇   方素平   刘士明  

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由于大型物体尺寸过大难以触及、不易或不可移动、通常在光照不可控的室外进行测量等特点，较难实现高精度测量。本文以摄影测量为基础，旨在采用全站仪与普通数码相机相结合的方式，实现大型物体三维形状和颜色信息的高精度、快速、灵活获取。将普通数码相机刚性连接到全站仪的望远镜上搭建组合测量系统，借助全站仪的角度读数随时记录相机位姿；为减弱窄视场相机标定中的参数耦合，首先根据相机的物理特性直接标定相机主距参数；通过建立控制场确定其余相机内参数及望远镜相对相机的位姿参数；借助两个公共标志点实现测站的任意转换，进而实现大型物体的三维形貌测量。实验表明，本文方法的长度测量相对误差不超过±1/100，角度误差不超过±0.6°，目前能够实现中等精度的大型物体三维形貌测量。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101505      

胡丽   单锐   王芳   江国乾   赵静一   张智  

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深度学习因为具有强大的特征提取和目标分类能力而被广泛应用于高光谱图像分类领域，然而传统的卷积神经网络结构中连续的池化操作虽然可以扩大滤波器的感受野，但同时也会导致图像信息损失。受空洞卷积在保持图像信息方面优秀性能的启发，本文提出了一种基于双通道空洞卷积神经网络(DCD-CNN)的高光谱图像分类深度学习框架。空洞卷积可以在保持分辨率的情况下呈指数级地扩展滤波器的感受野，同时能有效地避免图像信息的损失，从而提高分类精度。在该框架中，分别采用含有空洞卷积的一维卷积神经网络(1D-CNN)和二维卷积神经网络(2D-CNN)提取高光谱图像的光谱和空间特征。然后，采用加权融合方法对提取的空间特征和光谱特征进行融合。最后将融合后的特征输入支持向量机进行最终分类。在两个最常用的高光谱图像数据集上进行实验,并与两种传统的分类方法和两种现有的基于深度学习的分类方法进行比较，结果表明，所提出的框架具有更好的分类性能。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.122803      

马晴晴   王彩芳  

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为解决传统非局部立体匹配算法在纹理丰富区域匹配误差较大的问题，本文提出基于颜色和边缘信息的非局部立体匹配算法。在传统非局部立体匹配算法的代价计算阶段，结合颜色和边缘信息重新定义相似核函数，求得像素的匹配代价。在代价聚合阶段，为降低相似背景下的误匹配率，利用最小生成树进行代价聚合时，再次结合颜色和边缘信息重新定义了权重函数。然后利用WTA(胜者为王)策略求最佳视差，通过左右一致性检验、中值滤波等后处理操作对视差图做精化处理。最后在Middlebury数据平台上做算法的可行性验证，实验结果表明，图像的平均误匹配率由原算法的6.02%降低到5.10%，提高了算法的匹配精度。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101020      

杨毅   闫兵   董大伟   黄燕   唐忠智  

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线结构光三维测量中的关键一步是提取激光条纹中心线的位置。然而由于线结构光本身分布不均匀以及环境的各种影响，会导致提取的条纹中心出现毛刺和凸起，使得提取结果与实际中心位置有较大偏差。为了解决这一问题，本文提出了一种基于二次平滑算法的结构光中心线提取方法。首先，对采集的图片进行感兴趣区域（ROI）剪切以减少条纹中心提取的计算量；然后用灰度重心法提取激光条纹中心初始值；再用均值法初次平滑条纹中心初始位置的大凸起与毛刺；最后通过七点三次平滑算法二次平滑条纹中心的小凸起和毛刺。实验表明，用本文方法在分辨率为1280pixel×720pixel的图像上提取条纹中心，用时为0.10s左右，比灰度重心法略快，而且条纹中心提取的精度相较于灰度重心法有30%-55%不同程度的提高，且不受光强变化的影响。该方法能满足实时性，精度高，且较稳定的要求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101504      

武梦龙   马富康   刘文楷  

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本文针对可见光通信（VLC）在室外环境受到强背景光干扰问题，通过室外强背景光环境下的可见光信道分析，根据室外环境下主要干扰源为低频太阳光，提出了一种基于硬件滤波的室外低频散粒噪声抑制方法。并搭建了可达75m的中远距离白光LED室外VLC系统对该方法进行了实验测试，结果表明该噪声抑制方法可将系统性能提升至误码率（BER）低于10-5，数据传输速率达8Mbps。首次实现了VLC室外低误码率可靠通信，并创造了国内最优实验记录。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.130601      

马加骁   王永洪   张明义   白晓宇   刘雪颖  

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为探索光纤光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）传感技术在开口管桩贯入特性试验研究中的适用性，采用一种增敏微型FBG应变传感器，对室内模型试验中开口管桩在沉桩过程中的受力状态进行了监测。研制了一种可拆卸双壁开口模型管桩，将FBG传感器通过刻槽埋设和桩壁粘贴法安装于模型桩上，测得模型桩在贯入过程中的应力分布及变化规律。试验结果表明：该传感器配合特制模型桩，能够较好的满足开口管桩贯入特性的测试要求，且传感器安装方便、存活率高。随模型桩贯入深度增加，开口管桩呈现摩擦端承桩的承载特性，桩身内外壁上监测点处的轴力均增大，但各点增长速率存在差异；桩内外壁侧摩阻力整体呈增大趋势，单位侧摩阻力出现不同程度的“退化效应”。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.130602      

郑明杰   李志芳  

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空间光干涉显微镜具有较高的光程差分辨率，可用于透明细胞的定量位相成像。本研究首先从理论上推导准相干或宽带光照明下空间光干涉的光场分布。由此可得准相干或宽带光照明下修正的四步相移法。其次，通过搭建绿光SLIM系统，以6μm聚苯乙烯微球分散于显微镜物镜用油模拟细胞的微环境。最后，利用4张SLIM图像成功重建出油浸微球的位相分布，平均半径相对误差6.5%，光程差体积相对误差为8.4%。对比相干光的四步相移法和宽带光的四步相移法重建结果，二者相差较小。因此，在追求成像速度的场合且细胞厚度较薄，四步相移法可不进行修正，以提高位相重建的速度。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131801      

王宏涛   雷相达   赵宗泽  

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针对传统二维深度学习方法无法实现三维点云分类问题，本文提出了一种融合光谱信息的机载LiDAR点云三维深度学习分类方法。该方法首先融合机载LiDAR点云和多光谱航空影像进行点云光谱信息扩充，进而在点云格网化和数据增强处理的基础上，采用多层感知机提取出不同尺度下的点特征和全局特征，最后基于三维深度学习算法实现机载LiDAR点云的准确分类。本文采用国际摄影测量与遥感协会提供的数据集进行方法验证，结果表明，融合光谱信息后，机载LiDAR点云分类精度可以提高13.39%；与其它已有方法的对比也进一步表明，所提方法可以在减少特征向量提取的情况下，取得较好的分类结果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.122802      

王永飞  

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摘 要 该文针对图像缺损修复需求设计了一种修复算法。该算法以Criminisi算法为基础，引入标记符控制分水岭算法,对图像中按景物分块，提高图像缺损部分修复的准确率；提出了最近最佳匹配原则修复图像，引入像素距离远近控制函数，减少搜索匹配块用时；引入了图像局部色彩方差，优化了Criminisi算法优先权计算方式；引入了协方差，提高填充块与待修复区域图像的匹配度；重新设置图像修复的置信度公式，减小置信度不断更新时放大误差。结合多种类型的缺损图像实例，进行了修复验证，取得了很好的修复效果。实验结果表明，该算法与其它算法对比，大幅度减少了缺损图像修复用时，更有效地恢复了图像原有信息。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121005      

吕佳霏   韩晓光   赫冬   杜凤鸣   徐久军  

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微造型几何尺度是影响表面织构改善摩擦副摩擦学性能的重要因素，为了研究能量密度、脉冲次数、离焦量等典型激光参数对微坑几何形貌的影响，利用Nd：YAG脉冲激光器在高硅铝合金缸套表面进行微造型。采用3D共聚焦显微镜分析微坑表面形貌和尺度随激光参数的变化，发现随着能量密度的增大，微坑直径先增大后保持不变，最大值达到100 μm，激光能量密度对凹坑深度的影响较小；微坑直径和深度随着脉冲次数增加均呈先增加后减小趋势，当脉冲数为20个脉冲时，微坑直径和深度达到最大值140 μm；对高硅铝合金缸套烧蚀阈值进行计算，得到1次脉冲条件下烧蚀阈值为φth=0.029 J/cm2，因能量累积效应缸套的烧蚀阈值随着脉冲数的增加而减小。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131402      

杨永安   张德清   张川云   司民真  

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以市场上销售的草甘膦农药作试验样品，以内壁吸附银纳米粒子的毛细玻璃管为活性基底，对农药草甘膦及其在空气中的挥发物进行表面增强拉曼光谱研究，探索一种使用农药挥发物来检测农药残留的新方法。用所制备的银胶基底，对市售的草甘膦农药不同浓度溶液进行了表面增强拉曼光谱检测，得到草甘膦农药溶液的检测浓度可以到1.8×10-6mol/L。利用所制备的毛细玻璃管银胶基底对不同浓度草甘膦农药溶液挥发物的表面增强拉曼光谱进行了检测，当草甘膦农药溶液稀释到浓度为1.8×10-6mol/L时，其溶液挥发物仍然有明显的草甘膦农药特征吸收峰，说明本实验方法可以检测草甘膦农药溶液挥发物的浓度达到1.8×10-6mol/L(约等于0.3mg/kg)。根据2016年制定的“食品安全国家标准”，水果中最大草甘膦残留量为0.5 mg/kg。检测水中草甘膦农药残留浓度已经达到国家农药残留最大检测标准，因此本实验方法可以作为检测农药草甘膦残留的一种科学有效方法。同时，本实验方法可以为其它农药残留的检测提供参考。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.133003      

崔丽群   杨振忠   段天龙   李文庆  

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摘要 研究目的：针对已有显著性目标检测在单一先验知识下，生成显著图存在背景抑制不彻底、孤立背景块干扰以及前景区域缺失的问题，提出复合先验的显著性目标检测方法。方法：首先，利用超像素分割算法提取边缘超像素，构建初选背景集，根据边界和四个角落显著性均值优化背景集，获得背景先验图；同时，针对背景超像素渐变性不强的特点，本文提出特征差异法获得前景先验图；其次，构建粗略包围前景区域的凸包，将其质心位置设为中心位置，获得中心先验图；最后将三种先验显著图自适应权重融合，获得最终显著图。结果：利用本文方法对MSRA和ESSCD数据集中的图像进行实验，结果表明本文方法能够解决提出的问题。结论：复合先验的显著性目标检测方法融合三种先验知识，在抑制背景的同时，又能获得前景区域完整度较高的显著图。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101019      

张少锋   杜虎兵   何周旋   郭瑞清  

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二帧相移提取算法，具有所需条纹图数量少，处理速度快的特点。但由于二帧相移技术本身的病态性问题，其算法设计充满了挑战。对此，本文提出一种两帧随机时域相移条纹图相移提取方法。该方法首先通过高通滤波去除条纹图背景项，然后结合振幅均方根分布规律，利用梯度下降法搜索出振幅均方根最小值，进而提取出引入的相移，最后应用二步相移算法获得测量相位。仿真与实验结果表明，与其他经典算法相比，所提算法具有恢复相位误差小，对噪声不敏感等特点，且简单灵活，易于应用。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131205      

魏楚奇   陈鑫麟   肖光宗   韩翔   罗晖  

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本文针对双光束光阱轴向光阱刚度小、捕获稳定性差的缺点，提出利用四光束光阱捕获和操控微粒。采用射线模型对比分析了双光束光阱与四光束光阱在力学特征上的差异。设计制备了四光束光阱芯片。利用四光束光阱芯片捕获半径为5 μm的聚苯乙烯微球，并采用均方位移法实现了对其横向和轴向光阱刚度的标定。仿真和实验结果均表明，四光束光阱横向光阱刚度与双光束光阱相当，但轴向光阱刚度远大于双光束光阱。四光束光阱在保持双光束光阱横向捕获稳定性的基础上，提高了其轴向捕获稳定性，这对于微纳颗粒的稳定操控具有重要意义。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131401      

马永杰   陈梦利  

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摘 要：在复杂场景中，阴影严重影响目标检测的准确度，传统的目标检测方法容易将运动阴影误检为运动目标。针对此问题，提出了改进的拉普拉斯-高斯算子(log)与ViBe算法相结合的视频阴影消除算法。在拉普拉斯-高斯算子检测的基础上，采用二维数字滤波器再次进行滤波检测；将二维数字滤波器的系数矩阵旋转180度以创建卷积核；利用二维卷积对创建的卷积核与输入的图像矩阵进行卷积，实现对图像的边缘检测。最后利用改进的log算子提取外轮廓边缘和前景目标边缘，二者相减得到内部边缘，即消除阴影的运动目标边缘。实验结果表明，改进的算法可以有效地消除阴影，同时提高了算法的鲁棒性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121004      

方晓玉   李晓斌   郭震  

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为了改善差分灰狼预测算法的早熟收敛性，搜索能力不均衡，容易陷入局部等问题，同时考虑到应用在推焦车大车道运动对象轨迹测试时目标对象的特殊性以及焦炭恶劣环境的影响，本研究提出一种改进的混合灰狼（Hybrid Grey Wolf Optimization）优化预测算法。基于灰狼优化算法，自适应改进和调整了差分进化中的变异算子、交叉算子和变异策略。嵌入具有分类预测功能的支持向量机(Support Vector Machines，SVM)，同时引入了莱维飞行全局搜索更新狼群位置，优化SVM核函数参数γ和惩罚因子C，构建基于自适应差分和莱维飞行改进的HGWO-SVM预测模型。最后通过激光雷达目标跟踪技术在推焦车大车道扫描运动对象并分类为行人、自行车、电瓶车、电动三轮车、大中小型四轮汽车，随机抽取运动对象的轨迹数据，使用本研究方法预测轨迹。结果表明，该方法对运动对象位置预测相对误差分别降低了4.21%、4.14%、7.91%、2.03%、25.53%，预测时间减少了8.8~10秒，轨迹预测精度较高，可以克服焦炉恶劣的环境影响，准确预测推焦车车道内运动对象轨迹，为推焦车无人化运行提供主动安全的预测控制方法。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.122801      

詹湘琳   赵婉婷  

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碳纤维复合材料（CFRP）缺陷类型自动分类时，不同的特征提取方法对识别结果影响较大，并且识别效率低、特征提取过程复杂且耗时，针对这些问题，提出一种超声一维卷积神经网络（U-1DCNN），结合贝叶斯优化方法进行超参数优选，通过自动提取超声A-Scan信号特征，实现分层、气孔、无缺陷三种类型自动区分。首先采集超声A-Scan信号构建数据集，然后利用多卷积块同时进行特征提取，以增强提取特征的多样性，最后将一维残差单元堆叠连接，在进一步提取特征的同时简化了网络的训练，网络的学习率以及梯度下降动量利用贝叶斯优化算法优选，最终实现了A-Scan信号与缺陷类型的非线性映射。实验结果表明U-1DCNN可通过自动提取特征实现CFRP缺陷类型识别，准确率达99.50%，并且较二维卷积神经网络方法识别速度更快，可辅助缺陷检测过程中结果判断。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101013      

赵若晴   王慧琴   王可   王展   刘文腾  

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青铜器金文图像识别过程中的关键步骤之一是提取金文的图像特征，针对金文文字的形态特点，提出一种基于HOG（方向梯度直方图）和GLCM（灰度共生矩阵）相结合的方法来进行青铜器金文图像特征的提取。该算法首先经过双边滤波对金文图像预处理，其次针对金文文字的结构特征和局部纹理特征，提取HOG特征和GLCM特征并将二者进行融合，最后用融合后的特征作为样本训练SVM（支持向量机）分类器，利用训练后的模型实现青铜器金文图像的识别。实验结果表明，本文提出的方法相比于HOG特征、GLCM特征、SIFT特征分类准确率提高了约15%。表明本方法能够较好地提取金文图像的特征，提高识别的准确率。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121003      

彭晏飞   梅金业   王恺欣   訾玲玲   桑雨  

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遥感图像存在大量语义对象，相同的语义对象有较大的视觉差异，普通卷积神经网络提取的全局特征不能准确描述图像内容，为此提出一个使用区域注意力机制的遥感图像检索方法。首先去除卷积神经网络的全连接层，将高层特征作为区域注意力网络的输入；然后在遥感图像数据集上分别训练卷积神经网络和区域注意力网络，提取具有区域关注度的图像特征；最后构建一种多距离矩阵来改善图像检索稳定性，并采用扩展查询进一步提高检索性能。实验结果表明，相比目前基于全局特征的遥感图像检索方法，该文提出的注意力网络模型能够有效抑制遥感图像背景和不相关的图像区域，在两大遥感实验数据集上实现了更好的检索性能。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101017      

杭良毅   刘卫国   杭凌侠   周顺  

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PECVD技术在制备激光薄膜和渐变折射率光学薄膜方面有独特优点，具有激光损伤阈值高、可有效拓展光学薄膜通带宽度等不容忽视的特点。近年来国内外学者采用PECVD技术制备光学薄膜的研究取得了较大进展。目前已知最低折射率为1.16±0.01（632.8nm处），有效拓展了光学薄膜材料的折射率范围。通过大量的工艺研究，掌握了调控光学薄膜材料折射率和消光系数的方法，降低了薄膜的消光系数，达到了光学薄膜的要求。在满足薄膜的消光系数小于10-3条件下，薄膜的折射率范围达到了1.33~2.06，且获得了大量的不同数值的中间折射率，基本上满足了光学薄膜设计制造的需求。通过研究薄膜的沉积工艺，获得了较好的工艺稳定性，验证了薄膜的激光损伤特性，已将PECVD技术用于制备多层光学薄膜，成功制备了减反膜、高反膜、Rugate滤光片、陷波滤光片等多种光学薄膜，薄膜光谱特性及抗激光损伤特性明显优于传统光学薄膜制造技术。研究结果表明，采用PECVD技术制备的光学薄膜其激光损伤阈值明显提升，特别是在渐变折射率薄膜制造方面有广阔的工程应用前景。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.130003      

张平   丁永泽   王致芃   李北辰   田治仁  

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近年来随着无人值守变电站的大力推广，智能巡检机器人正在逐步替代人来完成变电站设备的仪表巡检工作。为了实现指针式仪表的机器人自动巡检、读数，针对传统方法对指针式仪表起始刻度线、终止刻度线位置提取不够准确，读数不够精准等问题，本文提出了一种新型的仪表读数算法，解决了表盘起始、终止刻度线需要提前预设、传统的 Hough 直线识别算法偏离指针中心线的难点问题，明显提高了系统读数的准确性；针对现有方法不能判断读表结果可靠度的问题，本文创建了基于一致显著性的仪表读数可靠度估计模型，采用聚类思想实现了仪表特征一致显著性关联约束检测，可对仪表读数的可靠度进行估计。实验结果表明：本文所提出的仪表读数算法准确性更高，所创建的估计模型对读数可靠度的判断稳定可信。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101012      

何倩倩   张荣芬   刘宇红  

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本文提出了一种基于深度学习和景深信息的人体检测方法。采用基于深度学习的方法进行目标检测，运用深度图的景深信息判定人体的位置，将两者结合准确定位人体。本方法通过深度摄像头采集RGB图及对应深度图，采用darknet-yolo-v3对RGB图进行目标检测，将目标边界框预处理后传给RGB图对应深度图，深度图采用无边界主动轮廓模型对景深信息进行处理，达到将深度学习的高识别率与景深信息结合精准定位人体目标的目的。实验结果表明，本方法能准确找到一个不受标识框影响的目标定位点，有效改善由人体的不同姿态、动作幅度大小导致标识框误差增大的问题，提升了检测人体的精度，为进一步研究行人的准确跟踪提供了保障。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101006      

苏工兵   李超   刘天祥   房纯  

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为使机器人精准高效地完成柱形工件的切削加工，运用视觉重构与机器人运动联合技术，提出了基于双目视觉和激光靶标重构点精准地生成机器人切削加工轨迹算法。首先搭建CCD相机视觉环境并辅于圆点激光器测量装置，通过遍历工件表面形成了动态轨迹；而后重构轨迹点并拟合成连续的切削加工路径，以高效便捷的自适应倍数离散差分算法规划机器人加工轨迹；最后通过机器人手眼系统的坐标系闭环链，完成姿态轨迹到机器人关节运动的换算，形成了从三维重构曲线到机器人轨迹姿态规划的整套自动加工方案。经仿真结果表明，该视觉测量系统及轨迹规划算法能精准地提取工件轮廓的三维坐标，并生成机器人空间曲线的姿态轨迹，完成切削加工任务。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101503      

马奔   杨文华   尹勇生   贾晨   宇跃峰  

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由于制造工艺的限制，RGB-Delta结构AMOLED的子像素排列不规则，三基色子像素呈三角形分布，且每个像素单元由两个子像素构成，因此无法正常显示RGB图像。为了解决这一问题，本文通过分析RGB-Delta结构AMOLED子像素排列特点，提出渲染单元内子像素的共用原则及方式，计算某一子像素与共用子像素在原图像中对应的灰阶差值,并提出基于阈值比较的方法计算最佳渲染权重系数，从而由原图像的像素灰阶值权重求和得到虚拟像素灰阶值。对算法进行随机图像测试结果表明，处理后图像与原图像的均方误差(MSE)平均值为4.68e-05，峰值信噪比(PSNR)平均值为40.45dB。同时还对算法进行了点屏显示验证，测试内容包括文字、线条等高频图像。本算法在色彩不失真和有效控制彩边效应的情况下，较好地还原了图像信息。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101106      

马卿效   李春   李天莹   章龙   蒋玲  

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近年来，太赫兹光谱技术在安全检查、生物医学、食品检测、资源探测等领域展现了巨大的应用潜力，其中对农产品中农药残留进行检测是当前的研究热点之一。本文系统地阐述了太赫兹光谱技术在农药检测领域的最新研究进展，梳理了太赫兹光谱实验仪器和理论计算方法，从农药的鉴定与识别、农药指纹数据库的建立、农药的定量与定性分析、农药的理论计算四个方面出发，对近年来国内外学者在该领域取得的研究结果进行总结，同时分析了目前存在的问题和今后的研究方向，对太赫兹光谱技术在农药检测领域的应用前景做出展望。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.130001      

杨恢先   李笑笑   甘伟发  

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为了改善小波变换无法准确表现出二维奇异曲线的弱点，提高人脸的识别率，提出了一种自适应加权Curvelet梯度方向直方图(AWCHOG)的人脸识别算法。首先，人脸图像通过基于wrapping的离散Curvelet变换得到多尺度多方向的Curvelet变换系数，然后按照编码方式将同一尺度下不同方向的特征进行编码融合，获得融合后的幅值域图谱。并通过HOG算子结合分块的方法获得Curvelet变换后的融合图像的直方图特征，分别根据每个尺度对人脸识别率的贡献程度进行计算，得出各尺度的权重，然后融合权重系数以及各尺度的HOG特征，最后利用最近邻分类器进行分类。通过在ORL、AR和CAS-PEAL三个人脸库上的实验可以看出，所提算法在人脸图像部分遮挡、姿态、表情、光照变化以及噪声等因素干扰下具有较好的识别效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101011      

吕波凯   吴成茂   田小平  

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针对最佳伙伴相似性（BBS）图像匹配算法计算复杂度高、目标定位不准确等问题，提出一种改进的图像匹配方法。首先根据模板图像的尺寸自适应选择图像分块大小，以减少匹配点集中点的数目，从而减小BBS的运算量，并根据子块的灰度值重新排列子块，在此基础上得到BBS的置信度图，然后从该置信度图中筛选出目标的可能位置并重新计算目标可能位置的真实BBS分数，用目标可能位置的真实BBS分数替换原BBS通过双线性插值得到的BBS分数，最后将目标可能位置之中BBS分数最高的位置作为匹配结果。实验与分析结果表明，该算法不仅降低了BBS算法的时间开销，而且提高了BBS算法目标定位的准确度。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101018      

高锋   周虹   黄超  

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为了提高点云表面重建精度和准确度，针对泊松重建算法误连接空洞区域以及法线方向不一致导致重建结果偏差的问题，提出一种基于向量场和等值面的改进泊松重建算法。首先利用统计滤波器对有噪声的点云数据去噪；然后，利用加权主成分分析估计法向并结合移动最小二乘法（MLS）对点云法向进行计算和优化误差，然后通过OpenMP加速法线估计；最后利用改进DC(Dual Contouring)算法提取等值面来消除曲面空洞和误连接曲面特征的问题。经过实验验证，改进的泊松算法可以有效地去除模型中可能存在的空洞问题和伪封闭曲面，提高重建曲面的准确度和效率。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101016      

王嘉欣   雷志春  

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卷积神经网络已成功应用于人脸识别,但是其提取的人脸特征忽略了人脸的局部特征。为了提取更加全面的人脸特征，本文提出了一种基于特征融合的卷积神经网络人脸识别方法。该方法将人脸图像经过DCT后所获得的低频系数和人脸图像的LBP特征分别作为人脸全局特征和局部特征，再将全局特征和局部特征加权融合后的图像作为卷积神经网络的输入进行训练分类。通过在 ORL和CAS-PEAL人脸数据库的实验结果表明,该方法能够有效地提取特征信息,提高人脸识别的准确率。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101508      

杨琼楠   马天力   杨聪锟   王艳  

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在视觉定位系统中，图像匹配的精度直接影响整个定位系统的精度，本文针对图像匹配中存在的误匹配率较高的问题，提出一种基于多层次FAST和优化采样的随机抽样一致性(OSRAC)算法。首先采用多层次FAST(MFAST)算法提取角点，运用SURF算法确定主方向生成特征描述符；然后在使用RANSAC算法框架下，通过利用PTM-DWKNN(改进的加权K-最近邻分类方法)分类算法来选取新的样本集合计算最佳模型参数，进而剔除误匹配点。在真实场景下进行实验验证，本文所提出的算法与传统算法相比，能够高效的剔除误匹配点，提高图像匹配的精确度，且满足实时性要求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101104      

李珣   时斌斌   刘洋   张蕾   王晓华  

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针对道路车辆多目标检测和车型分类的传统方法检测率较低、鲁棒性差且分类效果不理想的问题，提出了一种基于改进YOLOv2模型的多车辆目标识别方法；在YOLO v2算法基础上，根据实际道路场景变化对YOLOv2-voc的网络结构进行改进，基于ImageNet数据集和fine-tuning技术得到分类训练网络模型，根据训练结果与车辆目标特征的分析，对算法参数进行调整，获得改进的车型识别分类网络结构YOLOv2-voc-mul。为验证检测方法的有效性，分别使用简单背景和复杂背景下的样本，并与YOLOv2、YOLOv2-voc和YOLOv3模型在迭代70000次后进行了对比。实验表明：在简单背景下，改进的YOLOv2-voc_mul模型的精度可达99.2%，不同车型的mAP(mean Average Precision)达到了89.03%；在复杂背景下，改进的YOLOv2-voc_mul模型对4种不同车型在单目标和多目标的检测下平均准确率达到了92.21%和89.44%，具有较高的精确度、较小的误检率和良好的鲁棒性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101010      

周兵   李润鑫   尚振宏   李晓武  

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目标检测一直以来都是计算机视觉研究中的一个热门问题，深度学习技术的不断完善也促进了目标检测领域的发展，因此很多目标检测算法应运而生，其中Faster R-CNN对目标检测领域有着指导性的意义，故而研究该算法对目标检测领域有着重要实用价值。针对目标检测中的Faster R-CNN算法准确率不高的问题，本文提出了以下解决策略，首先对数据进行增强，接下来通过对提取的特征图进行裁剪，接着利用双线性插值的方法进行调整去代替感兴趣区域池化操作，最后在物体分类时采用Soft-NMS算法。实验结果表明，在PASCAL VOC2007，PASCAL VOC07+12下的准确率分别达到76.4和83.0，相较原Faster R-CNN算法提升了6%到7%。为了进一步的验证本文算法性能，在没有进行数据增强的情况下，对COCO 2014数据集上测试准确率提升2%左右。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101009      

刘芾   李茂军   胡建文   肖雨荷   齐战  

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人脸表情识别涉及领域众多，有广阔的应用前景。卷积神经网络在图像分类与识别方面具有突出的优势。由于人脸面部表情特征复杂，人工构造特征受限，因此卷积神经网络的发展极大促进了面部表情识别技术的进步，但图片识别准确率常常受到图片像素的限制。为了增加模型的使用场所，提高其泛化能力，模型输入选择低像素人脸图像，提出一种改进的卷积神经网络模型。将数据集进行数据增益和图像增强，作为改进卷积神经网络模型的输入，再将模型的输出进行特征融合。该方法在CK+人脸表情开源数据集上取得了良好的效果。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101008      

苏映新  

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针对公共环境中的声音事件检测识别问题，提出基于自适应粒子群（PSO）优化MP稀疏分解的声音事件检测算法，算法在分析MP稀疏分解基础上，首先基于适应度函数改进PSO算法相关参数的自适应设置，然后基于自适应PSO构建了优化MP稀疏分解的目标函数及信号重构方法，实现自适应PSO优化MP稀疏分解算法，并建立了连续超完备Gabor原子集，提高了进化过程最优原子与声音信号的匹配程度，以增强声音信号，提高提取特征的分类性能，最后使用优化的SVM分类器以MP原子参数、MFCC等组成的复合特征实现公共环境中声音事件的准确识别。实验结果表明，与已有算法相比，所提识别算法显著降低了计算量，并取得了最优的声音识别率，且具有较好的识别鲁棒性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101502      

李梓瑞   王慧琴   胡燕   卢英  

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为解决基于浅层特征的火焰识别模型对环境变化敏感且鲁棒性较低的问题，提出了一种基于卷积神经网络串行特征融合模型与最大相关最小冗余（MRMR）的火焰图像检测方法。首先为从有限样本集中训练卷积神经网络获取更加全局的特征，对使用预训练方法提取的火焰图像深层特征进行串行融合；然后针对融合后特征维度高、冗余大且未包含动态特征的问题，通过MRMR特征选择，去除与火焰低相关性的特征，获得高相关的串行特征后与动态特征进行融合，得到最优子集的重构特征向量；最后通过支持向量机分类器完成对火焰目标的检测。实验结果表明，所提算法具有良好的泛化能力，对火焰的检测效果较好。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101015      

徐健   吴曙培   刘秀平  

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针对现阶段纺织厂实际生产中，采用人工分类纱管费时费力且分类效果尚不理想等问题，提出了基于改进深度卷积神经网络的分类方法。首先基于Alexnet神经网络模型框架对其进行结构的改进，卷积层全部使用3×3大小卷积核且多个卷积核串联使用，提取物体更抽象高级特征，为防止过拟合现象再融合滑动平均，L2正则化等方法，采取L_Relu激活函数避免部分神经元“死亡”现象。最后将检测样本输入训练好的神经网络，实现纱管分类。实验结果显示该方法的识别率达到88.2%，较传统分类方法识别率提升15%左右，相比于其他神经网络模型具有识别率高所需时间短的优点，满足实际工业需求。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101014      

许泽海   宋海燕  

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图像盲复原是仅从一幅获取的模糊图像中恢复出模糊核k和清晰图像。针对传统盲复原算法使用的先验知识过于简单，导致估计出的k误差较大，使最终复原结果出现较明显振铃现象的问题，提出一种重加权总变分结合hyper-Laplacian的图像盲复原算法。首先通过重加权总变分先验重建模糊图像权重的双峰分布；然后利用重建后的图像估计连续且稀疏分布的k，并用其复原模糊图像，对以上两步反复迭代，使k不断接近真实的解；最后结合hyper-Laplacian函数曲线能很好的拟合自然图像梯度分布的先验对模糊图像进行非盲复原。实验结果表明，与两种近几年具有代表性的盲复原算法相比，该算法能更准确地预测出模糊核及有效抑制图像的振铃效应。并且在主观视觉与客观评价指标上都有较好的提升。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121002      

李汉冰   徐春阳   胡超超  

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针对原始YOLOV3目标检测算法在车辆检测任务中存在的实时性不高的问题，本文提出了一种改进的车辆检测模型，使用反残差网络作为基础特征提取层，以减少参数量，降低计算复杂度，解决梯度消失和梯度爆炸问题，并且使用组归一化降低批量大小对模型准确性的影响，同时用软化非极大值抑制降低漏检率，使用Focal-loss改进损失函数，使模型在训练时聚焦于难分类样本。改进后的模型参数量为YOLOV3的36.23%，每帧检测时间较YOLOV3降低了13.8ms，平均类别精度提高了1.15%。结果表明，本文算法兼顾实时性和准确性，为车辆的实时性检测提供参考。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101507      

韩超   蒋晓瑜   樊帆   王晨卿   张腾   闫兴鹏  

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全息体视图技术是全息显示技术的热点，本课题组提出了一种有效视角图像切片嵌合的单步全息体视图打印方法（EPISM），通过单步打印可以获得凸出于全息干板的再现像，实现传统两步法的打印效果。当前课题组打印的全息图都只能激光再现，为了实现白光再现，提高EPISM法的实用性，本文分析了参考光光强对再现像亮度的影响，场景深度对再现质量的影响，给出了白光再现的条件，并进行了实验验证，实现了EPISM方法全息体视图的白光再现。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.120901      

赵亚萍   张冠茂   任盼盼   郭志浩  

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基于表面等离子激元，提出一种由半圆环谐振空腔、挡板及直波导组成的金属-介质-金属导波结构。研究表明，当入射光波进入该波导结构时，半圆环共振腔形成的两个较窄的离散态与金属挡板形成较宽的连续态发生干涉效应，能够形成两个尖锐非对称的Fano 共振线型。运用耦合模理论和有限元分析方法对该结构的传输谱特性进行了数值仿真分析，获得了结构参数和介质折射率参数对其传输品质因数和敏感度特性的影响。通过对结构参数进行优化分析，发现可以通过改变结构参数对系统的性能进行灵活地调节和优化，并得到两个模式下的品质因数分别可以达到3.05×10^5和4.59×10^5，对应的灵敏度分别为 800nm/RIU 和 1160nm/RIU。这种灵活的双重Fano共振结构在纳米生物传感器、非线性光学和慢光研究中具有一定的应用价值。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131301      

吕凯   吴军  

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针对分层B样条非刚性配准存在局部极值的问题以及水平集分割方法不适用于噪声图像分割的问题，提出一种基于局部更新分层B样条双向变换和水平集方法的医学图像联合分割与配准方法，该方法在分割算法中加入配准的变换，在配准算法中融入图像分割的结构信息。使用B样条水平集函数对变换后的图像和分割的图像进行平滑表示，并在配准中引入双向变换来提高配准的精度和平滑性。在水平集方法的基础上，引入双向的分层B样条变换来构造配准和分割的联合能量泛函，并结合梯度下降法将能量泛函最小化以优化目标函数。实验结果表明，本文方法与单独的图像配准方法相比，均方误差（MSE）下降了30%；与单独的图像分割方法相比，Dice度量（DS）均在99%以上。本文方法能够提高配准精度，并且在分割噪声图像时具有较好的鲁棒性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101007      

张萍宇  

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双能计算机层析成像（Computed Tomography，CT）的应用领域不断扩大，通常双能CT至少需要重建两种甚至是四种类型的图像，实际应用中遇到需要提高双能CT重建的准确性和速度的问题。提出了一种基于图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）并行加速双能CT重建的整体解决方法。通过将双能采样数据视角配准步骤整合到基本的双能CT重建过程中，该方法保证了双能投影分解的准确性从而提高了双能CT重建的准确性；通过在反投影步骤中同时反投影几种图像，避免重复计算投影地址，并且在整体重建过程的各个步骤中采用GPU并行方式计算，有效提高了双能CT的重建速度。重建图像为两种和四种时，与重复执行多次单能CT并行重建相比，本文方法的重建过程加速比为1.88和3.24，其中最耗时反投影步骤加速比为1.9和3.66。实验和实际应用证明了该方法有效地解决了双能CT重建的准确性和速度难题。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第12期 pp.121001      

沈晓海   栗泽昊   李敏   徐晓龙   张学武  

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针对工业铝材缺陷检测中由于缺陷样本稀疏带来的训练过拟合、泛化性能差等问题， 提出一种基于多任务深度学习的铝材缺陷检测方法。首先, 基于Faster RCNN网络，设计一个多任务深度网络模型，包含铝材区域分割、缺陷多标签分类、缺陷目标检测三项任务;然后设计了多任务损失层，利用自适应权重对各项任务进行加权平衡，解决了多项任务训练中的收敛不均衡问题。结果表明，在有限的数据集支持下，相较单任务学习，该方法能够在保持分割任务MIoU保持最优的情况下，将多标签分类准确率和缺陷检测mAP值各提升5%，缓解了铝材缺陷检测样本少引起的检测精度较低的现象。同时对于多任务应用场景，该模型能够同时完成上述三个任务，降低推断时间，提高检测效率。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101501      

杜伟峰   刘永志   高文杰   胡雄超  

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本文针对空基光电对抗平台可见光变焦镜头进行光机结构设计、被动消热差设计，依据-20℃~50℃的工作温度指标要求，对变焦镜头进行光机热集成分析。采用Patran软件对镜头加载温度应力计算光机结构的热弹性变形，利用Nastran软件解算热变形后各光学元件镜面节点的刚体位移。最后采用 Sigfit光机接口软件分析变形后的每个透镜表面的Zernike系数，将结果导入Zemax中预判镜片面型变化以及刚体位移变化对MTF与波前差的影响。分析结果表明：在-20℃~50℃的温度载荷下，后固定组最大轴向位移可达6.107×10-3mm，严重影响成像质量。通过挠性压圈实现轴向位移可控消热差设计以减小温度载荷带来的影响，再次进行光机热集成分析，结果表明温度载荷下光学系统MTF 值均大于0.2，满足技术指标要求！最后通过温度可靠性实验对变焦镜头的温度适应能力以及光机集成分析准确性进行实验。本文提供了一套高效、准确、适用范围广的光机热集成分析流程。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131204      

冯维   赵晓冬   汤少靖   赵大兴  

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在计算鬼成像中，随机散斑影响成像质量和速度。为解决重构图像中局部微小区域的成像质量问题，本文提出一种基于区域分割的压缩计算鬼成像方法。首先，通过对复杂物体表面获得一个粗略的轮廓感兴趣区域（Region of Interest，ROI），同时运用阈值分割方法进行边缘检测以提取图像中不含感兴趣区域（No-Region of Interest ,N-ROI），并根据识别区域生成相应大小的随机散斑图；然后结合压缩感知技术和二阶计算关联算法分别对分割的子图像进行恢复，最后通过图像拼接技术对图像进行复原。实验结果表明：当采样3000次时，本文方法的峰值信噪比较传统计算鬼成像方法有超过9dB的提升，且比采样500次时增加了约49.57%。本方法可解决其他传统方法中图像局部微小区域成像质量较差的问题，不仅能够大大减少采样数和目标区域空间强度运算量，同时显著提高了图像微小局部区域的成像质量，对关联成像方式提供了一种新的方案。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101105      

伍济钢   邵俊   周根   阳德强   成远  

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针对薄壁件振动测量的需求，将双目视觉与特征匹配跟踪相结合，提出了一种较为准确的薄壁件振动测量方法。首先，通过双目相机连续采集薄壁件的振动图像，并对其进行滤波、二值化等图像预处理操作；其次，选取左右相机所拍摄的第一帧图像，根据极线约束原理对图像上的特征点进行一次立体匹配；然后，利用改进后的光流法对第一帧图像上特征点进行跟踪，从而获得第二帧到最后一帧图像上特征点准确的像素坐标；最后，根据双目视觉测量原理可获得物体的三维振动位移信息。实验研究和分析结果表明：该方法能够准确测量薄壁件的振动位移信息，为进一步开展振动特性分析、减振优化设计、结构损伤识别等方面研究提供一种新的技术参考。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101103      

陈至坤   郭蕊   程朋飞  

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石油污染物是一种具有多种存在形式的复杂混合物，对其的快速识别和检测是一项比较复杂的工作。为了达到快速识别和检测油类污染物的目的，以激光诱导荧光技术为基础搭建了荧光光谱检测系统，得到0#柴油、95#汽油和普通煤油三种不同油种的荧光光谱，然后从荧光光谱信息中提取特征参量，将标准差、中心距和荧光峰的峰度系数作为敏感特征参量，进行聚类分析，最后用拟合曲线法定量求取待测样品的浓度。实验结果表明，LIF技术结合特征参量提取法和拟合曲线法可用于不同油类污染物的定性定量检测，为快速识别和检测油类污染物提供了一种新思路。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.133002      

王青青   陈平  

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针对筒状工件内壁缺陷和形貌特征的检测需求，本文提出了基于深度学习与机器视觉相结合的筒状工件内壁全景成像方法，该方法基于变焦距成像，获取筒状工件内壁多聚焦图像序列，利用基于卷积神经网络的多聚焦图像融合算法，融合不同景深的内壁图像序列，获取全聚焦的内壁全景视图。进一步根据视觉成像的透视变换原理，采用逆映射全景映射，改进了内壁形貌重构方法，获取柱面坐标系下的筒状工件内壁形貌图像。实验结果表明本文提出的形貌重构方法能够有效实现内壁质量的检测，且成像质量较高。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101002      

冯明春   徐亮   王玉杰  

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分析了傅立叶变换红外光谱仪中动镜倾斜、机械振动等一些不良因素对光谱仪性能的影响；针对这些影响因素，在傅立叶变换红外光谱仪上采用定镜动态校准技术来解决这些问题，在该技术基础上并对光谱仪的关键性能指标参数进行了测试；测试结果表明各项性能指标良好，这对于光谱仪的设计和研制具有一定的借鉴意义。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.132201      

戴鹏钦   丁丽霞   董落凡   黄依婷  

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树种遥感分类是林业遥感的一大难点，准确的树种分类信息有助于林业保护部门更有效地应对环境问题。但传统的树种遥感分类方法效率低下，为解决这一问题，本文尝试将深度学习和面向对象方法用于处理超高空间分辨率的无人机可见光影像，以期实现高精度的森林树种遥感分类。首先，利用面向对象方法对无人机影像最优尺度分割，基于对象提取特征变量，运用随机森林法（RF）对树种遥感分类，同时对参与分类的变量按重要性排序，并筛选出对分类贡献率最高的两个特征变量：可见光差异植被指数（VDVI）和过绿减过红指数（ExG-ExR）。然后，将这两个特征变量和无人机原始RGB波段融合生成新的数据，与原始RGB波段数据分别利用基于Res-U-Net模型的全卷积神经网络（FCN）方法进行树种分类，并对结果精度评价。最后，为了消除FCN法基于像元分类引起的缺陷，结合面向对象最优分割对分类结果进行修正。实验结果表明，FCN对融合了VDVI和ExG-ExR的无人机影像的树种分类效果最好，总精度为97.8%，Kappa系数为0.970。随机森林法能够帮助筛选有效的分类特征变量，对原始影像添加特征变量能有效提高FCN方法的分类精度，再经面向对象分割结果修正后，可以基本消除“椒盐现象”和减弱“边缘效应”，使总精度提高了0.9%，kappa系数提高了0.13。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101001      

张孟翟   王华闯  

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脉冲高精度激光测距的精度与时间数字转换器(TDC)的精度密切相关，许多场合需要多通道TDC，基于FPGA的TDC可以有效降低系统设计复杂度提高测量效率。利用Xilinx Kintex-7系列内的CARRY4模块构造延迟链作为细计数器，25位200M的系统时钟进行粗计时，采用粗细结合的方式，在FPGA芯片内设计并验证了8通道高精度时间数字转换器。对于延迟单元的超前进位特性及其受温度电压变化而导致的时延非线性，本文利用码密度测试法及在线校准法进行校准。实验结果表明，此8通道TDC计时分辨率小于35ps，精度为36.8ps，误差峰峰值为157.2ps，量程为167.77ms。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131203      

唐泽恬   丁召   曾瑞敏   王阳   朱登玮   王昱皓   钟岷哲   杨晨  

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针对量子图像拼接时，Harris算法需要人为设置阈值和图像局部相似度大导致误匹配率高的问题，提出了基于改进的Harris和二次NCC的量子图像拼接算法。在阈值设置方面，基于图像重复度高的事实，通过二值化和阈值下降统计图像子区域的量子点或环的数量以确定Harris阈值，并将其作为全图阈值。在误匹配方面，首先以小窗口进行归一化互相关(NCC)的匹配，初步筛选角点；然后在此结果上用大窗口进行第二次NCC，以降低误匹配率。实验表明：在量子点或环计数方面，算法拥有较好的精度和速度；在阈值设置方面，该算法将角点数量控制在合理的范围内；在匹配阶段，二次NCC的方法将误匹配率降低至4.82%~27.27%。因此，该算法改善了量子图像拼接的可靠性和时间开销，具有在量子图像拼接中的潜在应用价值。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101005      

周圆   张皓翔   王凯   许文强   李龙  

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为了解决无参考模糊图像质量评价中缺少人眼视觉特性的问题，本文提出了一种基于模糊检测概率变化的模糊图像质量评价算法，该算法首先对图像进行预处理，利用本文提出的改进的自适应算法计算模糊图像的特定显著阈值，并通过显著阈值对图像进行二值化，得到图像的最终显著区域。然后，通过再模糊后两幅图像显著区域的模糊检测概率的变化情况描述图像质量。变化越大，表示图像质量越清晰。实验结果表明，该算法在LIVE数据集中取得了较好的实验效果，并与现有算法相比，拥有更好的评价性能。同时该算法也可以用于“智能煤矿”等领域。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101004      

王静   张雨辰   霍占强   贾利琴  

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针对现有图像盲取证方法在多重镜像篡改检测效果较差的问题，提出一种基于ANN(Approximate Nearest Neighbor)搜索的图像篡改检测方法。提取图像的BRISK(Binary Robust Invariant Scalable Keypoints)特征描述子，获得图像的二值特征向量。利用PatchMatch计算特征间的偏移量并借助传导策略来优化搜索相似图像块，实现篡改区域的初步检测。通过最小均方线性模型来计算拟合误差移除误匹配点，精确定位篡改区域。在CASIA V2.0图像数据集和Columbia大学图像数据集上进行实验，实验结果表明,本算法能够准确且高效地检测经过复杂几何形变的篡改区域，特别是对多重镜像篡改检测准确率更高。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101102      

翁丽源   周亚同   何静飞   李晓璐  

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在采集地震信号时可能会伴随着随机噪声有些去噪算法会平滑掉地震信号中的部分细节，从而降低地震数据的准确性。为此提出了一种基于区域分割梯度直方图保持（SGHP）的地震信号去噪算法，该算法首先将地震含噪信号分成几个区域，然后估计每个区域的参考梯度直方图，最后对每个区域使用梯度直方图保持（GHP）进行去噪，使得去噪后的地震信号的梯度分布尽可能接近原始信号的梯度分布，从而达到保护地震信号细节的目的。对合成地震信号和叠后陆上地震信号分别去噪，并与非局部均值滤波（NLM）、块匹配三维协同滤波(BM3D)、聚类稀疏表示 (CSR)去噪效果进行对比，采用峰值信噪比、结构相似度等评价指标进行评估，结果表明SGHP去噪效果最优。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第10期 pp.101003      

阴雷   王向军   秦贯宇  

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针对大型曲面三维重建及形变分析技术现状，提出了一种基于双目结构光系统的曲面动态测量技术。在曲面重建过程中系统可自由移动，通过视觉定位的方法恢复系统移动路径。为了保证曲面重建精度，利用全局优化方法将各个位置提取的结构光点云统一在全局坐标系下，该优化方法可有效避免位姿计算过程中的误差积累现象，获得高精度的曲面形貌。为了比较不同时刻的曲面形变，将两次测量的全局坐标系进行姿态统一，利用高精度姿态传感器及静态基准点计算两次测量过程中全局坐标系之间的相对姿态信息。实验结果表明，这种方法快速有效，曲面形变测量相对误差在0.12%以内。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.131202      

曹馨艺   金尚忠   侯彬   陈智慧   王赟  

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花粉具有潜在的高致敏性，近年人群花粉致敏的就诊率显著上升，研究快速检测花粉粒子及分类方法，具有重要的实际意义与价值。本文以常见的花粉为主要研究对象，利用拉曼光谱仪对42种花粉样品采集了465条拉曼光谱数据，按照生物学分类分为科间样品及属间样品进行预测。对所得465条拉曼光谱进行预处理，利用主成分分析提取预处理后光谱的特征信息，并建立支持向量机识别模型，对于科间的花粉预测结果准确率达到了97.75%，蔷薇科的属间花粉预测结果准确率达到了90.47%，说明了拉曼光谱分析法对花粉分类鉴别的可行性。

       PDF全文        激光与光电子学进展 ，2020年第57卷第13期 pp.133001      

聂敏   张怡心   杨光   张美玲   孙爱晶   裴昌幸