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研究论文
孟 欢  杨瑞霞  王 健  王增华  马 林  
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摘要
使用籽晶法通过调整降温速率生长出高质量4-N,N-二甲胺基-4′-N′-甲基-氮杂芪对甲苯磺酸盐(DAST)晶体,研究了降温速率对DAST晶体结晶质量、光学特性及太赫兹输出特性的影响。通过核磁共振分析表征了合成原料的结构和纯度。使用X射线衍射仪对生长晶体的(001)面进行X射线摇摆曲线测试,测试结果表明在降温速率为0.1 ℃/d条件下获得的晶体质量最佳,其摇摆曲线半高宽(FWHM)为57.6″。此条件下生长的晶体在780~1 576 nm波长范围内光透过率达65%。使用差频法从DAST晶体中产生了0.1~20 THz范围内的宽频可调谐太赫兹波,在18.8 THz处得到太赫兹波最大输出能量为0.477 μJ/脉冲,对应的能量转换效率达5.31×10-5。
人工晶体学报
2021, 50(2): 253
RESEARCH LETTERS
张栋强  路惠惠  苏娜  李贵贤  [ ... ]季东  赵新红  
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摘要
无溶剂法合成沸石法在多个方面优于常规水热合成法, 近年来引起广泛关注, 但是采用该方法合成的微孔SAPO-34沸石催化剂的催化寿命较短, 无法满足甲醇制烯烃工业应用的要求。本研究中开发了一种改良的无溶剂法, 使用该法合成了具有优异甲醇制烯烃反应性能的SAPO-34催化剂。该法在合成体系中引入酸活化晶种, 通过调节沸石晶化动力学来调控催化剂的物理化学性质。采用不同技术对无溶剂法合成的系列SAPO-34催化剂的结构性质进行了分析表征。结果表明:与未引入晶种合成的父代样品相比, 添加晶种得到的子代SAPO-34样品具有更高的结晶度、比表面积及低的强酸中心密度, 对甲醇制烯烃反应的催化寿命可延长到480 min, 远远优于对应的父代样品(40 min)。这一结果证实了无溶剂合成中晶种的使用可有效调节沸石的性质, 可见该方法在提高沸石催化性能方面具有巨大潜力。
无机材料学报
2021, 36(1): 101
Research Articles
摘要
High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(1): e6
图像处理
咸凯强  庞静珠  胡俊  
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摘要
为实现复杂水下环境中裂缝尺寸的准确测量,提出了一种基于线结构光的核燃料棒表面裂缝尺寸测量方法。首先,对获取的图像进行灰度二维搜索,框选出待处理区域,再对该区域进行水平投影和一阶微分,进一步确定裂缝区域;然后,对裂缝区域进行阈值分割以缩小该区域范围,再利用种子点判断法确定出裂缝的上下边界;最后,使用最小二乘法拟合结构光中心线,用中心线方程与裂缝边界点集求交点来确定裂缝的具体位置,再将裂缝边界点转化为三维坐标进行距离采样,计算实际尺寸。实验结果表明使用该方法能精确快速测量出燃料棒表面裂缝的尺寸,并且使误差保持在0.03mm以内,可有效满足测量的便捷性和精确性。
激光与光电子学进展
2020, 57(22): 221013
机器视觉
张乐  金秀  傅雷扬  李绍稳  
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摘要
为自动识别油菜田间的杂草,提出基于Faster R-CNN深度网络的油菜田间杂草识别方法,利用COCO数据集的深度网络模型进行迁移训练。首先,以自然环境条件下的油菜与杂草图像为样本,利用Faster R-CNN深度网络模型共享卷积特征,对比VGG-16、ResNet-50和ResNet-101这3种特征提取网络的结果;该方法还与采用3种相同特征提取网络的SSD深度网络模型进行对比。结果表明,基于VGG-16的Faster R-CNN深度网络模型在油菜与杂草目标识别中具有明显的优势,其油菜与杂草的目标识别精确度可达83.90%,召回率达到78.86%,F1值为81.30%。该深度学习方法能够有效实现油菜与杂草目标的准确、高效识别,为多类型杂草目标识别的研究提供了参考。
激光与光电子学进展
2020, 57(2): 021508
遥感与传感器
朱磊  邓兴升  邢承滨  徐康  
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摘要
针对移动曲面滤波算法的种子点粗差问题,提出了一种基于多级种子点优化的移动曲面滤波算法。首先直接剔除雷达点云数据中的异常值。然后通过格网化建立格网索引,并将点云数据分为两级格网,确定一级格网的种子点,利用一级种子点对二级备选种子点进行筛选。当种子点数量达不到要求时,以一级种子点为参考点进行种子点的表面生长。最后利用选取的种子点进行曲面拟合,计算雷达点云数据真实高程和拟合高程的高差,并采用顾及地形起伏的自适应高差阈值判断地面点和非地面点。与经典滤波算法比较,结果表明该滤波算法能有效减少三类误差。Ⅰ类误差、Ⅱ类误差、总误差精度的平均值分别提高7.30%、4.67%、5.57%。同时将该算法与国际摄影测量与遥感学会公布的8种算法进行比较,结果表明该方法具有较高的精度,自适应性强。
激光与光电子学进展
2020, 57(17): 172801
光学设计与制造
摘要
设计了一种自由曲面车载抬头显示器(Head-up Display,HUD)光学系统.在HUD光学系统初始结构设计中,基于种子曲线扩展算法,对HUD中两个自由曲面上的采样数据点进行计算,并拟合成扩展多项式.将设计的HUD光学系统初始结构进行光线追迹,验证了设计结果.结果表明,在0.5 mm光线采样间隔下,初始光学系统的性能达到了衍射极限,可作为进一步全视场优化的起点.对系统进行优化,利用多重结构模拟人眼在孔径光阑移动范围(眼动范围)内的观察情况,对于不同的孔径光阑位置,光学系统的调制传递函数在6 lp/mm下均大于0.5,接近衍射极限,并且系统畸变小于2%.最后对系统中的自由曲面反射镜进行面形公差分析,两个曲面在其各自面形公差峰谷值分别为0.42 μm和0.62 μm下的调制传递函数均高于0.3,完全满足现在自由曲面加工精度.
光子学报
2020, 49(9): 0922002
摘要
新旧品性是体现红松籽食用价值和育种价值的重要标准。 贮存期长短不同的红松籽的深加工价值不同, 但是通过外观形态、 重量和质地等很难分辨。 目前仍采用传统生物化学方法对红松籽化学性质及种子活性进行检测, 判断其新旧品性, 这种方法耗时较长难以满足在线检测的需求, 并且试剂处理不当会对环境造成污染。 近红外光谱检测在食品和林业领域中被广泛应用, 对带壳坚果类林产品的定性分析有实际和指导意义。 采用近红外光谱分析技术, 对成熟于当年和往年的红松籽进行无损检测研究。 首先, 将随机抽选的120个按新旧分类的红松籽作标记, 为了减少测量过程中的漏光现象并且使实验数据具有一般性, 统一采集松籽样本同一侧面的近红外漫反射光谱; 然后, 利用标准正态变量变换(SNV)、 一阶导数以及卷积平滑(SG)算法对原始光谱进行预处理, 以减少实验过程中人为因素及预处理方式带来的影响, 突出近红外光谱的特征信息; 随后, 使用主成分分析(PCA)和t-分布邻域嵌入(t-SNE)对预处理之后的数据进行线性与非线性降维, 聚类分析并比较降维效果。 通过数据可视化以及聚类参数的输出, 比较得出效果较好的降维方案。 红松籽近红外数据应用非线性降维处理效果优于传统线性方法, 于是运用t-SNE对数据降维以得到优化后的特征变量; 最后, 以降维之后的数据作为输入, 将2/3的试样数据作为校正集用于建立新旧籽分类的支持向量机校正模型, 将1/3的试样数据作为验证集用以对模型性能进行验证。 结果表明: 使用SNV、 求导和SG叠加的方法对光谱进行预处理能够有效消除噪声, 使吸收峰更明显, 光谱轮廓更加清晰平滑, 更有助于后期模型的建立; 将数据使用t-SNE方法降至二维作为分类模型的输入, 并且当核函数选择RBF, K取值为5, γ取82.54, 惩罚系数C为383.12时, 所建立的SVM分类模型分类效果最好, 准确度可达97.5%, 平均耗时0.02 s。 利用近红外光谱分析方法能够对红松籽新旧品性实现无损检测。
光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2918
吴静珠  李晓琪  刘翠玲  余 乐  [ ... ]孙晓荣  孙丽娟  
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摘要
应用太赫兹时域光谱反射成像技术结合广义二维相关光谱法探索玉米种子活力敏感太赫兹波段, 并结合支持向量机建立快速无损判别种子活力的分析模型。 实验以中地77玉米种子为例, 采用人工老化方式(40 ℃, 100%相对湿度)将种子样本分批老化0, 1, 2, 3, 4天制备不同活力的种子样本, 并按照GB/T 3543.4—1995进行种子发芽实验; 同时采用Terapluse 4000太赫兹时域光谱仪及反射成像附件采集上述不同老化程度种子样本的太赫兹光谱图像。 由于玉米种子的胚乳和种胚的成分差异显著, 为探究种子不同组织在老化过程中与活力的相关性, 本实验首先采用双高斯滤波器对THz图像中的像素点光谱消噪、 峰峰值差分重构图像增强以及阈值分割等预处理无损提取玉米种子不同组织太赫兹吸光度谱。 然后以老化天数为扰动量, 针对上述提取的样本胚乳和种胚光谱分别作广义二维相关分析, 根据实验中同步谱和异步谱中自动峰与交叉峰位置初步解析, 可得到与种子活力关系密切的THz波段主要集中在75和36 cm-1区域, 同时75和36 cm-1处的光谱信息存在强烈的协同变化且变化方向一致。 种子活力与老化天数密切相关, 因此根据老化天数分别建立了基于胚乳和种胚吸光度谱的五分类支持向量机模型用于种子活力定性判别, 但是其判别准确率仅为59.34%和71.28%, 表明该模型无法精细划分种子五个活力等级; 实验进一步根据GB4401.1—2008以玉米种子发芽率85%为阈值划分活力高低等级, 建立二分类种子活力判别模型, 可得胚乳和种胚测试集识别准确率分别可达88.61%和91.73%, 模型性能显著提升, 增强了THz技术用于种子活力无损粗筛的可行性。 实验结果表明: 太赫兹反射成像技术以其丰富的指纹谱、 低能安全以及图谱合一等特性, 有望成为单粒种子活力快速无损测定领域一项崭新、 有力的补充技术。
光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2840
卢 伟  韩 钊  蹇兴亮  Zhou Ji  [ ... ]姜 东  丁艳锋  
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摘要
针对土壤遮挡时根系图像信息不全的问题, 提出一种热红外成像根系表型检测方法, 结合Criminisi改进算法实现根系图像信息的增强和修复, 并研究玉米根系表型与种子活力之间的关系。 首先, 设计一种适应于玉米根系构型的环形双层石英培养装置迫使玉米根系贴壁生长, 分别将老化0, 1, 3和6 d的玉米种子种植在环形培养装置中。 基于水和土壤比热容具有显著差异的特点, 利用水对玉米苗根茎进行滴灌, 并通过热空气对培养装置中的玉米根系进行短时热激励, 再用红外热像仪采集根系红外热像, 利用土壤与根土间隙水流温度的差异实现土壤遮挡处根系的热成像。 其次, 对预处理后的根系热像, 进行端点和最佳匹配对判定, 并利用Criminisi改进算法对红外热像中的断根连接, 实现根系热红外图像的修补。 最后, 利用以上方法分别对不同老化天数的玉米种子幼苗进行根系表型检测验证。 结果表明, 所提出的热红外成像方法可有助于土壤遮挡处根系的表型图像信息增强, 比彩色图像提取的根系表型参数精度提高约0.5%~10%。 玉米种子老化1d后其根系表型参数总根长(RTL)和总根数(RTN)未见明显差异, 但老化3d和6d的种子其根系表型参数具有显著差异, RTL减少20%~35%, RTN减少10%~55%, 反映了玉米种子长时间老化后其活力存在显著下降。 不同老化天数的玉米根系表型参数RTL和RTN均与老化天数呈显著负相关, 可作为种子活力的重要指标参数, 其中, 种子根系RTN参数对老化更为敏感, 更能够直观反映种子的活力水平, 老化1和3 d的种子发根与未老化种子相比均推迟1 d; 老化6 d的种子其发根则推迟2 d, 且后续根系发育一直迟缓。 所提的基于热红外成像的根系表型检测结合Criminisi改进算法的根系表型检测方法, 可用于作物根系表型高通量无损检测, 具有广阔的应用前景。
光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2845
00 11