作者单位
摘要
航天东方红卫星有限公司,北京 100094
光学遥感图像广泛应用于天气预报、环境监测和海洋监管等领域。光学传感器拍摄的图像受大气条件和气候因素影响较大,云雾遮挡可导致图像内容丢失、对比度下降和颜色失真等一系列问题。基于此,提出一种基于融合和细化机制的光学遥感图像去云雾算法,实现高质量的单张遥感图像云雾去除。云雾去除网络基于融合和细化机制实现含云雾图与无云雾图的转换。其中,采用融合机制的多尺度云雾特征融合金字塔在不同尺度空间上提取云雾特征并进行融合,采用细化机制的多尺度云雾边缘特征细化单元对云雾的边缘特征进行细化加工,进而重构出清晰的无云图像。采用对抗学习策略,判别网络对特征进行自适应校正并将云雾特征分离出来,从而得到更准确的判别结果,有利于网络生成逼真的云雾去除结果。在开源数据集上选取5种算法进行对比实验,实验结果表明,所提算法云雾去除效果较优,没有产生颜色失真和伪影等现象。在薄云测试集上,所提算法的结构相似性(SSIM)和峰值信噪比(PSNR)分别超过第二名约11.9%和15.0%,在厚云测试集上,所提算法的SSIM和PSNR分别超过第二名约9.3%和9.9%。
光学遥感 云雾去除 图像融合 图像细化 对抗学习 optical remote sensing cloud removal image fusion image refinement adversarial learning 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428012
陈凯翔 1,2,4刘冉 1,2,4,*赵宾 3肖宇峰 1,2,4[ ... ]邓天睿 1,2,4
作者单位
摘要
1 西南科技大学信息工程学院,四川 绵阳 621000
2 中国船舶航海保障技术实验室,天津 300131
3 天津航海仪器研究所,天津 300131
4 特殊环境机器人技术四川省重点实验室,四川 绵阳 621000
轮式里程计在复杂不平的地形和光滑的地面上性能较差,传统的激光扫描匹配方法并不总是正确地建立点云之间的对应关系,容易出现点与点之间的异常关联,导致定位精度较差。针对这一问题,提出一种基于方向端点的激光扫描匹配方法。首先,从环境中提取直线端点作为特征点,通过端点间的特征匹配得到相邻时刻移动机器人的相对位姿关系。基于端点的匹配方法在特征点较少时有可能会产生误匹配,为进一步提高匹配精度,利用端点的方向剔除误匹配的特征点。在此基础之上,利用迭代最近邻法进一步优化方向端点的匹配结果,得到更加精准的移动机器人位姿。实验结果表明,所提方法在7 m×7 m的室内光滑地面环境中,能够达到0.12 m的平均定位误差以及1.18°的平均角度误差,与传统的激光扫描匹配方法相比精度更高。
移动机器人定位 激光扫描匹配 特征匹配 激光里程计 mobile robot localization laser scanning matching feature matching laser odometry 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428010
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100190
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
飞机掩体是关键的飞机防护工事,利用遥感影像实现飞机掩体的快速准确检测有重要意义。为探究遥感影像飞机掩体检测方法,收集了60个包含飞机掩体的机场信息及Google Earth影像,构建了一个飞机掩体高分辨率遥感影像数据集。对比Faster R-CNN、SSD、RetinaNet、YOLOv3和YOLOX等5个深度学习目标检测模型的综合性能,结果表明,在飞机掩体影像数据集上YOLOX模型表现更佳,平均精度可达97.7%,但水平框的检测结果无法获得飞机掩体的精确边界和朝向。为此,对YOLOX模型进行改进,提出针对不同朝向下的飞机掩体检测新方法R-YOLOX,实现对飞机掩体的旋转检测,旋转预测框更加贴合目标轮廓,采用KL 散度损失改进后的模型精度显著提升,准确率提升了7.24个百分点,对飞机掩体具有更好的检测效果。从水平框和旋转框这2个角度都能实现飞机掩体的准确检测,为高分辨率遥感影像中飞机掩体的准确识别提供了新思路。
遥感 目标检测 深度学习 遥感影像 旋转框 remote sensing target detection deep learning remote sensing image rotating frame 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428009
杨荣 1,2,3董吉辉 1,2,3,*苏博家 1,2,3杨泽后 1,2,3,4[ ... ]周鼎富 1,2,3
作者单位
摘要
1 西南技术物理研究所,四川 成都 610041
2 激光雷达与器件技术四川省国防科技重点实验室,四川 成都 610041
3 中国兵器工业集团有限公司激光器件技术重点实验室,四川 成都 610041
4 北京理工大学物理学院,北京 100081
5 北京理工大学光电学院,北京 100081
荧光激光雷达对气溶胶云团进行远程侦测时,常利用决策树法对云团的荧光光谱信号进行识别。当大气能见度较差或背景辐射较强时,激光雷达的信噪比下降,导致分类识别的准确性明显降低。针对这一问题,提出了一种基于特征提取的决策树分类方法,该方法充分利用荧光光谱信号的信息,具有较强的适用性。首先介绍了生物荧光光谱的特点及传统识别算法和改进识别算法的原理;然后实验测试了6种生物溶液的荧光谱,并通过在这6种生物物质的荧光光谱中增加不同强度的噪声,对两种分类识别算法的性能进行了对比分析。结果表明:所设计的基于特征提取的决策树算法的训练时间基本不随噪声大小改变,当光谱信号的信噪比为10时,对6种生物物质的识别准确率基本达到80%以上;对于两种荧光光谱极其相似的生物,具有较强的区分能力,识别准确性优于传统识别算法;抗噪能力较强,提高了生物气溶胶激光雷达的探测识别能力。
遥感 激光雷达 激光诱导荧光 机器学习 决策树 生物识别 remote sensing LiDAR laser induced fluorescence machine learning decision tree biometrics 
中国激光
2024, 51(5): 0510001
邓光晟 1,2,*方林颖 2郭澳然 2杨军 1,2[ ... ]尹治平 1,2
作者单位
摘要
1 合肥工业大学光电技术研究院特种显示与成像技术安徽省技术创新中心,安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室,安徽 合肥 230009
提出了一种基于柔性超材料的高灵敏度拉力传感器,该超材料传感器由刻蚀在聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜表面的多方形谐振单元的平面阵列组成。拉伸柔性PDMS薄膜会改变谐振单元的结构参数,进而使传感器的谐振频率产生变化。该超材料传感器可以同时实现应变或拉力的高灵敏度检测。同时,谐振结构中央的方形连接环起到了不对称分裂间隙的作用,激发了具有更高Q值的高阶谐振模式,实现了更高的频谱分辨率。实验结果表明,施加拉力从0增大至1.2 N时,结构尺寸拉伸率达到初始状态的1.2倍,超材料的谐振峰频率从109.23 GHz红移到99.42 GHz。该传感器可以实现8.43 GHz/N的高灵敏度拉力传感。耐久性测试表明在该样品的使用中至少可以经历100次拉伸-松弛循环。所提出的传感器具有灵敏度高、加工方便、成本低和无线测量的优点,具有潜在的应用价值。
传感器 拉力传感器 柔性 超材料 光谱 高灵敏度 sensor tension sensor flexibility metamaterial spectra high sensitivity 
光学学报
2024, 44(2): 0228001
南雪莹 1,2刘会刚 1,2,*刘海涛 3,4,**
作者单位
摘要
1 南开大学电子信息与光学工程学院薄膜光电子技术教育部工程研究中心,天津 300350
2 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系,天津 300350
3 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所,天津 300350
4 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
与金属超表面相比,全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性,从而产生两个Fano共振峰,其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态(QBIC),两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真,结果表明,传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU-1和230.0 nm·RIU-1,优值(FOM)最大为9387,品质因子(Q)最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量,仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃-1和42.71 pm·℃-1
传感器 Fano共振 全介质超表面 折射率传感 温度传感 sensors Fano resonance all-dielectric metasurface refractive-index sensing temperature sensing 
中国激光
2024, 51(2): 0210002
焦岗成 1宋德 1,2,*闫磊 1肖超 1[ ... ]陈卫军 1,2,**
作者单位
摘要
1 微光夜视技术重点实验室,陕西 西安 710065
2 长春理工大学物理学院,吉林 长春 130022
为获得高增益的电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件,根据载流子输运理论,采用蒙特卡罗方法,研究了EBCMOS基底在不同掺杂方式和结构参数下的电荷收集效率。结果表明:当基底均匀掺杂时,减小掺杂浓度、降低基底厚度及缩小近贴距离可以有效提高电荷收集效率;当基底梯度掺杂时,减小重掺杂浓度区域的范围,可以有效提高电荷收集效率。仿真优化后器件的电荷收集效率最高可达到86.28%,为国产EBCMOS器件的研制提供了理论支撑。
光学器件 夜视技术 电子轰击型CMOS 电荷收集效率 梯度掺杂 optical devices night vision technology electron-bombarded complementary metal-oxide semiconductor electron charge collection gradient doping 
中国激光
2024, 51(2): 0210001
作者单位
摘要
1 中国矿业大学环境与测绘学院,江苏 徐州 221116
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031
3 安徽师范大学地理与旅游学院,安徽 芜湖 241000
通过分析多角度偏振成像仪(DPC)的后验误差,测试DPC的气溶胶反演效果,为算法改进提供支持。使用GRASP(generalized retrieval of aerosol and surface properties)算法在同等条件下对DPC和POLDER(polarization and directionality of the earth's reflectance)数据进行反演,分析两种传感器的强度(RI)和偏振(RP)的反演残差及气溶胶光学厚度(AOD)误差;讨论山区和非山区AOD的反演精度及加入偏振信息对反演的改进。在多数波段,DPC的AOD反演精度接近POLDER,但在865 nm波段二者有较大正向偏差;RI@565、RI@865及RP@865的绝对值较大且较为离散;非山区上空DPC与POLDER反演精度接近,但在山区二者均出现系统性偏高,DPC尤为明显;偏振信息的加入可以有效改善仅强度条件下的反演结果;扣除干扰因素,非山区上空AOD@670落入期望误差范围的比例为63.7%,相关系数为0.828。
遥感与传感器 气溶胶 偏振 多角度偏振成像仪 remote sensing and sensors aerosol polarization directional polarimetric camera 
光学学报
2023, 43(24): 2428007
作者单位
摘要
1 南京信息工程大学大气物理学院,中国气象局气溶胶与云降水重点实验室教育部气象灾害重点实验室,江苏 南京 210044
2 上海卫星工程研究所,上海 201109
气溶胶在大气辐射收支平衡、气候变化、降水、云的形成以及环境污染方面扮演着重要的角色。为了实现对气溶胶光学参数的大范围、高精度、定量化测量,2019年3月使用大气环境星气溶胶碳探测激光雷达(ACDL)的机载缩比系统(Air-ACDL)在中国山海关地区开展了机载观测试验。试验完成了不同污染天气、不同高度以及不同地表类型下的多架次观测。将六天飞行试验得到的机载高光谱激光雷达(HSRL)测量的气溶胶光学深度(AOD)分别与地面站点的太阳光度计和卫星遥感数据进行对比分析,其相关系数R均达到0.90以上,其样本数量分别为86与2200。基于机载HSRL的观测数据,提出了适用于Air-ACDL的气溶胶分类方法,并对山海关地区的气溶胶进行了分类研究。使用后向轨迹传输模型、云气溶胶激光雷达和红外探路卫星观测(CALIPSO)气溶胶分类结果,以及Aura卫星臭氧监测仪(OMI)传感器等数据验证Air-ACDL测量的气溶胶分类的可靠性。多架次Air-ACDL观测结果表明:相比于传统激光雷达气溶胶分类方法,基于Air-ACDL的气溶胶分类方法能够对气溶胶进行更加准确的分类;山海关地区地理位置特殊,观测期间,当地气溶胶除由本地供暖等活动产生的城市气溶胶之外,还有受大气传输影响来自内蒙古地区的沙尘气溶胶,以及来自东南渤海地区的海洋气溶胶。
机载高光谱分辨率激光雷达 大气气溶胶 气溶胶光学特性 气溶胶分类 airborne high spectral resolution lidar atmospheric aerosols aerosol optical properties aerosol classification 
光学学报
2023, 43(24): 2428005
方颖 1,2孙晓兵 1,3,*提汝芳 1黄红莲 1,3[ ... ]王宇瑶 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
3 合肥市农业行业首席专家工作室,安徽 合肥 230012
卫星对地遥感观测中,云和冰雪地表是两个重要的观测对象,由于它们辐射特性的相似性,使得冰雪区域上空云检测存在困难。针对高光谱观测卫星(高分五号02星)偏振载荷的数据特征,本文设计了一套冰雪上空云检测算法。该算法利用高分五号偏振载荷大气气溶胶多角度偏振探测仪和高精度偏振扫描仪的在轨探测多角度多光谱偏振辐射数据,协同进行云检测。首先,通过氧A带吸收通道的表观压强检测进行云和冰雪的初步区分,在此基础上利用多角度偏振散射特性进行冰雪上空的水云检测,利用卷云波段检测提高了冰雪上空的卷云检测效果,最后通过对常用的NDSI归一化雪指数进行改进,提高了冰雪上空的冰云检测精度。以格陵兰岛和南极区域为例,进行了冰雪上空云检测实验,并与成像时间相近的MODIS产品云掩膜产品MOD35进行比对,一致性分别为83.3%和94.4%。结果表明,本文提出的算法能够有效检测冰雪上空的云像元。
云检测 冰雪 遥感 多角度 偏振探测 cloud detection ice-snow remote sensing multi angle polarization detection 
光学学报
2023, 43(24): 2428004

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