贵州大学 大数据与信息工程学院，贵州 贵阳 550025
由于盲人对周围环境缺乏视觉感知力，出行一直是盲人生活中的困扰。本文提出一种基于YOLOX改进的导盲系统障碍物检测算法CE-YOLOX。首先，为了减少特征融合网络在特征通道缩减时带来的语义信息的丢失，以亚像素跳变融合模块SSF和亚像素上下文增强模块SCE来充分利用通道信息和不同尺度的语义信息，以通道注意力引导模块CAG减少多尺度特征融合带来的混叠效应。其次，为了使模型更加聚焦于有效特征，引入全局注意力机制GAM，通过减少信息弥散和放大全局交互表示来提高模型性能。然后，使用SIOU-LOSS替换原模型的位置回归损失函数IOU-LOSS，加快了边框的回归速度与精度。最后，搭建导盲系统检测平台，将所提算法移植到边缘计算设备NVIDIA Xavier NX上。实验结果表明，改进的导盲系统障碍物算法在服务器和NVIDIA Xavier NX平台上的mAP一致，提升至90.53%，相较原YOLOX模型算法提高了2.45%。在服务器上的检测速度达到75.93 FPS。本文模型在兼顾检测速度的同时提高了精度，显著优于对比算法，满足边缘计算设备的要求，具有实际的应用价值。
导盲系统 障碍物检测 亚像素 CEFPN GAM 角度损失 SIOU blind system obstacle detection subpixel CEFPN GAM angle loss SIOU
昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093
针对点云精简算法提取特征时较为依赖传统参数、特征提取不全面和特征边界易丢失等问题，提出一种使用冯·米塞斯（vMF）分布提取特征的点云精简方法。该方法首先利用邻域重心点构建向量，通过与法向之间的夹角关系设置阈值划分曲面，降低噪声对细节特征的影响；然后利用冯·米塞斯分布提取曲面点的优先度，实现全局特征提取；最后基于特征进行八叉树分级精简。实验结果表明：所提方法可有效提取细节特征，相比于基于曲率、Hausdorff距离的方法所提取到的特征，有着更好的特征提取效果；利用基于曲率、栅格、随机的精简算法与所提方法进行关于重建结果、3D偏差、定量分析的对比，证明所提精简方法效果更优。所提方法为点云特征提取和精简提供一种新的思路。
点云精简 特征提取 冯·米塞斯分布 八叉树 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0228002
中国计量大学光电材料与器件研究院，浙江 杭州 310018
二维材料可用于制备原子层级超薄电子和光电子器件，引起了人们极大的兴趣。通过掺杂可以有效调控二维材料的物理和化学特性，对于其应用意义重大。本文综述了掺杂型二维材料的发光性能研究进展，介绍了经典二维材料发光特性，总结了过渡金属离子以及镧系离子掺杂的二维材料光学性能及其发光原理，并对基于发光离子掺杂二维材料的超薄光学器件应用和发展进行了总结和展望。
材料 掺杂 二维材料 过渡族金属离子 镧系离子 发光性能 激光与光电子学进展
2021, 58(15): 1516014
中国计量大学计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
针对小圆孔轮廓的精密测量难度大, 构建了一个基于线激光三角法的圆孔尺寸测量系统。对杂散光、激光点间距和激光线倾斜等误差因素进行分析, 设计实验, 搭建了基于线激光三角测距传感器、气浮位移平台和十字滑台的表面形貌测量装置。研究合适的测量系统参数, 通过MATLAB理论仿真圆和实验装置实际测量圆, 获取环规标准件圆孔三维形貌点云数据。利用HOUGH圆变换法、最小二乘拟合圆法和最小距离拟合圆法, 实现高效、准确地计算圆尺寸参数。测试结果表明, 圆心位置的微小改变不影响测量结果, HOUGH圆变换法优于最小二乘法和最小距离法。对于不同直径的环规标准件, 利用HOUGH圆变换法重复测量, 实验测量误差最小2 μm, 当圆孔直径过小时, 杂散光对测量结果影响明显。
圆孔尺寸测量 线激光三角法 精密测量 HOUGH圆变换 round hole size measurement line laser triangulation precision measurement HOUGH circle transformation
1 中国科学院物联网研究发展中心, 江苏无锡 214135
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
红外成像在军民监控领域广泛应用, 红外自动目标检测能减少人工参与, 有效提高效率。本文实现了基于 FPGA的红外目标检测系统, 首先对系统的硬件资源需求进行评估, 并设计了以 FPGA为核心处理器的系统硬件平台。其次, 开发了基于 FPGA的红外目标自动检测处理流程, 经过两点校正与盲元补偿等预处理后的红外图像信号, 通过混合高斯背景建模的方法建立背景模型, 自动检测前景目标, 再将目标区域周围高亮标识出来。实测结果表明, 该系统可有效检测出高亮背景下的红外目标。
红外目标检测 混合高斯模型 背景建模 IR target detection, Gaussian mixture model, backg FPGA
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于卫星激光测距(SLR)系统的测距原理,对从角反射器反射的回波光子分布进行数值仿真,分析并讨论了卫星角反射器形状效应与SLR系统测距精度的关系。另外,为验证卫星角反射器形状效应的适用性,利用中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站SLR系统对不同轨道高度的卫星进行了实测。结果表明,卫星角反射器形状效应使从卫星反射的回波光子分布发生明显改变,激光脉冲被展宽。对于Starlette卫星,激光脉冲脉宽由50 ps展宽至72 ps,由卫星角反射器形状效应引起的测距误差约为5.4 mm。对于高轨Etalon-1卫星、中轨LAGEOS-1卫星和低轨LARES卫星,由卫星角反射器形状效应引起的测距误差分别约为15.4,7.4,5.0 mm。因此,要使SLR系统测量精度向毫米级发展,应当考虑卫星角反射器形状效应对测距精度的影响,这也为SLR系统的性能评估与结构设计提供了新的思路与途径。
大气光学 测距精度 卫星角反射器形状效应 卫星激光测距系统 角反射器分布 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 110101
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 长春 130117
2 中国科学院大学, 北京 100049
从盖革模式单光子雪崩光电二极管的光电特性出发, 分析了卫星激光测距的测距精度与激光脉冲宽度及回波强度的关系, 并利用长春站卫星激光测距系统对地球动力学卫星进行观测.结果表明, 当回波光子数为1 000左右时, 系统测距精度为10.2 mm左右, 当回波光子数为8 000时, 测距精度减小为9.4 mm左右, 表明回波强度较大时, 可提高卫星激光测距系统的测距精度; 当激光器脉宽为200 ps时, 系统测距精度为17.3 mm, 当脉宽为50 ps时, 系统的测距精度为10.0 mm, 表明卫星激光测距系统的测距精度随着脉宽变窄得到了有效提高.为进一步验证理论结果, 对Ajisai卫星进行实测, 分析了高重复频率激光测距系统对系统测距精度的影响, 结果表明采用窄脉宽高重复频率的激光测距系统, 激光测距有效回波数和标准点密度呈数量级增加, 测距精度也有一定的提高.因此, 为了改善卫星激光测距系统回波特性, 应选用脉宽窄、重复频率高、能量大的激光器作为基于盖革模式单光子雪崩光电二极管的卫星激光测距系统的激光光源.
盖革模式单光子雪崩光电二极管 探测器 卫星激光测距 回波特性 测距精度 Geiger mode single photon avalanche diode Detector Satellite laser ranging Echo characteristics Range precision
哈尔滨工程大学 自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对三维空间交会对接中的异面非圆轨道转移规划问题, 提出了一种基于粒子群算法(PSO)的多脉冲异面交会对接能量最优的转移轨道优化算法。该算法以二体动力学方程及脉冲变轨理论构造空间多脉冲异面交会对接优化模型; 通过引入 Lambert 算法处理终端约束条件, 减少未知变量的个数从而简化问题。然后, 将追踪飞行器变轨过程中脉冲的作用时刻、方向、大小设计成待优化变量, 以交会对接过程中消耗能量、终端约束条件等为目标函数, 基于PSO优化了最省燃料转移轨道。在MATLAB中对四脉冲交会对接问题进行了仿真测试, 并与相同初始条件下, 采用Lambert算法的双脉冲交会对接仿真结果进行了对比。结果显示: 在本文所给算例条件下, 采用PSO优化的四脉冲交会对接过程所需速度增量为4.4243 km/s, 而采用Lambert算法的双脉冲对接过程所需速度增量为11.2691 km/s, 前者节省了60%的能量。数据表明, 设计方案有效节省了燃料消耗, 从而证明了设计方法的有效性。
交会对接 异面轨道 多脉冲转移 粒子群算法 轨道优化 rendezvous and docking noncoplanar orbits multiple -impulse transfer particle swarm optimization trajectory optimization
1 海军航空工程学院信息融合技术研究所，山东 烟台 264001
2 中国人民解放军92664部队，山东 青岛 266031
针对临近空间高超声速目标飞行速度快、机动特性强和周期性滑跃的运动特点, 提出一种基于不同正弦模型(Sine模型)相交互的临近空间目标跟踪算法。首先, 针对临近空间目标所特有的周期性滑跃特性的运动轨迹, 采用基于低角速率的Sine模型有效解决现有机动目标模型对临近空间目标跟踪精度不高的问题; 然后, 针对目标滑跃式轨迹运动的特点及其参数未知的情况, 通过多个不同角速率的正弦模型相交互, 进一步提高正弦模型与临近空间目标所特有的周期滑跃式轨迹的匹配程度。仿真实验表明, 与现有的临近空间目标跟踪算法相比, 该算法具有更好的定位跟踪精度。
目标跟踪 临近空间 高超声速 交互多模型 周期滑跃式轨迹 target tracking near space hypersonic velocity interacting multiple model periodic sliding trajectory
