1 东北电力大学 理学院，吉林 吉林 132012
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130022
为了平衡相位计算的精度和速度，大量的两步随机相移算法发展起来。提出了一种基于主成分分析和VU分解法的快速、高精度两步随机相移算法。首先，采用两步主成分分析法对经过滤波的两幅相移干涉图进行计算求出迭代初始相位；然后，利用没有滤波的两幅相移干涉图进行VU分解、迭代求出最终相位。通过模拟和实验结果对比表明：与四种性能良好的两步随机相移算法相比，对于不同的条纹类型、噪声、相移值及条纹数量，提出的算法综合性能最好，其精度最高，有效相移范围和有效条纹数量范围最大，当干涉图像素数为401 pixel×401 pixel时，提出的算法仅比格兰-施密特正交化法和两步主成分分析法多花费0.035 s。在理想情况下，提出的算法可以得到完全正确的结果。如果需要得到较高精度，最好能够提前抑制噪声，同时设置相移值远离0和π，条纹数量大于2。主成分分析和VU分解法无需滤波，花费近似非迭代算法的时间获得迭代算法的精度，其打破了迭代算法花费时间较多的限制，适合高精度光学在线检测，有广泛的发展前景。
测量 干涉 相移算法 迭代算法 主成分分析 measurement interferometry phase-shifting algorithm iterative algorithm principal component analysis 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230596
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Science and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Changfei Optical Fiber and Cable Joint Stock Limited Company, Wuhan 430073, China
3 Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210000, China
We experimentally transmit eight wavelength-division-multiplexing (WDM) channels, 16 quadratic-amplitude-modulation (QAM) signals at 32-GBaud, over 1000 km few mode fiber (FMF). In this experiment, we use WDM, mode division multiplexing, and polarization multiplexing for signal transmission. Through the multiple-input–multiple-output (MIMO) equalization algorithms, we achieve the total line transmission rate of 4.096 Tbit/s. The results prove that the bit error rates (BERs) for the 16QAM signals after 1000 km FMF transmission are below the soft-decision forward-error-correction (SD-FEC) threshold of , and the net rate reaches 3.413 Tbit/s. Our proposed system provides a reference for the future development of high-capacity communication.
optical fiber communication mode division multiplexing few-mode fiber multiple-input–multiple-output high-capacity transmission long-distance transmission Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 010602
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
针对某红外搜索系统快速反射镜设计需求，研究基于十字簧片传动结构与音圈致动器的快速反射镜机电联合仿真技术。建立快速反射镜的机电参数化模型，采用有限元分析法构建柔性结构传动刚度模型，同时建立音圈制动器的电磁驱动模型，并进行关键参数的迭代设计确定最优参数；以Matlab/Simulink 为联合仿真平台，建立反射镜动力学仿真接口与电磁驱动仿真接口，结合经典控制模型实现对反射镜机构的联合仿真，并获得系统动态响应的仿真结果。最后通过实验测试验证50 Hz 成像周期下回扫补偿残差与相位滞后，其中实测回扫补偿残差0.0365 mrad，相位滞后2.6 ms，虽然高于仿真分析结果但能够满足工程应用的需求；并对系统的开环频响曲线进行对比，中低频幅值响应误差不超过10%。仿真和实验结果表明，该联合仿真技术对于快速反射镜的设计与优化具有重要的理论指导意义。
快速反射镜 音圈电机 联合仿真 结构分析 fast steering mirror, voice coil motor, co-simulat
针对目前基于数字微镜（Digital Micromirror Device，DMD）的光谱模拟中，光谱模拟单元具有不同偏态性质且存在非线性调制等特点，提出了一种适用于多种色温调制的基于模糊PID控制的恒星光谱模拟方法。构造了DMD工作矩阵、光谱调制权重矩阵、光谱分布函数矩阵以及目标光谱矩阵，建立了基于DMD的光谱模拟数学模型；然后，研究了基于遗传算法优化BP神经网络的光谱分布函数拟合算法，在400~800 nm的峰值波长内实现了光谱分布函数拟合；提出了一种基于模糊PID控制的光谱模拟算法，选择模糊集合与隶属度函数，制定了模糊推理以及解模糊化规则。仿真分析了模糊PID控制器性能，结果表明与PID控制相比，模糊PID控制的超调量减小90.7%，调节时间缩短了69.4%。最后，实验验证了3 000~11 000 K色温光谱分布曲线的模拟精度，结果表明：光谱模拟误差优于±4.21%；相较于PID控制，模糊PID控制在3 000，6 500以及11 000 K色温的最大光谱模拟精度分别提高了2.31倍，1.71倍和2.02倍。所提出的方法可以进一步提升光谱模拟精度，为高精度星敏感器的地面标定提供理论与技术基础。
光谱模拟 模糊控制 遗传算法 数字微镜 BP神经网络算法 spectral simulation fuzzy control genetic algorithm digital micromirror BP neural network algorithm 光学 精密工程
2023, 31(11): 1619
1 航天工程大学,a研究生院
2 航天工程大学,b.电子与光学系, 北京 101000
在高速运动目标逆合成孔径雷达(ISAR)成像中, 基于传统线性调频(LFM)信号参数估计进行相位补偿的方法存在计算复杂和误差大等问题, 对此提出一种基于卷积神经网络(CNN)的线性调频信号调频斜率估计方法。首先采用Wigner-Ville分布的时频分析方法对一定范围调频斜率的线性调频信号生成时频图像构建训练集; 其次将高速运动目标回波信号经Wigner-Ville分布处理的时频图输入到卷积神经网络中, 对回波信号调频斜率进行识别; 接着通过识别的调频斜率对目标速度进行反演, 进而构建补偿信号并对回波信号进行相位补偿; 最后通过距离多普勒成像算法处理后可得到清晰的ISAR像。仿真实验结果表明了所提方法的有效性。
高速运动目标 ISAR成像 卷积神经网络 Wigner-Ville分布 high-speed moving target ISAR imaging convolutional neural network Wigner-Ville distribution
中国科学院空天信息创新研究院 中国科学院定量遥感信息技术重点实验室, 北京 100094
针对目前传统的地物光谱仪对光信号强度要求较高, 只能白天使用, 无法在夜间使用而导致夜间遥感在轨辐射定标不确定度较高的问题, 提出一种将传统光谱仪的CCD(Charge-Coupled Device)探测器与像增强器直接耦合提升光谱仪低照度条件下信息获取能力的技术方案。基于该技术方案的光谱仪可有效实现地面目标光谱信息的夜间测量。相关测试试验结果表明: 在入射光源只有月光和星光的条件下, 该微光光谱仪可有效实现对地面目标光谱信息的测量, 且性能良好稳定, 未来可应用于夜间遥感定标、夜间目标光谱信息获取等应用领域, 为夜间遥感在轨定标精度的提升奠定技术基础。
针对光学遥感图像目标检测中存在的精度低及忽略目标方向性的问题，提出了一种基于改进YOLOv5m的遥感图像旋转目标检测算法。首先，融合注意力机制模块提升模型对重要特征的提取能力；其次，在特征融合模块部分考虑各节点特征融合的贡献度，并增加同一特征尺度的跳跃连接；最后，针对旋转检测中存在的角度边界问题，使用密集编码标签对角度进行离散化处理。实验结果表明，所提算法在DOTA数据集子集上的检测精度达到了82.75%，在小幅降低模型计算量的情况下，较原有YOLOv5m提升了11.73个百分点，同时在HRSC2016舰船数据集上也取得了88.89% 的检测精度。即该算法能有效提升光学遥感图像旋转检测的精度。
机器视觉 遥感图像 注意力机制 旋转目标检测 密集编码标签 YOLO 激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2415005
1 中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像研究中心，广东 深圳 518055
2 中国科学院大学，北京 100049
现有的深度学习方法倾向于将磁共振图像重建与分割作为两个单独的任务来处理，而没有考虑到两个任务之间的相关性。如果简单地对重建网络与分割网络进行拼接训练，则可能会由于任务之间的优化难度差异而影响重建与分割的最终效果。基于改进后的教师督导网络训练策略，开发了一种磁共振图像联合重建与分割的多任务深度学习方法。新设计的教师督导策略迭代地以中间重建输出和全采样数据来指导多任务网络训练，缓解误差积累。在一个公开数据集和一个内部数据集上对所提方法进行评估，并与6种现有方法进行了比较。实验结果表明，与对比方法相比，所提方法在实现重建与分割协同优化的同时提升了重建图像质量和分割精度。
计算机视觉 磁共振图像重建与分割 多任务网络 任务驱动成像 教师督导 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415024
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
基于65 nm CMOS工艺设计了一种56 Gbit/s PAM4 光接收机前端放大电路。前级为差分形式的跨阻放大器, 采用共栅前馈型结构降低输入阻抗, 并在输入端串联电感, 有效提高了跨阻放大器的带宽和灵敏度。后级放大器采用具有线性增益控制的多级级联可变增益放大器, 实现对输出摆幅的自动控制。输出缓冲器采用源极退化技术来拓展带宽。后仿真结果表明, 在100 fF光电二极管的寄生电容条件下, 所设计的光接收机前端电路的-3 dB带宽为24.4 GHz, 最大增益达到66 dBΩ, 等效输入噪声电流为17.0 pA·Hz-1/2。在输入电流变化及不同工艺角下, 输出眼图抖动较小且张开度良好。当电源电压为1.2 V时, 不同工艺角下的平均功耗为42.5 mW。
光接收机前端 跨阻放大器 自动增益控制 可变增益放大器 PAM4 PAM4 optical receiver front-end TIA AGC VGA
