光切片结构光显微的三维测量速度一直是该技术应用方面的重要关注点。基于光切片的三维测量方法需要在同一个轴向位置进行至少两次曝光, 才能获得该位置的光切片信息。文章提出一种单次曝光的结构光显微三维测量方法, 在轴向扫描的每个位置只需拍摄一幅结构光显微图像, 相邻轴向位置的条纹存在一定的相移; 然后分析每个像素对应的轴向灰度曲线, 计算轴向调制度并定位峰值; 最后进行标定和换算, 便可得到样品的三维重建结果。实验证明, 所提方法可以得到与光切片方法相当的测量精度, 测量效率和图像处理效率都比光切片法有很大提升。
结构光显微 调制度分析 相移法 三维测量 structured illumination microscopy modulation analysis phase shifting method three-dimensional measurement
1 北方民族大学材料科学与工程学院，银川 750021
2 北方民族大学，粉体材料与特种陶瓷重点实验室，银川 750021
过渡金属碳化物陶瓷是超高温陶瓷的典型代表，具有极高的熔点和硬度，而韧性和耐磨性有待提高。近年来，在高熵理论指导下合成的多元碳化物固溶体—高熵碳化物陶瓷具有更高的熔点和良好的韧性。本工作采用放电等离子烧结(SPS)制备了具有优异耐磨性能的(Ti1/6V1/6Nb1/6Ta1/6Mo1/3)C高熵陶瓷。研究了1 600～2 100 ℃烧结的(Ti1/6V1/6Nb1/6Ta1/6Mo1/3)C高熵陶瓷的致密化行为、物相、微观形貌、力学和耐磨性能。结果表明，烧结温度为1 700 ℃时，可得到面心立方结构的(Ti1/6V1/6Nb1/6Ta1/6Mo1/3)C高熵陶瓷。1 900 ℃以上时，高熵陶瓷相对密度大于98%。烧结温度由1 700 ℃升高至2 100 ℃，晶粒长大，元素扩散趋于均匀。晶粒间存在晶界滑动和氧化物杂质(TiO2)聚集，晶粒内部存在位错。2100 ℃烧结得到的高熵陶瓷的力学性能最优，Vickers硬度、弹性模量和断裂韧性分别增加到20 GPa、431 GPa和4.46 MPa?m1/2，同时具有优异的耐磨性，2 100 ℃条件下烧结的(Ti1/6V1/6Nb1/6Ta1/6Mo1/3)C高熵陶瓷的平均比磨损率可低至5×10-7 mm3/(N·m)。
高熵陶瓷 放电等离子烧结 微观结构 耐磨性能 high-entropy ceramic spark plasma sintering microstructure wear resistance
1 黑龙江八一农垦大学工程学院, 黑龙江 大庆 163319
2 黑龙江八一农垦大学理学院, 黑龙江 大庆 163319
随着地面遥感技术的不断发展, 越来越多的农作物冠层光谱检测传感器被应用到了农业生产, 其中应用较为广泛的就是Greenseeker植物光谱检测仪, 利用Greenseeker植物光谱检测仪可以获取农作物冠层光谱信息归一化植被指数(NDVI)数据, 从而能够进行农作物的施肥管理分区的划分, 依据划分好的施肥管理分区可以实现有针对性的变量施肥。 模糊c-均值(FCM)算法是划分农作物施肥管理分区常用的算法, 但是模糊c-均值算法具有一定的局限性, 就是在计算过程中随着NDVI数据量的增加会不断进行数据的迭代计算, 从而会影响施肥管理分区划分的速度。 在模糊c-均值算法的基础上提出一种基于模型的模糊c-均值(MFCM)算法, 基于模型的模糊c-均值算法在划分农作物施肥管理分区过程中不必在每获取一组数据时就对全部数据进行迭代计算, 可有效提高划分施肥管理分区的速度。 通过搭建的农作物冠层光谱信息采集平台获取大豆和玉米的NDVI数据, 利用基于模型的模糊c-均值算法划分大豆和玉米的施肥管理分区, 使用分区评价指标轮廓系数(SC)和调整兰德指数(ARI)评价划分施肥管理分区的效果。 结果表明, 随着获取的NDVI数据量的不断增加, 基于模型的模糊c-均值算法相比于模糊c-均值算法能够更快的划分施肥管理分区, 在划分大豆施肥管理分区上, 基于模型的模糊c-均值算法快0.02~0.15 s; 在划分玉米施肥管理分区上, 基于模型的模糊c-均值算法快0.07~0.51 s。 通过计算评价划分施肥管理分区效果的指标轮廓系数和调整兰德指数发现, 在不同NDVI数据量的情况下进行划分施肥管理分区, 轮廓系数的值最大相差为0.022, 说明两种算法划分施肥管理分区的效果相差不大; 调整兰德指数的值对数据的波动变化比较敏感, 在NDVI数据量达到6 000后能够维持在0.7以上, 但当NDVI数据波动变化较大时会出现一定的下降。
管理分区 模糊c-均值 轮廓系数 调整兰德指数 Greenseeker Management zoning Fuzzy c-means Silhouette coefficient Adjusted rand index Greenseeker 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2233
1 浙江大学国家光学仪器工程技术研究中心, 浙江 杭州 310058
2 德国卡尔斯鲁厄理工学院人类与机器人研究所, 德国 卡尔斯鲁厄 76131
视觉里程计在智能机器人、自动驾驶等领域有着广泛的应用。但是基于有限视场(FOV)针孔相机的经典视觉里程计算法容易受到环境中运动物体和相机快速旋转的影响,在实际应用中鲁棒性和精度不足。针对这一问题,提出全景环带语义视觉里程计。通过将具有超大视场的全景环带成像系统应用到视觉里程计,并将基于深度学习的全景环带语义分割所提供的语义信息耦合到算法的各个模块,减小运动物体和快速旋转的影响,提高在应对这两种挑战性场景时算法性能。实验结果表明,相较于经典的视觉里程计,所提算法在实际环境下可以实现更加精确和鲁棒的位姿估计。
机器视觉 视觉里程计 全景环带镜头 语义分割 位姿估计 光学学报
2021, 41(22): 2215002
1 中国科学院光电技术研究所，自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学材料科学与光电子技术学院，北京 100049
3 江苏材料光学重点实验室，江苏 苏州 215163
4 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
从斜率复原波前是夏克-哈特曼波前传感器这一类斜率采样探测器的核心流程。传统的复原算法中，区域法对局部波前的复原效果好，但易受斜率噪声的影响，同时空间分辨率较低；模式法抗噪能力强，但没有精确复原局部波前的能力。本文提出了基于B样条函数的快速复原算法，将波前展开为B样条曲面的线性组合，并将复原问题从斜率最小二乘问题转化为泊松方程，利用斜率的Taylor展开式估计散度，再通过超松驰迭代法进行快速求解。该方法将B样条函数的理论散度积分和实际散度估计分离，可以方便地扩展到不同阶次和不同节点数量的B样条基复原算法中。另外，通过改变散度估计的计算区域，可以灵活控制并平衡算法的局部复原能力和抗噪能力。对变形镜驱动器响应函数的测量实验表明，该方法具有较好的局部复原能力、抗噪能力和任意精度的空间分辨率。
B样条 波前复原 哈特曼波前传感器 B-spline function wavefront reconstruction Hartmann wavefront sensor
1 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 全球能源互联网研究院电力传感技术研究所, 北京 102209
3 伦敦玛丽女王大学工程和材料学学院, 伦敦 E1 4NS
光纤传感技术的长距离传输和分布式检测的优势在电缆线路的状态监测领域具有很大的应用价值。利用相位敏感型光时域反射仪(Φ-OTDR)对电缆接头故障诊断中的局部放电进行研究。瑞利散射相干光信号具有随机特性,其方差变量可作为弱小超声信号的检测量。在电缆局部放电实验中,将5个光纤环传感器绕制在电缆接头上特定的超声监测点,以此来验证Φ-OTDR系统的分布式定位检测能力。实验同时对比了局部放电的电测法和光纤声测法的信号特征,并利用压电传感器来校正5个光纤环传感器的位置,以验证Φ-OTDR分布式光纤超声传感器在局部放电测量中的特性。
光纤光学 光纤传感器 光时域反射仪 瑞利散射
连续变量量子纠缠态是量子信息研究中的一项重要的量子资源。实验上, 通常使用非简并光学参量振荡器(NOPO)制备具有正交振幅和正交位相分量量子关联的量子纠缠态光场。本文详细分析了注入泵浦场噪声以及注入信号场和闲置场噪声对NOPO输出场纠缠特性的影响。结果表明, 通过优化实验参数, 可以减小NOPO注入场的噪声对NOPO输出纠缠光场的影响。同时, 减小注入场的噪声, 选取位相压缩的泵浦场、噪声关联的信号场和闲置场作为注入信号, 可以进一步提高NOPO输出光场的纠缠程度。计算中选取的参数, 以实验为依据, 可以为实验中改善NOPO输出场的纠缠特性提供参考。
量子光学 连续变量量子纠缠 关联噪声 quantum optical continuous variable entanglement NOPO NOPO correlation noise
1 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系, 合肥 230027
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 合肥 230031
3 安徽理工大学 电气与信息工程学院, 安徽 淮南232001
针对气体扩张激光诱导荧光测量低浓度OH自由基系统中短寿命低强度荧光的检测需求, 提出了一种共振荧光的门控光子计数测量方法, 通过光电倍增管的快速门控电路设计, 实现纳秒级时序内荧光的选择性测量.使用一个13级高增益端窗光电倍增管进行荧光探测, 通过改变光电倍增管打拿极上的加载电压来实现光电倍增管的快速门控.电路可获得稳定的调制电压, 开关延迟时间为168 ns, 上升沿时间约20 ns.对门控电路进行器件优化及匹配参量后, 采用调制打拿极d1d3d5的方式, 开关引起的光电倍增管噪声降至210 ns以内, 调制开关比优于105.将门控系统应用于气体扩张激光诱导荧光系统OH自由基的荧光探测, 有效获得自由基荧光信号.对307.8 ~308.2 nm波段内的OH自由基激发谱线进行了测量, 实验结果表明, 门控电路能有效抑制激光杂散光的影响, 实现低浓度OH自由基共振荧光信号测量.
光谱分析 激光诱导荧光 门控 光电倍增管 OH自由基 光子计数 Spectral analysis Laser induced fluorescence Gating system Photomultiplier OH radical Photon counting
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所， 四川 绵阳 621900
2 国家X射线数字化成像仪器中心, 四川 绵阳 621000
在进行X-CT成像时，容易诱发射束硬化效应。通过多项式拟合建立起多色投影同透射距离的数学模型，然后将多色投影校正为单色投影,是一种简单高效的射束硬化校正方法。对于局部扫描的情况，在重建图像域通过正投影方法计算得到的透射距离不再代表真实的射线穿过长度，拟合数据不再有效。因此借助一圆柱模体，根据圆柱自身的几何特性，通过解析的方法计算得到射线真实的透射距离，并用于射束硬化校正。实验结果表明，该方法能够有效抑制射束硬化引起的图像伪影，提高CT重建图像质量。
硬化校正 局部扫描 多项式拟合 正投影 beam hardening correction local scanning polynomial fit forward projection 强激光与粒子束
2015, 27(11): 114001
