1 北方民族大学 计算机科学与工程学院， 宁夏银川75002
2 西安电子科技大学 电子工程学院，陕西西安710071
由于不同的照明条件、复杂的大气环境等因素，相同端元的光谱特征在图像的不同位置呈现出可见的差异，这种现象被称为端元的光谱变异性。在相当大的场景中，端元的变异性可能很大，但在适度的局部同质区内，变异性往往很小。扰动线性混合模型（Perturbed Linear Mixing Model，PLMM）在解混的过程中可以减轻端元变异性造成的不利影响，但是对缩放效应造成的变异性的处理能力较弱。为此，本文改进了扰动线性混合模型，引入了尺度因子以处理缩放效应造成的变异性，并结合超像素分割算法划分局部同质区，然后设计出基于局部同质区共享端元变异性的解混算法（Shared Endmember Variability in Unmixing，SEVU）。与扰动线性混合模型，扩展线性混合模型（Extended Linear Mixing Model，ELMM）等算法相比，所提SEVU算法在合成数据集上平均端元光谱角距离（mean Spectral Angle Distance， mSAD）和丰度均方根误差（abundance Root Mean Square Error， aRMSE）最优，分别为0.085 5和0.056 2；在Jasper Ridge和Cuprite真实数据集上mSAD是最优的，分别为0.060 3和0.100 3。在合成数据集和两个实测数据集上的实验结果验证了SEVU算法的有效性。
高光谱图像 混合像元分解 光谱变异性 扰动线性混合模型 局部同质区 hyperspectral image unmixing spectral variability perturbed linear mixing model local homogeneous region
1 中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程实验室，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国资源卫星应用中心，北京 100094
根据句芒号足印影像特点，提出一种针对复杂背景噪声的激光光斑质心提取方法：基于灰度转换模型去除地物背景，结合距离约束、高斯滤波和大津阈值分割去除影像噪声，并利用灰度重心法计算质心坐标。使用所提方法对多种地物类型仿真光斑和实测光斑进行质心提取，结果表明：所提方法的质心提取均方根误差约为0.074 pixel，最大误差约为0.482 pixel，对句芒号光斑影像的适应性较好。对句芒号足印影像光斑开展了稳定性分析，结果表明，所有激光波束的光斑质心坐标的标准差小于0.34 pixel，激光器与光轴监视相机的相对几何关系较为稳定。所提方法可用于激光光斑质心提取及稳定性监测，对句芒号激光数据处理和应用有一定参考价值。
遥感 足印影像 激光光斑 影像噪声 光斑质心提取
1 中国科学院自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
自适应光学（AO）技术是一种能够补偿大气湍流的有效手段，但由于存在系统固有时延，变形镜（DM）上的补偿波前滞后于实测畸变波前，导致AO技术对高时间频率大气湍流的校正效果明显下降。因此，开展大气湍流前向预测研究对于抵消AO系统固有时延、提升系统校正带宽具有重要的研究意义和应用价值。本文提出了一种基于注意力机制的AO波前时空预测网络，该网络同时考虑了大气湍流的时间与空间特征，可通过连续6帧先验波前斜率信息预测未来第2帧的波前斜率。在具有两帧延迟的AO系统仿真中，所提预测网络使得波前校正残差均方根（RMS）下降了约40%，并且在不同的大气湍流强度下均表现出稳定的预测精度，预测残差RMS仅为真实畸变波前RMS的5.00%。最后使用1 km激光大气传输系统采集的实验数据进行了测试，验证了开环斜率预测网络的有效性。
自适应光学 时延误差 注意力机制 波前预测
西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
针对传统天线选择算法在完全广义空间调制（FGSM）系统中运用会出现局限性且误码性能不理想等问题，提出一种基于皮尔逊（Pearson）相关系数的选择算法，其基本原理是根据不同位置的光电探测器与发光二极管组合之间的Pearson系数相关性进行天线选择，能够提升FGSM系统性能及扩大使用范围。结果表明：当误码率为10-3时，在发射天线数量为4、调制方式为脉幅调制的情况下，FGSM系统的传输速率相较于广义空间调制增加了1 bpcu（bit per channel use）；采用基于Pearson相关系数选择算法后的完全广义空间调制-多输入多输出（FGSM-MIMO）系统相较于随机选择算法所需信噪比改善了5.1 dB，相较于最大范数选择算法改善了0.8 dB。综上所述，在同一时刻发送相同信息的情况下，基于Pearson相关系数选择算法的FGSM-MIMO系统在光空间通信领域具有更好的发展前景。
光通信 多输入多输出 完全广义空间调制 天线选择算法 皮尔逊相关系数 误码率
1 中国科学院空天信息创新研究院定量遥感信息技术重点实验室，北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
星载Mie散射激光雷达是当前应用最为广泛的获取全球尺度气溶胶剖面信息的探测设备。然而，大气气溶胶类型多样，通常假定气溶胶遵循特定模式并以此为先验，从而实现从激光雷达信号反演气溶胶消光系数廓线，但这一定程度上会影响反演精度的进一步提升。鉴于此，提出了一种基于星载激光雷达双通道信息的气溶胶消光系数廓线的迭代反演优化算法。该方法首先在给定的先验气溶胶模式下获得初始消光-后向散射比（即激光雷达比），并基于此分别反演两个通道的气溶胶消光系数和光学厚度。同时借助构建的气溶胶光学厚度与气溶胶质量柱总量之间的关系，得到两通道独立估计的大气气溶胶质量柱总量。最后以两通道大气气溶胶质量柱总量相同为约束，实现仅依赖激光雷达数据的激光雷达比及气溶胶相关光学参数的迭代优化。由于双通道激光雷达观测的限制，该方法适用于两种类型气溶胶混合下的反演，利用内蒙古包头地区的多年气溶胶背景场，对反演模型的精度和适用性进行了评估。与采用经验估算激光雷达比的Fernald方法反演结果相比，所提算法反演的气溶胶消光系数廓线在532 nm和1064 nm通道的平均精度分别提高了21.16%和3.00%。此外，还将该方法应用在CALIOP数据中，进一步验证了该反演模型的应用潜力。
Mie散射激光雷达 双通道信息 气溶胶消光系数 激光雷达比 迭代反演 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0501004
1 空军工程大学空管领航学院,西安 710000空军工程大学陕西省电子信息系统综合集成重点实验室,西安 710000
2 空军装备部驻北京地区第四军事代表室, 北京 100000
针对战场环境下的多无人机协同打击问题, 为了提高无人机的生存率和保证对目标的精确打击, 提出了一种末端同时到达、空间均匀分布的分段航迹规划方法。首先, 构建了满足战场需求的多目标航迹优化模型; 其次, 通过引入协同变量, 设计了多方位同时到达的协同攻击策略; 最后, 采用种群分裂合并原则并基于“分段式”惯性权重调整策略、Tent混沌映射种群初始化的方法对粒子群(PSO)算法进行改进, 并应用于问题求解。仿真结果表明, 所提模型能够在复杂、多威胁的战场环境中, 实现多无人机对目标的协同打击, 改进后的粒子群算法收敛速度更快、精度更高。
多无人机 协同打击 同时到达 空间构型 粒子群 multi-UAV cooperative strike simultaneous arrival spatial distribution PSO
1 新疆农业大学 机电工程学院,乌鲁木齐 830052
2 新疆工程学院 机电工程学院,乌鲁木齐 830023
3 新兴铸管阜康能源有限公司,昌吉 831500
4 新疆汇翔激光科技有限公司,克拉玛依833699
5 新疆工程学院 激光智能制造与再制造工程技术研究中心,乌鲁木齐 830023
为了解决激光熔覆In718合金力学性能差的问题,选择不同的扫描速率对In718合金熔覆层进行了激光重熔处理,采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪观察显微组织结构和特征,检测不同物相的成分并分析微观偏析对显微组织的影响,通过力学检测设备对涂层的显微硬度与抗拉强度进行检测。结果表明,Laves相主要由Nb与Mo元素的偏析所导致,与未重熔相比,重熔后的涂层气孔明显减少,且不同的重熔扫描速率对组织与性能的影响也不同,4个涂层的Laves相体积分数由34.1%减少至24.6%、16.7%和19.6%,平均硬度由250.3 HV提高至261.5 HV、276.9 HV和268.0 HV,抗拉强度由678 MPa提高至728 MPa、879 MPa和808 MPa,而重熔对涂层延伸率的影响不明显;最优的重熔扫描速率为15 mm/s,Laves相的体积分数最低,平均显微硬度和抗拉强度最高;激光重熔能有效改善熔覆层的形貌、降低孔隙率、减少或抑制Laves相的析出,并且减少Laves相有助于提高In718合金的力学性能。此研究为后续的离心球墨铸管模具的再制造奠定了理论基础。
激光技术 激光重熔 In718合金 扫描速率 Laves相 力学性能 laser technique laser remelting In718 alloy scanning speed Laves phase mechanical property
重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
为了进一步提升传统金属纳米结构表面增强拉曼散射（SERS）衬底的检测灵敏度和均匀性，提出了银修饰开放纳米腔多孔阳极氧化铝模板（AAO）复合结构的SERS新衬底，利用AgNPs（Ag nanoparticles）表面的局域表面等离子共振效应、银纳米粒子之间的热点效应，以及AAO结构的开放纳米腔的腔增强效应，实现了高灵敏度分子检测。采用液-液界面自组装方法将AgNPs修饰到AAO腔体中；利用FDTD（finite difference time domain）仿真软件对结构的电磁场分布特性进行了研究；开展了系统的拉曼测试实验，实验结果表明：相较于传统SiO2-AgNPs衬底，AAO-AgNPs的拉曼光谱强度提高了4.7倍；以R6G（rhodamine 6G）为探针分子，AAO-AgNPs衬底的最大分析增强因子约为2.38×1010，检测极限可达10-16 mol/L；此外，实验验证了该复合结构的多分子检测功能。
表面光学 表面增强拉曼散射 银纳米颗粒 阳极氧化铝模板 复合结构 光学学报
2023, 43(23): 2324001
1 长春长光智欧科技有限公司，吉林 长春 130102
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
针对基因测序、半导体检测、工业显微镜及生命医疗等领域对显微物镜日益增长的技术需求，成像谱段向着宽谱段深紫外（DUV）方向发展，目前非浸液式显微物镜存在数值孔径（NA）低、视场小、宽谱段内色差严重等问题。基于此，提出一款折反射式物镜。所提折反射式物镜具有宽谱段、高数值孔径、消色差等优点，根据折反射式结构的消色差光学特性，镜片只采用一种材料就可以校正色差。系统由12片镜片组成，数值孔径为0.91，成像谱段为深紫外到可见光（275~600 nm），最大视场为0.3 mm，系统全视场全谱段波像差小于0.033λ，消除了二级光谱，成像质量满足使用要求。
高数值孔径 深紫外 折反射物镜 消色差 光学学报
2023, 43(19): 1922002
1 中国海洋大学信息科学与工程学部，山东 青岛 266100
2 青岛杰瑞工控技术有限公司，山东 青岛 266071
通过肉眼识别鱼类疫病依赖于诊断人员的经验，疫病数据存在类间差距较小与识别效率低等细粒度问题。由于Transformer缺乏卷积神经网络（CNN）的归纳偏差，需要大量的数据进行训练；CNN对全局特征提取不足，泛化性能较差等问题限制模型的分类精度。基于特征图对所有像素的全局交互建立算法模型，提出一种基于CNN与Vision Transformer相结合的鱼类疫病识别模型（CViT-FDRM）。首先，搭建鱼类疫病的数据库FishData01；其次，利用CNN提取鱼类图像细粒度特征，采用Transformer模型自注意力机制获取图像全局信息进行并行训练；然后，采用组归一化层将样本通道分组求均值与标准差；最后，采用404张鱼类疫病图像进行测试，CViT-FDRM达到97.02%的识别准确率。在细粒度图像开源数据库Oxford Flowers上的实验结果表明，CViT-FDRM的分类精度优于主流的细粒度图像分类算法，可达95.42%，提高4.84个百分点。CViT-FDRM在细粒度图像识别方面可达到较好的效果。
图像处理 卷积神经网络 Vision Transformer 细粒度 鱼类疫病识别 CViT-FDRM 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1610005
