针对无法实现先验的边缘检测场景，并解决边缘提取效率过低的问题，提出一种更高效的基于傅里叶单像素成像的亚像素级边缘检测方法。该方法结合快速傅里叶单像素成像，减少图像算法的相移步数，在原有四步相移的基础上分别实现了三步相移与两步相移边缘检测。该算法上的改进能够在同等采样数下扩大参与边缘提取的频谱宽度，从而提升边缘提取效率。数值仿真结果表明，与四步相移亚像素级边缘检测相比，无噪声条件下两步相移在 655~13100次左右的采样数区间内峰值信噪比增长幅度高出 2.27dB，噪声条件下低于 0.054噪声浮动比率时两步相移方法可以获得比四步相移更高的边缘提取质量。该方法可以一定程度上提升边缘提取效率，同时促进单像素成像领域与图像处理方向的技术交叉和应用化发展。
单像素成像 边缘检测 傅里叶变换 相移算法 亚像素平 single pixel imaging edge detection Fourier transform phase shift algorithm sub-pixel translation
1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 三亚学院信息与智能工程学院，海南 三亚 572022
针对当前连续变量量子密钥分发系统数据协调运算速度慢的问题，采用高性能FPGA板为加速设备，在OpenCL异构计算框架上实现了八维数据协调算法的并行加速运算。针对FPGA的特点，所提算法进行了如下优化：1）优化for循环表达方式，使OpenCL编译器能更好地理解设计意图，以生成有效的FPGA硬件结构，速度提高50%以上；2）内存优化，根据LDPC解码置信传播算法的特点，设计了一种哑铃式内核架构和核内、核间信息传播方式，速度提高了近1倍；3）使用聚合访问的数据读取模式减少并行工作项数量，速度提高了1倍多。仿真结果显示，在码长为2×105 bit的情况下，代码优化后的协调速率为优化前的2.17倍，采用OpenCL/FPGA异构平台并行加速的协调速率是单一CPU平台的4倍以上。
量子光学 量子密钥分发 多维数据协调 OpenCL FPGA LDPC码
图像隐藏技术在当今大数据时代扮演着重要角色, 尤其在版权保护和保密通信等领域中有着巨大的应用价值。提出了一种基于计算鬼成像的图像隐藏方法, 目标图像经过计算鬼成像系统加密, 随机散斑作为系统密钥, 将密文进行二值化后的结果采用最低有效位算法嵌入到宿主图像中, 利用相应的水印提取规则和二阶相关算法恢复目标图像。仿真结果表明, 该方法具有较好的隐蔽性, 嵌入水印图像的峰值信噪比可以达到50 dB, 授权用户可以用密钥获得目标图像, 同时, 所提方案有一定的容错能力, 对椒盐噪声和图像裁剪具有一定的鲁棒性。
计算鬼成像 图像隐藏 图像重建 最低有效位 computational ghost imaging image hiding image reconstruction least significant bit
1 滁州学院机械与电气工程学院,安徽 滁州 239000
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,安徽 合肥 230031
针对迈克耳孙干涉仪中的动镜倾斜问题,通过干涉理论分析了矩形和圆形通光孔径下干涉调制度的影响因素。仿真结果表明,干涉调制度与通光孔径 r、波数 υ?和倾斜角度 θ有关。为了确保干涉仪的性能,干涉调制度应不低于90%。当波长为λ时,矩形和圆形孔径的动镜倾斜角度 θmax应分别小于等于λ/（16r）、λ/（14r）。在动镜倾斜角度控制范围内,用Matlab仿真了单色光对正弦倾斜误差和随机倾斜误差的影响,结果表明,动镜倾斜角度应控制在1″左右,这对光谱仪的结构设计和研制具有一定的参考价值。
光学设计 迈克耳孙干涉仪 动镜倾斜 误差 调制度 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0122001
1 滁州学院机械与电气工程学院, 安徽 滁州 239000
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, 安徽 合肥 230031
分析了傅里叶变换红外光谱仪中动镜倾斜、机械振动等不良因素对光谱仪性能的影响。针对这些影响因素,在傅里叶变换红外光谱仪上采用定镜动态校准技术,并对光谱仪的关键性能指标参数进行了测试。实验结果表明,该仪器各项性能指标良好,该研究对光谱仪的设计和研制具有较好的借鉴意义。
迈克耳孙干涉仪 准直 校准 性能分析 激光与光电子学进展
2020, 57(13): 132201
1 光电材料科学与技术安徽省重点实验室，安徽 芜湖 241000
2 安徽师范大学物理与电子信息学院，安徽 芜湖 241000
3 滁州学院电子与电气学院，安徽 滁州 239000
如何在低阈值小尺度(毫瓦或皮焦量级、微米以下)情况下激发非线性光学效应是近年来光学领域研究的重要课题。该研究最直接的应用需求就是光子集成芯片，这是未来实现超高速、大容量信息网络体系的基础。光子晶体具有类似于半导体能带的光子禁带(PBG)，被誉为“光子半导体”，为人们提供了一种新颖而又实用的操纵光子的物理手段，使低阈值、可集成非线性效应产生成为可能。越来越多的非线性效应在光子晶体中已经被发现，例如光子晶体慢光、带隙孤子、电磁感应透明、二次谐波产生、光学双稳态等，本文将着重对可用于光子集成器件开发的光子晶体非线性效应研究领域的一些主要成果和进展进行总结，介绍其相关应用并对光子晶体非线性效应研究作出展望。
光子晶体 非线性光学效应 低阈值集成光学非线性 光子集成器件 photonic crystals nonlinear optical effect nonlinear integrated optics with low thresholds photonic integrated devices
国防科技大学 机电工程与自动化学院, 湖南 长沙 410073
为了有效利用全天域的偏振光信息, 探究仿生偏振光导航机理, 设计了偏振视觉传感器。介绍了基于四相机的偏振视觉传感器及其标定方法, 推导了冗余配置下偏振态的最小二乘估计算法。分析了基于一阶瑞利散射模型的天空光偏振模式, 将太阳方向矢量的最优估计问题转化为求解矩阵的特征向量问题, 推导出了基于天空光偏振模式的定位定向算法。最后, 设计了静态实验与转动实验, 对理论分析结果进行了验证。实验结果显示: 测量的天空光偏振模式与瑞利散射模型相一致, 并可从中成功提取太阳方向矢量。静态实验测量的太阳天顶角的最大误差约为0.4°, 误差标准差为0.14°; 基于1 h对天空偏振光的观测数据实现的定位误差为68.6 km。转动实验(转动两周)得到的最大定向误差约为0.5°, 误差标准差为0.28°。研究结果揭示了生物利用偏振光导航的机理, 为仿生偏振光导航的应用提供了理论依据。
偏振视觉传感器 仿生偏振导航 天空偏振模式 定位定向 polarization vision sensor bionic polarization navigation skylight polarization pattern positioning and orientation
国防科技大学 机电工程与自动化学院,湖南 长沙 410073
滁州学院 机械与电子工程学院,安徽 滁州239000
针对基于菲涅耳域的双随机相位加密系统不能抵抗选择明文攻击的弱点,提出了一种基于振幅调制的菲涅耳域的图像加密方法。该方法通过在系统第二块随机相位板后面添加一个振幅调制密钥来实现加密,同时分析了该密钥的安全性,密钥参数对加密效果的影响。实验表明振幅调制密钥的密钥空间非常大,且正常解密时密钥吻合度要求非常高,攻击者很难获取原始图像的信息;另一方面引入振幅调制密钥后扰乱了系统固有的线性性质,添加非线性环节,从而提高了系统的抗选择明文攻击能力。研究可知:引入振幅调制技术后系统的安全性和抗攻击能力大大提高,加密效果良好。
信息安全 图像加密 双随机相位 菲涅耳变换 information security image encryption double random phase Fresnel transform
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
以《大气污染物综合排放标准》(GB 16297－1996)中有机物的实时在线测量为目的，对自行研制的质子转移反应质谱(proton transfer react；ion mass spectrometry，PTR－MS)装置的参数进行了优化和测量。利用高纯N2稀释的单一有机物PTR－MS测量结果表明，在E／N=144 Td条件下，质子化的有机物离子为主要的产物离子峰，没有明显的碎片离子存在。测试了进样系统中催化转化装置的性能，给出了11种挥发性有机物的探测灵敏度和检测下限，讨论了PTR－MS的测量精度。测试结果表明，自行研制的PTR－MS能够实时在线监测《大气污染物综合排放标准》中规定的有机污染物。
化学电离 质子转移反应质谱 挥发性有机物 在线监测 大气污染物综合排放标准 chemical ionization proton transfer reaction mass spectrometry volatile organic compounds on-line monitoring integrated emission standard of air pollutants 大气与环境光学学报
2008, 3(5): 0363
