1 中国科学技术大学 天文与空间学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院 紫金山天文台，江苏 南京 210009
3 香港中文大学 物理系，中国香港 999077
零差混频系统（Homodyne mixing system）对太赫兹超导动态电感探测器（Kinetic inductance detectors，KIDs）性能表征具有重要的作用。然而，零差混频系统仍存在混频器不平衡性、测量系统集成、干扰信号等问题。作者设计新型的单通道零差混频硬件系统，结合软件算法实现了测量系统的集成化、IQ混频器不平衡性校准、KID的性能表征；同时实现了在VNA（vector network analyzer）CW模式下的KIDs噪声测量；以及基于自相关算法的双通道零差混频硬件电路设计，有效的抑制了干扰信号。值得注意的是，这些研究成果被应用于表征KIDs 性能，对KIDs阵列设计起到了重要的作用。
KIDs 零差混频系统 太赫兹 自相关算法 KIDs homodyne mixing system terahertz autocorrelation
中国科学院上海技术物理研究所 智能红外感知重点实验室，上海 200083
大气介质是红外光学的重要传播媒介，也是影响红外动态信号检测与追踪的复杂背景。与固、液态介质相对稳定的性质相比，大气介质具有动态复杂性与长期不可预测性，阻碍了将其他领域成功的波动技术（如弹性波成像与反演、量子场波函数等）引入大气电磁波场，故传统经典物理学理论无法精确刻画此类复杂系统问题。但自然界此类场中产生的无序性与随机性通常可用分形的概念来阐述。利用风云4A气象卫星记录的红外云图，以水汽-二氧化碳波段的红外辐射波场为例，选取云图上任一无规时间序列，计算分形维度为分数与最大Lyapunov指数为正，初步判断大气介质红外辐射场具有混沌特征，也证明红外辐射场的动力学行为是有限自由度控制的动态非线性不规则行为。根据排列熵参数取值范围（0.87，0.92）趋于1判定，风云4A涵盖0.45~13.8 波段的全红外数据显示强混沌性，且混沌强度分布具有空间不均匀性。本项工作既为利用混沌特性来研究动目标及背景杂波动态演化机理、捕捉时敏微扰信号以及对水陆空红外辐射场进行中长期非线性预测等提供了理论前提；也为建立大气红外辐射场的非保守耗散方程，刻画传输介质特性以及研究宏观与微观传播机理等基本问题奠定了实验基础。
混沌 Lyapunov指数 分形维度 相关维度 排列熵 chaos Lyapunov exponents fractal dimension correlation dimension permutation entropy
1 河南理工大学测绘与国土信息工程学院，焦作 454000
2 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
3 江苏省环境监测中心，南京 210019
利用卫星遥感反演水体中的悬浮物浓度对水质监测和保护具有重要意义，在悬浮物浓度反演过程中，如何避免或最大程度降低水体中叶绿素a、有色可溶性有机物（Colored Dissolved Organic Matter，CDOM）的干扰是当前的技术难点。文章针对可持续发展科学卫星1号（SDGSAT-1）MII传感器，利用Hydrolight辐射传输模型，从理论上挖掘只与悬浮物强相关的反演因子，以此构建适用于MII影像的太湖悬浮物浓度反演模型，通过水体的实测数据和遥感数据对模型应用效果进行验证。结果表明：反演因子$ R'{\text{(}}{B_{\text{5}}}{\text{/}}{B_{\text{3}}}{\text{)}} $与悬浮物浓度为强相关，同时与叶绿素a、CDOM浓度弱相关；利用$ R'{\text{(}}{B_{\text{5}}}{\text{/}}{B_{\text{3}}}{\text{)}} $作为反演因子构建的幂函数模型为最优反演模型；将幂函数模型分别应用于实测数据和2022年5月4日的太湖SDGSAT-1 MII数据，两次验证试验显示反演结果和现场测量结果具有较强一致性，模型适用性较好。该研究可为SDGSAT-1卫星在湖泊水体悬浮物浓度监测、水资源评估与保护等提供一些技术参考。
悬浮物浓度反演 可持续发展科学卫星1号 相关性 水体辐射传输模拟 遥感应用 suspended matter concentration retrieval SDGSAT-1 correlation water body radiative transfer simulation remote sensing applications
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，安徽 合肥 230009
针对传统位姿测量的不足，提出了一种基于三维数字图像相关（3D-DIC）法的空间刚体位姿估计方法，该方法利用双目相机拍摄待测物运动前后的图像序列，通过3D-DIC方法进行匹配计算，获得待测物运动前后的全场坐标信息，选择计算点坐标后对其进行奇异值分解，求得位姿参数。针对3D-DIC在测量大旋转时误差较大的情况，提出了一种增加中间图像的匹配计算方法。通过平移自由度和旋转自由度的实验验证，本文方法可实现空间刚体多个位姿参数的测量，三个平移自由度的测量误差均小于0.07 mm，测量角度小于10°时，偏航角和滚转角的测量误差均小于0.2°。
测量 数字图像相关法 位姿估计 六自由度
1 安徽大学电气工程与自动化学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用，针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性，本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法，并应用在三维重建中。即：分析像素点到三维点的实际映射关系，基于公垂线中点法进行目标点三维重构，确定棋盘格标定板角点的三维坐标；分析角点在镜面的虚实对应关系，标定镜面位置方程，得到反射变换矩阵；通过反射变换矩阵完成物面的虚实转换，最终实现三维全场测量。为验证该方法的可行性和可靠性，分别进行了静态实验和动态实验。结果表明：在游戏币静态实验中，其正反轮廓的三维重建效果良好；在五棱铝柱热变形动态实验中，铝柱外侧表面高度变化均值与Ansys软件的仿真结果基本一致，且优于在镜面上喷涂散斑的重建方法，具有较高的精度。
测量 双相机 数字图像相关 全场测量 热变形
重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
【目的】针对自由空间光（FSO）链路和射频（RF）链路的保密信息容易被外部窃听者窃听的问题，为提升混合RF/FSO通信系统的保密性能，同时考虑到实际工程中FSO链路往往无法满足视距条件且不同天线分支之间会由于收发模块小型化产生相关性，需要对可重构智能表面（RIS）辅助的混合RF/FSO系统的安全性能进行研究，以得到系统安全性能与RIS部署位置和天线相关性程度等参数的关系。
【方法】文章考虑单个窃听者，分别针对RF和FSO链路进行窃听，RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布，FSO链路服从Gamma-Gamma分布。采用解码转发协议，推导得到了两种窃听场景下通信系统的安全中断概率（SOP）和严格正安全容量概率（SPSC）的闭合表达式，并对SOP进行了渐近分析。此外还利用Matlab软件进行了仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。
【结果】仿真结果表明，将RIS部署在靠近接收端的位置可以降低系统的SOP，RF主信道的信道质量与窃听信道相比较好时，天线相关性程度的增加会使系统的SOP上升。
【结论】RIS辅助的FSO链路相比RF链路具有更好的安全性，虽然多天线分集技术能够有效提高系统的安全性能，但是类似指向误差和大气湍流引起的衰落，天线相关性也会对系统的安全性能造成损害，通过降低天线相关性程度能有效提升系统的安全性。
光通信 混合射频/自由空间光通信系统 可重构智能表面 天线相关性 物理层安全 optical communications mixed RF/FSO communication system RIS antenna correlation physical layer security 光通信研究
2024, 50(2): 22005601
1 鲁东大学信息与电气工程学院，山东 烟台 264025
2 烟台理工学院信息工程学院，山东 烟台 264003
3 山东大学软件学院，山东 济南 250014
图像分割是计算机视觉领域的重要研究方向。模糊聚类方法由于其无监督的特性，在图像分割中得到了广泛的应用。然而，传统的模糊聚类方法在处理含高强度噪声和复杂形状的图像时，往往分割效果不理想。为了解决这一问题，提出了一种基于显著性检测的权重因子，用于构建加权滤波器和像素相关性模型，从而提高算法的抗噪能力。所提加权滤波器在结构相似性上比传统滤波器的最优结果高出0.1。此外，引入核度量以适应复杂图像的分割需求。在合成图像、自然图像、遥感图像和医学图像上进行了大量实验，结果表明，所提算法在视觉效果上优于传统方法，并且在分割精度上比传统方法的最优结果高出2%。
图像分割 模糊聚类 加权滤波 核度量 像素相关性 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0837005
1 弱光非线性光子学教育部重点实验室，南开大学物理科学学院，泰达应用物理研究院，天津 300071
2 药物化学生物学全国重点实验室，南开大学生命科学学院，细胞应答交叉科学中心，天津 300071
3 南开大学深圳研究院，广东 深圳 518083
4 极端光学协同创新中心，山西大学，山西 太原 030006
随机光学重建显微术（STORM）基于免疫荧光标记技术，具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点，一直受到科研工作者的青睐，但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记，“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用中普适性更强。二抗相对一抗存在物种特异性的问题，生产时需要对其进行预吸附来提升物种特异性。为了探究二抗物种特异性对双色STORM成像的影响，基于经典的红细胞骨架模型中血影蛋白N端和C端的互斥位置关系，对二者使用高、低吸附二抗标记后分别进行双色STORM成像，对照模拟中有无信号串扰条件下的互相关分析结果，结果表明低吸附二抗会造成二者共定位的假象。进一步，分别通过高、低吸附二抗对MDA-MB-231乳腺癌细胞CD47和PD-L1两种膜蛋白进行双色STORM成像，结果揭示两种蛋白无共定位关系。本研究为二抗物种特异性的评估提供了一种基于红细胞骨架结构模型的超分辨成像新策略，助力双色STORM成像精准阐明蛋白分子互作关系。
超分辨成像 随机光学重建显微术 免疫荧光 红细胞膜骨架 互相关分析 激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618008
1 北京邮电大学电子工程学院，信息光子学与光通信国家重点实验室，天地互联与融合北京市重点实验室，北京 100876
2 北京安科慧生科技有限公司，北京 101102
针对模分复用系统中由于模式耦合引入的信道串扰（XT）的问题，提出一种基于信号相关峰提取的XT相关比测量方法，并将XT相关系数应用于多进多出恒模盲均衡算法（CPR-MIMO-CMA）中以提升信道均衡效果。搭建了少模光纤传输的实验平台，利用CPR-MIMO-CMA对接收端数据进行处理，研究结果表明，在满足前向纠错（FEC）为3.8×10-3的门限下，所提出的CPR-MIMO-CMA在LP01、LP11、LP21三模信道中比传统CMA分别具有1.3 dB、0.9 dB、1.0 dB的性能增益，并且3个模式下的平均收敛时间减少约50%。
光通信 模分复用 模间串扰 信号相关峰 模式均衡
