期刊基本信息
创刊:
1964年 • 半月刊
名称:
激光与光电子学进展
英文:
Laser & Optoelectronics Progress
主管单位:
中国科学院
主办单位:
中科院上海光机所
出版单位:
中国激光杂志社
主编:
范滇元
执行主编:
邱建荣
副主编:
戴琼海 张龙 张雨东 曹良才
ISSN:
1006-4125
刊号:
CN 31-1690/TN
电话:
021-69918427
邮箱:
地址:
上海市嘉定区清河路390号
邮编:
201800
定价:
120元/期

当前目录 第61卷 第4期

作者单位
摘要
南京林业大学机械电子工程学院,江苏 南京 210037
近红外光谱及成像检测凭借其高效、无损、非接触等优点近年来被广泛应用于农林产品、食品检测等方面。该技术可快速获取样品光谱和图像信息,进而结合化学计量学、机器学习建模等对样品进行品质安全、掺杂掺假、理化指标和产地溯源等方面检测,深受各行各业的认可。但光学仪器使用环境以及被测样品性质具有局限性,光学检测结果易受到各种因素干扰,从而影响检测精度,应当予以消除或削弱。简述了近红外光谱和高光谱成像的检测基本原理,并对国内外近红外光谱及成像技术在检测时受到的影响因素进行总结与归纳,结合国内外研究学者在相关方面的研究内容,重点在温度、光照、水分、曲率变化和湿度等5个方面及相关校正方法的应用进行阐述,对当前存在的部分问题提出总结与建议,以期为相关方向的研究人员提供参考及借鉴。
近红外光谱 高光谱成像 无损检测 化学计量学 影响因素 校正方法 near infrared spectroscopy hyperspectral imaging nondestructive detection chemometrics influencing factor correction method 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0400003
俞文凯 1,2,*曹冲 1,2杨颖 1,2王硕飞 1,2
作者单位
摘要
1 北京理工大学物理学院,北京 100081
2 北京理工大学先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室,北京 100081
单像素成像使用一系列空间光调制掩模对目标场景进行单像素亚采样,再根据掩模与测量值之间的关联重构出物体图像。这种间接获取图像的方式之所以能保证重建质量,除了有重构算法的功劳,更关键的是测量掩模的构造。随着压缩感知理论的引入,随机掩模进入人们视野,但它让测量变得盲目,缺乏针对性,而且这种掩模不便于存储和计算,极大限制了空间像素分辨率。哈达玛基掩模因其结构化特征使快速计算成为可能,且方便存储和提取,近年来得到广泛关注,已发展出诸多哈达玛基掩模优化排序方法,这些方法已被证明能大幅降低采样率。本综述系统地梳理了这类方法的设计框架和前沿进展,展望了确定性掩模构造的未来发展趋势,可为后续的研究工作提供有益的借鉴和指导。
计算成像 图像检测系统 成像理论 computational imaging image detection system image formation theory 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0400006
作者单位
摘要
天津大学微电子学院,天津 300072
宽色域技术是目前画质增强方向的研究热点之一,该技术可以大大提高视频图像的色彩还原能力,改善人眼的视觉感受。扩展色域的方法主要分为3个方向,传输“负”值色光、高饱和三原色以及多原色。首先简述了宽色域技术的研究意义,然后主要对现有标准色域和主流宽色域标准进行了介绍,并且详细阐述了多原色宽色域的成像与显示技术,最后讨论了该领域待解决的问题以及未来发展趋势。
宽色域 多原色 颜色空间 成像与显示 wide color gamut multi-primary colors color space imaging and display 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0400007
作者单位
摘要
上海工程技术大学电子电气工程学院,上海 201620
卷积神经网络已在图像超分辨率领域得到广泛应用,Transformer近年来在该类图像处理任务中的扩展更是具有里程碑的意义,然而这些大型网络具有过多的参数量和计算量,其在部署和应用上存在很大局限性。考虑到上述发展现状,提出一种基于交错组卷积与稀疏全局注意力的轻量级图像超分辨率重建网络,该网络引入了以交错组卷积为主的特征提取模块,对Transformer的多头自注意力机制进行优化,设计了一种稀疏全局注意力机制以增强特征学习能力,并提出了一种多尺度特征重构模块来提高重建效果。实验结果表明:相比其他几种基于深度神经网络的方法,所提方法的PSNR、SSIM、参数量、计算量等性能指标都表现较好。而与基于Transfomer的方法相比,所提方法在PSNR、SSIM指标上平均提高0.03、0.0002,在参数量、计算量、运行时间上平均降低2.66×106、130×109、930 ms。
图像超分辨率 交错组卷积 注意力机制 轻量化网络 Transformer 多尺度特征重建 image super-resolution shuffle group convolution attention mechanism lightweight network Transformer multiscale feature reconstruction 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411003
作者单位
摘要
天津大学精密仪器与光电子工程学院精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
单目视觉中的参考点共面问题是计算机视觉领域内一个基础而重要的问题。建立了针对共面参考点的PnP(Perspective-n-Point)问题模型,并提出了一种稳健的解决方法,具体包括直接法和迭代法两个部分。在直接法环节,针对位姿恢复过程中存在的尺度不统一问题,利用奇异值分解方法对旋转矩阵的恢复进行改进,获得相机位姿估计结果,并将此结果用作迭代法的初始值。在迭代法环节,介绍了以物方空间共线性误差为目标函数的正交迭代算法,为提升该算法的稳健性,研究了加权正交迭代算法,确立了重投影误差中外点的判定阈值并以此为依据引入了权重信息。实验结果表明,在参考点数量较少或少量异常值存在的条件下,所提方法具有良好的计算精度及稳健性,有较高实用价值。
单目视觉 共面参考点 位姿估计 共线性误差 monocular vision coplanar reference points pose estimation collinearity error 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411004
作者单位
摘要
1 上海工程技术大学机械与汽车工程学院,上海 201620
2 上海卫星工程研究所,上海 200240
3 上海司南卫星导航技术股份有限公司,上海 201801
针对影像实时动态测量设备中相机和惯性测量单元(IMU)相对位置发生变化时,需要重新进行外参标定的问题,提出了一种Camera-IMU外参在线标定方法,能够在机械构型未知的情况下自动估计初始值和外参数。首先,使用全球卫星导航时间对齐IMU和相机的时间戳,通过奇异值分解求解旋转量的超定线性方程,改变阈值判定条件和加权方式,减少方程中的退化运动,并剔除外点,提高系统鲁棒性与外参精度,从而获得恒定的Camera-IMU旋转外参。然后基于获得的Camera-IMU旋转外参,固定滑动窗口,利用高斯牛顿法估计Camera-IMU的外参平移量。与原有在线标定方法相比,旋转外参标定方法的精度提高15%,平移外参的精度提高35%,实验结果表明所提方法是有效的。
相机和惯性测量单元 外参标定 初始化 惯性测量单元预积分 camera and inertial measurement unit external parameter calibration initialization inertial measurement unit pre-integration 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411005
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 西安应用光学研究所,陕西 西安 710065
针对空间相机轻量化、小型化要求,采用一体式环形孔径透镜。由于基底单一和结构紧凑,系统存在色差和球差,引入衍射光学元件和偶次非球面校正像差,而单层衍射光学元件在宽波段存在衍射效率下降等问题,设计了一种端到端式光学-数字联合成像系统,对影响衍射效率主要级次的点扩散函数进行一致性优化,构建出空间不变的点扩散函数模型,为后续图像复原建立复原函数模型,实现退化图像的复原。最终光学-数字联合成像系统工作波段确定为0.45~1 μm,焦距为185 mm,视场为5°,F数为4,遮拦比为0.35,系统总长为67.8 mm。
光学设计 环形孔径 单层衍射光学元件 端到端设计 图像复原 optical design annular aperture single-layer diffractive optical element end-to-end design image restoration 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411006
作者单位
摘要
1 南通大学机械工程学院,江苏 南通 226019
2 南通国尚精密机械有限公司,江苏 南通 226017
针对铝型材表面缺陷种类多、尺度差异大、小目标容易漏检等问题,提出了KCC-YOLOv5——一种基于YOLOv5s改进的铝型材表面小缺陷检测模型。首先利用IoU(intersection over union)-K-means++算法代替K-means算法聚类锚框,获得最贴合铝型材表面缺陷的锚框,提高小目标锚框的质量;其次,提出全局注意力模块C3C2F,并引入主干层,在减少参数量的同时增强小目标的语义信息和全局感知能力;最后将颈部最近邻插值上采样方式换为轻量级上采样算子CARAFE(content-aware reassembly of features),充分保留上采样特征图的小目标信息。实验结果表明,改进模型KCC-YOLOv5的均值平均精度为94.6%,相比于YOLOv5s提高了2.8个百分点,小目标漆泡和脏点的平均精度分别提高了5.2和12.4个百分点。KCC-YOLOv5模型在保持大目标检测精度小幅度提升的同时显著提升了小目标的检测精度。
机器视觉 铝型材 表面缺陷 KCC-YOLOv5 小目标检测 machine vision aluminum profile surface defects KCC-YOLOv5 small targets detection 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0412002
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院,北京 100190
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049
飞机掩体是关键的飞机防护工事,利用遥感影像实现飞机掩体的快速准确检测有重要意义。为探究遥感影像飞机掩体检测方法,收集了60个包含飞机掩体的机场信息及Google Earth影像,构建了一个飞机掩体高分辨率遥感影像数据集。对比Faster R-CNN、SSD、RetinaNet、YOLOv3和YOLOX等5个深度学习目标检测模型的综合性能,结果表明,在飞机掩体影像数据集上YOLOX模型表现更佳,平均精度可达97.7%,但水平框的检测结果无法获得飞机掩体的精确边界和朝向。为此,对YOLOX模型进行改进,提出针对不同朝向下的飞机掩体检测新方法R-YOLOX,实现对飞机掩体的旋转检测,旋转预测框更加贴合目标轮廓,采用KL 散度损失改进后的模型精度显著提升,准确率提升了7.24个百分点,对飞机掩体具有更好的检测效果。从水平框和旋转框这2个角度都能实现飞机掩体的准确检测,为高分辨率遥感影像中飞机掩体的准确识别提供了新思路。
遥感 目标检测 深度学习 遥感影像 旋转框 remote sensing target detection deep learning remote sensing image rotating frame 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428009
陈凯翔 1,2,4刘冉 1,2,4,*赵宾 3肖宇峰 1,2,4[ ... ]邓天睿 1,2,4
作者单位
摘要
1 西南科技大学信息工程学院,四川 绵阳 621000
2 中国船舶航海保障技术实验室,天津 300131
3 天津航海仪器研究所,天津 300131
4 特殊环境机器人技术四川省重点实验室,四川 绵阳 621000
轮式里程计在复杂不平的地形和光滑的地面上性能较差,传统的激光扫描匹配方法并不总是正确地建立点云之间的对应关系,容易出现点与点之间的异常关联,导致定位精度较差。针对这一问题,提出一种基于方向端点的激光扫描匹配方法。首先,从环境中提取直线端点作为特征点,通过端点间的特征匹配得到相邻时刻移动机器人的相对位姿关系。基于端点的匹配方法在特征点较少时有可能会产生误匹配,为进一步提高匹配精度,利用端点的方向剔除误匹配的特征点。在此基础之上,利用迭代最近邻法进一步优化方向端点的匹配结果,得到更加精准的移动机器人位姿。实验结果表明,所提方法在7 m×7 m的室内光滑地面环境中,能够达到0.12 m的平均定位误差以及1.18°的平均角度误差,与传统的激光扫描匹配方法相比精度更高。
移动机器人定位 激光扫描匹配 特征匹配 激光里程计 mobile robot localization laser scanning matching feature matching laser odometry 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428010
作者单位
摘要
航天东方红卫星有限公司,北京 100094
光学遥感图像广泛应用于天气预报、环境监测和海洋监管等领域。光学传感器拍摄的图像受大气条件和气候因素影响较大,云雾遮挡可导致图像内容丢失、对比度下降和颜色失真等一系列问题。基于此,提出一种基于融合和细化机制的光学遥感图像去云雾算法,实现高质量的单张遥感图像云雾去除。云雾去除网络基于融合和细化机制实现含云雾图与无云雾图的转换。其中,采用融合机制的多尺度云雾特征融合金字塔在不同尺度空间上提取云雾特征并进行融合,采用细化机制的多尺度云雾边缘特征细化单元对云雾的边缘特征进行细化加工,进而重构出清晰的无云图像。采用对抗学习策略,判别网络对特征进行自适应校正并将云雾特征分离出来,从而得到更准确的判别结果,有利于网络生成逼真的云雾去除结果。在开源数据集上选取5种算法进行对比实验,实验结果表明,所提算法云雾去除效果较优,没有产生颜色失真和伪影等现象。在薄云测试集上,所提算法的结构相似性(SSIM)和峰值信噪比(PSNR)分别超过第二名约11.9%和15.0%,在厚云测试集上,所提算法的SSIM和PSNR分别超过第二名约9.3%和9.9%。
光学遥感 云雾去除 图像融合 图像细化 对抗学习 optical remote sensing cloud removal image fusion image refinement adversarial learning 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0428012

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