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2020年  第49卷  第S1期

激光器与激光光学
美国地基反卫星激光武器发展分析
陈军燕, 廖龙文, 曾鹏
2020, 49(S1): 20190352. doi: 10.3788/IRLA20190352
[摘要](489) [PDF 948KB](107)
为争夺太空控制权,先进国家开展了广泛的反卫星激光武器的研制,并初步具备反卫星能力。尤其以地基激光反卫武器为主的定向能武器,可对在轨卫星等目标进行软、硬破坏,其技术发展最为成熟,已成为未来外空攻防作战武器系统的重要发展方向,受到世界各国的高度重视。从地基反卫星角度出发,重点对公开披露的美国地基反卫星激光系统进行了介绍和分析,介绍了地基反卫星激光系统的基本概念、操作概念、关键组成、试验模式和打击模式,对该系统涉及的关键性能参数进行了分析,为研究美国可能的地基反卫星激光武器装备和卫星目标防激光打击提供参考。
双波长蓝光LD抽运Pr:YLF晶体倍频261 nm紫外激光器
陈晴, 浦双双, 牛娜, 周阳, 郑权
2020, 49(S1): 20200090. doi: 10.3788/IRLA20200090
[摘要](391) [PDF 1166KB](51)
利用不同波长的蓝光激光二极管,采用不同方式抽运掺镨氟化钇锂(Pr:YLF)晶体,利用I类相位匹配的偏硼酸钡(BBO)为倍频晶体,腔内倍频产生中心波长为261.37 nm连续紫外激光器。采用V型折叠腔结构,利用两支不同波长的蓝光激光二极管(444 nm和469 nm)单独泵浦晶体,经过优化,将两支蓝光激光二极管合光后作为抽运源,增大泵浦功率的同时,保留了Pr:YLF晶体对其高的偏振吸收效率。Pr:YLF晶体的长度为5 mm,掺杂浓度为0.5%,在抽运光功率为2 800 mW时获得了最大输出功率245 mW的连续紫外261.37 nm激光器,光光转换效率约为8.75%。
光学端面泵浦碱金属铷蒸汽激光器获得693 W峰值功率输出
刘旭超, 成洪玲, 王志敏, 彭钦军, 许祖彦
2020, 49(S1): 20200114. doi: 10.3788/IRLA20200114
[摘要](319) [PDF 1164KB](32)
通过一种脉冲钛蓝宝石激光器抽运铷蒸汽激光器,研究了抽运铷蒸汽激光器的动力学特性。铷蒸汽泡在室温下充满70 kPa甲烷和6 atm氦气。激光器的平均输出功率为208 mW,从吸收的779.8 nm泵浦光到795 nm激光的转换效率为19%。该激光器的峰值功率为693 W,重复率为3 kHz,脉冲宽度(FWHM)100 ns。实验表明,在高泵浦光强DPALs中,Rb-He-CH4混合物的再吸收将是一个重要的限制。可以推导出在418 K时(缓冲气体:70 kPa甲烷和6 atm氦气,室温),泵浦源LDs的线宽为0.9 nm时,Rb-He-CH4系统的泵浦强度阈值大于200.6 kW/cm2
一发两收卫星激光测距系统中目标距离测量试验
李春晓, 李祝莲, 汤儒峰, 李荣旺, 李语强
2020, 49(S1): 20200145. doi: 10.3788/IRLA20200145
[摘要](153) [PDF 2263KB](22)
一发两收激光测距技术可提高卫星激光测距系统的探测能力,因此,一发两收测距模式在空间碎片激光测距中得到了很好的应用。实测获得的合距离可用于解算目标位置等参数,然而解算过程中存在精密定轨法方程复杂的困难,而将合距离归算到目标到各站点的距离能够简化法方程。结合中国科学院云南天文台1.2 m望远镜10 Hz共光路激光测距接收系统和53 cm双筒望远镜千赫兹常规卫星激光测距系统,建立了一个一发两收高精度激光测距试验平台,并对过境的多圈卫星开展了激光测距试验,直接测量获得了目标的合距离以及目标至各站点的距离。试验结果表明:卫星到1.2 m望远镜的距离与到53 cm双筒望远镜的距离之差符合预期,距离测量精度达到厘米量级,获得的卫星测量数据可用于异地收发空间碎片激光测距系统的距离归算方法研究。
PT对称介质中Airy光束的演化特性研究
文兵, 邓杨保, 张赛文, 韦家谋, 邓曙光, 张光富
2020, 49(S1): 20200165. doi: 10.3788/IRLA20200165
[摘要](175) [PDF 2493KB](21)
利用分步傅里叶方法,研究了PT对称介质中Airy光束的演化特性,并从截断系数、调制深度、调制宽度三个参数,研究了其对Airy光束所脱落出的孤子的传输特性的影响。研究结果发现:Airy光束在PT对称介质中传输时,在主峰位置处脱落出一个周期性变化的孤子并且孤子波形会产生一个横向位置的偏移;另外发现,截断系数a越小、调制深度P和调制因子w越大,Airy光束脱落出的孤子的峰均比越大,产生的光束干扰和光束畸变越大,阻碍光纤通信;调制深度P越小、调制因子w越大,Airy光束脱落出的孤子的峰值和峰均比出现了明显的跳跃,传输的稳定性减小,但是脱落出的孤子依然能够稳定地长距离传输。
大电流、高稳定脉冲激光器驱动电路设计与数学分析
冉建, 曹飞, 姜俊, 张兴
2020, 49(S1): 20200184. doi: 10.3788/IRLA20200184
[摘要](300) [PDF 1941KB](19)
激光器技术是激光测距系统中的关键技术。高性能测距应用中对激光器的要求主要包括峰值功率高,稳定性好。为了实现远距离激光测距,设计了一种大电流、高稳定脉冲激光器驱动电路。建立了该电路的数学模型,使用Matlab仿真软件,分析了各关键参数对脉冲恒流源的影响。仿真结果显示了开环运放的压摆率,后级电路时间常数以及电路噪声对输出电流平均值,上升时间,稳定度的影响。最后测试结果表明,该电路模块能产生20 A的脉冲电流,稳定度约99%,能够驱动脉冲激光器正常工作,达到测距系统要求。
脉冲激光辐照太阳能电池响应及光电转化影响
陈一夫, 常浩, 周伟静, 于程浩
2020, 49(S1): 20200262. doi: 10.3788/IRLA20200262
[摘要](290) [PDF 1987KB](19)
基于建立的单结GaAs太阳能电池激光辐照热传导模型和光电转换物理模型,对单结GaAs太阳能电池的脉冲激光辐照温度及光电转化影响进行了仿真模拟研究,分别研究了532 nm和808 nm两种不同波长的脉冲激光在不同辐照能量及入射角度下,太阳能电池温度、伏安特性、光电转换效率等性能变化,仿真结果表明,入射激光与太阳能电池法向之间夹角越小,太阳能电池输出电功率越大,在相同的激光辐照强度下,532 nm和808 nm波长激光对GaAs电池辐照导致的温度影响差别不大,808 nm波长激光比532 nm波长激光对于GaAs材料来说具有更大的吸收系数,太阳能电池能够吸收更多的能量,从而具有更高的响应,808 nm波长激光辐照单结GaAs电池能够输出更大的电功率以及带来更大的光电转换效率。
光学器件
用于新型精神活性物质检测的手持拉曼光谱仪
李彬, 王守山, 张旻南, 贾群, 王青
2020, 49(S1): 20200101. doi: 10.3788/IRLA20200101
[摘要](274) [PDF 1187KB](20)
新精神活性物质滥用严重危害社会稳定和个人身心健康,因其兼具伪装性、迷惑性和时尚性的特点,给执法带来巨大的难度。为此,基于大数值孔径镜头(F/#=2.0)和透射式体相位光栅,研制了便携式手持拉曼光谱仪,对公安部新增的32种非药用类麻醉品和精神药品管制品进行了系统的拉曼测试,并建立了相应的数据库。该项研究工作的开展,将为缉毒执法提供有力的参考和依据。
狭缝型全介质共振单元频率选择超表面
孙海竹, 张建心, 樊心民, 孙永志, 李森森
2020, 49(S1): 20200108. doi: 10.3788/IRLA20200108
[摘要](166) [PDF 2117KB](32)
为了使频率选择超表面获得新的共振模式,在全介质共振单元内部引入了狭缝,利用狭缝对电磁场的局域特性设计了基于该种共振单元的频率选择超表面。模拟其传输特性后发现,当狭缝的长边和入射电场方向相同时,可以在低频处出现一个阻带,电磁场主要分布在共振单元之间。当狭缝的长边和入射电场方向垂直时,可以在高频处出现一个阻带和一个通带,同时随着共振频率的增大,电磁场的局域特性更加明显,被更好地限制在狭缝内部。通过调整狭缝的宽度、数量和间距可以在比较大的频率范围内调整超表面的工作频段。同时,也可以通过旋转改变狭缝和入射电场的相对位置,实现该频率选择超表面的可重构。这些理论结果为以狭缝为基础设计更复杂结构的共振单元提供了重要的理论指导。
光学元件表面疵病影响杜瓦光学特性的仿真分析
张璐, 张磊, 林国画
2020, 49(S1): 20200113. doi: 10.3788/IRLA20200113
[摘要](217) [PDF 1082KB](34)
红外探测器光学元件表面疵病、污染可能会降低系统的探测性能。杜瓦中窗片、滤光片表面存在不同程度的麻点、划痕,采用光学仿真软件LightTools计算分析光学元件表面不同疵病等级情况下的光学参数,引入杂散辐射系数和信杂比的概念对杜瓦光学特性进行评估,合理判断光学元件的表面疵病容限。同时仿真分析滤光片位置造成的表面疵病对杜瓦光学特性的影响。结果表明:随着窗片、滤光片表面疵病等级增加,接收像面非均匀性增加、信号强度减弱,且在相同疵病等级情况下,滤光片与芯片距离越近,疵病对杜瓦光学特性影响越大,因此在杜瓦设计时必须严格控制光学元件表面疵病容限,并合理设置滤光片封装位置。
基于亚波长超窄带滤波器设计
杨双月, 谷一英, 胡晶晶, 李晓洲, 赵明山, 韩秀友, 武震林
2020, 49(S1): 20200134. doi: 10.3788/IRLA20200134
[摘要](247) [PDF 1657KB](24)
根据严格耦合波理论(RCWA),提出了一种基于亚波长的双导模共振(GMR)光栅透射型滤波器的结构设计,其工作原理是利用对称式双GMR光栅将电磁能量全部集中在结构的波导层中,从而产生高效的共振峰。利用两个单GMR光栅串联,光栅间分别为无空气间隙和间隔2.13μm空气层两种结构。仿真结果表明,无空气间隙的双GMR光栅串联结构可实现在波长1 550 nm处的滤波,其峰值透射率约为100%,半峰宽(FWHM)可达0.012 nm;有空气间隙双GMR光栅串联结构将GMR与法布里-珀罗共振(FPR)相结合,在共振波长1 550 nm处的峰值透射率约为100%,FWHM为0.15 nm,并获得了平顶滤波曲线,平坦度约为0.1 dB,上述两种结构滤波器可用于光信息处理与光传感等领域。
蓝牙控制的OLED显示器件研制
王志奇
2020, 49(S1): 20200195. doi: 10.3788/IRLA20200195
[摘要](195) [PDF 2081KB](9)
利用NPB为空穴传输材料,Alq3为电子传输和发光材料,研制成功结构为ITO/NPB (50 nm)/Alq3(60 nm)/Al (100 nm)的绿色发光OLED显示器件。运用STM32F103C8T6单片机模块、HC-06蓝牙模块、时钟电路模块、复位电路模块和电源模块构成无线蓝牙控制系统,引入OLED显示器件作为信息传输的人机界面显示模块,将用户要发布的信息通过手机APP编辑、蓝牙传输的方式传递到系统的显示面板。该面板的蓝牙控制系统由三个子模块组成:第一子模块是以51单片机为主的信息处理核心;第二子模块是蓝牙模块;第三子模块是安卓智能手机APP部分。整个系统具有多个优点:(1) OLED显示器件自发光、对比度高、厚度薄、广视角、反应速度快;(2)如果需要修改OLED显示器件需要显示的内容,只需要通过手机软件连接OLED显示器件,就能对其进行实时无线修改。
光电测量
Ta2O5/Al2O3激光陀螺反射镜等离子体环境稳定性研究
李钱陶, 李定, 王潺, 熊长新, 杨长城
2020, 49(S1): 20200064. doi: 10.3788/IRLA20200064
[摘要](215) [PDF 1217KB](12)
利用射频激励电容耦合等离子体放电装置产生等离子体,分别采用氧、空气、氩、氖等离子体对Ta2O5/Al2O3激光陀螺反射镜进行处理,试验研究了等离子体气压和等离子体种类对Ta2O5/Al2O3激光陀螺反射镜光学损耗的影响。通过比对实验、能谱、光电子能谱分析测试等技术手段,对Ta2O5/Al2O3激光陀螺反射镜在等离子体环境下出现的损耗变化现象、机理进行了探讨。Ta2O5/Al2O3激光陀螺反射镜经氧等离子体处理后的损耗变化量最大,达到了15 ppm (1 ppm=1×10-6),为另3种等离子体处理后损耗变化量的2~4倍。定位出了Ta2O5/Al2O3激光陀螺反射镜等离子体环境下产生吸收具体膜层为最外层2LAl2O3,发现了2LAl2O3在氧、氩等离子体作用下吸收损耗在一定程度上产生可逆变化的现象,结合XPS分析,对这一可逆现象从薄膜中游离O、Ar与等离子体中粒子之间相互作用产生缺陷等角度进行了探讨。提出了进一步提升Ta2O5/Al2O3激光陀螺反射镜等离子体环境稳定性的技术措施。
图像探测器像素位置偏差标定方法设计
张承钰, 袁利, 王立, 武延鹏, 王苗苗
2020, 49(S1): 20200135. doi: 10.3788/IRLA20200135
[摘要](258) [PDF 1575KB](15)
为了减少星敏感器等空间姿态测量仪器的测量误差,提升星点定心精度,通过研究图像探测器像素位置偏差对定心精度的影响,提出了一种基于相移干涉原理的像素位置偏差标定方法。基于像素响应不均匀性,构建具有像素位置偏差的探测器仿真模型并进行星点定心计算,仿真结果证明了像素位置偏差会导致定心结果产生系统误差。探测器像素标定结果表明,在添加均方根值为0.03 pixel的像素位置偏差以及5%幅值比的高斯白噪声条件下,该探测器像素标定方法的标定精度优于3×10-4 pixel (1σ),研究结果为探测器像素位置偏差标定技术提供一种可行的方案,对于提升星敏感器等姿态测量仪器的测量精度具有重要意义。
采用波形积分法提升APD探测系统检测范围
吴春红, 张骏, 彭晓钰, 钱惟贤
2020, 49(S1): 20200149. doi: 10.3788/IRLA20200149
[摘要](200) [PDF 1421KB](12)
针对应用APD电路的脉冲激光探测系统而言,现有的峰值提取方法只能检测线性区的不饱和波形,而无法检测非线性区的饱和波形,这导致系统的检测范围极其受限。因此,针对当前系统在非线性区无法检测的问题,建立了基于APD电路的线性与非线性统一响应模型,并依托响应模型研究出了波形积分法和非线性区能量反演模型,可用于检测非线性区饱和波形,并通过实验验证了模型对非线性区波形的理想反演拟合。实验结果表明:拟合值与实际值成1.001的线性关系,且波形积分法的最大相对误差仅为4.69%,而检测范围拓宽为峰值提取法的10.25倍,由此证明文中方法和模型可用于实现对非线性区脉冲激光的检测,其可应用于提高基于APD电路的脉冲激光探测系统的检测范围和检测能力。
超声激励下不同预紧力作用的裂纹生热建模
杨正伟, 寇光杰, 周伟, 李胤, 朱杰堂, 张炜
2020, 49(S1): 20200158. doi: 10.3788/IRLA20200158
[摘要](197) [PDF 1336KB](9)
为揭示超声红外热成像检测中缺陷区域的生热机理,考虑预紧力对缺陷生热的影响,采用裂纹试件开展了预紧力分别为100、150、200 N的检测试验,发现裂纹区域温度与预紧力正相关,裂纹两端的生热量明显高于裂纹中段,尖端热斑最明显,且不同预紧力下圆形热斑最明亮。基于单自由度有阻尼位移激励系统和热源温度场叠加法建立了超声激励下裂纹生热的简易数学模型,通过计算参考点P1和裂纹尖端点P2的温度变化,发现P1点温度变化与试验结果一致,随着预紧力增大,P2点的计算结果与试验温升曲线拟合误差减小,且温升速率变化逐渐趋于一致。该模型能够较好地描述裂纹的生热过程,为超声红外热成像检测的加载参数优化提供了模型基础,具有一定的理论意义与工程价值。
红外技术及应用
目标机飞行参数对面源红外诱饵干扰效能影响
李传良, 童奇, 王超哲, 许丹丹, 杨安元, 黄鹤松, 尚海龙, 李韬锐
2020, 49(S1): 20200095. doi: 10.3788/IRLA20200095
[摘要](392) [PDF 3295KB](14)
目标机作为红外对抗中面源红外诱饵的搭载平台,其运动特性和辐射特性影响红外对抗的发展态势。在考虑到实验测试成本经济性的基础上,利用算法优化了红外对抗的仿真模型,分析了目标机飞行参数对面源红外诱饵干扰效能影响。首先,提取了目标机的机动动作,建立飞机红外辐射模型;其次,介绍了导弹跟踪优化算法和面源红外诱饵燃烧优化算法;最后,选择目标机的飞行参数和效能评估指标,通过算例仿真与实测数据进行对比,验证仿真结果的可靠性。结果表明:面源红外诱饵干扰效能的仿真结果与已完成实测数据吻合,满足对面源诱饵干扰效能评估的要求。
稀薄环境下高空羽流流动与超窄谱红外辐射特性数值研究
包醒东, 余西龙, 吴杰, 毛宏霞, 王振华, 肖志河
2020, 49(S1): 20200159. doi: 10.3788/IRLA20200159
[摘要](187) [PDF 2259KB](12)
采用直接模拟蒙特卡洛方法描述有限个仿真分子的运动、碰撞以及传能效应,计算得到高空羽流非平衡流场特性,利用统计平均方法获取羽流场的宏观参数,并采用佛奥特线型函数描述稀薄气体的展宽,逐线积分得到气体超窄谱红外辐射特性参数,结合反向蒙特卡洛方法计算高空羽流辐射传输方程,利用理论和实验数据验证流动与辐射计算模型的适用性,在此基础上,以某小推力发动机为对象,研究了其流动与超窄谱的红外辐射特性。研究结果表明:高空羽流场由于急剧膨胀,导致密度快速下降,进而产生明显非平衡效应;燃气组分受速度惯性影响,不同分子量的组分会有扩散分离效应;燃气组分谱线细而窄,以多普勒展宽为主,辐射峰值往中波平移,且4.7 μm的CO及6.5 μm的H2O发射带辐射能量占有更大份额;辐射亮度轴向分布集中在二倍喷管直径距离内,辐射亮度径向分布集中于分离波线以内的激波区内及内流区,其他区域成指数衰减。
红外枪瞄减振系统优化设计
费国标, 金勇, 陈新梅
2020, 49(S1): 20200188. doi: 10.3788/IRLA20200188
[摘要](157) [PDF 1737KB](29)
红外瞄具减振系统对红外瞄具承受高强度冲击至关重要:减振效果的好坏直接影响武器的射击精度及可靠性。基于响应面法在Ansys Workbench中对红外瞄具及其减振系统进行参数化建模和有限元分析,模拟200 g冲击载荷下减振系统最大位移响应对结构参数的响应面曲线,进而设置减振连接装置的结构参数对最大位移响应的灵敏度:最大位移响应对结构参数的变化率。以此判断最大位移响应关于结构各参数的敏感性,并指导优化方向。优化分析板簧宽度、高度、厚度等结构参数对最大位移响应的影响规律。结果表明减振元件板簧组的宽度是最敏感的参数。优化分析结果可直接用于指导红外瞄具减振系统的结构设计。
图像处理
高斯差分滤波图像融合方法
曾瀚林, 孟祥勇, 钱惟贤
2020, 49(S1): 20200091. doi: 10.3788/IRLA20200091
[摘要](358) [PDF 1597KB](52)
图像融合是图像处理领域的重要内容之一。传统融合算法将源图像均做处理后按一定规则进行融合,虽然能取得不错的融合效果,但算法对图像的配准要求较高,融合图像也普遍存在细节丢失、目标不够明显的问题。为了改善上述问题,分析了红外图像和可见光图像的图像特性以及红外目标特性,将目标检测引入图像融合,利用高斯差分(DOG)滤波器提取红外图像中的目标,通过多尺度DOG图像计算获得红外图像融合系数矩阵,然后计算融合子图,最终融合获得目标明显、细节保留较好的图像,降低了对图像配准的要求。用五种常用评价指标以及信杂比和背景相似度对融合图像进行评估。实验结果表明,所提出的算法在主观视觉和客观评价指标上都要优于常用的图像融合方法。
CPU-GPU异构系统在光学遥感影像处理中的应用
党源源, 王昕
2020, 49(S1): 20200092. doi: 10.3788/IRLA20200092
[摘要](178) [PDF 865KB](23)
近年来,CPU-GPU异构系统在光学遥感影像数据处理领域的应用得到了广泛关注。首先介绍CPU-GPU异构系统的体系架构及发展历程。其次,介绍光学遥感影像数据处理流程。接下来,对CPU-GPU异构系统在光学遥感影像预处理、后续处理领域应用现状进行介绍。最后对CPU-GPU异构系统在光学遥感影像数据处理系统中的应用进行分析和总结,分析可知,CPU-GPU异构系统在光学遥感影像数据处理领域应用具有可行性且前景广阔,但仍需解决算法并行化设计、优化及CPU和GPU负载平衡等关键问题,这对推动CPU-GPU异构系统在光学遥感影像数据处理中的应用具有重要意义。
对抗网络实现单幅RGB重建高光谱图像
刘鹏飞, 赵怀慈, 李培玄
2020, 49(S1): 20200093. doi: 10.3788/IRLA20200093
[摘要](226) [PDF 2750KB](24)
高光谱成像能够提供比普通RGB图像更全的光谱信息,在监测自然环境变化、农业植被土壤分类等具有广泛的应用。从单幅RGB图像重建高光谱信息是严重欠约束问题,传统重建算法需要增加光学组件或已知相机光谱响应,在实际应用中往往不能满足要求。针对此问题,提出一种端到端对抗生成网络,设计一种改进残差结构作为对抗网络的基本模块,使用多尺度特征金字塔融合局部和全局特征并捕获像素空间上下文信息;提出了新的WNet网络,利用局部边缘图像引导模型学习到高频信号,进一步提升了高光谱重建精度。实验结果表明:无论是高光谱图像数据合成的RGB图像以及普通相机拍摄的真实RGB图像,所提方法的高光谱重建效果在定量和定性评价指标上均优于已有的代表性方法,对比稀疏字典算法,均方误差和相对均方误差分别降低了45%和50%。
星载大孔径静态干涉高光谱成像仪高速成像电路设计
刘永征, 孔亮, 刘学斌, 陈小来, 刘文龙, 张昕
2020, 49(S1): 20200096. doi: 10.3788/IRLA20200096
[摘要](195) [PDF 1981KB](11)
根据遥感领域高光谱成像对大幅宽、高分辨率需求,研制了一套适合航天LASIS高光谱成像应用的高分辨率、宽视场、高光谱、高可靠性的新型高速光谱成像仪电子学系统,它采用多片四通道并行处理ADC芯片进行模数转换,以V5系列FPGA为核心处理器,用高速SerDes芯片传输图像数据,成像测试及相关环境试验及可靠性测试,验证了设计的有效性。该设计为我国进入航天遥感领域领先行列提供了技术支撑,也为深入开展高分辨遥感提供了有益的借鉴。
基于U-Net网络的多主动轮廓细胞分割方法研究
朱琳琳, 韩璐, 杜泓, 范慧杰
2020, 49(S1): 20200121. doi: 10.3788/IRLA20200121
[摘要](221) [PDF 1967KB](51)
细胞及细胞核的准确分割是宫颈癌计算机辅助筛查中的关键技术,针对具有重叠现象的宫颈细胞分割及其细胞核的提取,提出了一种U-Net网络语义分割下的多主动轮廓细胞分割提取方法。首先,对采集到的样本图像进行标注,将其分为背景、细胞、细胞核三部分;然后,对U-Net网络进行训练,并利用训练得到的模型对图像进行分语义分割,得到其中的细胞及细胞核区域;接着在U-Net语义分割结果的基础上获得细胞团块信息,并通过像素点与细胞核之间的距离为每个细胞初始化一个水平集函数表示的细胞轮廓;最后,结合细胞的形状先验信息、图像的边缘信息和不同轮廓之间的相互信息建立水平集函数的能量泛函,通过最小化能量泛函得到细胞轮廓,最终完成每个细胞的分割。实验表明:文中提出的分割方法可以对复杂情况下的宫颈细胞进行分割,包括独立细胞和互相重叠的细胞及其细胞核,取得了良好的分割效果。
改进的RDN灰度图像超分辨率重建方法
魏子康, 刘云清
2020, 49(S1): 20200173. doi: 10.3788/IRLA20200173
[摘要](186) [PDF 1843KB](17)

针对残差算法的残差网络超分辨率重建问题,提出了改进的残差计算的深度复合残差网络模型。在此研究实验中,改进了原有的残差块,能够充分利用到残差块内部的所有卷积层特征信息,提高生成图像的质量;设置了双层复合结构,加深了模型结构的深度,能够强化模型对图像的特征提取,可以提取更多的图像特征;采用迁移学习的方法,在深度网络结构中通过迁移学习增强图像特征信息,使得该模型性能更稳定。通过天宫一号灰度图像的应用实验表明,该研究提出的改进的深度密集残差网络在天宫一号灰度图像超分辨率重建中表现良好,在卫星图像领域具有应用价值和研究意义。

光学设计
双光源模块高空间照明均匀度植物光源的设计
张博, 文尚胜, 马丙戌, 焦飞宇, 姜昕宇, 卢允乐, 黄玮钊, 吴启保
2020, 49(S1): 20200106. doi: 10.3788/IRLA20200106
[摘要](105) [PDF 3232KB](20)
在植物照明领域,由于培养系统受照面随植物的生长不断变化,植物照明系统的设计需考虑在整个生长周期以及植物生长过程中所占空间的照明情况和效果,使其提供整个生长空间的高照明均匀度。但是粗放的传统植物照明解决方案结构简单,并且只针对某一具体参考平面进行优化,无法达到高空间照明均匀度的效果。为解决这一问题,以整个植物培养架的照明空间为研究对象,以空间照明理论为依据,以最近提出的倒置型光源以及传统顶部阵列光源设计方案为参考提出了一种双光源模块的LED植物照明系统。在顶底两面同时设置光源,通过两部分光源的互补混光实现了高空间照度均匀度及混色均匀度。应用Taguchi实验简化实验过程,变异数分析精细优化关键结构参数,更深入研究了光源配光曲线对植物照明系统性能的影响。多次优化后,最终获得水平面和竖直面照度均匀度分别为93.48%和88.54%,混色均匀度分别为90%和87.13%,种植面光能利用率为41.63%的最优设计方案。
大口径巡天望远镜校正镜弹性体支撑
唐境, 张景旭, 安其昌, 李洪文
2020, 49(S1): 20200124. doi: 10.3788/IRLA20200124
[摘要](135) [PDF 1288KB](16)
为了探究宇宙起源与演化过程,大口径巡天望远镜将突破已有的探测深度和广度,帮助人类解决更多科学前沿领域问题。大口径校正镜组不同于普通的透射式光学系统,为了使校正镜组性能满足设计要求,总结分析了透镜支撑设计的基本原理和一般方法,建立了弹性体有限元模型,进行了参数化分析并优化了支撑结构关键部位。着重考虑透镜和镜室在不同重力载荷下的位移变形、应力变化和成像质量要求。结果显示,在0°~90°俯仰角变化范围内,弹性体支撑的透镜标准化点源敏感性值最小值为0.973 1,其面形误差、应力和位移等方面均满足系统设计要求,以上的工作对于类似的大口径系统设计与优化有着一定指导意义。
一种航天器微小相机的视场覆盖增强方法
陈丽平, 顾征, 郑燕红, 李铁映, 金晟毅, 孙冠杰
2020, 49(S1): 20200200. doi: 10.3788/IRLA20200200
[摘要](282) [PDF 1440KB](9)
随着航天器的组成及任务形式逐渐复杂,越来越多的航天器通过配置微小相机在轨实现关键目标及其动作过程的可视化遥测。针对航天器微小相机视场覆盖问题,建立了一种基于微小相机矩形视场的三维有向感知模型,可通过调整视场的俯仰角、偏航角和滚动角改变微小相机的感知方向及视场覆盖区域,同时制定了空间点覆盖判定准则,然后采用遗传算法优化相机安装位置及其视场的俯仰角、偏航角和滚动角实现目标运动空间区域的覆盖增强,并将其应用到月面采样空间区域的视场覆盖优化过程,仿真结果表明该方法能够有效提高微小相机视场对目标运动空间区域的覆盖率。
光通信与光传感
基于差分混沌键控的空间光通信系统及其保密性分析
郭锐强, 李珉, 吴君鹏, 刘鑫, 魏子康
2020, 49(S1): 20200207. doi: 10.3788/IRLA20200207
[摘要](258) [PDF 1789KB](15)
自由空间光通信(FSO)是一种通过激光在无需光纤的情况下实现双向信息传输的通信系统。它具有带宽宽、保密性好、抗干扰性强、无需频率申请、体积小、功耗低等特点。尽管FSO通信系统有较高的安全性,但波束溢出还是会威胁到通信的安全,在通信中采用混沌加密的方式可有效地提高系统的安全性。采用差分混沌键控(DCSK)的Gamma-Gamma湍流模型来提高FSO通信系统的安全性,推导了系统误码率的表达式。通过空间信道图像数据的传输,对接收到的数据进行统计直方图、像素相关性和明文敏感性分析,结果表明系统具有很好的保密性能。
全息
基于频域变密度减采样的无放大同轴全息图的压缩传感层析重建
伍小燕, 于瀛洁, 白跃伟, 聂黎, 刘凯, 潘芳煜, 王小刚
2020, 49(S1): 20190500. doi: 10.3788/IRLA20190500
[摘要](257) [PDF 2221KB](7)
将频域变密度减采样应用于无放大同轴全息图的压缩传感层析重建当中,旨在于从无放大同轴全息图的频域中提取少量信息,实现全息图频域少量数据的压缩传感层析重建。首先,理论介绍了三种变密度减采样法与全息图压缩传感重建相结合的原理,三种变密度减采样分别是射线分布、螺旋线分布以及指数分布变密度减采样;其次,分别开展了仿真实验和测试实验,分析了与压缩全息相结合的三种变密度减采样方法的重建质量。由实验可知:(1)能够通过三种变密度减采样实现全息图频域少量数据的提取;(2)随着采样率的增大,变密度减采样获得的全息图频域少量数据的压缩传感层析重建质量不断提高;(3)在采样率小于50%的情况下,指数分布减采样具有比另外两种减采样方法获得更高的重建质量(例如低采样率15%,指数分布减采样比另外两种方法的效果更为明显);(4)在采样率大于50%的情况下,三种减采样模式所获得数据的层析重建质量较高且基本相一致。