• 2014年第5期文章目次
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    • >光电子器件和系统
    • 基于腔衰荡光谱技术的三参量同时测量光纤微腔传感器

      2014(5):829-834.

      摘要 (1731) HTML (0) PDF 0.00 Byte (6) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出并实现了一种基于腔衰荡光谱(CRDS)技术的 三参量同时测量的光纤微腔传感器。利用高频CO2激光脉冲技术在1060nm单模 光纤(SMF)上直接刻蚀光学微腔,并将其作为传感单元接入到光 纤环谐振腔中,通过测量脉冲激光衰荡时间实现了对温度、折射率和应变3个不同参数的同 时传感测量。整个传感器系统采用光时分复用(OTDM)技术,3个带有光纤微腔传感单元的光 纤衰荡 腔并联连接,共用一个光源和探测器,在3路光纤环中引入不同的相位调制项,使其输出的 衰荡信号在时域上有效的分开,从而达到三参量传感的目的。传感器结构合理,可操作性 强,后期数据处理工作简单易行,实验结果重复性良好。在此基础之上,可以将此传感 器结构推广到四参量,甚至更多参量的传感器系统中。

    • 基于小波变换的光寻址电位传感器信号去噪研究

      2014(5):835-839.

      摘要 (957) HTML (0) PDF 902.76 K (39) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于(LAPS)(光寻址电位传感器)技术的生化传感 器中的光生电流是一种微弱的非平稳信号,信噪比(SNR)低 。为了提取清晰的LAPS信号,且鉴于传统的傅里叶方法去噪后信号失 真严重,本文采用小波变换的 方法对LAPS信号进行去噪处理。通过小波变换将信号分解为3层,得到各层的小波系数以 及阈值。根据每一层系数特点,按阈值 进行分别处理,得到新的小波系数。最后根据新的小波系数,重构信号。对去噪后的信号 进行频谱分析发现,信号频谱为有效的 LAPS信号谱段。将傅里叶去噪和小波去噪方法进行对比发现,小波去噪得到信号的SNR和平滑度(SR)要高于傅里叶去噪,表明小波变换是LAPS信号去 噪的有效方法。

    • 有机电致发光器件的新型薄膜封装技术研究

      2014(5):840-844.

      摘要 (1172) HTML (0) PDF 805.02 K (28) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对有机电致发光器件(OLED)在空气中水汽和O 2作用下寿命下降的问题,提出一种对OLED进行薄膜封装方法。封装薄膜由电子束蒸镀Al 2O3薄膜和原子层沉积(ALD,atomic layer deposition)Al2O3薄膜相结合形成。利用Ca薄膜电学测试方法测定封 装薄膜的水汽透过率 (WVTR)。具体实现方法是,采用玻璃作为衬底,在100 nm 的Al电极上蒸镀200nm的Ca膜,然后对整个系统 进行薄膜封装,只留出Al电极的一部分作为探针接触电极。实验发现,采用电子束蒸镀结合 ALD的Al2O3薄膜封装,Ca薄膜变成透明的时间比未封装或采用单一结构封装 得到了延长。为了检验薄膜封装效果,制作了一组绿光OLED,器件结构为ITO/MoO〖WT B X〗X(5nm)/mMTDATA(20 nm)/NPB(30 nm)/Alq3(50 nm)/LiF(1nm)/Al,实 验结果表明,本文提出的薄膜封装方法对器件进行封装,器件的寿命得到了延长。

    • 基于CMOS工艺的双层非制冷热敏电阻型红外探测器

      2014(5):845-850.

      摘要 (3496) HTML (0) PDF 928.02 K (23) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用0.5μm标准CMOS工艺 和微机械加工工艺,设计并制作了低成本双层非制冷热敏电阻型红 外探测器。探测器采用隐藏桥腿式微桥结构,使用表面牺牲层技术实现,其中包括Al、W和 Si 3种牺 牲层材料。CMOS工艺加工完成后,双层微桥结构的微机械加工过程只需进 行湿法腐蚀 即可,成本较低。对双层红外探测器的热性能和光电特性进行测试,其热导为1.96×10 -5 W/K,热容为 2.23×10-8 J/K,热时间常数为1.14 ms。当红外辐射调制频率为10 Hz时,双层红 外探测器的电压响应率为2.54×104V/W,探测率为1.6×108cm·Hz1/2/W。

    • MgO界面层对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结LED光电性能的影响

      2014(5):851-856.

      摘要 (1045) HTML (0) PDF 1.03 M (22) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了较好地实现 n-ZnO的电致发光(EL),利用水热法在p-GaN外延片上制备了ZnO纳米棒阵列,构造了n -ZnO纳米棒 /p-GaN异质结LED原型器件,并研究了MgO界面层对器件光电性能的影响 。结果表明, n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结器件具有明显的二极管整流效应。室温、正向偏压下,n-ZnO 纳米棒/p-GaN异 质结LED仅在430nm附近具有单一的发光峰,而n-ZnO纳米棒/MgO/p -GaN异质结LED的电致发光光谱 由一个从近紫外到蓝绿光区的宽发光带组成。结合光致发光(PL)谱和Anderson能带模型, 深入分析了n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结的载流子复合机制。

    • 一种面向LED扩展光源的道路配光设计

      2014(5):857-863.

      摘要 (882) HTML (0) PDF 1.24 M (26) 评论 (0) 收藏

      摘要:在多车道的道路照明中,需 要非对称矩形配光。本文根据非成像光学理论,建立点光源空间与目标照明面之间的拓扑关 系,采用合适 的反馈优化方法,获得面向扩展光源且在路面上形成均匀非对称矩形光斑的反射器,仿真结 果表明,配光后 光源的能量基本上被限制在20m×12m的矩形区域内,且实现了非对 称的配光,横向照度均匀度达到了85%, 纵向照度均匀度达到了80%,满足道路照明要求;并且通过开模 实际测试出整体的照度均匀度为80.13%,验 证仿真结果以及证明了设计方案的可行性和反射器在路灯灯具中的实用性。

    • 主光轴平行于基底的微透镜阵列设计与制作

      2014(5):864-869.

      摘要 (648) HTML (0) PDF 1.03 M (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:用聚二甲基硅氧烷(PDMS)软光 刻工艺实现了一种主光轴平行于基底的微透镜阵列。首先对微透镜形成过程中的PDMS 薄膜受力和 变形情况进行了分析,并采用有限元分析方法对不同压力、不同厚度的薄膜变形情况进行了 模拟,确定了 合理的微透镜腔体结构;然后利用SU-8负模制作了PDMS微透镜腔体,将腔体与盖片进行了 密闭封装, 通过一定的压力向其注入紫外固化光学胶成型了微透镜阵列;最后使用自制装置对微透镜阵 列的聚焦效果 进行了测试。结果表明,提出的制作方法简单易行、成本低廉和焦距可控,而且易与其它 的微系统集成到同一芯片。

    • 微纳米PIN电光调制器的优化

      2014(5):870-875.

      摘要 (1761) HTML (0) PDF 1.03 M (23) 评论 (0) 收藏

      摘要:在微纳米PIN电光调制器的基础上,分析了载流 子浓度对其调制特性的影响。根据注入调制区载流 子平均浓度随时间变化关系,采用在驱动信号中加入正反向预加重电压的调制电压方式,不 仅可以提高注 入载流子浓度,而且可以缩短反向抽取载流子所用的时间,从而有效提高电光调制器的调制 速度; 详细分析了PIN电光调制器结构中内脊高度H、外脊高度h,波导脊宽W以及重 掺杂区到波导的距离Ws 等参数对其调制特性的影响;最终根据数据的分析,给出了优化后的参数,制作了电光调制 器并进行了测试,测试结果验证了文中数据分析的正确性。

    • >光电子信息技术
    • 基于超结构光纤光栅的混沌序列OCDMA系统

      2014(5):876-880.

      摘要 (625) HTML (0) PDF 669.00 K (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种双极性编解码的光码多分址(OCDMA)系 统,采用混沌序列作地址码,并使用超结构光纤布拉格光栅(SSFBG)作编/解码器。三阶Che byshev映射能够产生具有良好相关性且适用于异步CDMA系统的双极性混沌序 列,通过对三阶Chebyshev映射赋予一定初值,并进行反复迭代,得到一定长度的双极性混 沌序列。根据地址码的特征,通过控制FBG的折射率分布形成SSFBG,利用SSFBG产生相应的 双极性混沌序列作OCDMA系统的编/解码器。对系统性能进行了定量分析,在完全异步的情 况下,推导了信噪比(SNR)与误码率(BER)的表达式。仿真分析了系统在不同码长下的BER随接入用户数的变化,并和使用Gold序列的情况进行了比较。结果表明,随着码 长的增加,在接入用户数一定的情况下,系统具有较低的BER ;由于混沌序列良好的自互相关性,相应 的混沌序列OCDMA系统与使用Gold序列的系统相比具有较低的BER,并可以 容纳更多的用户数。

    • CO-OFDM系统中利用阈值功率点改进的后向传输补偿算法

      2014(5):881-886.

      摘要 (1298) HTML (0) PDF 1.11 M (23) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用后向传输(BP)补偿算法补偿相干光正交频分 复用(CO-OFDM)通信系统的非线性损伤是一种具 有应用前景的方法。本文针对后向传输(BP)补偿算法计算复杂度高的问题,根据相干光正交 频分复用(CO-OFDM)系统中非线性损伤与光 功率的关系,通过选取合适的阈值功率点降低BP补偿算法的高计算复杂度。仿真结果表明 ,提出的方法可 以大大降低BP补偿算法的计算复杂度,同时克服了传统算法过补偿的缺点,系统性能也得到 提升。在100Gbit/s的CO-OFDM系统中,采用衰减因子为0. 2dB/km的零色散光纤,信号传 输3200km(32×100km ), 光信噪比(OSNR)为16dB时,在选 取合适的阈值功率点后,所需的BP补偿步骤数目由传统算法N=61降低为 N=13,计算复杂度仅为原来的13/61。此外, 采用改进的BP补偿算法补偿之后,系统的Q因子增加了0.204dB。

    • 用于激光能量传输的大纤芯微结构光纤的设计及制备

      2014(5):887-890.

      摘要 (919) HTML (0) PDF 643.91 K (26) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计和制备了一种传输高功率激光能量石英基质微 结构光纤。光纤的外径为180μm,芯径为 84μm,包层为双层空气孔。实验结果表明,对半导体激光的980nm和YAG激光的1064nm波 长的传输损耗分别为6dB/km和7dB/km,而最低损耗可达到1dB/km@935nm;在弯曲半径为0.25cm的条件下, 弯曲的附加损耗为0.56dB/circle@980nm和 0.416dB/circle@1064 nm;实验测得在980nm波长的实际模场 面积为2951.71μm2,与理论值2951.4μm2相吻合。研制的光纤具有结构简单、柔软性 好、易制备、低非线性、低损耗和高损坏阈值等特点,是高功率激光能量柔性传输系统的理 想介质。

    • 基于最大化畅通概率优化模型的固定路由算法

      2014(5):891-896.

      摘要 (1054) HTML (0) PDF 1.13 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对以最小化网络阻塞率为目标的光网络路由及 波长分配(RWA)问题,考虑到全网结构不均衡易导致部分链路 负载过高,进而造成全网阻塞率过高问题,在基于爱尔兰损失公式的链路阻塞概率模型的基 础上,建立了最大化路径畅 通概率的优化模型。为了克服优化模型的非线性造成的求解困难,借鉴大系统中分解协调 的思想对链路负载进行预估, 将原优化问题转化成乘积最长路问题,并结合负载滚动预估更新及类Dijkstra算法进行近似 求解。仿真比较实验表明,本文 算法能够较好地近似求解所提出的最大化畅通概率模型,有效地均衡了全网负载,降低了全 网阻塞率,提高了网络传输性能。

    • >材料
    • La2O3含量对Tm3+掺杂碲酸盐玻璃热稳定性及光学性能的影响

      2014(5):897-902.

      摘要 (1140) HTML (0) PDF 914.24 K (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用高温熔融法,制备了75 TeO2-20ZnO-xLa2O3-0.8Tm2O3( x=0、5、10、15mol%)系 列玻璃。探讨了La2O3含量对玻璃热稳定性的影响规律;计算了Tm3+在玻璃 中的Judd-Ofelt(J-O)强 度参数、自发辐射概率、荧光分支比及荧光辐射寿命;分别在473nm 和808nm泵浦源下测 量了玻璃的荧光光谱,计算了Tm3+在碲酸盐玻璃中的荧光有效线宽、峰值受激发射截 面。研 究发现,随着La2O3含量的增加,碲酸盐玻璃ΔT(ΔT=Tx-Tg,即初始析晶温度Tx与玻璃转变温 度Tg之差)从123℃增加到180℃,玻璃热稳 定性提高;La2O3的添加有利于提高Tm3+在 1.46μm处的荧光性能;当La2O3含量为15mol%时,其FWHM和FWHM×σe值最大,分别为 113.2nm和409.33×10-28 cm3

    • HCl气体辅助生长GaN纳米线阵列与机理研究

      2014(5):903-907.

      摘要 (851) HTML (0) PDF 918.18 K (71) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了一种无金属催化剂生长 GaN纳米线阵列的方法。通过HCl气体作为催化剂,利用氢化物气相外延(HVPE)系统在GaN/sa pphire模板上制备出纯净的 GaN纳米线阵列;利用扫描电镜(SEM)、能量分散X射线荧光(EDX)谱和透射电镜(TEM) 测试,研究了生长条 件的变化对GaN纳米线阵列的影响,分析了GaN纳米线阵列的生长过程并探索了其生长机理, 为GaN纳米线阵列的可控生长提供了理论依据。

    • 二维聚合物分散液晶光子晶体的制备与研究

      2014(5):908-912.

      摘要 (907) HTML (0) PDF 775.13 K (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了改善现有聚合物分散液晶(PDLC)光子晶体(PC) 的制备方法和电光特性,利用532nm激光干涉 条纹引发聚合物和液晶的混合物相分离,采用全息两次不等时曝光的方法,即第1次曝光完 成后,将样品 沿基板中心法线旋转60°进行第2次曝光,制备得到电可调谐的二维三角格子的PDLC-PC。 实验结果表明,两次曝光的时间对聚合物和液晶的相分离程度影响很大,用偏光显微镜观察 优化条件下制 备得的二维PDLC-PC发现,聚合物和液晶在二维空间上呈规则的三角 格子周期性分布。用 波长为633nm的He-Ne激光器探测得到在未施加电压时不同晶格常数 的PDLC-PC的衍射图 样,并根据一级衍射的电光变化曲线,可以看到,其衍射效率可以利用电场进行有效的调节 。

    • 掺入不同粒径Al2O3纳米颗粒的光致聚合物全息特性研究

      2014(5):913-919.

      摘要 (3359) HTML (0) PDF 1.24 M (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:在丙烯酰胺基光致聚合物材料中,分别掺入几种不 同粒径的高分散性Al2O3纳米颗粒, 用Ar+Kr+激光器647nm激光对其进行全息曝光 ,对其全息记录性能进行研究。结果表明,聚合物中掺入Al2O3纳米颗粒后,Al2O3纳米颗粒能够促进 聚合物中光化反应的进行,同时用分散剂对Al2O3纳米颗粒的修饰,使Al2O3纳米颗 粒的团簇效应降低,增加其单分散性。 聚合物经曝光后,有效地形成由纳米颗粒与聚合物单体空间分布的折射率调制光栅,并且在 聚合物中组成类“骨架”结 构,有效地起到抑制材料的缩皱的作用,使材料的衍射效率和布拉格偏移等光学特性得到很 大改善。此外,体系存在一 个最优值,当掺入平均粒径约为10nm且同时控制浓度为1.02×10-3 mol/L的Al2O3纳米颗粒时,样品的衍射效率从52.6% 提升到93.8%,缩皱率降低到0.8%,布拉格偏移 降低到0.04°,极大地提高了材料的全息性能。

    • >测量·检测
    • 基于QE65000光谱仪和DOAS的大气痕量气体浓度测量

      2014(5):920-924.

      摘要 (830) HTML (0) PDF 962.25 K (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对QE65000光谱仪低噪声、紫外灵敏度高且尺 寸小和重量轻等特点,开发了基于QE65000的差分吸收光谱(DOAS)遥测系统。首先研 究了QE65000光谱仪探测器的 偏置、暗电流以及暗电流与积分时间的关系,然后利用汞灯标定了光谱仪的波段范围和分辨 率,并构建了基于QE65000的DOAS遥测实验装置,给出利用此系统测量的大气痕量气体 吸收光谱和氙灯吸收谱,基于差分原理反演了大气中痕量气体的浓度,并给出测量误差和 遥测系统探测低限。研究结果表明QE65000光谱仪应用于差分系统,为实现DOAS系统的小 型化、便携化提供了可能。

    • 远程高速激光外差信号的高灵敏度探测器研究

      2014(5):925-931.

      摘要 (3023) HTML (0) PDF 1.44 M (26) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多轴、高速和超精密激光干涉测量系统对光 电接收器在探测灵敏度、响应带宽和稳定性等方面的特殊需求,提 出一种基于远程探测的高带宽激光外差信号探测方法。首先,针对多轴激光干涉测量中多个 传统光电接收器热耗散大、严重 影响测量精度的问题,设计远程光纤探头,将光接收与光电信号处理部分完全分开,彻底消 除光电接收器热耗散对测量系统 的影响;其次,针对单光轴光功率微弱、难以探测和稳定性差的问题,设计具有主动温度漂 移特点的APD高压反向偏置电 源,在提高光电接收器探测灵敏度的同时增强其温度稳定性;设计的光电探测器能够实 现远程光耦合传输,耦合效率能 达到38%以上,最大探测灵敏度为0.52μW, 测量带宽可达17.5MHz,满足多轴、高速超精密激光干涉测量系统对光电接收器的性能需求。

    • 基于相位-强度调制转换的光纤色散精确测量方法

      2014(5):932-936.

      摘要 (434) HTML (0) PDF 894.07 K (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:在分析光纤色散导致的相位-强度调制转换的基础上,提出了一种利用电光相位调制的光纤色散扫频测量方法。方法的原理为光纤色散使相位调制信号获得附加相移并产生周期性衰落,从衰落曲线的特征性 凹陷频率确定出光纤色散。实际运用中,由于凹陷频率附近的信号弱,因此噪声大且不稳定。为了解决这一问题,通过衰落曲线的多项式拟合,进一步提高凹陷频率和光纤色散的测量精度。实验中,对长光纤或者短光纤分别测试以验证本文方法对于不同色散的适应性。实验结 果表明,本文方法的相对误差小于0.22%。使用矢量网络分析仪(VNA)和相位调制器进行测试,可工作于不同光波长,适用于测量不同种类的光纤的色散;并且可以利用简单的实验系统,实现光纤色散的大小和符号的测量。

    • 移动视觉测量中基于编码网络的特征点匹配方法研究

      2014(5):937-946.

      摘要 (658) HTML (0) PDF 1.37 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决移动视觉测量中多图像间利用极线约束进行 特征点匹配时基本矩阵求 解精度很难进一步提高问题,提出一种基于网络模型的间接基本矩阵求解方法。首先, 利用编码点的自动无误匹配信息建立空间交会共线数学模型;其次,经过优化数学模型建立 精密编码网 络,并对相机内部参数和测量站位外部方位参数进行了优化;再次,利用基本矩阵与这些参 数之间的 关系间接确立基本矩阵;最后,通过精确恢复的极几何模型完成不同图像间特征点的精确匹 配。与V-star结果进行比对,验证了编码网络的建立误差平均值为0.051mm,均方差为0.020mm;与两种经典方法在匹配正确率和极几何恢复精确度方面 进行了比对,证明了本文可以精确恢复极几何模型并能提高特征点匹配率。

    • 基于波长调制技术的近红外甲烷检测仪

      2014(5):947-953.

      摘要 (1010) HTML (0) PDF 1.05 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了在煤矿环境中实时检测甲烷(CH4),利用中 心波长为1.654μm的分布反馈(DFB) 激光器,基于可调谐激光二极管吸收光谱法(TDLAS),实验报道了一种近红外(NIR)CH 4检测仪。为了驱动DFB激光器并从差分信号中提取二次谐波信号,自主设计了激光器智 能温度控制器、激光器扫描和驱动电路以及高性价比的锁相放大器,对各模块的性能做了测 试和表征。利用各光学模块和电学模块,对系统进行了集成;为了得到其检测性能,开展了 详细的CH4检测实验。结果显示,在0~100%的浓度范围内,相对测 量误差小于7%,最小检测下 限(MDL)为1.1×10-5。对两 种标准浓度气体样品(浓度为1×10-3和2×10 -1h浓度测量结果表 明,检测仪具有较好的稳定度,两组测量结果较真值的波动范围分别小于7. 0%。利 用相似的检测机理和相同的硬件系统,通过更换其他波长的激光器,本文检测仪也可实现 对其它气体的检测。

    • 大容量高速光纤光栅解调系统的数据压缩传输

      2014(5):954-961.

      摘要 (1056) HTML (0) PDF 1.67 M (26) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于硬件差分压缩的数据传输方法,以 实现大容量高速光纤Bragg光栅(FBG)解调系统中对大数据量的高效率传输。方法根据FBG峰 值数据的特征进行差分处理减少数据量,并结合Lempel-Ziv-Welch(LZW)字典压缩算法消 除数据冗余,最终实现大容量高速FBG解调数据的实时传输。数 据处理与压缩算法在FPGA上进行硬件实现,数据吞吐率高。根据实验测试,在4kHz解调速 率下,FBG静态信号数据压缩率达到16.56%,动态信号数据压缩率达 到36.25%。测试结果表明,本文方法在 航空发动机动态监测系统平台实验中压缩效果良好,能够有效解决在硬件资源受限下巨大数 据量的传输问题。

    • 视觉导航用多功能路标设计与应用

      2014(5):962-967.

      摘要 (737) HTML (0) PDF 970.62 K (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:优秀的路标设计,可以简化路标识别算法并提高机 器人定位与导航的准确性和实时性。本文针对结构环境下的视觉导航系统,设计了一款多功 能路标并给出了相应的应用算法。通过综 合考虑拓扑结构、几何结构和色彩选取等的优化,设计的路标可以提供丰富的信息, 而且具有较强 的抗干扰能力。基于所设计的路标可以实现基于单帧图像中单个路标的机器人定位与导航, 以及在大范围 内基于序列路标的导航,并且可以准确估计序列路标中下一路标的位置。在具有较多干扰 因素的大厅和 走廊中进行的机器人定位与导航实验表明,即使采用未经校正的鱼眼镜头,机器人定位误差 最大仍不超过5cm,示教再现导航误差最大不超过10cm;且在长距 离导航实验中可实现方 便、准确进行路标切换,有效提高导航的实时性和抗干扰性,证明了所设计路标的有效性 。

    • 分布式布里渊光纤应变传感信号的增敏检测方法

      2014(5):968-973.

      摘要 (634) HTML (0) PDF 931.62 K (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于外差相干检测原理,摒弃了传统扫频构建布里 渊散射频谱的方法,以布里渊散射光功率为应变监测参量,利用具有增敏作用的高频脉冲检 波管对布里渊散射拍频信号进行包络检波,直接 将拍频信号转换成布里渊散射功率信号,并对携带应变信息的布里渊散射功率信号进行应变 增 敏检测,利用高频脉冲检波管增益响应曲线对功率信号的调制提高散射功率应变敏感系数。 经测 试,增敏后布里渊散射光功率应变敏感系数为0.024%/με,与传统 直接检测法得到的应变敏感系 数-7.7×10-4%/με相比,敏感系数提高30倍,有效提高了 系统信噪比;对增敏后的布里渊功率信 号进行解调,在24.7km的光纤长度上,实现65με的应变测量标准差,测量时间由传统扫频方法 的超过30s降为仅1s。本文系统可有效满足快速精确检测应变的监 测需求,且不需要扫频模块等复杂器件,结构简单,稳定性高,对实际应用具有重要的意义 。

    • >多媒体通信
    • 基于FPGA的三维视频系统实时深度估计

      2014(5):974-980.

      摘要 (819) HTML (0) PDF 1.24 M (95) 评论 (0) 收藏

      摘要:深度估计是基于视频加深度图像的三维视频系统中前端预处理的核心技术,其主要 技术难题包括准确性、实时处理和大分辨 率深度图获取等。本文提出一种实时深度估计的硬件实现方案,主要解决处理速度问 题,并兼顾了准确性 和大分辨率问题。本方案采用单片FPGA实现深度估计,其中采用census变换与SAD(Sum of Absolute Differences) 混合的算法进行逐点匹配得到稠密深度图。硬件设计充分利用FPGA的大规模并行能力,并采 用流水线设计提高 数据通路的数据吞吐量,提升整个设计的时钟频率。实验表明,所提出的方案可实现全高清 (1920×1080)分辨率 视频实时深度估计。为了支持大分辨率图像并能观测距离相机较近的物体深度,本文方案 视差搜索范围可以达到240pixels,帧率最高可达69.6fps,达到了实时和高清的处理目的。

    • 无形变视差调节快速算法

      2014(5):981-987.

      摘要 (1186) HTML (0) PDF 1.04 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前的3D 播放器使用简便快捷的拉伸和平移算法实现深度感的调节产生明显的图像形变问题,本文提 出了一种精确的视差调节模 型,但模型调节视差需要获取原始深度值, 计算复杂度高,导致难以流畅播放高分辨率3D视频图像。为此,进一步引入最小形变可 察觉范围, 通过假设原始深度的统计模型,把形变大小控制在最小形变可察觉范围内,在复杂度与形变 程度上作出 适当的平衡。VLC播放器实验表明,相比传统方法,本文算法形变 程度降低超 过50%,立体视觉主观效果更好;对于高清视频,算法效率提高48%。

    • 低复杂度的多视点视频编码宏块模式决策算法

      2014(5):988-997.

      摘要 (863) HTML (0) PDF 1.05 M (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了降低多视点视频编码(MVC)的计算复杂度, 提出了一种基于全局-局部率失真代价的低复杂 度宏块模式决策算法。首先根据宏块候选模式的块尺寸和率失真代价特点,将所有候 选模式分为大 尺寸模式(Skip/Direct、Inter16×16和Intra16×16)和小尺寸模式(Inter16×8、Inter8×16、Inter8×8、Intra8×8和 Intra4×4);接着统计已编码帧中这两类宏块模式的平均率失真代价 ,并利用这些平均率失真代价计算当前 帧宏块模式决策的全局率失真代价;最后利用得到的全局率失真代价,并结合当前宏块已估 计模式的局部 率失真代价和空间邻近宏块的模式信息提前终止模式决策,具体包括对大尺寸宏块模式进 行提前判定以 及对小尺寸候选模式进行逐级选择。实验结果表明:与MVC参考代码中的全搜索模式决策算 法相比,本 文算法在时域预测视点和视点域预测视点上分别节省了74%的平均编码时间,同时保持 了良好的编码率失真性能;与现有模式决策快速算法相比,本文算法降低了更多的编码时间 ,并具有更好的编码率失真性能。

    • >安全信息
    • 基于最小二乘法的相位编码QKD中的主动相位补偿

      2014(5):998-1002.

      摘要 (1426) HTML (0) PDF 611.65 K (24) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决相位编码的量子通讯系统中量子密钥相位漂 移问题,以降低量子密钥分发(QKD),系统的误码率,克服已有算法存在的计算量大、测量 精度低和复杂度高等问题,提出了基于最小二乘的主动相位补偿算法,可在单光子情 况下通过扫描 少量相位点,应用最小二乘法,即可获得较高精度的相位补偿。实验仿真表明,本文算法可 以在较短的 时间内得到相位漂移参数并进行实时主动补偿,提高了QKD系统的运行 效率和性能。

    • >图像和信息处理
    • 基于压缩感知的图像压缩抗干扰重构算法

      2014(5):1003-1009.

      摘要 (1114) HTML (0) PDF 1.27 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统图像变换压缩方法压缩的图像经无线信道 传输时受高斯随机干扰导致重要变换系数失 真出现重构图像局部内容缺失的现象, 本文根据压缩感知(CS)信号分量具有同等重要性的特性,理论分析了去除失真CS信号分 量以抵 御干扰的可行性,提出一种基于CS的图像压缩抗干扰重构算法。算法首先假定已 知受高斯随机 干扰的比特所对应的CS信号分量的位置,然后根据这些位置确定新的CS信号 和重构矩阵,再 进行阈值迭代重构。仿真结果表明,本文算法在低误码率(BER)下得到精 确重构的图像,在高BER下得到图像 内容无缺失仅全局质量小幅下降的重构图像。因此,基于CS的图像压缩抗干扰重构 算法能够较好地 克服变换压缩方法以及阈值迭代重构算法抗干扰能力低的不足,从而为图像无线传输抗高斯 随机干扰问题提供一种可行的解决方案。

    • 像面数字全息显微系统的成像分辨率及成像特点

      2014(5):1010-1017.

      摘要 (790) HTML (0) PDF 1.33 M (12) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现高质量成像,通过对实际的像面数字全 息显微系统(IPDHMS)点扩散函数的推导,分析了系统的成像分辨率决定因 素及成像特点,给出了相应的实验结果。结果表明,IPDHMS的成像分 辨率取决于显微物镜(MO)的成像分辨率和记 录器件的像元大小,而与记录器件的光敏面尺寸无关;无论物体被照亮区域有多大,对全息 图的记录和再现都没有影响;IPDHMS对成像区域中各点发出的通过MO的各种频率成 分 均能完整记录与再现,是一种优化的全息成像系统,利用该系统可以实现高质量成像与测量 。实验结果证明了理论分析的正确性。

    • >光物理
    • 四比特超纠缠态的鲁棒性研究

      2014(5):1018-1022.

      摘要 (838) HTML (0) PDF 717.88 K (33) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用参量下转换和复合分束器相干叠加的方法制 备了四比特超纠缠Greenberger -Horne-Zeilinger(GHZ)态,测量了纠缠体系的对比度 和保真度。通过理论分析Ardehali不等式,得到了四比特纠缠体系的 实验可测Ardehali算符。进而利用Ardehali算符在比特反转噪声环境中的期望值和噪声强度 的关系,实验研 究了四比特超纠缠体系的鲁棒性。结果表明,Ardehali不等式相对于定域实在论结果的违背 随噪声强度的增加而下降。

    • >生物医学光子学
    • 膝骨性关节炎的在体近红外光谱检测

      2014(5):1023-1026.

      摘要 (1241) HTML (0) PDF 484.80 K (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据关节软骨中水含量的变化,用近红外(NIR)光 谱法在体无创检测膝骨性关节炎(KOA)。阐述了基于朗伯 比尔定律的NIR光谱法检测KOA的原理。以6month的成年家兔为实验对象, 用Videman法获 得KOA模型,多次采集正常兔膝和KOA兔膝的光谱,提取不同时间段所获 得的光谱信息,计 算得出了不同波长光强与828nm光强的比值,最后用线性拟合方法分 析KOA兔膝的光谱信息。和正 常膝关节相比,KOA膝关节的NIR吸收光谱增加,在983nm和995nm波长处变化明显。NIR光谱 法在体无创检测KOA是可行的。本文的研究结果为NIR光谱法用于人KOA的临床 检测提供了理论依据。

    • 基于双目视觉的医疗机器人摆位系统测量方法

      2014(5):1027-1034.

      摘要 (878) HTML (0) PDF 1.07 M (29) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现精确放疗过程中精确定位和 肿瘤位置的精确测量,建立了基于双目视觉 的医疗机器人摆位测量系统,并对系统所采用的摄像机标定方法、标记点识别及其三维坐 标计算、摆位 系统的位置验证等算法进行研究。建立基于双目视觉的医疗机器人摆位测量系统;提出了一 种对摄像机采用基于平面棋盘格和立体标定模板相结合的 摄像机标定新方法;采用Roberts梯度算子对图像分割的方法,识别标记点中心并计 算其三维坐标; 通过比较基于双目视觉计算和三维坐标测量仪器测量的各个标记点三维坐标的摆位误 差,实现放疗过程中位置验证和精确摆位。实验结果表明:摄像机的标定精度为36.5×10-3 mm和各个标记点的三维坐标平 均偏差为δX=0.573mm、δ Y=0.495mm、δZ= 0.430mm,测量方法可获得较高的标定精度和摆位精 度,能满足精确放疗对高精度摆位系统的临床需求。