• 2015年第26卷第3期文章目次
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    • >光电子器件和系统
    • 基于多重曝光法的多波长FBG制备和实验研究

      2015, 26(3):409-413.

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      摘要:利用扫描曝光法,通过控制曝光前施加在光纤上 的拉力,经过多次不同拉力状态下的光刻技术,实现了多波长光纤Bragg光栅(FBG)的制 作。 实验发现,多重曝光的子FBG位置和叠加程度对子FBG的谱形有很大的影 响,只有当各层子FBG长度、位置完全重叠时,各波长光谱才不会受到短波振荡的影响;对 载H增敏光纤, 第n+1层子FBG的刻写,总会使前面n层子FBG的波长变大,反射率变强;而对掺Ge光敏光纤,多重曝光 只将先制作的子FBG波长变大,而所有子FBG反射率都会变弱。通过合理设计曝光量, 在载H单模光纤上 制作了阻带谱形一致的四波长FBG。经实验测试,子FBG波长具有相同的温度系数和应变 系数。

    • 基于MEMS技术的水平轴光纤加速度传感器

      2015, 26(3):414-421.

      摘要 (1090) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了 一种基于微机电系统(MEMS)技术的水平轴光纤加速度传感器,并与Z轴光纤加速度传感器在同一MEMS芯片上 制造,形成单一方向出纤的三轴光纤加速度传感器。分析了器件工作原理和器件结构参 数与其性能的 关系,利用MEMS技术成功制作出了加速度传感器样品。初步测试结果表明,本光纤加速度传 感器灵敏度为164mV/g,3dB带宽的截止频率为1600Hz。

    • 一种埋入式FBG应变传感器在干式空芯电抗器健康监测中的应用

      2015, 26(3):422-426.

      摘要 (1337) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现干式空芯电抗器的长期健康监测,提出了 一种适用于强电磁环境的可埋入式光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器。传感器结构简单且 抗电磁干扰,可直接埋在干式空芯电抗器包封内。在包封制作 过程中,将2个FBG应变传感器和1个FBG温度补偿传感器埋入在干式空芯电抗器的包封内,其 中2个应 变传感器分别按轴向和径向布设。温升实验结果表明,随着通电时间的增长,35kV干式空 芯电抗器包封的 轴向和径向应变量沿负向增加,约5h后趋于稳定,此时包封轴向应变量约为-3200με, 径向应变量约为-4100με。埋入式FBG应变 传感器稳定可靠,可实现极端环境下干式空芯电抗器的健康监测,对维护电网及电力设备的 安全有重要意义。

    • 基于增益开关激光器和HNLF的超连续谱产生实验研究

      2015, 26(3):427-432.

      摘要 (1545) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于增益开关激光器和高非线性光纤(HNLF),对产 生超连续(SC)谱的方案进行了实验研究。验证 了采用不同输入功率以及不同非线性系数的光纤对SC光源输出频谱的影响。针对频谱编码光 码多分址(OCDMA)系统 应用,提出了衡量SC光源性能的平坦度指标定义,即为C波段内 除种子尖峰外的最大功率与最小功率的 差值。针对采用HNLF不易产生SC光源,提出采用具有幅度均衡功能的波长选择开关(WSS)对S C光源 的平坦度指标进行优化,平坦度从9dB降至3dB。将上述SC光源应用于动态可重构频谱编码 OCDMA系统中,实现了40km的传输实验,误码率(BE R)优于10-9。

    • Cu/TiOx/Al阻变存储器激活过程的研究

      2015, 26(3):433-438.

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      摘要:为了拓展光电器件在存储领域的应用以及更深入 地了解阻变机理,研究了Cu/TiOx/Al电阻式随机存储器(RRAM) 的激活(forming)过程,其中TiOx为透明薄膜。利用磁控 反应溅射方法,通过改变O2分压制备出具有高 折射率(在可见光区域平均值约2.23)和低消光系数(在可见光区域平均值约0.0042)的透明TiOx薄膜。 通过构建Cu/TiOx/Al三明治结构验证了透明TiOx薄膜的阻 变存储特性。在阻变过程中,通过调节forming电压和电流,实现了透明TiOx薄膜 的阶段性forming。对不同forming阶段的I-V拟合,进一步探索 透明TiOx薄膜forming过程 的电子传输方式。结果表明,随着forming的发展,透明器件的传输机理发生明显改 变,由肖特基 发射(SE)转变为FN隧穿,直接隧穿,到最后的欧姆传输,最终实 现完整的forming。揭示了TiOx薄 膜应用于可见光波段光电存储器件的可行性。

    • >光电子器件和系统
    • X射线背光成像诊断的球面晶体分析器研究

      2015, 26(3):439-443.

      摘要 (1042) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在激光约束聚变和箍缩聚爆实验中,为了分析内爆 靶丸推进层的运动过程和评估激光辐射驱动的对称性和均匀性, 需要得到靶丸内爆单色X射线二维空间分辨信息。为了诊断内爆高温等离子体X射线二维空间 信息,利用晶体布喇格衍射 原理研制了新型的成像系统。系统的核心元件为球面晶体分析器,球面晶体为云母球面晶体 ,弯曲半径为143.3mm。在中 国工程物理研究院进行了单色X射线背光成像实验,磷屏成像板获得了清晰的Cr靶单色X射线 二维网格图像。通过对实验 所得背光图像分析,云母球面晶体成像系统得到的空间分辨率为86 μm。实验结果表明,云母球面晶体可以应用于等离子体X射线的背光成像诊断研究。

    • 用质心波长表征AlGaInP基LED的结温

      2015, 26(3):444-449.

      摘要 (1307) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高采用光谱参数表征AlGaInP基发光二极 管(LED)结温的准确度,提出了一种采用质心波长表 征结温的方法。采用光谱仪测量恒定电流下、不同衬底温度时,AlGaInP基大功率LED的归一 化光谱功率分布;然后计算质心波长,并 得到质心波长-结温系数;再结合小电流下的质心波长,得到质心波长表征结温的公式 。将5只红色和5只黄色AlGaInP基LED采用质 心波长法、正向电压法、峰值波长和中心波长法得到的结温比较后发现:采用实验室常用 的1nm采样间隔的可见光光谱仪,质心波 长法与作为基准的正向电压法相比,平均误差仅1.24℃,准确度较 高。质心波长与结温成良好的线性关系,而中心波长和峰值波长与结温成阶梯状变化,因此质心波长更适合表征AlGaInP基LED结温。

    • 聚合物MEMS磁扭转微镜电流传感特性研究

      2015, 26(3):450-456.

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      摘要:提出一种基于聚合物材料的新型微机电系统(MEMS) 交流电传感器,对其关键部件聚合物MEMS磁 扭转微镜的特性进行研究。磁扭转微镜基体材料采用聚碳酸酯 (PC),扭转梁采用金属材料制作,永磁体内置于扭转微镜中,被聚合物材料所包埋,磁扭转 微 镜的反射面为反射光栅结构。对扭转微镜的 特征参数对扭转力矩和扭转角度的影响进行了分析。结果表明,磁扭转微镜的力矩与通电导 线的电流大 小成正比,微镜稳态扭转振动时最大扭转角度与导线交流电流 (a.c.)幅度成正比;扭转梁长 度越 长,扭转角幅度越大;而稳态振动扭转角幅度随着扭转梁半径的增大而减小。通过对扭转 微镜反射光栅0级衍射光的接收与解调,得到归一化光强测量电流的灵敏度可达0.024/A。

    • 聚合物波导马赫-曾德折射率传感器的设计和制备

      2015, 26(3):457-461.

      摘要 (1421) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:以聚合物ZPU44和ZPU46作为波导包层和芯层材料 ,设计并制备了基于Mach-Zehnder干涉 仪(MZI)的集成折射率传感器。设计并优化了波导截面参数、弯曲半径和传感窗长度等 结构参数,分析 了其折射率传感特性,进而采用光刻、反应离子刻蚀(RIE)等传统的微加工工艺制 备了聚合物MZI 折射率传感芯片。测试结果表明,制备的聚合物MZI传感器在1.33~1.44的折射率变化范围内具有较好的 线性度,折射率灵敏度约为88dBm/RIU,与设计基本符合。本文的聚 合物折射率传感器传感窗长度小,容易实现阵列化,在生化传感领域有很好的应用前景。

    • >光电子信息技术
    • LED通信中利用蚁群算法优化光功率

      2015, 26(3):462-467.

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      摘要:室内可见光通信(VLC)的多光源阵列对称放置在房 间的天花板上,光从LED光源出发经过直射、反射到达接收机端,在同一 接收平面用户的接收光功率和照明强度不相等致使不能享受同等的通信服务质量,难以保证 通信的公平性。针对通信系 统中光源放置位置导致接收平面的接收光功率和照明强度分布由房间中心向周围快速衰减的 问题,通过在4×4LED发射阵列 端配备功率调节因子,利用蚁群算法建立与接收光功率和照明强度相对应的节点和路径 的模型,提出使用方差作为评价 接收光功率和照明强度均匀化的目标函数,构建能见度表达式据此推导出状态转移概率公 式,并根据LED发射阵列和接收机 位置对称的要求选取一组优化功率调节因子值。仿真结果表明,接收光功率和照 明强度的方差分别从优化前的168252和653742降低到优化后的19.2663和74.8592,接收平面接收光功率 和照明强度分布不均匀性得到明显改善。

    • 可见光通信极性索引正交频分复用技术研究

      2015, 26(3):468-473.

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      摘要:为了抑制可见光通信(VLC)正交频分复用(OFDM)系 统发光二极管(LED)非线性限幅失真,提出了一种极性 索引OFDM(PIM-OFDM)调制方式。PIM-OFDM通过两个模块分别传输直流偏置 光OFDM(DCO-OFDM)双极性信号的极性信息和幅度信息。在第1模块中,对双极性信号的正 负极性编码并使用 OOK信号传输。在第2模块中,对双极性信号取绝对值得到幅度信息。在相同条件下,PIM- OFDM系统 性能比非对称限幅OFDM(ACO-OFDM)系统提升了接近 3dB。在光功率约束 条件下,在最 大有效(SNR)原则下得到了直流偏置和输入信号的最优功率分配。 仿真结果表明:光功率约束较小时,有 效SNR随着直流偏置增大而变小;光功率约束较大时,有效SNR随着直流 偏置增大会先增大后减小。 实验结果表明:在相同传输速率的情况下,PIM-OFDM误码率(BE R)性能要比ACO-OFDM提升1个数量级。

    • 可见光通信系统中硅光电池响应特性研究

      2015, 26(3):474-479.

      摘要 (1355) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种普通室内照明条件下光能量和光信号无 线复用传输的可见光通信(VLC)方式。与传统的VLC不同,采用Si光电池阵列替代Si光电二 极管(PIN)和雪崩二极 管(APD)做VLC接收机探测器,在进行可见光数据通信的同时,接收的光能量转换为电能给 锂电池充电。 基于载流子输运模型分析了环境光照度与Si光电池阵列光电响应速度的关系,通过实验测试 验证了普通室 内照明条件下Si光电池的响应特性和输出电压特性。研究结果表明,随着光照度的增加,Si 光电池阵列输出 电压和响应速度均增加,当探测器距离LED光源1.8m、照度为380lx时,通过优化设计放大电路,探测器 响应速度可达300kHz,输出电压可达2.8V, 满足信号探测和升压型电池充电电路的要求。

    • 基于非线性啁啾光栅和波长扫描的ROF系统

      2015, 26(3):480-486.

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      摘要:为了降低光信号在不同传输距离产生的色散对光载 射频(ROF)(光载无线电)传输系统的信号质量的影响, 提出了一种基于静态非线性啁啾光纤光栅(NLCFBG)和动态波长扫描相结合的可调谐色 散补偿ROF 传输系统方案。在对所提出系统方案进行理论分析的基础上制作了NLCFBG, 并对ROF传输中的可调谐色散效果进行半实物仿真,分析和比较了有无光栅色散补偿时系统 的传输性能;验证了此方案对不同传输距离、不同激光频率以及不同射频载波频率的光纤传 输系统色散补偿性能。

    • 可见光与RFID的双模无线通信控制系统研究

      2015, 26(3):487-493.

      摘要 (1140) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:将可见光通信(VLC)技术与射频标签(RFID) 技术相结合,设计制作了一个可见光与RFID的双模无线控制的门禁软硬件系 统。多种环境下对系统进行了测试。结果表明,可见光接收信号眼图清晰,系统稳定,传输 性能较好,控制效果较理想,可以解决设备接入“最后10m”的问题 ,有很好的应用推广价值。

    • >材料
    • 全场测量高分子材料超大变形的研究

      2015, 26(3):494-499.

      摘要 (898) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统的数字图像相关法因相关性较低而难以 测量高分子材料的超大变形问题,提出了一种 修正的数字图像相关法进行全场全过程测量高分子材料应变。首先,提出一种基于多核点的 初值匹配方法, 提高了匹配点对的鲁棒性及高效性;然后,介绍一种多基准匹配方法,极大提高了数字图 像相关法相关 性;最后,根据以上关键技术研发的超大变形测量系统对单向拉伸的高密度聚乙烯试件进行 测量。试验结 果表明,本文方法能实时、动态、全场测量应变分布大于500%的高分子材料变形状态 ,为全场测量超大应变高分子材料应变提供了一种有效的非接触测量手段。

    • Er掺杂GaSe晶体特性的研究

      2015, 26(3):500-504.

      摘要 (978) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:对改进型布里奇曼方法生长的Er掺杂GaSe晶体的成 分、光学特性和倍频特性进行了测量和分 析。研究发现,掺杂晶体中Er的分布不均匀且浓度远低于装料浓度,高浓度掺杂使得晶体光 学质量下降。通 过对掺杂晶体光学特性测量发现,Er的掺杂没有明显改变晶体的光谱特性,掺杂浓度为0.07mass.%的 GaSe:Er晶体在可见光波段表现出了比较好的光学性质。通过对晶体拉曼光谱的测量发现, 在GaSe:Er (0.09 mass.%)和GaSe:Er (0.10mass.%)晶体中出现了新的拉曼散射带,它 是由Er3+4F9/2→4I9/2跃迁产生的。 通过飞秒Ti:sapphire激光和CO2激光泵浦下I类倍频实验发现,掺杂晶体相位匹配角与纯G aSe晶体相比没有明显变 化,实验结果与理论曲线符合得较好,最佳浓度掺杂晶体GaSe:Er(0.07mass.%)将CO2倍 频转换效率提高了43%。

    • 新型橙红色荧光粉Ca9Al(PO4)7:Sm3+的发光特性

      2015, 26(3):505-510.

      摘要 (1095) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用固相法合成了Ca9Al(PO4)7:Sm3+ 橙红色荧光粉,研究了材料的发光性质。结果表明,以403nm近紫外 光作为激发源时,Ca 9Al(PO4)7:Sm3+呈现出多峰特征,主峰位于564、605、650nm,分别对应Sm3+4G5/2→ 6H 5/2、4G5/2→6H7/2、4G5/2→6H9/2和4G5/2→6H11/2 跃迁发射,其中605nm发射峰最强,从而材料整体发射橙红光;监测 605nm发射峰,对应的 激发光谱为多峰特征,主峰为345、362、375、403、440nm;改变Sm3+ 的掺杂量发现,Ca9Al(PO4)7:Sm3+的发射强度表现出先增大、后减小的变化趋 势,发射强度最 大值对应的Sm3+掺杂量为x=0.01,即存在浓度猝灭现象; 通过计算临界距离,得出造成浓度猝 灭的机理为电多极相互作用;测量了不同Sm3+掺杂量下材料的色坐标发现,Ca9A l(PO4)7:Sm3+ 的色坐标基本不变,位于橙红色区域。研究了Ca9Al(PO4)7:Sm3+的发射强度随 温度的变化情况发现,材料具有较好的温度特性,激活能为0.178eV 。

    • 共沉淀法制备Y2O2SO4:Eu3+荧光粉及其光致发光研究

      2015, 26(3):511-518.

      摘要 (1554) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用商业Y(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O、(NH4)2SO4和NaOH为实验原料,通过共 沉淀法制备了Y2O2SO4:Eu3+荧光粉。利用热分析(DTA-TG-DTG)、傅里叶变 换红外(FT-IR)光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL )光谱等手段 对合成的粉体进行了表征。结果表明,当(NH4)2SO4引入到反应体系中时,前驱体具 有非晶态 结构,且在空气气氛中800℃煅烧2h能转化为单相的Y2O2SO4粉体,该Y2O2SO 4粉体呈 准球形,粒径范围分布在0.5~1.0μm之间,团聚较严重。PL光谱分 析表明,在270nm紫外光 激发下,Y2O2SO4:Eu3+荧光粉呈红光发射,主发射峰位于620nm,归属于Eu3+5D07F2跃迁。Eu3+的猝灭浓度是5mol%,其对 应的荧光寿命为1.22ms。另外,当 (NH4)2SO4未引入到反应体系中时,采用类似的方法合成了Y2O3:Eu3+荧光 粉,并对Y2O2SO4:Eu3+和Y2O3:Eu3+荧光粉的PL性能进行了比较。

    • 用于白光LED的KNaCa2(PO4)2:Eu2+蓝色荧光粉的发光特性

      2015, 26(3):519-522.

      摘要 (1693) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用高温固相法合成了蓝色荧光粉KNaCa2(PO4)2:Eu2+,利用X射线衍射(XRD)和光谱技术等表征了材料的性能。结果显示,少量Eu 2+的掺入并没有影响KNaCa2(PO4)2的晶体结构。 在399nm近紫外光激发下,KNaCa2(PO4)2:Eu2+材料发 射蓝光,发射光谱为400~600nm, 主发射峰位于471nm,对应Eu2+的4f65d1→ 4f7跃迁发射;471nm发射峰,对应的激发光 谱为250~450nm,主激发峰位于399nm,与近紫外芯片匹配很好。 以365nm近紫外光作为 激发源时,KNaCa2(PO4)2:Eu2+材料的发射强度约为商用蓝色荧光粉BAM:Eu 2+的85%;而以 399nm近紫外光作为激发源时,相较于BAM:Eu2+,KNaCa2(P O4)2:Eu2+材料具有更强的发射强 度。此外,KNaCa2(PO4)2:Eu2+和BAM:Eu2+的CIE色坐标接近,均位于蓝 色区域,色坐标分别 为(0.154,0.154)和(0.141,0.112)。研究结果 表明,KN aCa2(PO4)2:Eu2+是一种在三基色白光LED中有应用前景的蓝色荧光粉。

    • >测量·检测
    • 基于激光诱导荧光的环状流液膜流速测量与分析

      2015, 26(3):523-528.

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      摘要:在对传统方法测量和分析液膜特性的基础上,采用激光诱导荧光方法和互相关测量技术,对 竖直管道中的液膜流速进行光学测量和分析。 基于高速摄影获取气液环状流中液膜图像,采用数字图像处理技术对液膜流动图像进行处理 ,得到液膜厚度在空间上的 分布函数变化曲线,对间隔固定帧频的液膜图像进行互相关处理,进而采用抛 物线拟合,有效提高了互相关极 值的测量精度。实验结果表明,本文方法非接触、适用面广,可以有效检测环状流中液膜“ 破断”现象,并准确测量液膜流速参数。

    • 一种FBG靶式流量传感的结构设计及实验研究

      2015, 26(3):529-534.

      摘要 (1093) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统液压系统检测中存在的传感器体积较大 、测量精度不高等问题,设计了一种基于 光纤Bragg光栅(FBG)的一体式靶式流量传感器。在分析FBG及靶式流量传感原理的基 础上,设计 一种结构紧凑、便于密封和拆装的一体式靶片,将置于流体中迎流靶片所受的与流速成对应 关系的冲击力 转化成FBG波长的漂移,双FBG对称粘贴于悬臂梁上下表面的中轴线上,在提高传 感灵敏度的 同时,有效解决了温度与应变的交叉敏感问题。通过砝码干校实验测得传感器的灵敏度为3.55pm/g,其对 应的流量灵敏度为0.076L/s。实验结果表明,双FBG中心波长的变化 总量与加载在靶片上的质量有良好的 线性关系,灵敏度是单个FBG灵敏度的2倍,且几乎不受环境温度的影响,稳定性、可靠性 较好。

    • 基于CKF的系统误差与目标状态联合估计算法

      2015, 26(3):535-540.

      摘要 (1338) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对量测信息中系统误差对目标状态估计精度造成 的不利影响,提出了一种基于容积卡尔曼滤波(CKF)的系统 误差与状态联合估计(JE-CKF)算法。在算法实现中,首先采用状态向量维数扩展方法建立 非线性滤波框架下的系统误差配 准模型,其次根据系统误差配准模型对量测信息中的系统误差进行估计,进而通过对CKF实 现中量测预测值 的修正,改善量测残差中系统误差对滤波精度的影响。理论分析和仿真结果验证了算法的可 行性和有效性。

    • 差分吸收相干激光雷达中偏振分集技术研究

      2015, 26(3):541-547.

      摘要 (1443) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为减小差分吸收相干激光雷达(DIAL)中偏振衰落对 回波信号功率反演精度影响,研究了偏振分集技术(PDT)在相干DIAL中 的作用,构建了利用STM32控制的双光束切换DIAL实验装置。依托构 建的装置,利用平衡探 测,分别采用PDT和一般外差探测完成多组次实验,应用单频检测方法得到20m光程下吸收 气体不同浓度下相干中频信号的振 幅值,并由此求解出on光和off光回波信号功率。对回波信号功率值差分信息与由HITRAN得 到的参考差分信息比较 发现:应用PDT能使探测分辨率提高4倍,对应到2km距离内,可以探测到3.5×10-6ppm的CO2浓度变化,满足了 气候研究所需的优于1%的精度要求,验证了PDT消除偏振衰落以及提高相干DIAL分辨精度的 作用。

    • 彩色伪随机编码结构光解码方法研究

      2015, 26(3):548-558.

      摘要 (1096) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在采用伪随机序列生成彩色条纹作为投影图像的基 础上提出了一种对彩色伪随化编码结构光三步 解码新方法。首先,建立向量梯度算子将Canny算子推广到彩色多通道图像,对彩色带状图 像进行彩色边缘检测,确 定边缘特征的位置信息;其次,采用引导式K-means聚类算法和 颜色分辨能力较强的颜色不变量对图像进行颜色识 别和分类,继而获得边缘特征的颜色信息;最后,提出分步窗口匹配算法对边缘特征序列进 行匹配,从而确立拍摄 图像和投射图像上的边缘特征的对应性。实验结果表明,提出的解码方法在不需要假定被测 物体表面颜色和纹理结 构的条件下,依然能够有效地提高解码的精度,具有较强的鲁棒性。

    • 环状编码标记点的高效提取与鲁棒识别算法

      2015, 26(3):559-566.

      摘要 (983) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前环状编码标记点(CCT,circular coded ta rget)的提取与识别算法效率、识别率较低的问题,提出了一种高效提取与鲁棒识别 算法。介绍了编码标记点的特征及编码方式,采用提出的六点法获取目标点近似成像中心、边 缘检测和椭圆拟合及边缘筛选,实现CCT的提取;根据CCT的仿射变换 不变性提出的等分椭圆内切圆法,实现CCT的识别。对提出的算法进行了实验验证,结 果表明,提取算法可有效剔除干扰且运行快速,效率高;椭圆拟合最大偏差与平均偏差分别 小于0.06pixel和 0.03pixel,精度高;识别算法在各种恶劣条件下均能得到正确结果 ,鲁棒性强;在复杂背景下,全局漏识别 率、误识别率及平均运行时间分别为4.34%、0.47%和7. 22ms,相对于其他识别算法,综合性能最优。

    • 基于扩展卡尔曼滤波器的车道线检测算法

      2015, 26(3):567-574.

      摘要 (2008) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种将道路结构模型信息与扩展卡尔曼滤波器(EKF,extended Kalman filter)相结合的车道线检测算法。基于扫描线的自适应边缘检 测算子进行边缘点的检测,针对车道模型建立了适合算法的自定义参数空间,进行边缘 点的投票,提取出候选车道线,解决了传统Hough变换中处理速度慢的问 题。根据道路几何学和车辆动力学建立新的车道模型,增加了车道信息待估计的参数,并利 用车道线 的特征约束排除干扰线得到车道线的内边界,结合EKF对车道线边界点坐标参数进行跟踪估 计,以保证算法的稳定性与鲁棒性。实验结果表明,本文算法能够处理绝大多数的复杂车道 情况,在实时性、鲁棒性和检测率上都取得很好的效果。

    • TDLAS氧气检测系统设计及背景噪声在线消除

      2015, 26(3):575-580.

      摘要 (1065) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:将可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术用 于氧气(O2)浓度在线检测。以垂直腔表面发射半导体 激光器(VCSEL)为系统光源,采用对射式结构,测量光程为 60 cm, 选用760 nm附近O2吸收谱线,实现O2浓度实时测量。连续72 h测量表明,系统在短 时间内具有较好的测量精度,长时间(大于4h)测量结果存在缓慢漂移。在对一次谐波(1F )信号均值和二 次谐波(2F)信号峰值 变化趋势分析的基础上,讨论了背景噪声随测量环境变化引起的测量误差;并在背景噪声幅 频特性不变的前提下,利用最大互相关算法实时扣除背景噪声。 5%浓度O260 h测试发现,扣除背景噪声后,系统的最大相对测量误差由3.20%减小为1.82%,测量精度提高近1倍。

    • 视觉与激光相融合的大尺度钢板三维测量

      2015, 26(3):581-585.

      摘要 (1607) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了精确测量大尺度钢板的三维形状,构建 了激光技术与计算机视觉相融合的三维测量系统。首先,利用光学扫描仪快速得到大尺度钢 板的稠密的三维数据;同时,分 别利用激光全站仪和光学扫描仪测量钢板周围激光标签;然后,根据激光与光学扫描仪测得 的激光标签的三维数据,建立误 差场;最后,利用误差场校正光学扫描仪测量的钢板三维数据。实验结果表明:本文方法与 单独使用视觉方法相比,测量速度 基本相同,但测量精度提高近100%。能满足大尺度钢板三维测量的 要求。

    • >激光应用
    • 基于激光PIV技术的XFD浮选机流场特征分析

      2015, 26(3):586-591.

      摘要 (808) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用激光粒子成像测速(PIV,particle imaging velocimetry)技术对XFD-1.5L浮选机 流场进行测定,揭示了XFD浮选机流场特征。在 浮选机转速为1000r/min的条件下,对10-10、20-20和30-30等3个平面进行了探测。实验 结果表明,XFD浮选机主要特征为:流体在主槽与副槽之间循环;浮选机主槽可以分为3个区域,Y=0~25mm区间以水平旋转流为 主,Y=25~120mm区间以上升流为主,Y=120~145mm 区间以流向副槽的水平流为主,分别对应于浮选理论中的搅拌区、分离区和泡沫区 ;浮选机流场设计合理,有利于矿物的分选。

    • 激光冲击处理对AZ31镁合金力学性能的影响

      2015, 26(3):592-596.

      摘要 (1255) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了分析高速应变条件下镁(Mg)合金的动态力学行 为及组织结构变化,使用激光冲击处理(LSP)技术对AZ31Mg合 金进行了强化处理,并通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等手段对LSP试样的微观结 构进行 了表征。结果表明:LSP后AZ31 Mg合金试样的表层晶粒得到细化,其主要亚结 构以大角度晶界 为主;表面硬度比未冲击试样提高了127%;试样的抗拉强度提高了21%;断裂延伸率提高 了16%;AZ31 Mg合金的断裂方式有向韧性断裂转变的趋势,材料的韧性明 显提高。

    • >视频通信
    • 一种低复杂度的HEVC帧内快速编码算法

      2015, 26(3):597-604.

      摘要 (1306) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了降低高效视频编码(HEVC)帧内编码复杂度 ,提出一种HEVC帧内快速编码算法。根据视 频图像的纹理复杂性,提前跳过或者中止部分尺寸的编码单元(CU)的划分 ,减少CU深 度遍历区间;同时,根据粗选过程后预测模式和代价值的统计特性采用阈值法或者梯度模式 直方图法进一 步筛选掉粗选后可能性较小的预测模式,从而减少最后进行率失真(RD)代价计算的帧内 预测模式数量,进一步 降低编码复杂度。实验结果表明,本文算法与HEVC原始平台相比,在全I帧编码模式下编码 时间平均减 少42.20%,码率(BR)上升约 1.75%,峰值信噪比(PSNR)降低了0.108dB,有利于实时应用。

    • >信息安全
    • 基于压缩感知和变参数混沌映射的图像加密

      2015, 26(3):605-610.

      摘要 (1163) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了减少加密图像的存储和传输负担,提出基于压缩感知(CS)和变参数控制混 沌映射的图像加密算法。 算法采用变参数控制混沌映射产生的测量矩阵对图像进行观测,选用与测量矩阵非相干的离 散余弦变换(DCT)矩阵 为稀疏基矩阵,使得压缩和加密同时完成。为了进一步提高加密算法的安全性,引入扰动因 子使得加密 算法的密钥与明文相关。同时,加密系统具有抗差分攻击的能力。另外,执行耦合的置乱扩 散操作,使 得置乱和扩散同时完成,更进一步增强了系统的安全性。加密图像的每个像素以8bit整型 的形式输出便于 数据的存储、显示和传输。实验结果表明,本文的加密算法是有效的和安全的。

    • >光物理
    • 耦合腔系统双光子过程中的纠缠特性

      2015, 26(3):611-616.

      摘要 (1379) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究原子与耦合腔相互作用系统,考虑每个腔囚 禁一个二能级原子,并且原子通过双光子 跃迁与腔场发生共振相互作用,通过解薛定谔方程导出了系统态矢的演化规律;利 用负本征值 度量两个子系统间的纠缠,研究两原子间和原子与腔场间的纠缠演化,讨论了两腔场 间耦合系数变 化对纠缠的影响。研究结果表明:随腔场间耦合系数增大,原子间的纠缠和原子与腔场间纠 缠均表现出从 不规则振荡向准周期性演化的转变,当腔场间耦合系数大于一定值后它们均呈现出准周期性 演化规律;而 曲线平均值呈现时而增大时而减小的过程,表明它们与腔场耦合系数间存在非线性关系; 另一方面,当 腔场间耦合系数较小时,原子与腔场间纠缠还呈现出崩塌和恢复现象。