摘要:提出一种镀有铜(Cu)膜的锥形光子晶体光纤(TPCF) 倏逝波耦合温度传感器。其结构是在两段单模光纤 (SMF)之间熔接上一段长为20mm的PCF,并在熔融拉锥后的TPCF表面 上蒸镀一 层Cu膜制成的。熔接机放电电流设置为10mA,拉锥机拉锥速度为0.08mm/s,H₂流量为160mL/min。拉 锥完成后的TPCF锥腰最细处为68.47μm,传感器干涉条纹对比度为 8dB。将传感器放入温控箱中, 传感器两端分别连接至宽带光源(ASE)和光谱仪(OSA)上进行温度传感实验。实验结果表明, 当锥区长为10mm,镀 Cu膜厚为110nm时,在30～80℃温度变化范 围内,传感器的温度灵敏度最高可达0.075dB/℃。本文制作的传感 器 具有结构紧凑、制备简单和灵敏度高等特点,可用于工业生产、生物医学和电力电子等领域 的温度检测。

摘要:研究了一种光纤振弦式的光纤Bragg光栅(FBG)加速 度传感器,设计了一 种新颖的高灵敏、可调整的光纤质量块振动结构。根据传感器的预期性能指标,通过有限元 模拟分析,优 化了结构尺寸。经过振动台标定实验,传感器的灵敏度可达108.6pm /g(100Hz),线 性响应误差低于2.5%,重复性误差低于0.03% ,共振频率约为250Hz。其实验标定的灵敏度和共振频率与有限元模 拟的 结果相吻合。最后进行了柴油发动机缸盖振动测试,试验表明,本文制作的传感器可在线监 测发动机工作状态下缸盖振动的加速度变化,可应用于发动机振动的试验。

摘要:为了扩展光电振荡器(OEO)的频率范围,设计了 一种基于载波相移系统的二倍频OEO(FD-OEO)。 系统采用相位调制器(PM)和Mach-Zehnder调制器(MZM)并联,构成载波相移系统,利用载 波相移双边带(CPS-DSB) 调制的方法产生二次谐波分量；同时利用啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)色散特性实现边带分 量与CPS补偿,维持 OEO环路中基频信号的振荡。实验结果显示,在OEO环路系统基频信号为2.23GHz情况下,产生了4.30 GHz的FD信号,且通过边模抑制性能、稳定性及相位噪声对系统性能进行了验证。

摘要:由于受光源谱宽和光纤Bragg光栅传感波长移动范 围的限制,FBG传感系统中可复用的FBG数量 受到很大限制。为了解决这种限制问题,提出通过传感信号的时间延迟对传感FBG进行定位 的方法。 设计出基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统,用Fabry-Peror(F-P)腔和时延定位结合的 方式对传感信息进 行解调,用FPGA进行数据处理。搭建了实验系统,进行了简单的实验。实验结果表明, 本文系统增加可复用FBG数量的方法实用性强,精度高。

摘要:采用Cr⁴⁺:YAG作为饱和吸收体,实现了结构 紧凑的全固态半导体泵浦被动调Q内腔式钨酸锶(SrWO₄) 拉曼激光器,获得了稳定的、高效率的一阶斯托克斯拉曼光,并研究了激光器运转中拉曼光 的偏振特性。泵 浦抽运功率为5.8W时,获得的拉曼激光输出功率为968mW,调Q 脉冲重复率为49kHz,脉宽为7ns, 抽运光到一阶斯托克斯光的转换效率为16.7%,斜效率为18. 6%。这是目前报道的被动调 Q内腔式固 体拉曼激光器所获得的最高转换效率。

摘要:提出了一种利用发光二极管(LED)电致发光(EL)效 应的光电式电压传感器,其传感单元仅由一个电阻器和 两个LED组成。被测交流电压施加于一个高阻值(例如100MΩ)的电 阻器,产生μA级的泄漏电流并驱动 两个LED发光,用两根塑料光纤将此光强传输至光电探测器,则通过测量光强度即可获知被 测电压。选用 阻值约为100MΩ的电阻器,在室温条件下实验测量了0.2~5.5kV的工频电压,传感器输出与被测电压有效 值之间存在较好的线性关系,其非线性误差低于 3.1%。同时,提出并 实验验证了一种利用两路光传感信号 实现电压传感器输出随温度漂移的补偿方法,在5.5kV的被测电压范 围及－40～+60℃的温度范围内,补偿 后传感器输出的温度漂移约为±2.1%。本文的光电式电压传感器不需 要额外光源,并具有结构简单、成本低等优点。

摘要:针对大功率LED热流密度高的问题,提出一 种基于切削铜(Cu)纤维烧结的微型换热器水冷散热系 统。实验研究了烧结切削Cu纤维的孔隙率以及复合形式对LED芯片表面温度和换热器进 出口压降的 影响规律。实验结果表明,对于单一型烧结纤维微型换热器,在入口流量相同的情况下,孔 隙率为80%的 烧结纤维微型换热器对芯片表面的散热性能最优,而孔隙率为75%的 烧结纤维微型换热器压力损失最大； 对于复合型烧结纤维微型换热器,在入口流量相同的情况下,复合Ⅲ型(80~85%)烧结纤维微型换热器的 散热性能最好,而复合Ⅰ型(75~80%)烧结纤维微型换热器的进出口压 降最大。

摘要:利用星上微波光子技术,将多个频段微波信号调 制到光域,可解决数据在星上的高 速处理和星间远距离传输等问题。当多频段微波信号进行 光学调制时,交调失真是影响星上多频段微波信号光域传输性能的重要因素。研究了星上双 频段、每个频段内2信道的微波信号光学调制方法,分别推导了Ku、Ka波段微波信号的输出 信号噪声失真比(SNDR)和无杂散动态范围(SFDR)表达式,分析了 各次谐波和各阶交调失真分量对链路性能 的影响,获得了保证链路输出SNDR最优的最佳直流偏置相位和调制系 数。利用OptiSystem软件建立了仿真模型,并进行了仿真验证。研究结果表明 ,Ku 频段中非线性交调分量包括自频段三阶交调(IMD3)分量、频段间IMD3分量 和频段间二阶交调(IMD2)分量；Ka频段中非线性交调分量包括自频段IMD3分量、Ku频段IMD2分量、Ku频段二次谐波(HD2)分量以及频段间IMD3分量。对于Ku频 段信号,当调制系数和直流偏置相位分别为0.17和0.535π时,SNDR取得最优值21.50dB；对于Ka频段信号,调制系数和直流偏置相 位分别为0.22和0.525π时,SND R取得最优值15.32dB。

摘要:针对传统基于复伪噪声(PN)序列的定时同步算法在 相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统中存在定时度量函数模糊和峰均功率比(P APR)高的问题,提出了基于偶对称恒振幅零相关(ES-CAZAC,even symmetry c onstant amplitude zero auto－correlation)序列的定时同步算法。 改进算法训练序列包含两部分,并将这两部分看作两个窗口,利用偶数长度的CAZAC 序列具有偶对称特性分别计算 两个窗口的相关度,通过两个窗口同时得到最大相关度来确定正确定时点。分别在高斯白噪 声信道和10Gbit/s的CO-OFDM系统 上进行仿真。结果表明,改进算法在不增加算法复杂度的情况下,能得到十分尖锐的定时度 量函数,并且几乎没有旁瓣的干扰。 在CO-OFDM系统下,改进算法的旁瓣模糊度较Park算法减少26.7%, 在色散常数较大的情况 下定时均方误差(MSE)仍在10－5左右,定时精准。同 时,ES-CAZAC训练序列具有理想的PAPR值。

摘要:非正交轴系“激光经纬仪”(简称非正交轴 系经纬仪)在长时间的使用过程中视准轴参数发生微小的变化将会严重影响 测量精度,因此有必要对视准轴的参数进行校正。本文提出了一种基于非正交 轴系经纬仪前 方交会原理的视准轴参数校正方法,首先利用交会约束建立关于视准轴参数的非线性方程 组,然后通过 解方程组得到校正后的参数。为了验证方法的正确性,使用SolidWorks建立模型并 结合OpenGL 进行了仿真计算,然后进行了相应的实验。结果表明,本文方法能有效校准视准轴参数, 且具有很高的 精度；用本文方法对视准轴进行校正后,非正交轴系经纬仪测量系统的测量精度没有受到 影响。由于本文 校正方法不需要借助其他辅助仪器且校正过程简单,故可以在测量现场对视准轴进行实时 校正,具有一定的实用性。

摘要:针对自由曲面,采用双目立体视觉与相移光 栅结合的方式实现一种三维面型视觉测量系统。首先, 对测量系统的数学模型和标定方法进行了介绍；然后,对涉及的相位解析理论进行了详细的 分析；最后,针对当前相位解析 过程中存在的问题提出了相应的解决方法,并与当前主流的相位解析算法进行比较,证明本 文提出的算法在测量速度和精度 方面具有一定的优势。实验结果表明,本文系统的测精度约为0.04m m。

摘要:针对LED光谱容易产生漂移从而影响差分光学吸 收谱(DOAS)系统的测量性能,研究了温度和驱动电流对蓝光LED(LZ1-00B205)光谱产生漂移 的影响,发现LZ1-00B205中心波长随温度和电流的变化分别为+0.025nm/℃ 和－0.003nm/mA。通过对LZ1-00B205进行恒温控制(误差约为±0.1℃)和恒流驱动(电流波动<1%),有效 抑制了LED光谱的波长漂移和光强波动。使用改进后的LZ1-00B205作 为长光程DOAS系统光源,对大气NO₂进行了 监测。当光程为760m时,系统的探测限为4×10－9。实验结果表明,光谱稳定后的LED适于做DOAS系统的测量 光源。通过稳定LED光谱改善DOAS反演结果,这种方法不需要反复测量参考光谱,简化了DOA S系统的操作过程,同时提高了测量精度。

摘要:提出和发展了一种激光光路跟踪型原子力显微镜(AFM)技术及系统。研制了新型AFM探头,设 计了与XY扫描器联动的跟踪透镜及扫描跟踪光路,实现激光束对微探针(微悬 臂)的XY扫描的实时跟踪；研 究设计了独特的反馈跟踪光路,既可实现微悬臂偏转量的精确检测,又可巧妙地消除因微探 针的Z向反馈运动 造成的干扰噪声。利用研发的AFM系统对多孔氧化铝纳米孔等具有不同横向与 纵向结构尺寸的微纳米样品进行了扫 描成像,得到了理想的实验结果,表明研发的系统具有优良的XY扫描跟踪特性 和Z向反馈跟踪性能。本文研发的 AFM系统原理新颖、方法巧妙、扫描成像性能好和分辨率高,克服了常规样品 扫描型AFM的局限性,能够以 微探针扫描的方式实现不同大小、不同重量的样品的AFM扫描成像,可望在微纳米技术领 域获得广泛应用。

摘要:为实现不同视角点云的快速精确拼接,利用 多邻域曲率变化信息,通过多阈值自适应地进行关 键点选取,较好地排除噪声的干扰,保证了关键点质量。对以关键点为中心不同半径邻域曲 面进行拟合,利 用曲面拟合系数描述关键点的特征,用较小的计算量最大程度提取出了点云表面的几何形状 信息,识别精度 高。选取特征描述符间距离最小的对应点对作为初始对应关系进行初次配准,在变换后的对 应关系中设定 距离阈值,大于阈值的对应关系则予以去除,方法计算简单、剔除错误匹配点对效果良好 。运用聚类分 选方法对对应关系进行优化,保留局部特征向量相似程度最大的对应关系,使得对应关系分 布合理。最后 利用优化后的对应关系二次配准得到最终结果。实验结果表明,本文方法运行速度快且有较 好的抗干扰能力,适合实时三维测量应用。

摘要:针对高清视频编码(HEVC)标准帧内编码计算 复杂度过高的问题,提出了基于最大编码单元(LCU)相似度的 深度范围及率 失真代价阈值预测低复杂度算法。首先分析LCU相似性并将其量化,然后利用该量化变量概 率密度分布规律, 采用贝叶斯分类方法估计当前编码LCU深度范围；同时考虑到编码单元(CU)之 间相关性,自 适应设定率失真代价阈值,用以提前结束模式选择及继续分割过程:通过LCU编码深度范围 预测和率失真代 价阈值实现快速CU划分方案。实验结果表明,在性能几乎不变的情况下,本文算法较标准 编码算法编码 时间平均减少了39.55%,平均BDBR增加在1%以内,BD-PSNR仅降低了 0.03dB,在保持良好视频质量下有效降低了编码复杂度。

摘要:为了提升高效视频编码(HEVC) 帧内预测编码部分的编码效率,提出了一种HEVC帧内预测编码编码单元(CU)结构快速选择算 法。算法通过 对CTU(coding tree unit)四叉树结构的遍历过程进行优化,设计了两种不同的最优CU结 构快速决策算 法,分别从最大划分深度和最小划分深度开始遍历,并在每一步遍历之前,判断是否提前终 止遍历操作。 同时,在对每个CTU进行求解时,依据其纹理复杂度和当前编码状态,从两种算法中选择出 最优快速决策 算法对其进行求解。在HM 15.0的基础上实现了提出的快速选择算法 。实验结果表明,本文算法能够在 保证编码性能的同时,降低31.14%的编码时间,提高了HEVC的编码效 率。

摘要:针对可见光相机CMOS输出大数据量时出现压缩系统 实时传输困难的问题,提出了一种基于ADV212的实时视频压缩方案。 首先根据CMOS视频格式以及ADV212工 作原理,提出利用Custom-specific工作模式为各种格式的视频提供接口,并通过FPGA内部 的块RAM以 及SDRAM的乒乓操作对数据进行缓存,显著地提高了工作效率；之后,为了适用于不同应用 场合,本文 方法实现了码流的存储后传输以及直接传输之间的切换,并通过纠错编码极大地提升了闪存 的纠错能力； 最后,为了验证方法的可行性,基于压缩板以及解压板进行了实验验证。结果表明,压 缩系统可实现 实时稳定的工作,通过软件设置,系统可以实现极高的压缩比,压缩比为80∶1时的平均峰值信噪比(PSNR) 为28.238dB,压缩比为150∶1时的PSNR为26.165dB,解决了在大数据量下压缩系统硬件实现困难以及实时传输困难等问题。

摘要:针对当前HEVC视频信息隐藏算法对视频码率和质 量影响较大等问题,结合HEVC编码标准中 帧内预测模式的特点,提出一种基于帧内预测模式差值的HEVC视频信息隐藏算法。对于连续 两个帧内4×4亮度块预测编码过程中具有方向性的33种预测模式,建立隐秘信息与 预测模式差值的映射关系,根据拉格 朗日率失真模型调制预测模式完成隐秘信息的嵌入。为了保证隐秘信息的嵌入容量,对于连 续两个无方向 性的planar模式或DC模式,根据隐秘信息修改其值实现隐秘信息的嵌入。信息的提取过程, 只需对码流中 的预测模式解码即可。实验结果表明,隐秘信息的嵌入对视频序列的影响较小,亮度分量的 峰值信噪比 (PSNR)值平均下降约0.05dB,对码率 影响仅在1.1%以下,隐秘信息嵌入前后的结构相似度(SSIM)值均 在0.94以上。因此,本文算法能很好保证视频的主客观质量。

摘要:针对目前视频异常入侵行为识别的不足,提 出了基于三维虚拟警戒空间的异常入侵行 为自动识别方法。基于人头检测与跟踪方法,根据视频监控场景中单一行人目标信息,建立 行人三维平面方程, 构建视频监控场景三维立体虚拟警戒空间,从而将行人是否进入二维场景警戒区域,转化为 行人是否闯入三维 立体虚拟空间,并基于行人头部投影射线的滑动滤波统计,实现行人是否入侵敏感保护区域 的有效识别。所提 方法不受设定警戒区域的规则形状限制,也无需对场景内容事先学习。对不同视频场景 的实验验证及同类方法的定量对比结果表明, 所提方法有效、 可行。

摘要:提出的基于三维在线表观模型的粒子滤波目 标跟踪算法,以目标的独立特征为基础,分别从空域和时域对目标进行描述,构建目 标的三维表观 模型,并通过多重线性空间理论表达目标表观随时间推移引起的变化,实现模型的在线增 量更新。采用 粒子滤波方法,对每个独立线索分别进行在线权重估计,通过多线索的融合实现动 目标的稳定跟踪。 三维在线表观模型和在线跟踪机制使跟踪模型对目标与背景的在线区分能力得到进一步增强 ,保证了算法 在目标表观变化时的跟踪稳定性。通过多种目标表观复杂变化的场景验证,均取得了良好 跟踪效果。

摘要:针对目前基于手掌静脉的身份识别问题,分析了 掌脉图像的纹理特性,提出一种利用改进的S变换 能量特征的识别方法。首先对掌脉图像进行二维离散正交S变换(2D-DOST),将变换后的 频域图像作为 掌脉纹理特征的一种体现,即形成S变换能量曲面(STES)；然后将不同掌脉能量曲面进行 减法运算,得 到能量差曲面,进一步计算曲面的标准差,并以此为依据对不同掌脉进行分类识别。在通 用的接触式标 准掌脉图库上测试的结果表明,本文方法正确识别率为99.892,识 别时间为0.017s；同时使用自主 设计的采集仪在非接触环境下测试的结果表明,本文方法正确识别率可达99.480,识别时间为 0.020s。相比其他典型和流行算法,本文算 法提高了手掌静脉识别系统的性能,具有可行性和有效性。

摘要:针对非合作区域遥感图像中复杂背景下车辆目标检 测困难的问题, 提出一种改进形态学重建的车辆目标检测方法。首先,利用遥感图像的近红外和红色波段的 信息,获取场 景的归一化植被指数(NDVI),去除植被背景的干扰；其次,设计方向模板, 对全色图像进行滤波,使人 造物背景得以完整保留,并生成标记图像,利用标记图像重建得到人造物背景；最后,利用 原图和重建背 景之间的差异,进行车辆检测,有效消除了复杂背景的干扰。将本文提出的方法应用于实际 遥感图像的车 辆目标检测,结果表明,检测效果好,鲁棒性强,无需先验信息,可用于大幅面遥感 图像的车辆目标自动提取。

摘要:针对积分成像光场采集与基于掩膜的压缩光场成 像中空间分辨率低和视场角小,以及稠密相机阵列光 场采集中硬件成本高的问题,提出一种基于压缩感知的稀疏相机阵列光场采集与恢复方 法。将压缩感 知理论运用到稀疏相机阵列的光场恢复中,从稀疏的相机阵列光场拍摄中恢复稠密的光场。 分别采用 滑动窗口和直接分块窗口两种方法进行光场的恢复,实验结果从1×5的稀疏光场中恢复了1×24的稠密光场,并对实验结果进行了分 析。

摘要:在机器视觉非接触式的在线检测技术中,为了有效 感知图像局部子块的随机堆积状态,提出一种基于图像空间结构统计建模的工业产品质量智 能鉴 别方法。从理论分析了自然图像的局部同质碎片颗粒的韦伯分布(WD)过程；采用多尺度全向 高斯导数滤波方 法获得图像空间结构细节,基于WD统计建模获得图像空间结构在不同高斯观测尺度 下的特征描述； 最后,基于最小二乘-支持向量机(LS-SVM)原理建立工业产品质量智能分类模型。在大米 加工品质 自动分类和针织坯布质量智能鉴别中进行的验证性和对比性测试结果表明,所提出的方法 因能有效表征 为大量局部碎片颗粒随机堆积而成的复杂纹理图像空间结构的视觉感知特性,工业产品质量 智能分类准确 率高,为实现工业流水线上产品质量的智能分级和高质量产品的自动生产包装奠定了基础。

摘要:将独立成分分析(ICA)算法用于高光谱图像解混时 ,算法对丰度的独立性要求与实际地物分布相矛盾；同时, 采用梯度算法对解混目标函数进行优化时,易收敛到局部极值点。针对上述问题,提出在非 负ICA(NICA)模型的目标函数中引入丰度和为一约束(ASC),确保解混出的丰度与实际地物分 布一致；同时,采用布谷鸟搜 索(CS)算法,利用其优异的全局搜索性能对提出的目标函数进行优化求解。为减少参数维数 并缩小CS算法的搜索范围,利用矩阵QR分解理论,将对解混矩阵的搜索转化为对一系列Give s矩阵的识别。仿真 数据和真实高光谱图像数据实验结果表明,提出的算法能有效地克服上述问题,在噪声为30dB、像元纯度为0.8时,解混指标光谱角距离(SAD)和 均方根误差(RMSE)达到了0.03以下,达到良好解混效果。

摘要:定量评估拉盖尔-高斯(LG,Laguerre-GAUSS)光束在大气湍流中传输的相位畸变,对 补偿和提高轨道角动量(OAM,Orbital angular momentum)自由空间光通信的质量具有重 要作用。提出将Zernike多项式导出的LG光束波前畸变的均方根(RMS) 作为光束传播的相位畸变评估指标,并在仿真实验中采用分谐波(SH)随机相位屏模拟大气湍 流。 通过Matlab仿真方法对携带不同拓扑荷值的LG光束在湍流中传输的波前畸变(WFD)的RMS进行 分析和讨论。仿真结果表明,利用SH波法产生的随机相位屏比快速傅里叶变换(FFT)法更接 近 实际的大气湍流；受大气湍流影响,LG光束的相位受到破坏,且其损伤程度与光束传输距 离﹑光束携带OAM数l有关；WFD的RMS计算结果与相位仿真结果一致,作为算例,OAM数分别为l＝1、3和5的LG光束传输500m后的WFD的RMS值 依次对应为0.004、0.004和0.005,显示波前畸变愈加严重；对l为1的LG 光束,随着传输距离从500m增大到4500m,其WFD的 RMS值由0.004增大到0.005,也表明WFD更加严重。因 此,RMS定量评估方法可以较为准确和客观地反映LG光束WFD的规 律。

摘要:混合光环晶格是由束腰半径相同、拓扑电荷数分 别为整数和分数的两束拉盖尔-高斯(LG,Laguerre-Gaussian)涡旋光束共轴叠加 而成。本文理论模拟产生了混合光环晶格,包括混合亮环晶格和混合暗环晶格；基于共轭对 称延拓傅里叶 计算全息生成了混合光环晶格的全息图,并利用反射式空间光调制器(SLM),光电再现了高 质量的混合光环 晶格,实验结果与理论模拟一致。研究表明,混合光环晶格可以揭示拓扑电荷数的变化对 光环晶格的光束 分布影响,对深入理解复合涡旋光束提供了实验依据。

摘要:利用广义惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数(W DF)的二阶矩定义,导出高斯谢尔模型(GSM)涡旋 光束(拓扑荷数m=±1)与非涡旋光束在大气湍流和自由空间传输中光束传输 因子(M²因子)和角扩展的解析表达式, 并研究了大气湍流参数和光束参数对光束质量的影响。结果表明,GSM涡旋 光束在大气湍流中传输时,传 输距离z越小、结构常量C²_n越小、湍流内尺度l₀越大、空间相干长 度σ₀越小和波长λ越大时,归一化M²和归一化角扩展越小,受大气湍流影响越小,光束质量越好；与非涡旋光束相比涡 旋光束更合适 在大气湍流传输,更适合应用于大气激光通信。本文研究工作可为自由空间光通信和激光武 器等实际应用提供理论基础和实验依据。

摘要:通过对毫秒激光致铝(Al)熔融液体喷溅过程中 热通量的研究,建立了熔液在轴对称坐标下形成准稳态 喷溅的运动模型；进而通过解析和数值计算相结合的方法,得到了熔液准稳态喷溅过程中靶 材的中心点温 度、熔液表面的流动速率、熔池中心点的下降速度以及熔液喷溅后熔池的形貌。计算得到的 熔池中心点下 降速度随脉冲激光作用时间的增加而减小,熔液表面流动速率在准稳态喷溅时随熔池半径的 增加而增大。 计算得到的熔池形貌与实验结果相吻合,继而分析了毫秒激光致Al熔液准稳态喷溅时熔池中 心点温度和气 化区域半径随作用激光功率密度的变化关系。随作用激光功率密度的增加,更多的激光能量 转化为靶材的 内能,从而增加了熔液准稳态喷溅时熔池中心点的温度和气化区域半径。