• 2021年第32卷第4期文章目次
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    • >光电子器件和系统
    • 用于亚Hz量级线宽超稳激光频率噪声评估的高准确度低噪声频率电压转换器研制

      2021, 32(4):339-343.

      摘要 (413) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:超稳激光的频率噪声是评估超稳激光性能的一个 重要指标,一般均需要借助频率电压转换装置将频 率噪声转换为电压噪声来测量。目前市场上现有的频压转换芯片适用于工业控制领域,不能 满足评估超稳 激光所需的低噪声、高输入频率以及大带宽的需求。本文基于锁相环技术设计了一种准确度 高、附加噪声 低的频率电压转换器,介绍了其工作原理,并对其转换系数、准确度和附加频率噪声进行了 测试。实验数 据显示,该频压转换器在24.85 MHz~25.19 MH z频率区间内实现了频率-电压的线性转换;具有较高的准确 度,在100 kHz测量范围内,频压转换误差小于0.5 dB;附加频率噪声在1Hz频偏处的频率噪声小于-10 dB Hz2/Hz,在2Hz~100 kHz的测试带宽内,噪底均低于-20 dB Hz2/Hz,满足测试线宽在亚Hz水平的超稳激光器频率噪声的要求。

    • 氧化钨薄膜对发光二极管特性的影响研究

      2021, 32(4):344-348.

      摘要 (264) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:氧化钨薄膜具有适中的光学带隙、折射率及高功 函数等半导体特性,本文采用溅射法(Sputtering)制备氧化钨薄膜测试其光电特性,使用AFM、XRD观察薄膜外观结构与晶体状 态,应用XPS、UPS表征薄膜的化学计量组分及薄膜功函数,并将此薄膜应用于AlGaInP发光 二极管器件中,以增加与p-GaP欧姆接触特性,增加载流子注入效率;测试结果表明:采用 合适厚度的氧化钨虚设层与ITO形成的复合膜层可有效增加电子注入效率,使AlGaInP发光二 极管的出光强度提高4%,同时正向电压降低0.01 V。

    • 基于改进神经网络算法控制开关电源的研究

      2021, 32(4):349-355.

      摘要 (261) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对数字开关电源的控制策略问题,提出一种改 进共轭梯度算法的BP神经网络PID 控制系统。以BUCK变换器为研究对象,在BP神经网络PID算法的基础上,通过改进共轭梯 度算法优化控制系统的调节时间和恢复速度,以提高数字开关电源系统的控制性能和输出性 能。基于MATLAB软件完成系统建模进行仿真研究。结果表明:改进后的控制系统比改进前 的调节时间提高0.03 s,超调量降低10%,恢 复时间缩短0.03 s。从理论上验证了改进共轭 梯度算法的BP神经网络PID控制系统在响应时间上更短,超调量更低,抗干扰能力更强。

    • 用于红外焦平面读出电路的新型输出缓冲器

      2021, 32(4):356-360.

      摘要 (292) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据红外焦平面读出电路输出缓冲器的大输出摆 幅和大压摆率的特点,设计了一种应用于红外焦平面读出电路的新 型输出缓冲器,由于输出缓冲器需要一个较大的输出摆幅,所以采用轨对轨输入以及AB类输 出的全差分运放,使其在不损失 增益的情况下提高带宽和输出摆幅;并在轨对轨结构中插入恒定跨导电路,使电路更加稳定 ;在输出缓冲器高压摆率的要求下, 输出级插入压摆率提高电路,使电路达到更好的性能。该输出缓冲器采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺,50 pF电容负载、100 kΩ 电阻负载,5V工作电压。仿真结果表明,在输入摆幅1~4.8 V的情况 下输出摆幅能到达1~4.8V,增益能达到100.34 dB,带宽 为58 MHz,正负压摆率分别为89 V/μs、-92 V/μs,其他仿真结果也均满足缓冲器的设计要求。

    • >图像与信息处理
    • 基于视觉模糊的LBP鲁棒特征提取与匹配

      2021, 32(4):361-372.

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      摘要:目的针对目前模糊图像特征提取与匹配方面, 存在特征提取困难、匹配率低、抗噪以及抗尺度变 化能力弱的缺陷。方法提出一种基于SIFT算法与改进的中心对称局部二值模式相结合的精准 、特征识别 率高的匹配算法。首先采用SIFT进行特征的提取,生成多维的描述子,其次采用本文改进的 中心对称局 部二值模式对高维特征描述子进行降维处理,并采用局部特征区域对降维后的描述子进行特 征检测,并生 成纹理特征图像以及信息分布直方图,对特征区域的特征点进行信息量统计,并设置检测阈 值。提取符合 特征信息要求的特征点,并依据Hausdorff距离算法实现图像粗匹配,最后采用RANSAC算法 进行误差匹 配的剔除来改善匹配的精度和鲁棒性。结果测试结果表明,本文所建议的算法是有效的,它 不仅具有良 好的模糊图像分辨能力和抗尺度变化特性,而且具有较强的噪声抑制能力和抗光照变化能力 。结论本文 提出的基于视觉模糊的鲁棒特征匹配算法,不仅考虑到传统特征匹配算法的优缺点,也提出 了算法改进的 新思路,而且较SIFT算法以及LBP算法稳定性和准确度有了明显的提高。

    • 融合Inception-LSTM级联网络下的动态手势识别

      2021, 32(4):373-381.

      摘要 (322) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前基于视觉的动态手势识别问题仍是研究的难 点,在大多数应用背景情况下很难提高手势识别率。传 统的动态手势识别手段主要是利用智能传感设备以及单个或多个摄像头进行数据采集的视觉 方法来实现,效率低, 准确度差。近年来,随着深度神经网络技术的快速发展,利用网络自主学习的方法来提取手 势姿态有关特征得到了 广泛关注。本文针对传统动态手势识别准确率低的问题构建了Inception-CNN网络和LSTM网 络融合的方法。在 Cambridge-Gesture、VIVA以及Sheffield Kinect Gesture Dataset(SKIG)三个动态手势数 据集上实验结果表明融合 Inception-LSTM级联网络的识别率高,与现有的传统方法和当下流行的多种卷积神经网络 方法相比,本文手势平均 识别率和各个类别的手势识别率均高于现有方法,充分证明了本文方法的有效性和鲁棒性。

    • 基于最大熵直觉模糊核聚类的目标跟踪算法

      2021, 32(4):382-388.

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      摘要:为了提高杂波环境下目标跟踪的正确关联率和实 时性,本文提出一种基于最大熵直觉 模糊核聚类的目标融合跟踪算法。先通过密度函数法确定初始聚类中心,再通过加入核函数 和放松对隶属度的限制,并且通过样本加权给离群点和样本点不同的权值,从而可以减少离 群点和噪声点的干扰,最后通过直觉指数引入直觉模糊集,得到改进后隶属度矩阵,以隶属 度矩阵作为关联概率进行目标与观测的关联,并用卡尔曼滤波进行目标模型的更新,提高目 标跟踪的正确关联率和实时性。实验表明,本文算法相对传统的模糊C均值聚类算法可以提 高目标正确关联率3%左右,并且在算法耗时方面平均减少了0.1 s,相 对于最大熵模糊C均值 聚类算法可以提高目标正确关联率1.9%左右,算法耗时平均减少0.4 s,表明本文算法在提 高目标跟踪正确关联率并增加算法实时性拥有更好的效果。

    • 基于多模型融合方法的肺结节良恶性分类

      2021, 32(4):389-394.

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      摘要:针对CT图像中肺结节因边缘模糊、特征不明显造成的分类效果有偏差的问题,本文提出一种嵌入注意力机制的多模型融合方法(简称MSMA-Net)。该方法先将原始CT图像进行肺实质分割和裁剪操作后得到两种不同尺寸的图像,然后分别输入到空间注意力模型和通道注意力模型进行训练,其中,空间注意力模型着重于提取肺结节在CT图像中的空间位置信息,通道注意力模型着重于提取肺结节的细节特征。最后将两个模型提取的特征进行融合,用于得出良恶性分类结果。经过大量实验表明,这种多模型融合方法能很好地提取到肺结节在CT图像中的位置信息和自身的边缘特征,在LIDC数据集的基础上,该方法在准确率,敏感性,特异性分别达到了96.28%,96.72%,96.17%,相较于传统的网络模型取得了更好的分类效果。

    • 基于深度学习的车载屏幕文本检测与识别研究

      2021, 32(4):395-402.

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      摘要:车载屏幕文本图片显示内容丰富、背景多样性、 文本信息较多且大小、方向不定等 问题,导致文本检测与识别过程中出现准确率低、检测速度慢的问题,因此提出了一种基于 深度学习的车载屏幕文本检测与识别的系统。该系统的文本检测模型采用改进的EAST网络, 应用DenseNet网络作为特征提取网络以增强特征重用,为了改善长文本的预测效果,采用 区域边界元素预测顶点位置的文本线构造方法,提出了改进的文本检测模型DenseEAST网 络;针对识别框架提出了CRNN-X文本识别模型,基于CRNN模型引入深度可分离卷积降低网 络参数量,同时网络加入dropout以优化训练过程。实验结果表明,本文的改进方法在公开 的数据集和实际车载屏幕场景的文本检测与文本识别上均有较高的准确率,模型在实际的车 载屏幕场景中的文本检测准确率为97.3%、文本识别准确率97.6%,能够满足实际场景中的使用需求。

    • 融合注意力机制的金属缺陷图像分割方法

      2021, 32(4):403-408.

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      摘要:由于金属表面缺陷图像的特性,有效精确分割是 图像处理任务中的一大挑战。为了获 得缺陷的类型、大小及位置信息,本文提出一种融合注意力机制的金属缺陷图像分割网络。 该网络分为两条路径,语义信息路径主要由残差块构成的卷积网络获得特征图,采样过程中 分步融合注意力机制以增强特征与背景对比度。旁路路径设计注意力机制模块获得位置信息 的权重图,后将同尺寸的特征图与权重图融合,通过空间金字塔结合多尺度特征。实验结果 表明,运用该算法可以提高金属表面缺陷图像的分割精度。

    • >测量·检测
    • 基于物质吸光度的气液两相流相含率测量模型

      2021, 32(4):409-418.

      摘要 (392) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了建立近红外信号特性与气液两相流不同流型 相含率的关系,本文基于朗伯-比尔定律及物质的 吸光度,对近红外接收信号与气液两相流相含率的关系进行了探究。将八通道近红外检测装 置安装在河北 大学多相流实验系统,并针对泡状流、环状流、弹状流三种流型下共87组工况点进行了多组 实验,针对不 同流型建立了相应的相含率测量模型,其中泡状流模型液相含率相对误差在±3%以内;环状 流模型气相含 率相对误差在±3%以内;弹状流模型液相含率相对误差在±5%以内,所建立的气液两相 流体积含率测 量模型效果可观。证明了基于近红外理论建立气液两相流相含率模型是可行的,为两相流检 测提供了一种可靠的方法。

    • 可见光通信色移键控星座设计方法研究

      2021, 32(4):419-424.

      摘要 (288) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出一种基于色移键控(CSK)调制兼容照 明的可见光通信(VLC)系统星座图 设计方法,可实现多色光源在通信的同时保证色度和视觉亮度稳定。基于国际照明委员会(CIE)1931 XYZ色度系统,本文给出了色度和亮度约束在CSK星座布 局优化问题的数学表 达式。进一步的本文提出采用数值优化中的内点法对该问题进行求解。由于内点法要求目标 函数可微,本文提出一种局部近似的方法将CSK星座优化问题的目标函数连续化。此外,内 点法要求算法的起始点严格可行,本文提出了一种候选点生成方法。实验表明,本文所提出 的设计方法能够应用于基于商业发光二极管(LED)的CSK-VLC系统的星座图设计。

    • >光物理
    • 新型光子晶体四通道滤波器研究与设计

      2021, 32(4):425-430.

      摘要 (391) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于光子晶体环形腔缺陷与线缺陷波导之间的共 振耦合原理,设计了一种由新型环形腔和主波导组 成的四通道二维三角晶格光子晶体滤波器。运用平面波展开法和时域有限差分法分析了光波 在整合结构中 的传输特性,并进一步讨论环形滤波器内的内部介质柱半径大小对滤波器传输特性的影响。 结果表明:新 改进环形的滤波器传输效率达到80%左右。通过实验,选取内部 介质 柱半径在0.44R~0.53R时,其传输效 率达到85%以上,并进一步选取内部介质柱半径为0.46R,0.47R,0.52R 制作四通道滤波器,实现 了波长为1646.9nm,1647.7 nm, 1648.5 nm,1652.3 nm四信道波分复用,其传输效率均在92%以上,半峰宽 高小于6.0 nm。由于滤波器传输效率高,窄带特性良好,所以适用于 光器件集成。

    • 光纤双折射对光纤环保偏能力影响的实验研究

      2021, 32(4):431-436.

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      摘要:为了研究光纤双折射对陀螺光纤环保偏能力的影响,选用三种不同型号的光纤采用相同的绕制方法制作相同规格的光纤环。采用白光干涉仪测试光纤环的偏振耦合分布,并利用光纤环两端尾纤与白光干涉仪尾纤的熔点引起的偏振耦合干涉峰计算绕环光纤的双折射。通过不同光纤环测试结果的比较,分析绕环光纤双折射对光纤环保偏能力的影响。测试结果表明,三种绕环光纤的双折射分别为7.47×10-4、6.36×10-4、5.78×10-4,对应的三只光纤环的整体偏振耦合幅值分别为-74.79 dB、-70.06 dB、-64.97 dB。选取了相同对应位置的5个大耦合点进行偏振耦合幅值的统计,三只光纤环平均偏振耦合幅值分别为-57.85 dB、-49.85 dB、-44.49 dB。实验结果表明采用高双折射的保偏光纤有利于提高光纤环的整体保偏能力,且高双折射光纤具有较强的抵御外界应力影响的能力。

    • 窄谱中波紫外线联合卤米松对寻常型白癜风患者皮肤炎症及黑素细胞功能的影响

      2021, 32(4):437-442.

      摘要 (329) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:探讨窄谱中波紫外线(NV-UVB)联合卤米松对 寻常型白癜风患者皮肤炎症及黑素细胞(MC)功能的影响。方法:选取2017年1月至2018年12月本院100例寻常型白癜风患 者,依据随机数字表分为A组和B组,每组50例,B组给予0.05%卤米松治疗,A组在此基础上 联合NV-UVB治疗,比较两组皮肤炎症[白介素(IL)-2、IL-17、IL-22]、MC功能[MC 、α-黑 色素细胞刺激素(α-MSH)]、治疗疗效、不良反应。结果:A组和B组治疗后IL-2、IL- 17、 IL-22明显低于治疗前,A组治疗后IL-2、IL-17、IL-22明显低于B组,有统计学差异(P<0.05);A组和B组治疗后MC、α-MSH 明显高于治疗前,A组治疗后MC、α-MSH明显高于B组,有 统计学差异(P<0.05);A组治疗有效率 为94.00%,明显高于B组的80.00%,有统计学 差异(P<0.05);B组和A组不良反应率为10.00%和14.00%,两组比较无统计学差异(P>0.05)。结 论:NV-UVB联合卤米松可有效改善寻常型白癜风患者皮肤炎症及MC功能,有利于提高患者 的治疗疗效,且安全性好,值得临床推广。