摘要:设计非球面光学系统,尤其是含有多个非球面光 学表面的光学系统,合理的初始结构可以有效地减 少设计工作量,提高后续的优化效率,本文提出利用同时多表面(simultaneous multiple surfaces,SMS) 设计原理构建初始结构的方法,并且分析了其在成像光学系统设计中的像差特性,根据分析 提出了利用 SMS方法开展非球面光学系统初始结构设计的流程。最后使用该方法获得一款激光雷达接收 装置的光学 系统初始结构,经过进一步优化后,得到了工作中心波长850 nm,系 统焦距20 mm,相对孔径为1/1.6,视 场角为40°,总长小于30 mm的设计结果,验 证了该方法在确定非球面光学系统初始结构方面的可行性。

摘要:提出了一种聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)封装的液滴型光纤平面应变传感 器,用于监控薄片型工件的形变情况。该传感 器由一段标准单模光纤(single mode fiber,SMF) 弯曲形成的回音壁组成,其形状类似液滴,并被封装在由PDMS 制作的方形模具中。实验通过监测传感器输出光谱波长的 变化情况来获 取待测工件所受的外界应变的大小及方向。实验结果表明:当传感器受到沿液滴型结构短轴 方向的应变 时,输出光谱蓝移,应变灵敏度为－0.108 nm/με；当传感器受到 沿液滴型结构长轴方向的应变时,输出光 谱红移,应变灵敏度为0.084 nm/με；实验还研究了受力方向与 短轴成45°夹角时的情况,为应变的方向判 断提供了参考；该传感器对温度的响应灵敏度为－1.557 nm/℃。所 提出的光纤平面应变传感器,不仅可以 检测应变的大小,而且可以通过应变灵敏度来识别应变的方向,达到平面应变测量的目的, 在诸如镀膜、弯曲等领域具有很好的应用前景。

摘要:基于并联的干涉型滤波器的游标效应, 设计了 一种基于光纤萨格纳克干涉仪(fiber Sagnac interferometer,FSI)和马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)并联组成的光纤温度传 感器。FSI由一个3 dB的四端口耦合器和一段6.6 m的保偏光纤(pola rization maintaining optical fiber, PMF)组成, 因其具有较高的灵敏度以及较好的稳定性, 将其作为传感腔。MZI作为参 考腔由两个3 dB 的三端口耦合器自制组成, 通过控制MZI 两臂的长度,使这两个干涉仪的自由光谱范围(fr ee spectral range,FSR)相接近但不相等, 利用游标效应来提高该结构的温度灵敏度 , 然后通过改变温度来测量单 个FSI与并联FSI、MZI这两种结构的波长漂移情况, 从而探究温度灵敏度的放大情况。 实验结果表明, 单个FSI的温度灵敏度仅为－1.65 nm/℃,并联系统可以将其放大到 12.9 nm/℃,增益系数为7.82,与理论 结果相符,表明在相同温度下, 并联结构能够明显提高温度传感器的灵敏度。该传感器能 在较小的温度变化时呈现明显的波长漂移, 适用于生物和工业领域的温度精细检测。

摘要:基于微波光子混合封装技术,制备了多通道解复 用光/电(optical-to-electrical,O/E)转换组件。将光芯片、微波芯片、空间透 镜、微波电路进行一体化混合封装在同一壳体内,使得组件具备解波分复用、O/E转换、 微波处理等多 种功能,从而实现将1路波分复用的光载射频信号解调至6路射频(radio frequency,RF)信号并放大后对外输出。多 通道解复 用O/E转换组件包含了解复用器、聚焦透镜、光电探测器(photodetector,PD) 、微波放大器、均衡器以及电源等多 专业裸芯片, 利用混合集成封装技术,极大缩减了产品的尺寸,提高了集成度和复杂度,在大容量微波光 子应用领域 中具有极大潜力。通过对制备的O/E转换组件进行测试,结果表明该组件可实现光载射频 信号到RF信 号的宽带转换,光电转换效率在0.7 A/W以上。同时测试了O/E转换 组件的幅频特性,S21均值为－8.4 dB, 在通带内波动范围在±3.5 dB之间,驻波反射小于2 dB,且通道间隔 离度达到40 dBc以上。

摘要:针对DeepLabv3+网络在进行城市街景图像分割任 务时,没有充分利用到网络中多层级特征信息, 导致分割结果存在大目标有孔洞、边缘目标分割不够精细等不足；并且考虑到城市街景数据 具有天然的 空间位置特殊性,本文提出在DeepLabv3+网络的基础上引入高度有效驱动注意力机制(heigh t-driven efficient attention model,HEAM)与多层级特征融合模块(multi-stage featu re fusion model,MFFM),将 HEAM嵌入特征提取网络与空洞空间金字塔池化(atrous spatial pyramid pooling,ASPP)结 构中,使其对目 标关注更多垂直方向上的空间位置信息；MFFM通过融合多层特征图,在网络中形成多条融合 支路依次 连接到网络解码端,采用逐次上采样提高解码时像素上的连续性。将改进的网络通过CamVid 城市街景 数据集验证测试,实验结果表明,该网络能有效改善DeepLabv3+的不足,并且合理运用了数 据集的位 置先验性,增强了分割效果,在CamVid测试集上平均交并比(mean intersection over union, MIoU)达到了68.2%。

摘要:针对工业生产复杂环境下,工件跟踪鲁棒性差且 精确度低的问题,本文提出了一种基于重叠最大化精确跟踪算法(accurate tracking by overlap maximization,ATOM)的 多注意力融合工件跟踪算法。该算法采用ResNet50为骨干网络,首先融入多注意力机制,使 得网络更关 注目标工件的关键信息；其次,使用注意力特征融合(attentional feature fusion,AFF) 模块融合深层特征与浅层特征,更好地保 留目标工件的 语义与细节信息,以适应工业生产复杂多变的环境；最后将骨干网络第3层和第4层特征送 入CSR-DCF 分类器中,对得到的响应图进行融合,用以获取目标工件的粗略位置,通过状态估计网络获取 精确目标框。 实验表明,本文算法在OTB-2015数据集上的成功率(Success)与准确率(Precision)分别达 到67.9%和85.2%；在VOT-2018数 据集上的综合评分达到0.434,具有较高的精度和鲁棒性；在CCD工业 相机拍摄的目标工件序列上,进 一步验证了本文算法能高效应对工件跟踪过程中的常见挑战。

摘要:轴承故障信号中存在有关故障的异常信息,对维 护机械安全有着重大意义。轴承故障信号经小波包分解之后,故障的异 常信息主要体现在分解频段的动态误差上,而各个频段的动态误差一般由标准差能量熵和标 准差均值来描述。为了凸显轴承故 障的区分特征,通过轴承故障尺寸去刻度动态误差,利用相应的轴承故障特征参数提取相对 动态误差,是有效的处理方法。基 于此思路,本文针对小波包分解后不同频段分量的标准差,计算其能量熵以及均值。然后把 对应频段的标准差能量熵和标准差 均值相加作为特征参数,在同一尺度下定性分析。同时把轴承信号不同频段的特征参数相加 后的数值与轴承故障尺寸相比,通 过产生的相对动态误差进行定量分析,最终实现对轴承故障的有效区分。实验结果表明,本 文所提方法对轴承故障有很好的区分效果。

摘要:针对F范数对离群数据较为敏感,而L1范数能降 低离群数据的影响,但无法有效控制重构误差 的问题,本文将L1范数与F范数同时作为目标函数的距离度量方式,提出了二维主成分分析(two-dimensional principle component analysis,2DPCA) 联合算法 2DPCA-F-L1,并给出了其非贪婪求解方法。该算法确保了对图像的分类能力,同时也降低 了图像重构时 的平均重构误差。本文将提出的2DPCA-F-L1算法在应用于水下生物图像识别时,可以抑制 水下光学影 像存在的噪声干扰。实验证明,该算法能够精确地识别水下生物的种类,并且在图像重构时 相较于其他主成分分析(principle component analysis,PCA)算法具有更优的鲁棒性。

摘要:基于扩展的惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数(W igner distribution function,WDF)相结合的方法, 推导了部分相干扭曲矢量光束(partially coherent twisted vector beam,PCTVB)在海 洋湍流中的M²因子和角 扩展的解析式。数值模拟表明:通过调控束腰宽度、扭曲因子、初始相干长度和波长能在一 定程度上提高 光束抗湍流能力。减少光束初始相干长度,增加波长和束腰宽度可使光束有更小的M²因子, 而增大扭曲 因子的绝对值,使光束的M²因子更小,光束的抗湍流干扰性更 强。随着海洋湍流的温度方差耗散率与温 度和盐度比率的减小,动能耗散率、各向异性因子的增加,海洋湍流对光束的影响变小,光 束将具有更好的传输质量。

摘要:纯态单光子源是光量子信息技术的重要资源,它 在量子通信、量子计算等新一代信息 技术中具有重要的应用价值。本文基于周期极化铌酸锂(periodically poled lithium niobate,PPLN) 晶体提出一种小型化、可预知单光子 源的制备方案,在满足群速度匹配和准相位匹配条件下,设计一种非简并自发参量下转换过 程,产生频率解关联的光子对,进而实现可预知纯态单光子源的制备。从理论上推导出频率 解关联的参数条件,详细计算不同条件下光子对产率,研究发现:相同参数条件下,在铌酸锂 晶体波导结构中,光子的产生效率比相应体块晶体中提高4—6个数量级 。研究结果有助于 提高小型化单光子源的纯度和产率,对集成化量子光学芯片进一步发展具有重要推动作用。

摘要:提出了一种大传输窗口低限制损耗单环嵌套结构 的空芯反谐振光纤。采用全矢量有限元法结合完 美匹配层边界条件数值模拟了光纤传输特性,并分析了空芯反谐振光纤的结构参数对光纤传 输特性的影 响。仿真结果表明,优化后的光纤具有大传输窗口低限制损耗的优势,且具有平坦色散特性 。当纤芯直 径为50 μm、反谐振管个数N为6、反谐振 管厚度t为0.30μm、外层反谐振管直径d为32. 50 μm、内层 反谐振管直径d₁为21.13 μm时,在1 260—1 675 nm波长范围内,限制 损耗均低于0.21 dB/km ,色散值为(1.1±0.3) ps/(nm·km),在波长为1 550 nm时,限制损耗为0.078 dB/km。

摘要:近年来十分火热的搜索映射式无载体信息隐藏虽 具有一定的鲁棒性,但其隐藏容量较低、传输负 载大且算法复杂度高。针对以上问题,该文章提出一种基于Arnold置乱和离散余弦变换(di screte cosine transform,DCT)编码的无载体信息隐藏方法。该算法先对图片进行Arnold 置乱,再对DCT 后的低频系 数进行编码,接着更换置乱参数来构建索引表。选择索引表中与秘密信息相同的编码值所对 应的参数构 建候选队列,最后筛选出鲁棒性强的参数作为密钥发送给接收方。实验结果表明,该方法与 现有方法相 比大大提高了嵌入容量,拥有更强的抗JPEG压缩性能。并且减少了传输负载,算法简捷, 具有较强的应用价值。

摘要:医学图像中往往有很多与脉冲噪声灰度相同的像 素,因此含脉冲噪声的医学图像的恢复非常困难。为了获得比现有 的脉冲噪声滤波器更好的噪声抑制和纹理结构保持效果,提出了一种双迭代等距均值滤波(dual iterative equidistant mean filter,DIEMF) 的 医学图像恢复方法。该方法采用 等距离邻域进行噪声检测和去除；噪声检测器循环地利用邻域的非最值像素与中心像素之间 的平均绝对差,以及利用多数原 则,将噪声像素与无噪像素区分开来；噪声去除采用自适应和双迭代的方法,以等距邻域中 无噪像素和先前恢复像素的平均 值作为中心噪声像素的灰度估计值,充分利用最近的先前恢复的像素。实验结果表明,该方 法在噪声抑制和纹理结构保持方 面优于现有的方法,特别是对于低密度噪声,它比现有的滤波器具有显著的优越性。

摘要:在核医学中,单光子发射计算机断层(single-photon emission computed tomograpy,SPECT)骨显像是辅助医师诊断癌症 的重要手段。针对骨显像图像信噪 比低、边界模糊、病灶小难以提取和人工勾画病灶耗时等问题,提出一种基于改进U-Net 网络的骨显像病灶自动分割算法。该算法在U-Net的原卷积块基础上,采用了多尺度密集连 接(multi-scale dense connection,MDC) 的方式来提高对小病灶特征的提取能力,同时解决了网络加深后出现的梯度消失问题。其 次,为提取病灶的细节特征,在密集连接和跳跃连接处引入了注意力机制结构。最后,针对 使用小样本数据集,模型难以收敛的问题,采用迁移学习的方法,优化了模型的初始参数, 提升模型的泛化能力和分割效率。此外,为了降低计算量、进一步提高分割效果,对数据集 进行了裁剪和去噪。同时,将处理后的图像采用旋转、镜像等方法进行了数据扩充。实验结 果表明,改进的U-Net的识别精确率(precision)、平均交并比(mean intersection-over-union,mIoU) 分别能达到0.735 、0.467 ,效果优于目 前主流的分割算法,具有一定实际应用价值。