摘要:针对多频带和完美吸波器的应用需求,本文设计一种基于超表面的三频带吸波器。所提出的吸波器由金属图案层、中间介质层和金属底板组成。研究表明,该吸波器在5.16 GHz(C波段)、7.27 GHz(C波段)和8.32 GHz(X波段)3个谐振频率处的吸波率分别为99.98%、99.94%和99.98%,可实现近乎完美吸收。利用阻抗匹配理论阐明所提出设计产生3个谐振频率的原因。对谐振频率处的表面电流、电场和磁场分布进行仿真,分析三频带吸波机理。通过改变吸波器顶层金属图案的数量可实现单频带、双频带和三频带的调控。此外,研究吸波率对极化角和入射角的依赖性,结果表明该吸波器具有良好的极化不敏感性和广角稳定性(0°—60°)。所提出的基于超表面的三频带吸波器具有易于设计和轻薄等特点,在电磁吸波、隐身、传感等领域有巨大的应用潜力。

摘要:针对部分Transformer网络在进行城市街景图像分割时,没有充分利用网络中的多尺度特征和上下文信息,导致分割结果部分大目标存在孔洞、小目标边缘分割不精细等缺陷,本文提出了基于Transformer架构的以提取多尺度特征和汇聚上下文信息为主的Trans-AsfNet方法解决此问题。该分割方法引入了Swin Transformer作为新的特征提取网络,加强信息的长距离依赖；提出了一种自适应子空间特征融合模块(adaptive subspace feature fusion,ASFF)加强网络对多尺度特征的提取能力,同时设计了一种有效全局上下文聚合模块(efficient global context aggregation,EGCA)提升网络的上下文信息的聚合能力,利用丰富的多尺度信息进行特征解码与信息补偿,然后聚合不同尺度的上下文信息以强化理解目标的语义信息,进而消除大目标孔洞,提高小目标像素的边缘分割精度。将Trans-AsfNet方法通过CamVid城市街景数据集验证测试,实验结果表明,该网络基本可以消除分割孔洞缺陷、提升小目标边缘的分割效果,在CamVid测试集上MIoU达到了69.5%。

摘要:为更好地了解输水隧洞内壁的实际情况,通常以牺牲分辨率的方式换取水下结构物表面缺陷的全景图像,而较低的分辨率又很难满足监测的需要。针对上述分辨率与全景图像矛盾冲突的问题,提出了一种基于仿生的S-FREAK水下图像拼接算法。考虑到水下图像具有低信噪比、低对比度的特点,算法首先通过模拟水下生物“鲎鱼”的视觉系统,实现了输水隧洞内壁图像的自适应侧抑制增强,突出了图像的架构特征,然后在尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform,SIFT) 的基础上,引入具有人眼视网膜特性的快速视网膜关键点(fast retina keypoint, FREAK)模块,提高了对图像关键特征点的分辨能力,最后结合随机采样一致性(random sample consensus, RANSAC)特征筛选和渐入渐出的融合方法对拼接图像予以修正。实验结果表明,在自适应侧抑制机制的增强下,所提 出的方法在增加有效特征点匹配对数的同时,大大提高了拼接的准确度,优化了最终的实现效果。

摘要:目标跟踪通常在面对亮度变化、背景混杂和快速移动等复杂场景时难以取得良好的跟踪性能,为此提出了一种结合自适应特征融合和注意力机制的红外与可见光融合的目标跟踪算法。利用红外光与可见光的互补性优势,增强传统目标跟踪算法在复杂场景下的跟踪性能。首先在前3层卷积层中结合注意力机制对红外光与可见光模态特征进行特征筛选,同时针对不同通道特征进行动态权重分配实现自适应特征融合,然后将不同通道特征进行融合,并经过实例分类模块实现对目标的跟踪。在GTOT数据集和RGBT234数据集上的实验结果表明,该算法的精度和成功率分别到达了90.4%和73.2%、79.6%和56.1%,优于目前主流算法。

摘要:针对立体图像质量预测偏差问题,基于人眼视觉模型,提出一种结合周边视觉信息的轻量级立体图像质量评价方法。首先,构建双目感知模型获取中央凹视觉区与周边视觉区,利用对称式立体信息融合模块(symmetrical stereoscopic information fusion,SSIF) 加强视差信息；然后,通过轻量级特征提取模块(lightweight feature extraction,LWFE) 获取双目质量感知特征；最后,在全连接层实现主客观立体图像质量评价值的关系映射。引入自适应多损失策略指导模型训练,在LIVE 3D与Waterloo IVC立体图像库进行性能测试,结果表明,算法具有良好的综合性能,与人类主观质量感知保持较高的一致性。

摘要:为提高传统局部二值模式(local binary pattern, LBP)算法提取目标图像特征时的识别率,提出一种基于掩膜迭代感兴趣区域(region of interest,ROI)改进LBP算法的特征提取方法。使用掩膜迭代ROI的提取方法,减少对干扰信息或者无效区域的处理,缩短缺陷区域的提取时间。在LBP的基础上根据预设的半径确定所述中心像素点的圆形区域,将邻域采样点之间的灰度值大小关系加入考虑范围,与中心阈值共同作为决定LBP编码情况的影响因子,充分利用邻域点之间所隐藏的方向特征,进一步提高了图像识别的准确率。实验表明,以PASCAL VOC齿轮缺陷数据集中缺陷图像为验证样本,实验所拍摄缺陷图像由SVM识别准确率相较传统LBP算法提升2%,最高识别率99.32％;Manhattan识别准确率相较传统LBP算法提升0.67%,最高识别率98.54％;European识别准确率相较传统LBP算法提升0.44%,最高识别率97.87％。

摘要:主成分分析网络(principal component analysis network,PCANet)是一种基于卷积神经网络模型进行简化的深度子空间网络模型。针对PCANet在卷积核提取过程中无法对图像样本进行实时处理的问题,本文提出了一种基于增量行列二维主成分分析方法(incremental sequential row-column 2DPCA,IRC2DPCA)的增量行列二维主成分分析网络(incremental sequential row-column 2DPCA network,IRC2DPCANet)。该方法可以在卷积核的训练过程中对训练样本进行实时处理,从而提高网络的训练效率。通过在PIE、AR、Yale 3个典型人脸数据集上的实验表明,本文所提出的方法具有良好的分类性能。最后,本文还研究了卷积核大小及卷积层中卷积核数量对于算法分类率的影响。

摘要:为提高皮秒激光驱动丝靶产生X射线强度,率先提出了皮秒激光辐照自持独立丝靶侧面辐射产生的X光源对静态台阶靶客体背光照相方法,并在中国工程物理研究院“星光-III”激光装置上进行实验研究。利用皮秒激光以靶法线30°方向入射,分别与直径10 μm的钼(Mo)丝和金(Au)丝靶相互作用 产生X光源,并通过多孔阵列和CCD相机测量X光源焦斑。获取的X光源焦斑的最小横向尺寸约为20 μm,纵向尺寸约为10 μm,静态客体成像的最佳空间分辨率接近~11 μm,与丝靶的直径相当。实验结果表明:采用自持独立丝靶侧面能够获得强穿透性的微焦点X光源,可为高能密度物质动态过程诊断等研究应用提供参考。

摘要:针对混合非对称限幅光学正交频分复用(hybrid asymmetrically clipped optical orthogonal frequency division multiplexing,HACO-OFDM)技术只利用了奇数子载波和偶数子载波的虚部进行符号传输而导致频谱效率低效的问题,本文提出了一种自适应偏置HACO-OFDM(adaptively biased HACO-OFDM, AB-HACO-OFDM)方法。该方法针对未被使用的偶数子载波的实部,构造了脉冲幅度调制离散多音(pulse-amplitude modulated discrete multitone, PAM-DMT)信号,并与 HACO-OFDM 信号混合传输提升子载波利用率,同时,引入功率高效的自适应偏置信号保证非负性。仿真结果表明:相比 HACO-OFDM,提出的 AB-HACO-OFDM 能够有效地提升传输的频谱效率,同时,具有更优的误比特率(bit error rate,BER) 性能。此外,相比传统的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)方法,所提方法实现目标BER所需的信噪比更低,表现出更高的功率效率。

摘要:为了解决光载无线(radio-over-fiber, RoF)通信系统发射机光功率受限问题,同时提高信息传输的可靠性,结合低密度奇偶校验(low-density parity-check, LDPC)码与概率整形(probabilistic shaping, PS)技术,提出一种LDPC-PS-64QAM方案来优化 RoF 系统的传输特性。该方案采用标志取反法对64正交振幅调制(quadrature amplitude modulation, QAM)信号进行PS,同时采用第三代合作伙伴计划 (3GPP)组织规定的LDPC码作为信道编码方案。仿真结果显示,在符号速率为10 Gbaud时,对比均匀分布(uniform distribution, UD)与PS信号的误码率(bit error rate,BER),PS信号 比UD信号发射功率降低了1.4dB,采用LDPC码后,发射机的发射功率得到进一步降低；光纤长度为20 km时,在相同BER情况下,PS信号比UD信号光信噪比 (optical signal-to-noise ratio, OSNR)降低了2.1 dB,抗噪性能更佳；改变光纤的传输长度,结果显示,LDPC-PS-64QAM系统具有更高的可靠性。

摘要:芳纶纤维增强树脂基复合材料(aramid fiber-reinforced polymer,AFRP)具有高模量、高比强度、质量轻等优点,在航空航天领域有着重要应用。为克服AFRP机械、磨料水射流和连续激光加工中存在的拉毛、分层和热影响区(heat-affected zone,HAZ)过大等问题,开展了超短脉冲激光加工AFRP的实验研究。实验测定了AFRP样品的烧蚀阈值,讨论了脉冲通量、激光频率和扫描速度等参数对HAZ与锥度的影响。结果表明,1 030 nm、230 fs飞秒激光加工AFRP的单脉冲烧蚀阈值为0.815 3 J/cm²,脉冲累计因子为0.598 7；HAZ随脉冲通量的增大而增大,锥度随脉冲通量的增大而减小；扫描速度为500 mm/s,脉冲通量为4—6 J/cm²,脉冲频率为100—200 kHz时,可以平衡HAZ与锥度,获得HAZ≤20 μm、锥度≤2 °、内壁光滑无拉毛、分层的精密加工效果。此项研究为精密加工AFRP提供了一种可行的技术途径,具有潜在应用价值。

摘要:延迟光反馈半导体激光器是近年来应用最广泛的混沌光源。然而,其不可预测性评估仍然是一个亟待解决的问题。从信息论的角度来看,根据线性化微分方程计算的Kolmogorov-Sinai(KS)熵可以准确地评估混沌激光信号的不可预测性。但是,评估实验数据的KS熵是非常困难,甚至是不可能的。本文证明了,在优化嵌入维度d、归一化垂直分辨率εN和采样时间τ后,Cohen-Procaccia (CP)熵可以作为一种实用的替代方法用于量化延迟光反馈半导体激光器实验产生混沌信号的不可预测性。

摘要:阿尔兹海默症(Alzheimer's disease,AD)是一种不可逆转的中枢神经系统退形性疾病,针对目前临床上AD诊断方法存在的主观性强、耗时、有创等缺点,无创、准确性高、可实现实时诊断的近红外光谱(near-infrared spectroscopy,NIRS) 分析有巨大优势。本文对采集的已确诊为AD和健康的265例血清样品光谱信息,进行光谱分析和主成分分析(principal component analysis,PCA) ,最后结合水光谱组学分析。结果表明:AD病人在PCA的前3个主成分分数中,PC1趋于负值,而健康人的PC1趋于正值。结合水光谱组学发现,AD患者在水光谱模式(water spectral pattern,WASP) 为多氢键和OH拉伸处的吸光度比正常人高,血清中水的大分子团存在的概率更高。相反,正常人在WASP为单氢键、水合作用以及不含氢键的自由水处吸光度明显高于AD患者,血清中水的小分子团存在的概率更高。因此,基于近红外水光谱组学的AD诊断方法是可行的。

摘要:脑肿瘤核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI) 分割是脑肿瘤诊断和治疗的重要环节,针对U-Net网络结构对图像特征感受野大小有所限制、上下文信息存在鸿沟导致的分割准确率较低的问题,本文提出了一种融合多尺度特征的脑肿瘤MRI分割算法。首先,设计了一种多尺度聚合模块(multi-scale aggregation module,MAM)来替换原始U-Net网络中的常规卷积层,增加网络的深度以及宽度,来捕获特征图的边界细节信息。其次,在跳跃连接中用上下文空洞空间金字塔模块(context atrous spatial pyramid,CASP)代替直接拼接操作,扩大网络的感受野,增强对不同尺度大小的病灶的提取能力。最后,在U型的底部设计了一种多层次聚合注意力模块(multi-level aggregation attention,MAA),使网络模型关注图像分割区域有效特征,排除背景噪声。将改进算法在癌症基因组图谱(脑肿瘤数据)数据库(the Cancer Genome Atlas,TCGA) 上进行实验验证,其结果表明所提算法的平均交 并比(mean intersection over union,mIoU) 、Dice系数、敏感性、特异性、准确率等指标分别为:91.39%、92.81%、89.14%、99.95%、95.78%。