针对场景监视、视觉导航等领域亟需解决的大视场高分辨率成像问题,提出了一种液晶电扫描主动成像视场扩展技术,基于液晶电扫描原理设计了基于液晶偏振光栅和铁电液晶的液晶电扫描模块,并搭建了一套主动成像视场扩展系统。通过激光主动照明方式,采用在光源发射端和图像接收端引入液晶电扫描模块的方法,结合液晶偏振时序控制和拼接融合得到了大视场高分辨率的目标图像。实验结果表明,基于液晶电扫描的主动照明成像,实现了分辨率为3840×480、视场角为52°的大视场高分辨率成像,成像视场扩大了6倍。工作实现了非机械式的主动扫描成像,为大视场成像扩展技术提供了一种很好的方法。
为了降低数字全息术领域中散斑噪声对重建相质量的影响,提出了一种改进的非局部均值滤波对数字全息散斑抑制的方法。方法使用统计学中的皮尔逊相关系数来改进非局部均值滤波中子块相似度的度量,并根据相似度系数的大小分为两个不同强度域,对其赋予不同的值,使灰度图去噪的对比成度更加强烈。方法不仅能更进一步的滤除散斑,还能更好的保持图像的边缘信息,可以解决传统非局部均值滤波中出现的图像过度滤波问题。实验结果表明,改进后的非局部均值滤波能够有效地降低数字全息图像中的散斑噪声,提高图像的质量和清晰度,与多数传统的数字图像处理方法相比性能更好。
面对短距离光通信中不断增长的数据流量需求,以及高昂的高速数据中心互连成本,文章提出了一种基于双偏振二进制相移键控(DP-BPSK)调制器的四级光信号生成方案。所提方案的实验架构包括激光二极管(LD)、由二进制数据驱动的DP-BPSK调制器、偏振控制器(PC)和偏振器,无需数字模拟转换器,结构简单易于实现。为验证所提方案的可行性,采用方案生成了四级脉冲振幅调制(PAM-4)信号,并将生成的PAM-4信号以不同的数据速率在65km标准单模光纤(SSMF)上传输,传输信号的眼图和误码率实验结果表明信号具有较高质量。因此,所提方案在未来短距离光通信中具有良好的应用潜力。
20mm碳钢亮面是万瓦切割能力验证的典型板材,采用超音速单层1.2孔径喷嘴,焦点在+12.5mm左右的离焦量,可以产生较好的切割效果,而此时激光切割头普遍存在喷嘴发烫,无法长期稳定切割的问题;通过对激光头进行光学软件模拟及光束分析仪实际测试,结果表明良好的切割效果不仅取决于聚焦光路长度,同时还与光路总长有密切关系;不同切割头内冷却及吸光装置不同,可能是光路相同情况下影响出射光束的主要原因。
碳纤维复合材料是飞机蒙皮的重要材料,除漆是飞机碳纤维复合材料蒙皮再次涂装之前最为重要的工序。激光除漆具有高效、可控、分层、“绿色”的优势,有望成为飞机碳纤维复合材料蒙皮除漆的主要技术途径。介绍了激光分层可控除漆方法和机理,总结了激光能量密度、激光扫描速度、激光搭接率等工艺因素对飞机碳纤维复合材料蒙皮涂层去除的影响规律,提出了激光分层可控除漆工艺的优化思路,并归纳了激光除漆效果评价方法。列举了激光除漆技术在飞机复合材料表面涂层维修中的应用,并对飞机碳纤维复合材料蒙皮激光除漆技术的发展趋势进行了展望。
为了能较大程度的满足图像复制的需求,避免同色异谱现象,研究光谱重建算法对光谱反射率重建精度和色度的影响。通过改进传统的主成分分析法,提出逆方差加权回归的光谱反射率重建算法。首先,引入逆方差加权模型,调整因子权重;其次,对光谱反射率训练样本集归一化处理,计算新的协方差矩阵;最后,对加权后的光谱反射率样本集奇异值分解,重建光谱反射率。实验表明,基于逆方差加权的光谱反射率重建算法的CIE DE2000颜色精度提高了3.3%,光谱重建精度提高了2%,能够实现良好的颜色再现效果。加权算法可以应用于光谱反射率重建过程,有助于提高光谱重建精度和色度。
傅里叶变换光谱仪(FTS)因其出色的光谱分辨率而广泛用于太阳活动的观测。在使用过零单边干涉图进行光谱复原时,可能会出现频率泄漏、旁瓣效应以及对零光程差附近的采样数据重复利用,从而导致光谱线的平滑和畸变等问题。为了获得更准确的太阳光谱数据,必须对过零单边干涉图进行加权和切趾操作。对此,文章采用了一种奇次多项式非对称加权切趾函数来处理过零单边干涉图,并探讨了使用不同的切趾函数构建非对称加权切趾函数进行光谱恢复的效果。模拟数据实验的结果表明采用奇次多项式非对称加权切趾函数可以有效地恢复光谱。此外,与Griffiths、相里斌以及SP. Davis提出的加权切趾方法相比,文章中提出的方法表现出较小的误差。最后,将所提出的方法应用于Bruker IFS-125HR FTS采集的干涉图数据,与其他切趾方法相比,使用文中提出的方法可以有效地恢复光谱。
随着遥感成像技术的发展和普及,高光谱图像中大量的波段使得大多数应用研究遇到休斯现象。而且随着高光谱图像数据量的快速增长,现有的传统串行算法计算复杂度较高,难以处理高维海量高光谱图像数据。针对以上问题,提出Spark平台下基于互信息计算的波段选择算法。利用熵和互信息理论定义波段相关性和多重相关性;基于Spark RDD编程模型设计数据列变换,将数据集划分为列矩阵,以降低计算负载;在Spark平台下对算法并行化,提高算法执行效率。实验结果表明,提出的算法达到了94.5%±0.5的整体分类精度,且加速性能良好,改善了数据可扩展性。
波长作为激光器的重要参数,在军事应用和医疗应用中需要对波长进行测量,传统的波长测量装置不仅造价昂贵,操作也很繁琐。提出了一种基于双弹光调制技术的波长测量方法,实现对波长的快速测量,每200ms可实现一个数据点的测量。待测激光通过弹光调制器和已标定光程差的λ/4标准波片,将激光波长信息通过弹光调制的方法加载到光载波信号当中,对光信号进行解析可以得到激光通过标准波片时的相位延迟量,进一步可以求解得到对应激光器的波长信息。实验结果表明测试所得632.8nm激光器波长的相对误差为0.1%,标准差为0.11nm,准确度为99.9%,且对532nm和650nm波长的激光器测量也较为准确,说明该方法的普适性。
弹丸的着靶坐标一直是身管武器外弹道测试领域经常测量的参数,针对现有六光幕阵列天幕立靶存在的系统复杂,主探测器比较笨重的问题,提出一种集成化双N型六光幕立靶测量方案,在每台主探测器的一个光学镜头内集成三个探测光幕,两台主探测器在空中形成两个N型的三光幕探测阵列。当弹丸依次穿越六个探测光幕,对应的两台主探测器三光幕天幕靶的电路依次输出六个弹丸信号,采用数据采集仪对弹丸信号进行采集,并通过弹丸信号处理算法对采集到的弹丸信号进行处理,得到弹丸穿越六个探测光幕的时刻值,再进一步通过对应的探测光幕参数和靶距参数计算得到弹丸的着靶坐标值。对系统着靶坐标测量误差进行了分析,并通过两种不同口径的实弹测试验证了系统的弹丸着靶坐标测量精度。
为解决常规电学流量计抗电磁干扰能力差的缺点,基于卡门涡街以及光的干涉原理,针对暖通空调系统提出一种光纤法布里-珀罗型涡街流量计,该流量计利用绕流体产生周期性漩涡的特点,在流速与干涉仪输出光强之间建立联系,以光强的变化频率反映流速,实现流速传感。其中采用有限体积法对流量计进行数值模拟,合理选择出最佳检测点,并将得到的模拟数据与理论值进行分析比对,证明了该流量计设计的合理性和可行性。
针对目前室内可见光通信系统三维定位的准确率与定位速度依然不佳的问题,提出一种基于深度学习的可见光通信系统室内定位方法。首先,设计了一个神经网络将指纹数据编码成二维阵列,利用卷积神经网络学习指纹阵列与目标位置之间的关系;然后,通过粒子群优化算法自动搜索卷积神经网络的超参数,以降低深度神经网络的训练难度。此外,设计了定位数据训练集、验证集与测试集的划分方法,有助于缓解神经网络的过拟合问题,并提高定位准确性。仿真结果表明,所提方法在6×6×4m~3室内环境下的平均定位误差为0.024m,平均定位时间为0.478s。
基于结构光相位解包裹三维测量方法由于其精度较高而有广泛应用,但由于相位在超出2π时会被折叠,导致传统的结构光三维重建时需要相位解包裹。相位测量轮廓术在不连续深度处的解包裹相位较为复杂。当被测物体表面存在较大的深度差或者是测量多个平面时,由于包裹相位范围为[0, 2π],在不连续处计算的相位差中存在折叠了多个2π的问题,导致解包裹失效。相位测量轮廓术在此时无准确表达物体位置信息。针对此问题,提出了一种基于离焦度解包裹的结构光三维测量方法,采用24步相移法获取包裹相位,通过时间散焦分析法确定包裹相位2π的个数来辅助进行解包裹计算。搭建了相应平台进行了实验,对所提方法进行验证。实验表明,方法较好的解决了相位测量轮廓术在深度落差较大时不能准确表达物体位置的问题,该方法可以用于获得深度落差较大场景的深度信息以及细节信息。
针对机载光电侦察系统的目标定位问题,阐述了一种新的定位精度分析方法。推导了目标定位方程,采用一阶小量扰动法得到误差源与定位误差的传递关系,对定位误差进行定性分析,并得到姿态误差对目标基线矢量的投影是主要定位误差源的结论;进一步,基于蒙特卡罗仿真法,应用目标等概率空间遍历场景对定位误差进行定量分析,同时引入了固定场景法作为对比,结果显示,前者得到的定位误差更具有数值统计意义。该方法对于光电平台系统论证和性能提升具有重要意义。
在智慧物流领域中,智能卸垛机利用视觉传感器采集的信息来指导机械臂抓取托盘上堆叠的快递箱,精确的快递箱边界检测是决定机械臂抓取点性能的关键。快递箱的无序分布、快递标签与印刷图文对快递箱边界检测的精度造成不利的影响,针对此问题,提出一种基于深度视觉的快递箱边界检测方法。首先,基于深度图像计算快递箱的粗粒度边界,从而增强快递箱边界的检测能力,并提高对快递箱姿态的识别能力。然后,将粗粒度边界图与RGB图像的融合图像输入U-Net网络进行语义分割,U-Net网络使用水平集损失与交叉熵损失的混合损失函数进行训练,以提高快递箱边界检测的精度。实验结果表明,所提方法提高了快递箱边界检测的精度,检测误差可降至7mm以下。
为满足空间光学系统高成像质量、高稳定性和高杂散光抑制效果的需求,文章从选材、选型及仿真设计等方面开展研究,提出了一种新型光机一体化反射镜无框结构优化方案。方案的光学镜面通过钛合金表面烧结玻璃技术实现16∶1的镜坯光学面本体径厚比,加工难度与成本显著低于碳化硅与铍反射镜。经静应力与模态分析:反射镜结构稳定,重力及安装应力对镜面面形的影响可忽略不计,样件实测面形误差峰谷值<0.65λ,均方根值<0.12λ(λ=632.8nm),通过了相关环境性试验验证;经系统建模及杂散光分析:敏感角度斜入射视场光通量透过率可降低至传统光机分离设计的5~20%左右。设计方案已经成功在轨应用,为星载光学成像高光学稳定性与高杂散光抑制需求的实现提供了一种可借鉴的技术手段。
亚波长聚焦透镜被广泛应用于光学显微、成像和光刻等光学领域,具有亚波长结构的聚焦光场在倾斜入射下存在着严重影响光学成像质量的轴外像差。文章展示了一种高数值孔径(0.970)的光学超透镜设计方法,利用具有宽角度响应超原子的光场调控功能,结合孔径对倾斜入射光场的矫正,可同时满足倾斜入射时亚波长紧聚焦和宽带操作。数值仿真结果表明,在带有5μm孔径的超透镜中,可在倾斜入射角±30°范围内实现亚波长紧聚焦,峰值半高全宽范围为0.600~0.885λ;在550~750nm的入射波长范围内实现亚波长聚焦,并且其操作带宽达到200nm。
传统的光存储系统中采用游程长度受限(Run Length Limited, RLL)调制技术,受限于光学衍射极限,容量提升难度大。多阶光存储技术采用新型多阶记录介质或多阶调制技术,在不改变光学参数的情况下可以显著的提高光存储的密度和容量。多阶RLL调制编码则是多阶光存储技术中的关键技术,为提高光存储的密度和容量,针对光盘存储研究多阶调制编码优化方法,提出4阶RLL(1,7)调制编码方法,相较于蓝光光盘现采用的17PP编码方法,最大记录密度可达2.4bit,光盘容量提升50%,并具有一定的纠错能力。
针对光照不均匀或者工件光滑反光材质导致的产生高亮光斑问题,提出差异特征注意力引导的偏振图像高光区域去除算法,采用两阶段式网络结构来获取高质量的高光去除结果。第一阶段利用U-Net网络提取多层次高低级特征;第二阶段设计差异特征注意力引导模块,在特征空间中建立镜面反射和漫反射间的相关性模型,补充增强漫反射层图像原始特征。此外,制作了用于偏振去高光的数据集来验证网络性能。定量和定性实验表明提出的算法去高光能力优于现有算法。