• 2013年第1期文章目次
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    • >综述与评论
    • 美军SBIRS GEO-1预警卫星探测预警能力分析

      2013, 43(1):3-8.

      摘要 (619) HTML (0) PDF 946.55 K (763) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效应对弹道导弹威胁,维护本土与盟国利益,美军不断发展完善其天基红外预警系统。介绍了美军天基红外系统的发展现状,分析了首颗天基红外系统静止轨道(SBIRS GEO-1)卫星的覆盖范围,建立了SBIRS GEO-1卫星的红外探测模型和弹道预警模型,对其在轨探测预警能力进行了初步仿真分析。

    • 远距离激光照明选通成像技术的研究进展

      2013, 43(1):9-13.

      摘要 (635) HTML (0) PDF 954.11 K (1169) 评论 (0) 收藏

      摘要:对远距离激光照明选通成像技术的基本原理进行了论述。结合国外的典型装备、试验装置和试验结果,从可见光、近红外和短波红外等三个波段对国外在该技术上的研究进展进行了简要分析和阐述。最后对远距离激光照明选通成像系统的发展趋势进行了展望。

    • 飞秒激光微加工的研究进展

      2013, 43(1):14-18.

      摘要 (663) HTML (0) PDF 948.89 K (1048) 评论 (0) 收藏

      摘要:综述了近年来国内外利用飞秒激光微加工的研究进展。飞秒激光脉冲作为材料微纳加工的一项工具,已经从实验室进入到工业化阶段。介绍了飞秒激光在微纳加工领域的一些研究情况,分别就飞秒激光烧蚀微加工以及双光子聚合加工进行了阐述。最后分析了飞秒激光微加工目前存在的问题及未来发展的主要方向。

    • >激光应用技术
    • 基于飞秒激光的光纤三维微结构制备研究

      2013, 43(1):19-23.

      摘要 (602) HTML (0) PDF 983.93 K (630) 评论 (0) 收藏

      摘要:为适应新型光纤传感器件的需要,进行了飞秒激光在石英光纤材料上制备三维微结构的工艺探讨。实验结果表明,光纤的烧蚀阈值约为1.5 J/cm2,烧蚀孔的深度与能量对数基本上符合线性关系。在一定条件下,适当的增加激光能量有利于改善微孔的垂直度。理论分析了锥孔和直孔的成形机理,探讨了微孔内壁形貌的形成机制和加工过程中光纤背面出现的崩碎现象。采用适当的加工工艺,试制了光纤F-P腔、光纤端部悬臂梁等三维微结构。

    • >红外技术及应用
    • 近红外波段气溶胶的消光特性研究

      2013, 43(1):24-28.

      摘要 (800) HTML (0) PDF 1.10 M (568) 评论 (0) 收藏

      摘要:在已知大气气溶胶折射率和气溶胶谱分布的基础上,对近红外波段的气溶胶消光特性进行了研究。利用Mie散射理论计算并讨论了气溶胶的消光、散射、吸收效率因子随尺度参数的变化和消光系数随半径和波长的变化,并且在MATLAB中对各种变化情况进行了仿真。结果表明,三种气溶胶粒子的消光和散射能力依次为沙尘性粒子,水溶性粒子,烟煤。消光系数在粒子半径和入射波长相近时达到最大,并且粒子半径对消光、散射、吸收系数的影响比入射波长更明显。这些结论可以为红外辐射在大气中的衰减计算和分析提供依据。

    • 叶绿素含量非接触式检测方法研究

      2013, 43(1):29-33.

      摘要 (572) HTML (0) PDF 910.70 K (478) 评论 (0) 收藏

      摘要:植物叶绿素含量的非接触式光谱检测有着测定范围大、易于实现自动检测等优点,对实施精准农业、搭建培养室内智能监控系统具有重要的意义。但叶片结构、叶片粗糙表面引起的光散射效应、环境光等干扰因素使其定量分析难度增加,本文采用一种结合等距映射(ISOMAP)和偏最小二乘(PLS)的非线性降维建模方法,有效地提高了模型的预测精度。与波长参比和单纯PLS两种传统建模方法相比,ISOMAP-PLS模型的预测精度分别提高了56.3%和34.4%。实验结果表明,ISOMAP算法可以降低建模复杂度的同时提高预测精度,将其应用在非接触式叶绿素含量检测中是可行的,为实现植物多种生化参数的非接触检测以及相应仪器的开发奠定了基础。

    • 前向散射和衍射对气溶胶消光特性测量的影响

      2013, 43(1):34-37.

      摘要 (490) HTML (0) PDF 943.27 K (504) 评论 (0) 收藏

      摘要:气溶胶的消光特性通常利用所测得的透过率来计算得到。然而,在透过率测量中,粒子的前向散射和衍射光将到达探测器,增强了透射光,从而导致计算所得到的消光截面积等参数变小。本文引入束效率因子和有效消光截面来考察上述影响,得出的结果表明,粒子的散射相函数分布决定了误差的大小,为了减小前向散射和衍射带来的误差,气溶胶和探测器之间的距离应尽可能的大。

    • 中、长波热红外系统辐射测温精度比较

      2013, 43(1):38-43.

      摘要 (513) HTML (0) PDF 1.02 M (446) 评论 (0) 收藏

      摘要:对测量用热红外系统在3~5 μm和8~12 μm波段的辐射测温精度进行比较分析,研究是在典型的实验室条件下进行的,并且以温度范围为270~900 K的目标作为研究对象。首先推导出了红外系统的抗干扰函数DRF,根据DRF曲线可以看出,相同大小的信号干扰对中波红外系统的温度测量精度影响要小一些。然后针对目标的物理特性和实验环境对测温精度的影响进行理论分析,基于理论公式,分析了干扰信号(发射率估计误差、大气透过率、目标反射辐射和光学系统辐射变化)对测温精度的影响。从分析结果看出,在典型的温度范围内,中波红外系统的测温精度比长波红外系统的精度高。

    • 近红外光谱相似度匹配分析法控制卷烟表香质量

      2013, 43(1):44-48.

      摘要 (544) HTML (0) PDF 798.07 K (698) 评论 (0) 收藏

      摘要:应用傅里叶变换近红外(FT-NIR)光谱分析技术结合相似度匹配的定性分析方法,以来自云烟(软珍品)、云烟(紫)和云烟(红)3个牌号表香样品各20批的近红外透射光谱数据为基础,利用TQ统计软件分别建立以上牌号表香的相似度匹配鉴别模型,并对建模参数和模型的预测效果进行了评价。结果表明,云烟(软珍品)、云烟(紫)和云烟(红)3个牌号的表香模型对模型样品预测的相似度匹配值(SMV)均在95以上,而对非模型样品预测的SMV均非常低,说明若表香品质发生变化,就可以通过近红外光谱分析技术结合相似的匹配分析很好反映出来。因此,应用FT-NIR光谱分析技术可以对卷烟表香进行快速、无损和大批量检测,为卷烟表香的质量控制提供了新的思路和方法。

    • 基于形状特征的红外目标检测方法

      2013, 43(1):49-53.

      摘要 (502) HTML (0) PDF 943.25 K (345) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对红外地面固定目标无直接可用基准图,目标边缘模糊,不利于目标识别检测等问题,提出一种新的基于形状特征的红外目标检测方法。首先在依据红外图像形状特征的基础上,引入图像的灰度形态学梯度,扩展对比度、增长图像边缘特征;其次进行多子区划分,并设计像素相似性计算,有效地结合了像素点的灰度信息以及空间位置;最后在考虑实时图中非真实边缘影响时,加入了Canny算子检测边缘,分离目标与背景,在红外实时图中检测出所需的目标。实验结果表明,本文所提算法检测率能达到80%以上,与直方图检测方法、Hausdorff算法、Nprod算法相比,分别平均提高了近10%,11%,20%,算法花费时间缩短2/3。对于红外固定目标,该方法具有检测率高、速度快、精度高等优点。

    • >红外材料与器件
    • 碲锌镉晶体Zn组分的光致发光实用化研究

      2013, 43(1):54-57.

      摘要 (674) HTML (0) PDF 841.06 K (664) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用激光显微光致发光光谱仪测试了碲锌镉晶片的室温显微光致发光谱,对测得的光致发光谱进行拟合得到碲锌镉材料带隙的Eg值,根据实验总结出的Eg与Zn组分的室温计算公式,结合自主开发的Zn组分计算程序得到碲锌镉晶片上的Zn组分。所得的Zn组分结果用X射线双晶衍射进行验证,结果显示,室温下显微光致发光测得的Zn组分是相对准确可信的,可作为大量常规工艺测定Zn组分的有效工具,并且获得的Zn组分可成为外延碲镉汞薄膜时筛选匹配衬底的重要依据,同时还为研究和优化碲锌镉晶体生长工艺提供重要帮助。

    • >光电技术与系统
    • 图像处理及镜头自动调控电路设计

      2013, 43(1):58-61.

      摘要 (460) HTML (0) PDF 928.16 K (415) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)EP3C25F256I7的图像处理及自动调控电路。该电路主要完成可见光图像的直方图均衡、中值滤波、十字叉叠加、快速自动调焦等图像处理及镜头调控功能。由于本文电路均采用高性能、低功耗的处理芯片,所以整个电路具有性能稳定、实时性高、体积小、功耗低等优点。Abstract:关键词:Key words:

    • 基于图像评价的周视成像参数优化设计

      2013, 43(1):62-65.

      摘要 (500) HTML (0) PDF 1013.77 K (500) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用相机与场景的相对运动可以实现可见光周视成像,针对图像最优化和实时性问题,提出了一种基于图像综合评价的系统参数最优设计方法。首先根据转台运动速度,分析可见光相机的参数范围;然后根据系统应用场景的特点选择不同的评价函数对单帧图像进行综合评价,根据评价结果选择最优的系统参数,进而获得最好的成像质量。实验结果显示,该方法是有效可行的,得到的图像细节清晰,色彩丰富;而且系统能够改变全景图像的刷新速率,实时显示周视图像;同时该方法能够适应不同的应用场景,易于工程应用。

    • 桥梁防船撞主动预警系统设计及实验研究

      2013, 43(1):66-70.

      摘要 (523) HTML (0) PDF 1.01 M (928) 评论 (0) 收藏

      摘要:水运交通的发展和桥梁的增多,导致越来越多的船桥相撞事故发生。针对现有的船舶交通管理系统及被动防船撞装置在内河通航桥梁防船撞上的局限性,提出了桥梁防船撞主动预警系统方案。该系统基于红外和可见光成像探测的互补性,利用红外/可见光/激光复合探测及多源信息融合开展桥梁防船撞主动预警。设计了系统的总体方案及相应的硬、软件方案,并开展了初步的实验研究和性能分析。系统最终可以实现全天候、全天时、全自动、稳定可靠地对有撞桥趋势的船舶提前进行声光告警,有效减少船撞桥事故发生,保护桥梁和船舶的安全。

    • 双波段比色测温技术及实验测试

      2013, 43(1):71-75.

      摘要 (427) HTML (0) PDF 1008.13 K (744) 评论 (0) 收藏

      摘要:温度是自然界最重要的物理量之一,在不知道被测目标发射率的情况下,为了精确测量中低温(50~400 ℃)物体的真实温度,建立了双波段比色测温的实验系统。首先,根据双波段比色测温法的实验原理选择合适的实验器件,并对实验器件进行校准,用工程软件进行离散数据的曲线拟合,即对实验器件进行标定。然后,在实验器件被标定的基础上进行实验测量,即用设定温度的面源黑体(50~400 ℃)作为被测目标来采集数据。最后,将实验数据的计算结果(即被测物的实验真温)与设定温度进行比较,找出误差存在的原因和提出改进方法。实验结果表明:此实验系统是完全可行的,且当实验系统的标定置信度为0.95时,物体的真实温精度误差为5 ℃。搭建的双波段实验系统能较为精确地测量中低温物体的真实温度。

    • >光学技术
    • 基于非球面透镜的光纤耦合系统设计

      2013, 43(1):76-78.

      摘要 (436) HTML (0) PDF 836.32 K (1089) 评论 (0) 收藏

      摘要:有效将激光耦合进单模光纤是自由空间光通信的关键技术。为了改善聚焦光束质量和降低耦合损耗,首先设计了消球差非球面透镜,并采用精密光纤支架对耦合光纤进行准确定位使耦合光聚焦在光纤端面上。实验表明,该耦合系统的耦合效率达到60%以上。

    • >电子电路
    • 两级串联式电光开关高压快脉冲源的研制

      2013, 43(1):79-84.

      摘要 (626) HTML (0) PDF 1.10 M (616) 评论 (0) 收藏

      摘要:研制了一种纳秒级同步延时的两级串联式电光开关高压快脉冲源,它具有延时精度高且可调、稳定性好、体积小且成本低的优点。在开关器件两端并联一个高压大电流快速开关二极管,有效地抑制了高压快速放电瞬间引线电感引起的过冲及振荡;采用光电隔离器将低压延时电路与高压开关电路隔离,防止了高压脉冲对低压延时信号的干扰;高压脉冲高电平最大值为1200 V,下降沿约为9 ns,零电平宽度在200 ns~15 μs之间可调,同时两路高压脉冲相对时间抖动小于1 ns;两级电光开关串联通过腔外光学斩波将连续激光转化成了双快沿脉冲,其上升沿和下降沿均在10 ns左右,重复频率和脉宽分别在1~10 kHz和10~100 ns内范围连续可调。

    • >图像与信号处理
    • 限制对比度的多层POSHE自适应图像增强算法

      2013, 43(1):85-89.

      摘要 (761) HTML (0) PDF 1.04 M (745) 评论 (0) 收藏

      摘要:部分子块重叠直方图均衡算法(POSHE)是一种常用的图像增强方法,由于该算法存在过增强和块效应问题,不利于目标的识别和跟踪。为解决该问题,提出限制对比度的多层POSHE图像增强方法(CLMPOSHE),通过对每层子块对比度自适应限制来消除过增强现象,然后采用多层POSHE增强处理,最后将每层改进的POSHE处理结果自适应加权融合。大量实验仿真表明,该方法能有效增强雾天图像。Abstract:关键词:Key words:

    • 基于伪中值滤波和小波变换的红外图像增强方法

      2013, 43(1):90-93.

      摘要 (502) HTML (0) PDF 918.25 K (383) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对红外图像对比度差、信噪比低的特点,提出一种基于伪中值滤波和小波变换的红外弱小目标增强的算法。图像首先经过伪中值滤波滤除部分噪声,然后进行小波变换得到小波系数,对小于阈值的系数利用基于临近系数保留法进行滤波,防止小目标误判为噪声被滤除,对于大于阈值的系数进行非线性增强,最后重构得到去噪后的增强图像。实验结果表明,本文算法有效地滤除了噪声,提高了图像的对比度,更符合人眼视觉特性。

    • 图像边缘提取的区域联合分割与主动轮廓模型

      2013, 43(1):94-97.

      摘要 (530) HTML (0) PDF 830.65 K (917) 评论 (0) 收藏

      摘要:在目标的识别与跟踪处理中,目标图像的边缘提取是一项关键技术。采用边缘区域分割和主动轮廓C-V模型算法,而C-V模型更适用于水下的球体、椭球体边缘检测,具有提取的边缘连续的优点。当然,在处理不同的实际问题时,针对环境条件和要求的不同,可以选择适合的算子进行图像边缘提取。

    • 互信息熵与区域特征结合的图像匹配研究

      2013, 43(1):98-103.

      摘要 (574) HTML (0) PDF 1.31 M (412) 评论 (0) 收藏

      摘要:解决检测目标的定位问题是实施自动光学检测的前期工作。针对挠性印制电路基材制成品与标准设计存在的差异导致的匹配误差,本文提出了基于互信息熵与关键区域特征相结合的匹配误差校正方法。首先采用图像灰度互信息熵作为衡量检测目标与设计标准之间差异的指标,建立以互信息熵值为目标函数的搜索方法;根据关键区域内的互信息熵对匹配误差具有更好的敏感性与准确性的特点,选取含灰度信息丰富的关键区域与互信息熵相结合的方法对检测目标进行匹配以提高匹配效率;然后,在焊盘图像中添加椒盐噪声、缺损、冗余等干扰信息,在存在干扰的环境下实现对目标的准确定位与搜索,验证了算法的抗干扰能力。通过最终的实验表明,采用该方法对于75 μm制程该方法定位精度可达22.4 μm,优于霍夫变换法与坐标转换法。对于工艺误差、基材胀缩、外形缺损等因素造成的不良影响具有良好的抗扰性,更适于在实际的工业环境中使用。

    • 基于改进多尺度间隙度的海上目标分割方法

      2013, 43(1):104-108.

      摘要 (381) HTML (0) PDF 1013.69 K (691) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复杂海面背景下的可见光图像舰船目标分割问题,引入了图像的多尺度间隙度特征,分析了Dong提出的图像间隙度特征提取算法存在的问题,并进行了改进,采用滑动盒子内像素值方差计算滑动盒子的质量,提高了舰船目标与海面背景的可分离程度,最后利用改进算法提取图像的多尺度间隙度特征对海上舰船目标进行分割。实验结果表明,利用改进方法对海面背景下舰船目标进行分割,相对于sobel边缘检测、ostu阈值分割和基于传统提取算法的多尺度间隙度特征分割方法结果更优,可以更好地抑制海面亮度变化、海浪和背景杂波的影响,准确分割出海上舰船目标。

    • 分数阶微分算子增强图像边缘和纹理

      2013, 43(1):109-113.

      摘要 (442) HTML (0) PDF 942.91 K (1067) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高增强图像边缘和纹理的能力,分析了分数阶微分算子频域特性,大幅提升信号高频成分同时增强信号的中频成分以及非线性保留信号的甚低频成分,据此可增强图像的边缘信息和纹理细节信息。从分数阶微分定义出发,构建了近似微分算子模板及线性滤波算法。考虑到边缘和纹理具有方向性、空间邻域内像素的关联性以及相邻像素灰度值的相近性,提出在3×3模板窗口内,取中心点四个方向最大值为增强值。实验结果表明,本文提出的分数阶微分算子能明显地增强图像的边缘和纹理信息,增强后图像清晰度提高,视觉效果明显。

    • 基于数字图像处理的水中微气泡参数的测量

      2013, 43(1):114-117.

      摘要 (337) HTML (0) PDF 969.96 K (359) 评论 (0) 收藏

      摘要:对实验室条件下拍摄到的气泡图像进行了一系列的图像处理操作,得到了较为清晰的气泡图像。继而应用扫描法测量气泡的直径,用粒子跟踪测速法(PTV)测量稀疏气泡的运动速率,用粒子图像测速法(PIV)测量高密度气泡的运动速率。以上方法均得到了相应的测量结果,为工业上对微气泡的测量提供了一定的参考。

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