2013年第10期文章目次

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  • 1  基于盖革模式APD阵列的非扫描激光三维成像雷达研究综述
    赵洪利,范有臣,孙华燕,李迎春
    2013, 43(10):1083-1088.
    [摘要](350) [HTML](0) [PDF 1.17 M](1408)
    摘要:
    基于盖革模式APD阵列的非扫描激光三维成像雷达发射单个脉冲即能同时获得目标的二维信息和距离信息,在军事和民用方面都有重要应用。首先简要介绍了非扫描激光三维成像雷达的优点及采用盖革模式APD阵列的优势,然后介绍了单个APD器件的工作原理及基于APD阵列的激光三维成像的工作原理,综述了国内外以盖革模式APD阵列作为探测器的激光三维成像雷达发展现状,最后总结归纳了基于盖革模式APD阵列的激光三维成像雷达的发展趋势,分析了我国未来的发展方向。
    2  基于三代红外探测器的一种新型材料——硒镉汞
    王经纬, 巩锋
    2013, 43(10):1089-1094.
    [摘要](318) [HTML](0) [PDF 1.17 M](380)
    摘要:
    介绍了一种新型的红外探测器材料硒镉汞(HgCdSe)的最新研究进展,以及其所使用的衬底材料ZnTe/Si(211)和GaSb(211)的最新研究情况。通过与碲镉汞(HgCdTe)材料的对比可看出,硒镉汞材料的性能优良,比碲镉汞性能更稳定、更易生长,并且有较为成熟的衬底材料,辅以在同是汞基材料-碲镉汞上面所取得的生长经验,有望成为替代碲镉汞的下一代红外探测材料,极具应用前景。
    3  快速反射镜关键技术研究
    徐新行,杨洪波,王兵,高云国
    2013, 43(10):1095-1103.
    [摘要](256) [HTML](0) [PDF 1.44 M](613)
    摘要:
    快速反射镜(FSM)凭借其高精度、高分辨力、快响应等优点,被广泛应用于天文望远镜、自适应光学、复合轴精密跟踪等领域。尽管国内外关于FSM的研究较多,但少有对其关键技术的系统总结。首先,介绍了国内外FSM的发展现状和研究热点,分析了FSM的主要性能指标与各组成部分之间的关系。在延用FSM传统按支撑结构不同分类方式的同时,首次提出了按功能用途不同的分类方式,并针对各类FSM的结构特点和功能用途等进行了深入探讨;然后,在明确FSM结构组成的基础上,系统阐述了FSM系统中支撑铰链、工作镜体、驱动元件、测量元件和控制系统等关键技术,首次提出将柔性铰链分为四周分散式、中心集中式及四周分散与中心集中相结合式的分类方式,并分别对驱动元件、测量元件的排布方式进行了对比分析。最后,通过对FSM系统各关键技术的归纳总结,提出了FSM向大口径、大角度、高精度、高响应和高承载等方向发展的趋势。
    4  基于多普勒频谱分析技术的声压复现方法研究
    何龙标,李良杰,王雪晶
    2013, 43(10):1104-1107.
    [摘要](189) [HTML](0) [PDF 859.07 K](118)
    摘要:
    空气声声压量值的复现是通过实验室标准传声器实现的,标准传声器的声压灵敏度采用互易校准技术获得,它是一种间接的量值复现技术。为研究直接复现声压量值的可行性,本文在平面行波管内通过激光多普勒技术获得声场中示踪粒子的多普勒信号,对其进行频谱分析,对照声场中粒子振动方程和贝塞尔函数的求解,获得了声场中粒子的振速,依据平面行波方程计算获得管中声压,与实验室标准传声器测量结果相对照,结果表明,声压级在100 dB左右时,不同频点测量的声压偏差与传声器所得的结果低于0.3 dB。基于多普勒信号频谱分析技术获得粒子振速,为光学法复现声压量值的进一步研究奠定了基础。
    5  相位式激光测距的FFT与apFFT鉴相研究
    陈栋,刘恩海
    2013, 43(10):1108-1112.
    [摘要](349) [HTML](0) [PDF 1.13 M](2048)
    摘要:
    为实现亚毫米精度相位式激光测距的鉴相,根据FFT与apFFT的鉴相原理,通过仿真考察两者在高斯白噪声和频率偏移影响下的鉴相性能,并考虑采样点数问题。仿真结果表明:在采样点数相同、频率偏移小的情况下,FFT比apFFT鉴相更准确。在测距速率10 KHz,信噪比35 dB,归一化频移量0.02,调制频率50 MHz时,FFT的测距标准误差为0.76 mm。因此使用FFT鉴相满足相位式激光测距的高速、高精度要求。
    6  相干激光测风雷达信号处理系统研究
    李河均,张鹏飞,潘静岩,董光焰
    2013, 43(10):1113-1116.
    [摘要](652) [HTML](0) [PDF 987.42 K](760)
    摘要:
    介绍了基于相干探测方式的多普勒激光测风雷达的基本组成结构和原理,着重对激光测风雷达的信号处理系统进行了研究。文中给出了信号处理系统中所采用的多普勒信号处理方法,对采集到的多普勒回波信号进行了仿真研究。采用商业数据采集卡和LABVIEW软件,设计了相干激光测风雷达信号处理系统,并通过搭建的平台实现了激光视向风速的测量。通过模拟的多普勒回波信号,对信号处理系统进行了测试验证,实验结果证明了该信号处理系统能够达到0.8 m/s的速度测量精度。
    7  半导体泵浦铷蒸气激光器理论与实验对比研究
    李琳,谭荣清,徐程,李志永
    2013, 43(10):1117-1120.
    [摘要](232) [HTML](0) [PDF 973.87 K](182)
    摘要:
    以三能级速率方程理论为基础,结合具体实验,研究了单程泵浦铷蒸气激光器的输出特性。理论计算了铷激光器中泵浦光线宽、输出耦合率和铷室温度的最佳取值范围,以及输出功率与泵浦功率关系曲线,并分别与实验进行了对比。结果显示实验值与理论结果符合较好,验证了计算模型的适用性。
    8  高功率固体激光器的光纤耦合研究
    薛艳艳,安振杰,符春保,刘丽娜
    2013, 43(10):1121-1124.
    [摘要](245) [HTML](0) [PDF 821.03 K](512)
    摘要:
    对高功率固体激光器的光纤耦合进行了理论设计和实验研究。高功率固体激光器的光束质量随着输出功率的增加而变差,根据入射激光的光束质量,计算得到传输光纤的最小芯径和耦合透镜的有效焦距。该研究成功实现了高功率固体激光器光纤输出功率大于500 W,耦合效率大于90%,满足科研工作及工业应用需要。
    9  二极管端面抽运Tm∶YAP激光器热透镜效应研究
    艾成君,何利杰,魏磊,韩隆,王克强
    2013, 43(10):1125-1128.
    [摘要](369) [HTML](0) [PDF 869.71 K](295)
    摘要:
    分析了Tm∶YAP晶体热透镜焦距产生的原因,并理论计算热透镜焦距值。阐明了利用平平非稳腔法测量LD端面泵浦Tm∶YAP固体激光器有效热透镜焦距的简单方法。通过改变腔长,找到谐振腔失谐点,便可得到晶体吸收的泵浦功率和对应的热透镜焦距的关系。对不同Tm∶YAP晶体棒进行了测量,并且加以比较。此方法不需要特别的仪器,且操作简单,实验值与理论计算的值偏差小于10%。
    10  基于空间调制和单元器件的短波红外光谱探测
    王亚南,马彦鹏,亓洪兴,况耀武,舒嵘
    2013, 43(10):1129-1132.
    [摘要](218) [HTML](0) [PDF 1.15 M](492)
    摘要:
    目前近红外波段的光谱探测在各个领域已经得到广泛应用[1],但在短波红外波段,由于受焦平面红外探测器发展水平的限制,短波红外波段光谱探测还存在难以消除非均匀性以及分辨率高时信噪比不足的缺点。本文从理论上分析了基于空间光调制器和单元探测器的多通道探测方法的信噪比优势,并利用基于Hadamard变换的空间光调制光谱探测方法,成功进行了单元探测器获取多谱段信息的模拟实验,从而提出一种可以减少短波红外光谱探测对焦平面器件的依赖的制备红外光谱探测仪的新思路,并证明了这种方法的可行性。
    11  基于近红外光谱技术乳制品品种快速无损鉴别
    王磊,郭中华,金灵,郑彩英
    2013, 43(10):1133-1137.
    [摘要](305) [HTML](0) [PDF 897.30 K](173)
    摘要:
    研究了使用近红外透射光谱法对四种乳制品品种进行快速鉴别的方法。首先对样品光谱进行多元散射校正等预处理,然后对处理后的光谱进行小波基为db3,分解尺度为6的小波压缩,最后以压缩后光谱数据作为输入变量,分别采用BP-ANN、RBF-ANN和SVM-ANN三种人工神经网络建立品种鉴别模型。结果显示,当光谱预处理方法为多元散射校正加S-G平滑加小波变换(MSC+S-G+WT)时,三种网络对样品的鉴别率均达到了100%。所以近红外光谱技术可以实现对乳制品品种的快速无损鉴别。
    12  基于复折射率的偏振模型及其应用
    马利祥 李范鸣 牛继勇 丁雷
    2013, 43(10):1138-1141.
    [摘要](220) [HTML](0) [PDF 903.93 K](498)
    摘要:
    红外偏振成像技术近年来发展迅速,但偏振机理等方面的研究仍处于起步阶段。为深入研究红外辐射偏振特性的产生机理和影响因素,本文提出了一种基于复折射率的偏振模型。模型基于空气-光滑介质表面建立,适用于吸收性介质和非吸收性介质。偏振模型以介质的复折射率为参数,观测角为输入,可以输出红外辐射水平分量和垂直分量的反射率和发射率,也可以输出反射辐射和自发辐射单独作用时的偏振度。基于提出的模型,结合MATLAB仿真,文中分析了反射辐射和自发辐射偏振性的产生机制,以及反射辐射和自发辐射对目标偏振特性的影响。偏振模型的建立,有助于深入理解红外偏振,并为偏振探测提供理论支持。
    13  近红外氧气A带大气透过率的计算
    李晋华,王志斌,陈媛媛,宗鹏飞,张鹏飞
    2013, 43(10):1142-1145.
    [摘要](307) [HTML](0) [PDF 1.02 M](476)
    摘要:
    氧气A带具有单一的吸收气体成分和独特的谱线结构,大气中分布相对均匀,在大气辐射研究中具有广阔的应用前景。大气透过率是大气辐射传输计算的核心,为了快速计算大气透过率,提出带平均透过率的数学模型。将近红外氧气A吸收带作为研究对象,以普朗克黑体辐射为基础,分析了氧气A带在762 nm附近波段的光谱吸收理论,介绍了带平均透过率数学模型的原理及方法。为了验证模型的可行性和精确度,结合实验数据,与HITRAN2004数据库逐线积分法计算的透过率进行对比,精度达到2.2%,降低了计算时间。
    14  InSb晶片材料性能表征与机理分析
    巩锋,程鹏,吴卿,折伟林,陈元瑞
    2013, 43(10):1146-1148.
    [摘要](215) [HTML](0) [PDF 1.03 M](147)
    摘要:
    对2 in InSb(111)晶片材料位错密度、X光形貌、X射线双晶衍射半峰宽和电学参数进行了整片均匀性测试表征。结果表明材料整体性能极佳,并结合InSb晶体生长原理对晶片材料位错密度、掺杂浓度区域性分布进行了深层机理分析。
    15  一种用于探测太赫兹信号的测辐射热仪
    鲁学会
    2013, 43(10):1149-1152.
    [摘要](200) [HTML](0) [PDF 937.58 K](130)
    摘要:
    基于Nb5N6薄膜在室温下具有高达-0.7% K-1的电阻温度系数,用Nb5N6薄膜结合平面蝴蝶结天线制备了一种可在室温下进行100 GHz信号探测的测辐射热仪。该器件在偏置电流为0.4 mA的条件下,达到的最佳电压响应为-400 V/W,调制频率为200 Hz时等效噪声功率达到1.5×10-11W/Hz,调制频率10 kHz以上时等效噪声功率优于9.5×10-12W/Hz。
    16  新型Smith预估控制在ATP伺服系统中的应用
    汪蓉蓉,方安安,冯庆,刘景湘
    2013, 43(10):1153-1157.
    [摘要](179) [HTML](0) [PDF 1.04 M](178)
    摘要:
    为了提高空间光通信的捕获、跟踪与瞄准系统的跟踪精度,首先通过对ATP伺服系统系统进行结构分析:针对粗跟踪系统的传输特性和电机滞后,采用SISO补偿器使系统的响应速度明显加快;针对精跟踪系统的传输特性和快速倾斜镜的迟滞特性,提出了一种新型Smith预估控制方法,利用MATLAB仿真软件进行仿真,并与多种传统的PID控制系统进行比较。结果表明,新型控制方法不但具有Smith预估器对时滞有效控制的优点,更是显现出PID控制、PI控制、PD控制的良好匹配效果,能够很好地解决纯时滞造成的不稳定性,而且具有较好的鲁棒性和抗干扰性。
    17  基于改进Sobel算子的红外图像边缘提取算法
    夏清,张振鑫,王婷婷,王亚云,石娟娟
    2013, 43(10):1158-1161.
    [摘要](287) [HTML](0) [PDF 883.45 K](374)
    摘要:
    针对红外热像仪采集的图像边缘信息模糊,图像显示多样性,边缘信息难提取的特点,提出了一种基于Sobel算子梯度相乘的边缘提取算法。该算法首先对红外热像仪图像进行待识别目标的高温区域提取,然后分别利用增加了6个方向模板的Sobel算子和Roberts算子对图像进行边缘提取,再将得到的两幅梯度幅值图像进行梯度相乘,最终得到边缘提取图像。最后,用MATLAB对图像进行了仿真,仿真结果表明,该算法能够快速有效地提取红外热像仪图像的边缘,弥补Sobel算子的不足及提高了Sobel算子边缘检测的性能,计算简单,具有良好的检测精度,而且得到的边缘较细,极大的改善了图像边缘提取的效果。
    18  自适应的均值漂移分割算法
    马瑜,梁慧琳,张艳宁,徐爽
    2013, 43(10):1162-1165.
    [摘要](253) [HTML](0) [PDF 964.00 K](688)
    摘要:
    针对传统均值漂移算法在图像分割时参数确定耗时,工程量大,分割效果不明显的问题,本文根据在图像处理中对图像分割前期准备工作高效、准确的要求,结合图像的直方图,提出一种自适应的均值漂移分割算法。算法首先利用图像的直方图估计出图像的概率密度。对每个像素点根据其周围特征以及概率分布计算它的带宽值。实验结果表明,改进算法很好的解决了固定带宽均值漂移算法在确定带宽时效率低,分割效果差的问题。自适应的均值漂移分割算法可以有很好的分割结果。
    19  一种基于欧氏距离的双目视觉三维重建算法
    张鹏炜,蒋晓瑜,吕家国,裴闯
    2013, 43(10):1166-1170.
    [摘要](255) [HTML](0) [PDF 953.16 K](1400)
    摘要:
    针对双目视觉左右图像投影的反向延长线是异面直线,直接将匹配像点代入定位模型需要求解一组矛盾方程,从而造成计算资源浪费和影响定位精度的问题,提出了一种基于欧氏距离最小化的三维重建计算方法。根据非平行光轴双目视觉定位的几何结构,运用求解两点欧氏距离最小值的思想,建立了两条异面投影线公垂线中点的计算模型,而后通过实验验证了该方法的有效性。利用标定后的系统对标记物之间的距离进行测量,在距双目视觉传感单元1.5 m范围内误差小于1 mm。实验结果表明:该方法比传统方法重建精度高且实时性好,具有良好的鲁棒性。
    20  一种检测红外小目标的图像阈值分割算法
    张书真
    2013, 43(10):1171-1174.
    [摘要](183) [HTML](0) [PDF 1009.69 K](202)
    摘要:
    针对红外目标检测中经常遇到目标比背景小很多造成目标分割失败的问题,以及常用阈值选取方法仅依赖于图像直方图的概率信息而未直接考虑类内灰度分布的均匀性,提出一种基于目标与背景面积差和修正灰度熵的阈值分割算法。算法首先采用自适应中值滤波和均值滤波进行图像预处理,以减除噪声干扰。然后给出了修正灰度熵公式,该公式能很好地解决熵计算中出现的无定义问题,并利用目标与背景面积差较大的特点,构造得到最终的阈值选取公式。最后,在直方图上采用优化搜索策略,进一步降低算法的计算复杂度。实验结果表明,与Otsu法、最大熵法相比,该算法抗噪性能好,能有效实现红外小目标的分割,且运算时间至少减少了80%左右。
    21  基于方向熵的挠性印制电路基准点定位研究
    杨冬涛,黄杰贤,龚昌来,罗聪
    2013, 43(10):1175-1179.
    [摘要](203) [HTML](0) [PDF 1.35 M](431)
    摘要:
    在采用机器视觉技术的挠性印制电路缺陷检测工作中,对基准点的准确定位是实现高质量检测的先决条件。本文选取焊盘圆心或中心作为基准点,针对焊盘的局部形变对基准点定位产生的不良影响,提出了量化目标轮廓边缘方向性的表达方法——方向熵,基于该方法能够获取轮廓坐标与方向参数;接着,根据焊盘模板建立焊盘匹配评估函数筛选出正确的、有价值的、局部的轮廓,并基于轮廓特征实现对焊盘的匹配与对基准点的定位。通过现场测试表明,本文提出的算法能够有效地纠正基准点的定位偏差,将其应用于坐标系变换的目标搜索时,平均定位误差可控制在60um以内,对于后续的目标匹配,缺陷识别与分析具有重大意义。
    22  基于改进高斯模型的车流量检测算法
    朱华生,叶军
    2013, 43(10):1180-1183.
    [摘要](174) [HTML](0) [PDF 1.05 M](378)
    摘要:
    提出了一种基于改进单高斯模型的车辆检测与流量统计算法,该算法采用改进的单高斯模型对移动目标进行检测,然后选用HSV颜色空间抑制阴影,提高了目标提取的准确率,最后,按车道分别设置相应的虚拟区域,以实现车流量的统计工作。为验证算法的有效性,在标准测试视频上进行了对比实验,实验结果表明,该算法能够快速地提取车辆目标,且具有较高的车辆识别率,有一定的实用价值。
    23  基于隐式马尔科夫参数模型的图像消噪研究
    李宏升,徐洪章
    2013, 43(10):1184-1187.
    [摘要](133) [HTML](0) [PDF 1.19 M](53)
    摘要:
    针对隐式马尔科夫模型在图像消噪中的不足,采用参数求解方法。首先对参数模型三元组确定其限制条件,通过递归计算状态概率,通过最大似然估计来使期望最大化,期望最大化过程包括期望过程和最大化过程;在图像消噪中提取观察信号过程利用Kullback-Leibler距离设置其阈值,最终给出了参数解。实验仿真表明本文算法能够保持图像有用信息,执行速度快。
    24  基于小波融合技术的医学图像增强方法
    李云红 梁高鸣 伊欣,屈海涛
    2013, 43(10):1188-1191.
    [摘要](157) [HTML](0) [PDF 1.03 M](234)
    摘要:
    为了改善医学图像质量,在分析小波变换原理的基础上,根据医学图像的成像特征,提出了一种基于小波融合技术的医学图像增强方法。首先,对待增强图像进行多层小波变换处理,获取各个频率的小波系数。然后分别对各频率系数进行相应的处理后,进行小波重构并进行对比度增强处理,获得增强图像1;同时对待增强图像进行对数变换和对比度拉伸处理,获得增强图像2。最后将增强图像1和增强图像2变换至小波域进行图像融合处理,以获得最终的增强图像。结果表明:本文提出的增强方法具有明显的增强效果。该增强方法能有效提高医学图像的对比度,增强边缘细节信息,突出病灶点的位置,达到较好的增强效果,为医疗工作者观察病症提供更加清晰准确的依据。
    25  激光主动成像图像边缘检测算法研究
    孟飞,夏朝辉,强钲捷,吴坤,杨小冈
    2013, 43(10):1192-1196.
    [摘要](98) [HTML](0) [PDF 1.26 M](42)
    摘要:
    针对激光主动成像图像特点,分析了双数复值小波变换的优点和Canny算子存在的不足,提出了一种基于双数复值小波变换和Canny算子相结合的边缘检测算法。首先对激光主动成像图像进行双数复值小波变换得到小波系数序列,再对小波系数进行滤波,最后运用Canny三条检测规则逐层检测图像边缘。通过对实际激光主动图像进行边缘检测实验,结合视觉效果和可匹配性指标,可以看出本文的算法具有图像边缘细节保护好、检测结果可匹配性强等优点。

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