2013年第12期文章目次

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  • 1  太赫兹波远程探测的最新研究进展
    吴四清 刘劲松 汪盛烈 胡兵
    2013, 43(12):1325-1328.
    [摘要](338) [HTML](0) [PDF 882.01 K](625)
    摘要:
    太赫兹波具有许多独特的性质,在很多科学技术领域有着广泛的应用前景。然而,由于水汽对太赫兹波存在强烈的吸收,使得太赫兹波在空气中的传输距离十分有限,限制了太赫兹波的应用,如何实现太赫兹波的远程探测成为太赫兹领域的研究重点。本文介绍了最近出现的THz-REEF和TEA两种远程太赫兹波探测方法,分析了探测过程和探测系统的结构,解释了内在的物理机制,并对其应用进行了展望。
    2  农产品病虫害高光谱成像无损检测的研究进展
    田有文,程怡,吴琼,牟鑫
    2013, 43(12):1329-1335.
    [摘要](288) [HTML](0) [PDF 831.69 K](508)
    摘要:
    高光谱成像是一种新兴的无损快速检测技术,可以同时获取研究对象的图像和光谱信息,集成了光谱分析和图像处理的优势,已成为农产品病虫害信息快速、无损检测的重要手段之一,在农产品的溃疡病、褐斑病、白粉病、黑星病、腐烂、虫蛀等病虫害无损检测中的应用越来越广泛。本文简述了高光谱成像系统,总结分析了其在水果、蔬菜、肉类、谷物等农产品病虫害无损检测中的国内外最新研究进展,提出了农产品病虫害高光谱成像技术检测的未来研究发展方向,以期对相关研究人员的研究工作提供参考。
    3  机载激光多脉冲展宽识别运动目标和地面背景
    徐强,王海晏,王芳,杨海燕
    2013, 43(12):1336-1340.
    [摘要](224) [HTML](0) [PDF 1.04 M](484)
    摘要:
    结合多脉冲累积探测可以提高接收信号信噪比的特点与回波延时会造成脉冲展宽的特点,介绍了一种利用激光多脉冲展宽特性识别运动目标和地面背景的方法。由于目标速度的存在改变了光轴与目标表面夹角而造成回波延时,通过判别与基准脉冲不同的相关度,将其从地面背景区分出来。仿真结果表明,累积平均脉冲个数及次数越多噪声越小,信噪比越大,且多脉冲展宽可有效识别目标与背景,可应用于实际探测中测量目标运动速度及方位。
    4  硬质合金与M42高速钢的激光钎焊组织及性能
    尚晓峰,邓卫东,王志坚,李喆,罗帅
    2013, 43(12):1341-1344.
    [摘要](232) [HTML](0) [PDF 1.94 M](396)
    摘要:
    硬质合金与高速钢的物化性能差异较大,利用高能激光束可有效实现硬质合金与高速钢的焊接。采用负离焦量△f=-3 mm,激光扫描速度过小(v<7 mm/s)、功率过大(P>1500 W)时母材中Co的大量散失而产生气孔和微裂纹等组织缺陷;速度过大(v>7 mm/s)、功率过小(P<1100 W)时钎料Cu与母材不能互溶,接头组织融合不良。选取v=7 mm/s、P=1100 W,钎焊接头形成等轴组织,性能良好,并测定其元素分布及显微维氏硬度。结果显示:母材中,除含Cu元素外,还有Co、Mo、Cr、Fe等元素分布,表明母材与钎料互溶性良好;接头组织及热影响区显微硬度变化最小,且平均显微硬度最大,分别为941.7 HV,778 HV。
    5  激光通信/测距一体化技术研究
    李玮
    2013, 43(12):1345-1347.
    [摘要](276) [HTML](0) [PDF 956.24 K](480)
    摘要:
    介绍了激光通信和激光测距技术的优势,指出由于空间条件等的限制,激光通信和测距的复合需求不断增加,激光通信测距一体化技术将成为未来发展趋势。在此基础上,深入分析了国外激光通信测距一体化技术最新研究进展。然后,针对未来卫星远距离、高精度测距的需要,文章提出了在激光通信的基础上,通过设置特殊测距帧,实现激光通信和测距一体化的系统设计方案并进行了论述,为未来我国测控事业的发展提供了新型手段。文章最后对激光通信测距一体化技术的发展提出了建议。
    6  激光引偏角测量不确定度分析
    王正林 刘静梅 欧阳艺
    2013, 43(12):1348-1350.
    [摘要](294) [HTML](0) [PDF 744.86 K](296)
    摘要:
    介绍了激光引偏角测量系统的组成和工作原理;引用扩展不确定度评定方法,对激光引偏角测量系统测量不确定度进行了分析,明确了激光引偏角测量系统标定标准偏差、激光跟踪标准偏差、电视跟踪标准偏差、电视测角标准偏差是构成激光引偏角测量不确定度的主要因素;提出了激光引偏角测量系统在使用过程中减小测量不确定度的措施。
    7  光斑均匀化在声光偏转相干探测系统的应用研究
    何宁,谢朝玲,郭求实
    2013, 43(12):1351-1354.
    [摘要](238) [HTML](0) [PDF 1.33 M](269)
    摘要:
    针对声光偏转效应相干探测系统信号光斑随射频信号变化的偏移特性,利用光斑重叠物理模型,研究光斑结构与混频效率的关系,分析光轴偏移、探测器有效光敏面半径以及本振光能量匹配等因素对相干光探测效率的影响。计算机仿真和实验测试验证表明,以能量分布均匀光斑作为本振光斑,有利于在一定范围内漂移的信号光与参考光重叠相干混频效率改善,当信号光偏移量±0.5 mm内,重叠效率下降不到5%,通过光斑结构及能量分布的研究,为后续实际应用提供参考依据。
    8  全固态266 nm紫外脉冲激光器研究
    张辰 高兰兰 邵志强
    2013, 43(12):1355-1358.
    [摘要](220) [HTML](0) [PDF 835.35 K](400)
    摘要:
    报道了利用激光二极管端面抽运Nd∶YAG晶体,通过Cr4+∶YAG晶体可饱和吸收被动调Q,KTP晶体腔内倍频及BBO晶体腔外四倍频,实现266 nm连续脉冲输出。通过优化激光器外谐振腔,提高腔外非线性变频转化效率。LD抽运功率为4.6 W时,得到532 nm激光平均输出功率为154 mW,与腔外直接倍频相比,532 nm激光的平均功率提高了3倍,单脉冲能量和峰值功率提高了2倍,这有利于四倍频转化效率的提高。266 nm紫外激光平均输出功率为3 mW。
    9  基于主动锁模控制的激光谐波研究
    赵峰
    2013, 43(12):1359-1362.
    [摘要](183) [HTML](0) [PDF 1.06 M](296)
    摘要:
    介绍一种采用主动锁模控制产生超短激光脉冲序列的方法。首先通过基于主动锁模激光系统的参量自治微分方程思想,导出了系统出现稳定条件时参数设置方法。然后利用铌酸锂的非线性,展开成贝赛尔系数的函数级数,载频与边频数差为调制频率的整数倍,最后产生高重复频率超短光脉冲,得到高阶锁模脉冲,实验结果表明:其通过调节调制器的调制参数来控制谐振腔中的模式损耗,在调制频率为1GHz量级的情况下,可获得重复频率10GHz的超短光脉冲序列,有啁啾时脉冲时域形状是很好的高斯型,没有出现明显畸变。
    10  短波IRFPAs读出电路CTIA输入级的优化设计
    王攀 丁瑞军 叶振华
    2013, 43(12):1363-1367.
    [摘要](215) [HTML](0) [PDF 1.04 M](445)
    摘要:
    针对凝视短波红外焦平面阵列探测器弱信号耦合读出的难题,设计了一种高注入效率、低噪声、精简结构的运放积分型(CTIA)输入级。该CTIA单元输入级采用电流源负载的共源共栅结构,不仅具有传统CTIA结构的优点,还能克服常规的CTIA结构复杂、功耗过高的缺点。在低温模型的仿真环境下,进行了前仿真和提取版图寄生参数的后仿真。基于CSMC-6S05DPTM 0.5 μm工艺流片, CTIA读出电路芯片的测试结果与仿真结果基本一致,输出信号电压范围达到2.5 V,单元功耗小于1.0 μW。Abstract:
    11  基于内聚力模型的InSb面阵探测器失效分析
    贵磊,孟庆端,张立文,李鹏飞
    2013, 43(12):1368-1371.
    [摘要](207) [HTML](0) [PDF 947.62 K](492)
    摘要:
    基于内聚力模型,运用ANSYS仿真软件研究了InSb芯片在N电极附近的脱落和碎裂问题。模拟结果显示:在N电极区域,InSb芯片沿隔离沟槽存在明显的脱落趋势;为了解InSb芯片碎裂失效分布状况,在InSb芯片中做切分处理,并在切分面上选取等间距内聚节点,得到了节点沿X轴方向的相对分离量,及相对分离量最大节点沿不同坐标轴的变化趋势。模拟结果中InSb芯片脱落失效区域和分离量较大的内聚节点所在位置与典型InSb焦平面探测器光学碎裂分布相吻合,这为后续研究InSb芯片中裂纹起源及扩展提供参考。
    12  锑化铟离子注入退火技术研究
    李海燕 杜红艳 赵建忠
    2013, 43(12):1372-1375.
    [摘要](229) [HTML](0) [PDF 1018.45 K](322)
    摘要:
    对锑化铟(InSb)铍离子(Be+)注入后的快速退火技术进行了研究,并对不同退火温度和时间的晶片进行了工艺实验,通过测试其PN结I-V特性,对比了不同快速退火条件对PN结特性的影响,确定在一定快速热退火条件下可以获得高质量的PN结,并对试验结果进行了分析。
    13  偏振状态下微粒的Mie散射特性研究
    杨颖,黄竹青,曹小玲
    2013, 43(12):1376-1380.
    [摘要](238) [HTML](0) [PDF 1.43 M](748)
    摘要:
    为了研究偏振状态下球形微粒的Mie散射规律,采用一种连分式向前递推的高精度算法,通过matlab编程计算,对单个微粒和微粒群进行研究,主要分析了小尺度范围内球形微粒的吸收性、粒径分布对散射光分布规律的影响,直观的表示出Mie散射分布规律,有助于Mie散射理论基础的研究和应用。
    14  空间目标激光瞄准偏差的测量评估方法研究
    康文运,宋小全,侯军燕,王云萍
    2013, 43(12):1381-1383.
    [摘要](201) [HTML](0) [PDF 798.32 K](269)
    摘要:
    针对光电系统对空间目标激光瞄准偏差测量评估难题,从激光瞄准偏差基本概念入手,提出了一种测量评估光电系统对空间目标激光瞄准偏差的可行方法,给出了激光瞄准偏差的计算公式,并对影响评估准确性的主要误差进行了分析。该测量评估方法可用于光电系统对空间目标激光跟瞄能力评价等方面。
    15  基于ZEMAX的半导体激光器非球面准直透镜设计
    杜彬彬,高文宏,李江澜,石云波,徐美芳,赵鹏飞,王艳红
    2013, 43(12):1384-1388.
    [摘要](223) [HTML](0) [PDF 1.57 M](3561)
    摘要:
    为了解决半导体激光器出射光束发散角大的问题,根据几何光学原理,分别针对半导体激光器弧矢和子午方向的不同发散角度建立数学模型,设计出了在两个相互垂直的方向上具有不同非球面面型的非球面透镜,并在ZEMAX光学设计软件中进行了仿真。经非球面准直透镜准直之后,半导体激光器快慢轴方向的发散角分别从35°和7.5°压缩到了1.8 mrad和0.84 mrad,在距离光源10 m处接收面上的总光功率为0.497 W,光能利用率高达99.4%。结果表明,在相互垂直的方向上具有不同面型的非球面准直透镜对半导体激光器的准直具有良好的效果。
    16  宽光谱日夜两用鱼眼监控镜头的设计
    张继艳 黄元庆 熊飞兵 孟宪国
    2013, 43(12):1389-1392.
    [摘要](207) [HTML](0) [PDF 1.10 M](1057)
    摘要:
    设计了一款宽光谱日夜两用鱼眼监控镜头,使用近红外LED光源照明及IR-CUT双滤光片,近红外波长为850 nm,采用Zemax软件的多重配置结构设计,使用固定焦距,实现可见光和近红外光的共焦。对设计的光学系统结构和像差曲线进行分析,设计全视场角和相对孔径分别为175°和1/1.8,使用1/3 in CCD成像接收器件,全视场MTF值在空间频率100 lp/mm处达到0.3。
    17  基于DSP实现的100 Gbit/s DP-QPSK系统相干接收技术
    茅帅帅,诸波,王永强,仉乐,夏丽,胡芳仁
    2013, 43(12):1393-1396.
    [摘要](274) [HTML](0) [PDF 1.14 M](1104)
    摘要:
    对100 Gbit/s 偏振复用-正交相移键控(DP-QPSK)系统中使用数字信号处理(DSP)技术同时实现对光信号色散补偿、偏振解复用和相位估计的方案进行了讨论,并采用OptiSystem 9.0软件对该方案的效果进行了验证,仿真结果表明该技术方案实现简单且可靠性高,对优化相干光检测硬件有参考意义。
    18  基于向量场距离函数的网孔模型修复
    王俐,吴禄慎
    2013, 43(12):1397-1401.
    [摘要](245) [HTML](0) [PDF 1.02 M](399)
    摘要:
    提出了一种基于向量场距离函数的网孔模型修复算法,用于修复各种多边形网孔模型。可用于激光三维建模等应用中,作为一种体修复算法,其鲁棒性好,对于任意带缺陷的输入网孔模型,经修复后均能得到无缺陷的封闭且法向一致的三角形网孔输出。修复过程中,体模型用向量场距离函数表征,该表征方法比传统的标量场距离函数更能保留模型的原始特征。此外,在提取输出表面轮廓时,对传统MC算法中求取立方体网格与形面交点的插补算法作了改进。理论和实践证明,改进后插补点的位置更接近网格与形面交点的实际位置,因而提取出来的网孔模型更为精确,比传统方法精确约16.8%。
    19  基于HS-CbCrCg肤色模型的人脸检测算法
    张莉 汪烈军 钟森海
    2013, 43(12):1402-1405.
    [摘要](229) [HTML](0) [PDF 1.04 M](428)
    摘要:
    传统的人脸检测方法对于复杂背景彩色图像中人脸区域检测效果不理想。本文首先对不同光照条件下的输入图像进行光补偿和图像增强的预处理,然后利用HS-CbCrCg颜色空间建立肤色模型对图像进行肤色判别,之后用改进的Adaboost算法检测肤色区域的人脸信息,最后对重点区域重检测判别出确信人脸。实验数据表明,此方法对比传统的人脸检测方法,处理速度更快同时能够降低人脸漏检率和误检率。
    20  双目立体相机中实时匹配算法的FPGA实现
    单洁 唐垚 姜晖
    2013, 43(12):1406-1410.
    [摘要](291) [HTML](0) [PDF 1.03 M](1329)
    摘要:
    在双目立体相机中,利用图像处理计算场景深度信息是一项关键技术。通过研究立体视觉图像匹配原理,提出一种基于FPGA的立体图像实时匹配算法的实现方法。该算法以Census变换为基础借助于像素在邻域中灰度相对值的排序进行相似度比较,来实现区域立体匹配;在左右一致性约束下采用多窗口相关匹配方法改善深度不连续图像的匹配质量,提高匹配准确度。利用FPGA流水线和并行处理技术实现了双目立体相机的实时图像匹配。结果表明,该图像匹配结构具有较高的吞吐率和处理速度,可以工作在97.3MHz频率下实现1024×1024灰度图像30f/s的实时处理。
    21  光学图像高斯平滑滤波的DSP优化
    汤达,牛照东,王丁禾,陈曾平,李晓鹏
    2013, 43(12):1411-1415.
    [摘要](186) [HTML](0) [PDF 962.42 K](1164)
    摘要:
    高斯平滑滤波方法具有优良的噪声平滑性能和边缘保留能力,但运算量相对较大,限制了其在实时图像处理系统中的应用。本文基于高斯平滑掩膜的可分解性,提出了一种单次遍历实现两次卷积的高斯平滑滤波DSP优化方法。首先,依次打包读取4×8图像区域作为基本运算单元,有效降低对数据的重复访问;其次,在基本运算单元内,利用内联函数并行计算横向模板的一次卷积;然后,重组并复用横向模板卷积单元直接进行纵向模板的二次卷积。最后,以基本运算单元为单位遍历处理图像,计算平滑滤波结果。实验表明,利用TMS320C6455定点DSP对一幅320×240×8bit图像进行5×5高斯模板滤波耗时0.187ms,是优化前滤波耗时的1/35,具有较大的工程应用价值。
    22  基于3D-DPCM和变长编码的超光谱图像无损压缩
    王军
    2013, 43(12):1416-1419.
    [摘要](148) [HTML](0) [PDF 995.60 K](263)
    摘要:
    剖析了干涉成像光谱仪拍摄图像的空间和谱间相关性,提出一种三维DPCM无损压缩方案。首先做谱间DPCM预测,再应用帧内DPCM预测于残差图像,最后对差分码流实施变长编码。实验表明,该算法能完成无损压缩,平均压缩比为1.486,相比整数小波变换(二维)算法提高3.3%,且算法复杂度较低,仅有加、减法和移位运算,便于硬件实现。

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