2014年第3期文章目次

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  • 1  红外成像系统及其应用
    李相迪,黄英,张培晴,宋宝安,戴世勋,徐铁峰,聂秋华
    2014, 44(3):229-234.
    [摘要](487) [HTML](0) [PDF 1.08 M](1309)
    摘要:
    红外成像技术是一种通过摄取景物热辐射分布图像,并将其转换为人眼可见图像技术,近年来红外成像技术发展迅速,在军事、工业、农业、医学等各领域显示出越来越重要的应用。本文对红外成像系统的原理、组成及应用进行了分析,总结了其研究现状,并对其发展前景进行了展望。
    2  逆合成孔径激光雷达空间目标成像研究
    王晨阳,杨进华,刘智超,姜成昊
    2014, 44(3):235-240.
    [摘要](371) [HTML](0) [PDF 1.22 M](690)
    摘要:
    空间目标的运动模式综合了直线飞行和绕轴旋转两种运动,逆合成孔径激光雷达对其成像时要进行直线运动补偿。补偿过程中使用的目标飞行速度,可以由外差接收模式测得。这种方法不仅准确、快速,而且比过去使用的速度估计法精度更高。阐述了对空间目标外差测速、运动补偿、重构成像的原理,并使用MATLAB分别对外差测速法和速度估计法的成像效果进行了仿真和对比,证实了外差测速法具有成像分辨率高、信息处理量小、运算速度快等优势。
    3  激光透射塑料焊接剪切强度测试方法分析研究
    刘臻 王耀民,王瑛玮,程亚婷 曹延君
    2014, 44(3):241-245.
    [摘要](462) [HTML](0) [PDF 1021.44 K](410)
    摘要:
    选取透明有机玻璃(PMMA)板条和半透明聚苯乙烯(PS)板条试样搭接后进行了激光焊接,按照目前常用的两种塑料焊接强度测试方法在万能材料试验机上试验观测,对观测结果的测量和分析证明:第一种塑料焊接强度测试方法(两块板条搭接未做贴附补偿)会因为附加力矩的作用改变焊接面受力状态,第二种塑料焊接强度测试方法(两块板条搭接做贴附补偿)仍然会产生附加力矩,贴附补偿不能保证焊接面受力状态回归到纯剪切状态,最后讨论了附加力矩所带来偏转角大小的主要影响因素。
    4  波纹膜片中空激光冲击成形仿真研究
    金华,岳陆游,姜银方,王春辉,丁报,程志军
    2014, 44(3):246-249.
    [摘要](373) [HTML](0) [PDF 1.08 M](372)
    摘要:
    为了改善波纹膜片实心激光冲击成形时膜片的中心部位容易产生反向塑性变形,甚至发生破裂的问题,采用数值模拟的方法探索了波纹膜片中空激光冲击成形,通过分析膜片成形后的截面轮廓以及厚度分布研究了中空激光光斑对波形膜片成形性能的影响。研究结果表明:在进行波纹膜片中空激光冲击成形时合适的光斑内径可以有效地减小膜片中心区域的反向塑性变形,使膜片和凹模底部贴合更紧密;并且合适的光斑内径可以有效地改善波纹膜片冲击成形后的厚度分布,避免膜片中心部位厚度严重减薄造成的破裂失效。
    5  激光外差探测中准直失配问题的研究
    李祥 杨进华 姜成昊 张宁 杨镇源
    2014, 44(3):250-253.
    [摘要](364) [HTML](0) [PDF 971.07 K](475)
    摘要:
    应用数值模拟的方法研究了信号光场分布为艾里函数,本振光场分布为高斯分布的激光外差探测过程中准直失配角对激光外差探测混频效率的影响;分析了基于艾里斑原理的接收光学系统抑制准直失配对混频效率影响的优缺点;提出了一种能够有效减小准直失配角对混频效率影响的信号接收技术——阵列探测器匹配接收技术。仿真结果表明这一匹配接收方法能够有效提高准直失配情况下的光电流的输出强度和混频效率,并能够有效提高接收机的视场。
    6  消旋检测装置的红外光学系统分析与设计
    高明,刘彦清,吕宏,倪晋平
    2014, 44(3):254-257.
    [摘要](430) [HTML](0) [PDF 1.32 M](372)
    摘要:
    设计了一种用于检测机载制冷型CCD消旋机构的长波红外光学系统。采用二次成像的方法保证冷光阑效率,应用光学被动消热差原理实现宽温度范围内热差补偿;系统引入以非球面为基底的衍射元件校正像差,探讨了衍射元件面形误差对系统光学性能的影响。设计结果表明,系统结构紧凑,重量轻,在-40~60℃的宽温度范围内实现了光学被动消热差的目的,达到100%的冷光阑效率及抑制冷反射的效果。
    7  锑基二类超晶格中波红外焦平面探测器技术
    巩锋,马文全,谭振,刘铭,王亮,张燕华,邢伟荣
    2014, 44(3):258-260.
    [摘要](359) [HTML](0) [PDF 1.24 M](632)
    摘要:
    InAs/GaSbⅡ类超晶格以其特有的量子效率高、暗电流小、能带结构可调等材料性能和器件优势,成为第三代红外探测器技术的最佳选择之一。本文报道了中波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的设计、生长、器件工艺技术,制备出了高性能的128×128中波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器,像元暗电流密度降到1.8×10-7A/cm2,量子效率达36.64%。
    8  HgCdTe红外探测器信号抑漂与一致性研究
    周振林
    2014, 44(3):261-264.
    [摘要](445) [HTML](0) [PDF 849.45 K](323)
    摘要:
    对三级半导体制冷HgCdTe红外探测器信号输出不一致性和信号漂移产生原因进行深入分析与研究,并说明使其输出一致与信号稳定的必要性,着重论证了调整偏置电流对探测器输出的影响,并采用校零技术,信号合成与还原技术等对抑制漂移的基本方法。
    9  一种降低反射式光纤电流计零漂的方法
    周柯江,魏兵,朱敬礼,李宇波
    2014, 44(3):265-268.
    [摘要](410) [HTML](0) [PDF 924.45 K](415)
    摘要:
    提出了一种降低反射式光纤电流计零漂的方法。该方法通过倒向使用铌酸锂Y波导集成光学器件取代原系统中的耦合器及起偏器,提高了系统的偏振消光比。实验结果表明,倒向使用Y波导后,零漂从11.1A降低到1.58A。本文为推动反射式光纤电流计的实用化提供了理论和实验依据。
    10  基于USB 2.0的红外数字图像注入式仿真器设计
    张昊,汤心溢,李争,高思莉
    2014, 44(3):269-272.
    [摘要](393) [HTML](0) [PDF 911.87 K](389)
    摘要:
    介绍了一种基于USB 2.0的红外数字图像注入式仿真器设计方案。该设计通过USB总线从PC机获得仿真图像数据,以FPGA作为接口和状态机控制。设计中引入多线程技术保证数据传输的高速性和实时性,通过向USB控制端点发送专用请求实现设备的绑定。测试时利用Camera Link图像采集卡采集仿真器输出并显示,结果表明,该仿真器具有输出图像连续无间断、稳定性高、实时性好等特点,达到了100 f/s的帧频指标,能够为红外光电成像探测系统提供实时视频图像仿真。
    11  车载光电侦察系统升降平台设计
    蔡荣,祁蒙,李利亚
    2014, 44(3):273-276.
    [摘要](353) [HTML](0) [PDF 958.02 K](610)
    摘要:
    结合车载光电侦察系统的发展需求,针对国内现有某型车载侦察系统存在的升降高度低、低温环境工作能力差等问题,对系统升降平台单元进行了多方面的分析。从升降平台的机械结构和驱动方式入手,介绍了升降平台改进设计的思路和方法,并举例说明,对升降平台改良设计的方案和方法进行了验证。
    12  多级声光衍射相互作用长度的实验研究
    顾华东,邵中兴,杨杰,郑陈琪,陈瑞涛,武晓东
    2014, 44(3):277-279.
    [摘要](347) [HTML](0) [PDF 1.12 M](457)
    摘要:
    实验研究了多级声光衍射条件下的最佳声光相互作用长度与声波和光波之间的定量关系。测量结果表明最佳声光相互作用长度与声频紧密相关而几乎与入射光波长及强度无关。实验结果发现当声频低时,相互作用长度短,声频在9 MHz左右,相互作用长度约为8 mm,当声频降低为6 MHz左右时,相互作用长度约为4 mm。设计了以纯水为介质的声光Q开关器件,在超声频率9 MHz,声功率3.4 W的条件下实现了约98%的总衍射效率。
    13  卡塞格伦光学天线光传输特性研究
    何文森,杨华军,江萍
    2014, 44(3):280-284.
    [摘要](368) [HTML](0) [PDF 3.25 M](260)
    摘要:
    对卡塞格伦光学天线光传输特性进行了理论分析,重点研究了影响光学天线光传输质量的几个重要因素,并进行了测试结果与仿真验证。为实际研究大气激光通信系统中光学天线的光传输特性提供了理论依据,具有重要的实用价值。
    14  Bragg波长精确调控的光纤光栅刻写方法与实验
    张天华,赵鸿,朱辰,李尧,张昆,张利明,王雄飞,张浩彬,郝金坪
    2014, 44(3):285-287.
    [摘要](381) [HTML](0) [PDF 1.24 M](393)
    摘要:
    利用光纤布拉格光栅(FBG)的轴向应力特性,用同一块相位模板,刻写了Bragg波长分别为1072.955 nm,1071.516 nm,1070.917 nm,1069.863 nm,1068.298 nm的五支光纤光栅。而后对实验数据进行数据拟合得到拉力与刻写出的光纤光栅中心波长之间的关系。得到的实验拟合曲线与理论曲线十分相近。本文方法具有实现简单、设计灵活和成本低的优点,有很好的应用价值。
    15  基于显微视觉的光纤阵列精密测量研究
    王润兰 陈青山
    2014, 44(3):288-292.
    [摘要](322) [HTML](0) [PDF 1.11 M](547)
    摘要:
    光纤阵列是一种广泛应用于光纤通信系统和光纤传感网络中的光学器件,其纤芯位置误差严重影响器件的耦合效率,有必要进行精密检测。论文研究一种基于显微视觉技术的光纤阵列精密测量方法。采用数字显微系统获取包含至少两根光纤像斑的图像,通过二次多项式插值法实现光纤光斑边缘的亚像素级提取,利用最小二乘拟合法对光斑中心精确定位,从而计算出两根光纤之间的纤芯距。系统测量分辨率为16 nm,重复测量标准差为23 nm。该方法可实现光纤阵列间距的自动化、非接触、高精度测量。
    16  光栅衍射型超广角激光告警系统的灵敏度分析
    王龙,王永仲,沈学举,何永强,董红军,张维安
    2014, 44(3):293-297.
    [摘要](334) [HTML](0) [PDF 958.46 K](449)
    摘要:
    研制了光栅衍射型超广角激光告警样机,推导了系统探测灵敏度的估算公式,用1064 nm脉冲激光在半视场角0°~78°范围内测试了样机的最小可探测能量密度。结果表明,半视场角0°~42°范围内,入射激光能量密度保持1.8 nJ/cm2基本不变的情况下,告警系统1级成像光斑的灰度值约由20逐渐减小为7;48~78°范围内,告警系统的最小可探测能量密度约由2 nJ/cm2逐渐增大为7 nJ/cm2;分析表明,随激光入射角度增大,告警系统像差增大导致成像光斑面积变大是引起告警系统最小可探测能量密度变大的主要原因。
    17  二氧化硅胶体光子晶体的光学特性研究
    许海霞
    2014, 44(3):298-301.
    [摘要](351) [HTML](0) [PDF 1.05 M](710)
    摘要:
    采用垂直沉积法自组装SiO2胶体光子晶体,并利用紫外-可见-近红外分光光度计对胶体晶体的光学特征进行了研究。结果发现,二氧化硅胶体微球的浓度越大,光子带隙深度增加,透射率变小,但光子带隙中心波长位置保持一致。此外,当入射光以不同的角度入射到样品表面时,其透射光谱具有新颖的光学特性,其成因被探究。
    18  光子晶体光纤的色散特性研究
    王冰,马晓军,杨华军,江萍
    2014, 44(3):302-305.
    [摘要](415) [HTML](0) [PDF 1.27 M](337)
    摘要:
    对包层空气孔大小及填充率对光子晶体光纤的色散特性影响进行了研究,研究结果表明通过调节光子晶体光纤包层孔间距或是空气孔半径可以灵活地改变光子晶体光纤的色散特性,由此可以设计在波长1550 nm附近具有相对平坦的色散特性曲线,用有限元法模拟了光在光子晶体光纤中传输的场分布,在长距离大容量光通信系统中获得很好的应用。
    19  锥台型光子晶体在太赫兹波段的透射特性
    刘子辰,朵天波,陈均,潘武
    2014, 44(3):306-308.
    [摘要](488) [HTML](0) [PDF 1.34 M](314)
    摘要:
    设计一种工作于太赫兹波段的锥台型光子晶体,利用CST软件研究了光子晶体的禁带特性。通过在0.3~1 THz范围内进行模拟仿真得出,锥台型光子晶体存在光子禁带。与普通的圆柱形光子晶体进行了对比,并对不同的参数进行仿真发现:禁带范围会随着参数的改变而整体移动,其中取锥台顶部半径0.05~0.1 mm间隔0.01 mm,发现随着锥台顶部圆的半径的减小,禁带向高频方向移动。取晶格常数0.2~0.3 mm间隔0.05 mm发现随着晶格常数的增大会使禁带向低频方向移动。研究结果为太赫兹光子晶体波导研究提供理论依据。
    20  大功率半导体激光器用电流源设计
    李江澜,兰旭阳,陈海洋,石云波
    2014, 44(3):309-312.
    [摘要](483) [HTML](0) [PDF 1.03 M](1112)
    摘要:
    半导体激光器是一种电流注入式发光器件,驱动电流源的性能优劣对其工作特性和使用寿命有着很大的影响。本文利用芯片LT3755设计了一种大功率LD电流源,电流在3.3~5.6 A连续可调。当输出电流为4.5 A时,连续工作3 h内电流变化量小于2 mA,电流稳定度达到4×10-4。此外,该电源还具有欠压保护、过压保护、过流保护和缓启动等多种功能。
    21  基于ROI灰度压缩的电路板红外图像配准
    王力,曾佩佩,郝建新
    2014, 44(3):313-318.
    [摘要](360) [HTML](0) [PDF 1.27 M](338)
    摘要:
    电路板红外图像配准技术是电路板红外热成像故障检测系统的核心。针对传统图像配准算法精度和效率较低等不足,为了提高电路板红外图像配准精度和效率,设计了一种基于ROI灰度压缩的图像配准算法。首先,利用Otsu法提取出电路板红外图像ROI。然后,将ROI内灰度值进行线性压缩。最后将灰度压缩后的图像进行互信息量运算和图像x平移、y平移、旋转、缩放变换参数寻优。仿真结果表明,基于ROI的灰度压缩算法能够显著减小配准时间,当两幅图像环境温度差异较大时其配准精度相比其他灰度压缩算法有明显优势。
    22  一种改进的边缘细化方法Improved edge thinning method
    许宏科,秦严严,潘勇
    2014, 44(3):319-324.
    [摘要](282) [HTML](0) [PDF 1.37 M](643)
    摘要:
    针对Sobel算子检测出的图像边缘较粗且检测效果受噪声影响大的问题,提出了一种结合自适应平滑滤波并改进原细化算法的方法来抑制噪声并细化边缘。使用新的自适应平滑滤波梯度模板对原始图像滤波,在平滑噪声的过程中锐化图像边缘;在Sobel算子检测出边缘后使用改进的细化算法剔除伪边缘点。试验比较表明:在迭代次数相同的情况下,新的自适应平滑滤波模板比原梯度模板总体效果更好;改进的边缘细化算法在保证与原算法运算时间相当的条件下,保留了更多的边缘细节信息,细化结果更加准确。
    23  激光雷达中基于组合纹理的低空风切变识别算法
    蒋立辉,高浩,庄子波,熊兴隆
    2014, 44(3):325-329.
    [摘要](221) [HTML](0) [PDF 1.14 M](316)
    摘要:
    针对不同的风切变在激光雷达图像上所呈现的不同纹理特性,提出了一种组合局部纹理特征和全局纹理特征的识别方法。先分别从激光雷达风切变图像中提取LBP特征和灰度-梯度共生矩阵特征,LBP特征反应图像的局部纹理,代表风场局部风速的变化,灰度-梯度共生矩阵特征反应图像的全局纹理,代表风场全局的风速变化,再通过典型相关分析对两种特征进行融合,最后采用最近邻分类器对三种风切变进行匹配识别。实验结果表明,该算法对三种低空风切变的平均识别率达到99.02%,与三种单一的纹理特征分类识别相比,分别提高了18.86%,5.88%和7.01%。
    24  基于改进多尺度形态学的带钢缺陷图像边缘检测
    张利红,梁英波,吴定允,朱思峰
    2014, 44(3):330-334.
    [摘要](284) [HTML](0) [PDF 1.13 M](373)
    摘要:
    针对目前板带钢表面缺陷在线检测过程中无法准确地检测出所有缺陷边缘问题,根据带钢缺陷的特点,分析了结构元素的选取,提出了一种将多尺度形态学和多结构元素有机结合的边缘检测方法。该方法首先进行多尺度形态学滤波降噪,分别求取0°结构元素、45°结构元素、90°结构元素和135°结构元素带钢缺陷图像边缘;其次通过一定的运算组合,提取多结构边缘;最后对得到的带钢缺陷图像的边缘作二值化处理,再细化边缘得到缺陷图像边缘的最终结果。实验结果表明,该方法较好地解决了边缘检测精度与抗噪性能之间的协调问题,实现了在多个尺度上提取板带钢表面缺陷的边缘。同时能够较好地保留图像中缺陷的边缘细节信息,为带钢表面缺陷在线检测系统中自动分割、缺陷识别等后续处理奠定了基础。
    25  基于多级滤波的感兴趣边缘检测算法
    王明静,张学峰
    2014, 44(3):335-338.
    [摘要](309) [HTML](0) [PDF 1.19 M](408)
    摘要:
    针对边缘检测过程中阈值难确定和提取干扰边缘较多的问题,提出了一种基于多级滤波的感兴趣边缘检测算法。该算法分为四个步骤:首先对图像进行平滑滤波;之后计算水平方向和垂直方向的梯度幅值图像和梯度方向图像;然后根据梯度方向图像对梯度幅值图像进行噪声边缘滤波,并对梯度幅值图像进行非最大值抑制;最后对滤波后的梯度幅值图像进行分割,对得到的边缘映射图进行边缘跟踪,获取所有的边缘段及其特征,并滤除不满足特征约束的边缘,得到感兴趣的边缘。试验结果表明本文算法有很好的适用性。
    26  基于邻域统计信息的红外与可见光图像融合
    孙新德,薄树奎
    2014, 44(3):339-342.
    [摘要](333) [HTML](0) [PDF 1.01 M](501)
    摘要:
    针对红外图像与可见光图像的融合问题,提出了一种基于邻域统计信息的图像融合新算法。首先对图像进行多尺度分解,得到一系列子带系数,然后针对各子带系数的物理特性,提出了高低频规则不同的图像融合算法。对于图像低频部分,首先定义基于邻域统计信息的目标和场景特征参数,然后设计了加权系数自适应变化的加权平均融合策略;对于图像高频部分,首先定义邻域系数分布特征参数,然后设计了受邻域统计信息调制的系数比较取大融合策略。实验结果表明该算法能够很好地将红外图像与可见光图像进行融合,且融合效果优于其他一些算法。
    27  烟幕环境地面红外运动目标快速检测方法
    张超 陈志斌 宋岩 刘先红
    2014, 44(3):343-346.
    [摘要](236) [HTML](0) [PDF 916.67 K](345)
    摘要:
    传统目标检测方法不能很好地满足红外跟瞄系统运动时的地面运动目标快速精确检测需要,另外由于红外烟幕干扰,图像的质量降低,也会影响目标检测的精度。为此,提出了一种烟幕环境下红外运动目标的快速检测方法。该方法首先快速提取两帧红外图像的FAST特征点,提出了改进的二进制BRIEF特征描述符进行背景匹配,然后采用随机一致性算法估计全局运动参数进行运动补偿,最后采用帧间差分法进行目标检测。实验表明,该算法能够有效地降低烟幕干扰对运动补偿的影响,快速精确地检测出运动目标的位置,对烟幕干扰及运动背景具有很好的鲁棒性。
    28  基于SURF的特征点快速匹配算法
    尧思远 王晓明 左帅
    2014, 44(3):347-350.
    [摘要](495) [HTML](0) [PDF 1.02 M](1042)
    摘要:
    为了解决光电图像匹配过程中特征点错配率较高的问题,本文提出了一种基于SURF特征点的匹配方法。该算法首先利用最近邻欧氏距离比率法对提取的SURF特征做粗匹配,然后获取特征点对应尺度的邻域灰度统计信息,进而利用Pearson相关系数比得到鲁棒性较强的匹配对。实验表明该方法能够有效提高匹配的准确率,且满足实时性要求。

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