2016年第5期文章目次

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  • 1  光纤激光器光谱合束技术综述
    张大勇 郝金坪 朱辰 张昆 张利明
    2016, 46(5):517-521.
    [摘要](571) [HTML](0) [PDF 1.16 M](839)
    摘要:
    对实现高功率、高光束质量输出的光纤激光器光谱合束技术进行了综述。针对体布拉格光栅合束和多层介质膜光栅合束两种技术方案进行介绍,从合束原理、高功率窄线宽光纤激光器单元、光栅器件以及合束方案等方面进行分析。同时,针对近年来国内外在光纤激光光谱合束技术领域的发展也进行了归纳性的介绍。
    2  InSb材料的表征
    计雨辰 王小龙
    2016, 46(5):522-526.
    [摘要](558) [HTML](0) [PDF 1.44 M](683)
    摘要:
    InSb为直接带隙半导体材料,禁带宽度77 K时为0.232 eV,在3~5 μm红外探测器上有着重要的应用。本文介绍了InSb晶体材料应用及制备的发展情况,对InSb材料的晶体结构、热学性质、机械性能、光学性质和电学性质的表征进行了叙述。根据InSb材料的基本特性,对其制备发展过程中将可能出现的问题和研究方向进行了预测。
    3  激光半主动导引头光学系统设计
    刘智颖 邢天祥
    2016, 46(5):527-531.
    [摘要](441) [HTML](0) [PDF 1013.52 K](833)
    摘要:
    激光制导导引头是当今最常用的制导装置,本文设计的激光半主动制导导引头由光学接收系统和一个四象限探测器组成。本文对四象限探测器的工作原理进行了分析介绍。结合激光器的发射功率、作用距离与四象限探测器的参数,对导引头光学系统参数进行了计算与分析,得到了系统入瞳的最小尺寸。应用ZEMAX软件对激光半主动导引头的光学系统进行了优化设计,并通过包围圆能量曲线、光斑均匀性等对光斑质量进行了评价。使用MATLAB软件对能量曲线进行拟合,根据拟合曲线对光斑的能量分布进行评价。
    4  激光熔覆汽轮机转子表面涂层的显微组织研究
    郭士锐 姚建华
    2016, 46(5):532-536.
    [摘要](407) [HTML](0) [PDF 1.71 M](352)
    摘要:
    针对激光熔覆再制造汽轮机转子轴颈,采用2 kW半导体激光器进行同轴送粉的激光熔覆Fe基合金试验,并在激光熔覆过程中对加工点附近的温度进行监控。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDS)研究了熔覆层的显微组织形貌、相结构与成分。结果表明,激光熔覆加热集中,检测部位的最高温度未超过70 ℃,整个修复过程平稳。Fe基合金熔覆层组织均匀、致密,与基体冶金结合,没有微观裂纹与气孔等缺陷。熔覆层组织主要为(Fe、Cr、C)合金与CrC两相。熔覆层的组织主要为典型的过饱和固溶体枝晶与枝晶间多元碳化物共晶组成,激光熔覆层与基体熔合过程中产生了元素互渗。
    5  基于P-V双因素的网络激光标刻性能研究
    闫久江 万辉 史富君 李红军
    2016, 46(5):537-541.
    [摘要](396) [HTML](0) [PDF 1.07 M](327)
    摘要:
    传统激光标刻技术已在实际工业生产中普遍应用,但其系统最优标刻性能控制参数存在寻找及设置较为困难、繁琐等问题。针对该问题,本文设计了一种基于嵌入式网络激光标刻模式的新型激光标刻控制模型,并在该模型下通过相关数据预处理算法分析单一标刻影响因素对激光标刻性能的影响;再通过对实验数据的数理统计分析得出二值图像的标刻性能变化规律,最终得出在该材质及类似组成工件下的激光标刻的最优参数快速选择模型和性能最优值域。研究结果表明,该模型为最优激光标刻性能控制参数的快速选择提供了可靠的方法,为进一步研究激光标刻性能影响参数提供了重要参考。
    6  星载激光目标指示器光学系统研究
    江伦 胡源 安岩 王超 张雷 佟首峰
    2016, 46(5):542-546.
    [摘要](548) [HTML](0) [PDF 998.28 K](429)
    摘要:
    介绍了星载激光目标指示器的总体方案,利用遥感成像分系统与伺服分系统对目标进行图像跟踪,由激光发射系统对目标实施激光指示。对遥感成像分系统的工作波段、系统焦距、口径、积分时间和视场等关键参数进行了优化选取,对激光发射系统的工作波长、脉冲宽度、峰值功率、束散角和指示精度等进行了分析。并开展了遥感成像分系统与激光发射分系统的光学系统设计,设计结果表明,分系统设计能够满足指标分配要求,具备实现的可能,总体设计能够满足星载激光目标指示器在500 km轨道高度,对中等大小舰船进行激光指示的功能需要。
    7  激光损伤阈值分析系统的软件设计
    何奕岑 赵昕 安成斌
    2016, 46(5):547-551.
    [摘要](387) [HTML](0) [PDF 955.32 K](372)
    摘要:
    激光损伤阈值分析软件开发是固体激光损伤机理研究的一部分,本文基于MFC,以VS2010为开发平台,结合MySQL数据库及MATLAB进行软件开发设计。根据高能固体激光辐照光电系统原理,基于不同固体激光器、不同大气传输条件、不同辐照目标的热效应及热力耦合效应,完成目标的激光损伤阈值仿真计算。软件方便易用,具备一定的光学系统激光损伤分析能力,能够实现分析使目标达到损伤的有效激光辐照时间,可分析各影响因素变化对损伤结果的影响,为试验研究提供有效指导。
    8  632 nm激光对CCD干扰效果仿真与实验研究
    高润 牛春晖 李晓英 吕勇 孟浩
    2016, 46(5):552-557.
    [摘要](426) [HTML](0) [PDF 1.32 M](387)
    摘要:
    为解释激光对CCD探测器的干扰机理,建立了激光辐照CCD探测器的有限元仿真模型。利用波长为632 nm的激光对CCD探测器进行干扰实验,通过图像处理的方法得到了光功率与饱和干扰面积的关系曲线。建立“水桶”模型以及利用半导体PN结电子、空穴扩散理论建立有限元仿真模型,将这两个模型分别进行激光对CCD探测器干扰效果的仿真计算,得到不同光功率下的饱和干扰面积,并与实验结果对比,结果表明:“水桶”模型并未能较好地解释实验现象,而有限元模型的仿真结果与实验结果更加接近。故可利用有限元仿真模型来预测实际激光对CCD探测器的干扰效果。
    9  增益开关掺Tm3+光纤激光器的理论与实验研究
    周仁来 刘亮 任建存 娄树理 鞠有伦 王月珠
    2016, 46(5):558-564.
    [摘要](369) [HTML](0) [PDF 1.46 M](365)
    摘要:
    与固体激光器不同,光纤激光器中增益光纤长度可近似认为整个谐振腔的长度,传统的速率方程模型只考虑激光器参数随时间变化,而不考虑这些参数沿轴向变化情况,会在理论上对激光器输出特性的分析带来误差。本文建立带内泵浦的增益开关掺Tm3+光纤激光器的行波方程模型,研究了腔内光子数、上能级粒子数和泵浦脉冲沿光纤轴向分布情况,以及不同重频和纤芯的增益光纤可提取能量的变化。在100 ns脉宽和15 μJ脉冲能量的泵浦脉冲作用下,当重频增加至5 MHz时,激光输出脉冲会出现多脉冲振荡现象。实验上实现了全光纤化的增益开关掺Tm3+光纤激光器,将实验结果与理论分析进行比较,两者之间较好相符。
    10  单模激光系统的光强相对涨落和功率谱
    叶庆 张继龙
    2016, 46(5):565-569.
    [摘要](577) [HTML](0) [PDF 1.26 M](480)
    摘要:
    用线性化近似方法计算了单模激光损失模型在输入偏置调幅波信号后的稳态平均光强相对涨落C(0)和输出功率S(ω),得到稳态平均光强相对涨落C(0)与载波信号振幅B、高频载波信号频率ω以及量子噪声强度Q的变化规律,发现在低频调制信号频率增大、高频载波信号频率减小、量子噪声实虚部关联越强和远离阈值时,激光系统的统计涨落较小。通过对系统功率谱S(ω)与a0/A、低频调制信号频率Ω、高频载波信号频率ω以及量子噪声实虚部间的关联系数λq的研究,也发现了一些特殊的现象。
    11  红外焦平面阵列变积分时间下的非均匀性校正
    张守荣 王华 张旭
    2016, 46(5):570-574.
    [摘要](725) [HTML](0) [PDF 972.58 K](443)
    摘要:
    凝视红外焦平面成像系统中经常需要根据目标红外辐射强度来调节探测器积分时间,当积分时间变化后,红外图像的均匀性明显变差,本文探索了一种校正系数随着积分时间线性变化的焦平面非均匀性校正方法,克服了需要存储较多校正系数的问题,不仅使红外图像的均匀性得到较大幅度提高,而且在修改积分时间的情况下图像均匀性不受影响。
    12  红外系统协同探测性能分析
    熊蓉玲
    2016, 46(5):575-577.
    [摘要](509) [HTML](0) [PDF 832.95 K](544)
    摘要:
    探测概率、虚警概率和作用距离是衡量红外探测系统最核心的性能指标。传统的分析方法只针对单个红外探测系统,随着多个红外系统协同探测的应用不断增多,迫切需要建立红外系统协同探测的性能分析方法。本文从单个红外探测系统出发,结合经典探测概率、虚警概率和作用距离的计算公式,基于二次累积探测原理分析协同探测时各性能指标提升的根本原因,并通过两个红外系统协同探测的示例直观展示了协同探测的性能提升效果,为红外探测系统的综合论证、协同样式分析等提供了重要依据。
    13  p型GaAs欧姆接触性能研究
    刘梦涵 崔碧峰 何新 孔真真 黄欣竹 李莎
    2016, 46(5):578-582.
    [摘要](368) [HTML](0) [PDF 1.13 M](1904)
    摘要:
    为了研究半导体光电器件p-GaAs欧姆接触的特性,利用磁控溅射在p-GaAs上生长Ti厚度在10~50 nm范围、Pt厚度在30~60 nm范围的Ti/Pt/200 nm Au电极结构。利用传输线模型测量了具有不同的Ti、Pt厚度的Ti/Pt/200 nm Au电极结构接触电阻率,研究了退火参数对欧姆接触性能的影响,同时分析了过高温度导致电极金属从边缘向内部皱缩的机理。结果表明,Ti厚度为30 nm左右时接触电阻率最低,接触电阻率随着Pt厚度的增加而增加;欧姆接触质量对退火温度更敏感,退火温度达到510 ℃时电极金属从边缘向内部皱缩。采用40 nm Ti/40 nm Pt/200 nm Au作为半导体光电器件p-GaAs电极结构,合金条件为420 ℃,30 s可以形成更好的欧姆接触。
    14  超高速分幅相机中的无鬼像光学系统
    赵新才 李剑 刘宁文 温伟峰 李泽仁 张昆林
    2016, 46(5):583-586.
    [摘要](414) [HTML](0) [PDF 1.05 M](439)
    摘要:
    超高速光电摄影系统是目前最常用的一种高速摄影设备。在进行超高速光电分幅相机光学系统的设计时,由于面数较多、结构较为复杂,很容易在像面附近形成鬼像,从而影响成像的锐度和对比度,干扰目标的识别。为了解决鬼像的问题,本研究从光学系统中的关键器件像增强器出发,分析了鬼像形成原因,并进一步采用光纤面板对像增强器进行了优化设计,从而克服了鬼像问题。采用本光学系统组成的超高速光电分幅相机拍摄了高压火花放电的过程,实验结果表明,得到的图像无鬼像。利用该系统可以方便地进行纳秒时间尺度的超高速摄影实验研究,拍摄的照片无鬼像,有利于目标的精确识别和解读。
    15  激光焊接封装的光纤光栅智能悬臂梁
    王裕波 李玉龙 吕明阳
    2016, 46(5):587-592.
    [摘要](414) [HTML](0) [PDF 1.07 M](360)
    摘要:
    针对光纤光栅在封装过程中容易遭受高温和热应力等破坏,采用激光焊接技术将镀镍金属化后的光纤光栅封装在316不锈钢表面。为了解决光纤光栅温度与应变的交叉敏感问题,基于参考光栅法的温度补偿原理制成了一种智能悬臂梁,实现了对温度和应变的同时测量。试验表明:光纤光栅两侧与不锈钢结合良好,激光焊接过程中光纤表面镀层未被损坏;焊接封装的光栅在23~47 ℃温度范围内进行了温度传感分析,温度灵敏度为22.15 pm/℃,较裸光栅提高了1.34倍。在恒定室温环境下和变温环境下,对焊接封装的光栅进行了应变传感试验,光纤光栅中心波长与应变成均线性变化关系,应变灵敏度分别为-2.24 pm/g和-2.27 pm/g。该智能悬臂梁有较高的测量精度,可用于工业生产中对温度和应变的实时监测。
    16  电视、激光、中波红外多波段增透膜研究
    米高园 张建付 韩俊 刘青龙 王松林 杨崇民
    2016, 46(5):593-596.
    [摘要](435) [HTML](0) [PDF 1.20 M](393)
    摘要:
    针对多光谱成像中存在的多光谱共光路问题,在ZnSe基底上设计了三波段增透膜。通过选取合适的薄膜材料,利用TFCalc膜系设计软件对膜系进行设计与优化,使用热蒸发和离子源轰击结合的方式沉积膜层,采用分光光度计和傅里叶红外光谱仪测量光谱特性。通过设计粘结层与保护层,有效提高了膜层与基底之间的结合力以及膜层的强度。该膜层可以实现多光谱ZnSe基底在电视(500~800 nm)、1064 nm激光和中波红外(3.7~4.8 μm)三个波段高效增透,且具有良好的环境适应性。
    17  水包冰球包层粒子散射特性的研究
    张晋源 张成义 郑改革
    2016, 46(5):597-601.
    [摘要](376) [HTML](0) [PDF 1.63 M](695)
    摘要:
    基于Mie散射和Aden-Kerker散射理论,利用Matlab仿真模拟工具,分析了水包冰球包层粒子在红外波段、太赫兹波段及毫米波段的散射特性。研究表明,水包冰球包层粒子在这三个波段的散射能力与包层粒子的内外径比有很大关系,水包冰球粒子的复折射率在三个波段随着频率的增大呈线性变化,但在毫米波段的实部变化不大;随着包层粒子的内外径比的不断增大,其散射强度、散射参数在红外波段和太赫兹波段不断增大,在毫米波段则减小。研究结论可对红外波、太赫兹和毫米波的气象应用以及相关检测技术提供参考。
    18  海洋背景下的海面舰船快速检测算法
    王方超 张旻 宫丽美 陈卫
    2016, 46(5):602-606.
    [摘要](342) [HTML](0) [PDF 1.10 M](347)
    摘要:
    针对海洋背景下海面舰船检测存在的问题,本文提出了一种海洋背景下海面舰船快速检测方法,该方法通过计算图像的高斯金字塔高频分量,得到三层拉普拉斯降维图,第二层降维图与原图相比,维数降低了16倍;对降维图通过改进Sobel检测,增强降维图中舰船目标对比度,突出感兴趣区域,实现快速检测。实验结果表明,该方法具有一定的鲁棒性,能够实现海面舰船的快速检测。
    19  基于颜色传递和目标增强的夜视图像彩色融合
    李成立 石俊生 魏利 徐领章
    2016, 46(5):607-611.
    [摘要](519) [HTML](0) [PDF 1.09 M](689)
    摘要:
    颜色传递是获得夜视图像自然彩色的一种方法,以红外和微光图像为研究对象,提出了一种基于颜色传递和目标增强的夜视图像彩色融合方法。首先结合红外和微光图像各自的特点,采用TNO法生成伪彩色融合图像(目标图像),很好地保留了图像的细节信息,然后选取一幅相近的参考图像,把目标图像和参考图像转换到YCbCr颜色空间进行各个通道一阶(均值)和二阶(标准差)统计量匹配的颜色传递,同时在Cr通道引入一个对比度增强因子来增强图像中的兴趣目标。实验结果表明,文中方法不仅使得夜视图像获得了如白天参考图像般自然、真实的色彩,而且提高了图像的细节,目标也更加突出,更有利于观察者对场景的理解。
    20  基于激光散斑子区域扫描的图像加密
    贺锋涛 张敏
    2016, 46(5):612-616.
    [摘要](479) [HTML](0) [PDF 1.61 M](322)
    摘要:
    提出一种将激光散斑子区域扫描应用于图像加密的方法。该方法从具有高度随机的激光散斑图像中提取多个子区域,使用SCAN语言将各子区域扫描为不同的随机序列,多组随机序列求和,取模形成新序列,并与待加密的原始图像进行按位异或实现加密。分析lena的加密效果、密钥空间、密钥敏感性与统计特性,证明了方法的可行性和安全性,而且散斑图像的不可预知性,降低了被破译的可能性。
    21  基于空间自适应变分的条带噪声去除方法
    刘亚梅
    2016, 46(5):617-621.
    [摘要](315) [HTML](0) [PDF 951.15 K](330)
    摘要:
    遥感图像经常被条带噪声污染,导致图像质量下降。为了去除条带噪声,本文提出了一种基于空间自适应变分的噪声抑制方法。首先,对条带噪声建模,并利用信噪比较高的区域估计出模型的增益和偏置;然后,在变分法的框架下,构建能量函数,并引入空间自适应正则因子,根据图像空间信息自适应调整正则参数;最后,采用分裂式Bregman算法优化能量函数,得到去噪图像的最优解。实验表明,本文算法可以将实际遥感图像等效视数由37.26提高到76.48,辐射质量提升因子提高到8.52 dB。本文算法能够有效去除条带噪声,保留图像细节,改善图像质量。
    22  基于改进灰度重心法的光带中心提取算法
    张小艳 王晓强 白福忠 田朝平 梅秀庄
    2016, 46(5):622-626.
    [摘要](412) [HTML](0) [PDF 858.47 K](944)
    摘要:
    在线结构光三维测量中,由于线结构光光源质量、物体表面反射率非均匀性以及表面粗糙性等因素的影响,激光光带经常会出现宽度不均匀,光带亮度不集中、离散性较大的现象。本文提出一种改进灰度重心法提取激光光带中心线,该算法基于自适应二值化处理得到光带各列法向宽度值以及光带的准确边界。然后,利用光带边界与灰度数据进行灰度重心计算确定出光带的中心位置。结果证实,改进算法中灰度重心的计算范围与光带宽度相一致,因而具有较高的提取精度和良好的适应性。
    23  凸组合核函数的支持向量机高光谱图像分类
    胡燕燕 李东生 张诗桂
    2016, 46(5):627-633.
    [摘要](287) [HTML](0) [PDF 1.13 M](397)
    摘要:
    支持向量机的高光谱图像分类中,单核函数存在局限性。为了提高分类器的分类精度和支持向量机模型的泛化能力,利用高斯径向基核和多层感知核进行凸组合构造复合核函数支持向量机,证明了该函数满足作为核函数的判决Mercer条件,并进一步将凸组合核函数支持向量机应用到高光谱图像分类中,完成了建模和实验验证。实验结果表明,凸组合核函数具有较好的鲁棒性,且该类支持向量机的分类精度和KAPPA系数较单核SVM均得到了有效的提高,是一种解决多分类问题行之有效的分类器。
    24  一种结合辐射特征的高效红外目标提取算法
    陆兴华
    2016, 46(5):634-638.
    [摘要](371) [HTML](0) [PDF 1.03 M](327)
    摘要:
    针对现有红外图像受环境与背景等因素干扰而无法对红外图像进行精确的目标提取的问题,根据物体的辐射特征,提出了一种具有高精度红外目标分离的提取算法;该算法从红外成像的角度出发,充分利用物体的辐射分布特点对目标的辐射量以及分布概率进行求取;最终转换为图像的灰度级,并结合灰度差特性实现目标的高精度分离。实验结果表明,该算法能够获得相比其他算法更精确的目标图像,并具有抗干扰能力强与耗时低的目标提取优势。
    25  一种导向粒子滤波跟踪算法
    俞晓东 钱惟贤 耿利祥
    2016, 46(5):639-643.
    [摘要](386) [HTML](0) [PDF 1.16 M](370)
    摘要:
    粒子滤波算法在运动目标跟踪方面有着广泛的使用,粒子滤波中的重采样是解决粒子退化的一种重要方法,但是重采样会导致粒子的多样性的丧失。针对这个问题,改进粒子滤波算法,改进过程中结合了导向滤波的基本思想,因此将这种方法称为导向粒子滤波跟踪算法。导向滤波是近几年提出的一种新的滤波方式,与传统滤波相比,它在滤波的时候会引入一幅指导图像,鉴于这个思想,我们在进行粒子滤波的时候,引入一种导向粒子作为一个指导量,来保留一些目标图像上的信息。实验证明了这种算法可以更好地对目标进行定位跟踪。
    26  基于Moran信息的基准图选取算法
    汤自新 黄自力 王雪梅 黄明晶 蒲建波 戴萌曦
    2016, 46(5):644-648.
    [摘要](392) [HTML](0) [PDF 953.21 K](443)
    摘要:
    基于Moran信息的基准图选取算法,可解决传统基准图选取算法的异源图像匹配效果不佳的问题。文章分析了Moran信息用于基准图选取时得到的基准图唯一性差的问题,提出了将Moran信息与空间子区一致性匹配算法相结合的基准图选取算法。实验结果表明,该算法能有效选取出结构特征丰富、唯一性好的基准图。

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