• 2020年第7期文章目次
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    • >综述与评论
    • 脉冲式机载激光三维成像雷达发展与现状

      2020, 50(7):771-@.

      摘要 (27) HTML (0) PDF 1.86 M (59) 评论 (0) 收藏

      摘要:脉冲式机载三维成像系统能够快速获取地面目标的三维图像,完成数字地形图绘制、目标识别、电力巡线等工作,具有重要的军事和民用价值。首先简要介绍了脉冲式机载激光雷达的特点和原理,然后分为扫描式和闪光式两种,分别综述了国外多种典型机载激光三维成像的发展历程和应用现状,并归纳了各自的特点。对国内近年来在此方向的研究成果加以介绍,最后总结了机载激光雷达的优势和发展前景。

    • >激光应用技术
    • 基于光学频率梳光谱干涉实现水的群折射率测量

      2020, 50(7):781-788.

      摘要 (17) HTML (0) PDF 1.48 M (39) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于光学频率梳的光谱干涉,本文提出了一种水的群折射率的测量方法,可以高精度地测量水的群折射率;分析了水的群折射率的测量原理;搭建了基于518 nm光学频率梳的实验装置,进行了群折射率的测量实验;实验结果表明,本文提出的测量方法可以实现水的群折射率的高精度测量;与参考值比对的结果表明,测量不确定度在10-5量级。

    • 强激光辐照7075铝合金热响应与材料尺度律关系研究

      2020, 50(7):789-794.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 1.34 M (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了明确金属板受激光辐照产生的热响应与材料尺度律之间的关系。采用数值模拟和实验相结合的研究方法,开展了不同尺度律下7075铝合金板在波长为1064 nm的连续波激光辐照下的热响应研究。首先利用COMSOL有限元软件建立了金属板在连续激光辐照下的数值模型,得到不同尺度律的铝合金板的温升过程;之后开展同尺寸实验验证,对比数值仿真数据。研究结果表明:在等效时间内,不同尺度律模型温升过程一致;实验数据与仿真结果趋势相似,各尺度律下仿真与实验相对误差均小于17 %。该研究结果对于强激光辐照效应的应用与研究具有一定价值。

    • 飞机铝合金蒙皮激光除漆及其热影响研究

      2020, 50(7):795-802.

      摘要 (6) HTML (0) PDF 1.58 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:相对于化学溶剂、手工打磨与喷丸等民机蒙皮除漆方法,激光除漆具有非接触式、高效、清洁等一系列优势。而飞机蒙皮激光除漆过程中,铝合金蒙皮基体由于吸收部分激光能量可能会遭受热影响损伤。论文采用激光能量密度分别为6.12 J/cm2、12.22 J/cm2、18.34 J/cm2的光纤激光对2024 T-3铝合金表面漆层进行清除,采用红外热像仪(非接触式)结合粘贴热电偶(接触式)方式,对铝合金蒙皮表面激光除漆时基体材料温度进行适时记录,并对除漆后基体表面微观结构及除漆后氧化层进行测试分析。结果表明,激光工艺可实现铝合金蒙皮表面漆层的彻底清除,相应的基体最高温度分布分别为49.11 ℃、48.88 ℃、68.54 ℃。表面氧化层厚度略有下降,但表面微观结构无明显变化,说明采用合适的激光除漆工艺参数,在去除漆层的同时未造成铝合金基体热损伤,激光除漆工艺可行。

    • 一种基于激光三维成像雷达距离像的目标检测方法

      2020, 50(7):803-807.

      摘要 (13) HTML (0) PDF 860.63 K (23) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高激光三维成像雷达地面目标的检测效率,提出一种基于激光三维成像雷达距离像的目标检测方法。该方法首先采用基于邻域像素内检测距离反常算法对距离像进行噪声抑制预处理,然后采用基于形态学的地面估计和高程分割算法实现了距离像的地物分割,最后根据感兴趣目标的尺寸特征,采用最小外接矩形估计算法实现了感兴趣目标的快速检测。本文提出的方法充分利用了距离像的高程信息和目标已知的先验知识,不受二维图像中光照灰度变化对目标检测效果的影响以及处理三维海量点云数据对计算速率的影响。实验结果证明,本文提出的方法适用于复杂多变的战场环境下对地面目标进行快速检测,且满足了实时性要求。

    • 激光在高反面轴类零件表面瑕疵检测的应用

      2020, 50(7):808-814.

      摘要 (5) HTML (0) PDF 1.78 M (22) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对具有高反射性表面的轴类零件圆柱表面瑕疵的检测需求,以18650型锂电池壳为例,提出了一种基于机器视觉的激光检测方法。该方法根据零件表面的高反射性和曲面特性,选择一字线激光作为光源,可避免采用传统光源进行检测带来的难点。通过采集经由零件表面反射出的激光线图像进行图像分析,可以判断零件表面是否存在瑕疵并可对表面瑕疵进行分类。通过分析可以发现,零件表面瑕疵种类及尺寸与反射激光线图像变形形态及尺寸具有一定相关性,此结论对精确测量高反面瑕疵种类及尺寸有普遍适用价值。

    • >激光器技术
    • 基于二硫化钨纳米材料的全固态脉冲激光器研究

      2020, 50(7):815-820.

      摘要 (6) HTML (0) PDF 1.24 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用锂离子-插层法制作了二硫化钨(Tungsten disulfide,WS2)纳米片溶液,经超声、离心、旋涂、烘干等流程制备了性能优良的WS2可饱和吸收体(Saturable Absorber,SA)。利用拉曼(Raman)和原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)法对WS2-SA进行系统表征分析,结果表明其表面薄膜具有少层片状二维结构。实验将WS2-SA应用于Nd∶YVO4全固态激光器中,获得了脉冲宽度为358 ns、重复频率为1.4 MHz、信噪比为39 dB、最大平均输出功率为570.4 mW的稳定脉冲激光输出。在120 min内,激光器平均输出功率的变化幅度低于5 %。

    • 大功率1.3 μm二极管泵浦Nd∶YAG激光器研究

      2020, 50(7):821-824.

      摘要 (8) HTML (0) PDF 863.96 K (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过二极管侧面环形泵浦方式是目前取得大功率、高光束质量的1.3 μm激光的最有效的方法之一。本文采用双泵浦腔串联的对称平平腔结构和优化补偿激光棒热透镜效应的手段,实现了通过注入光功率分摊到两个泵浦腔的方法降低单个激光棒的热效应提高了激光器光束质量,同时又实现了激光功率的提升。实现了平均功率140 W、光束发散角10 mrad、功率不稳定度2 %、重复频率10 kHz、脉冲宽度250 ns的激光输出,为拓展相关领域的应用奠定了基础。

    • >红外技术及应用
    • 基于变跟踪点的红外场景仿真原理及关键技术研究

      2020, 50(7):825-832.

      摘要 (6) HTML (0) PDF 1.23 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于基于固定跟踪点的红外场景仿真技术不能真实考核导引头对目标要害部位的识别及跟踪性能,这无法满足第四代红外成像制导空空导弹的新要求。本文针对基于固定跟踪点红外场景仿真存在的问题进行了分析,提出了基于变跟踪点的红外场景仿真原理,并对影响变跟踪点红外场景仿真工程应用的关键误差因素进行建模及定量仿真分析,指出了变跟踪点红外场景仿真误差的敏感因素,可为变跟踪点红外场景仿真的工程化应用提供技术参考。

    • 基于4相位剖面的距离测量方法

      2020, 50(7):833-838.

      摘要 (12) HTML (0) PDF 1.36 M (18) 评论 (0) 收藏

      摘要:TOF三维成像技术是利用光信号的飞行时间来判断物体的距离,在尺寸测量、机器安全、汽车防撞系统、无人机地形辅助等方面有着广泛的应用前景和潜在的市场价值。本文针对分辨率360×240的三维成像器件EPC660进行介绍,说明4相位剖面的距离距离测量原理、像素域成像架构与误差消除、信号同步和距离质量判断,特别是环境光、温度、元器件老化等多种影响距离精度的消除方法进行了分析。在实际应用测量中,近距离目标物体的反射率对距离测量的影响较大,会造成采集的数字量饱和。下一步在近距离目标物体距离测量进行研究,为进一步应用TOF三维成像技术在目标物识别方面的应用打下基础。

    • 上下文感知相关滤波的红外目标跟踪改进算法

      2020, 50(7):839-845.

      摘要 (5) HTML (0) PDF 1.35 M (23) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对在目标跟踪过程中由于红外目标遮挡、快速运动而导致的跟踪失败问题,提出了一种基于上下文感知的相关滤波跟踪算法,在引入目标背景信息的同时改进其算法的更新策略。在训练阶段引入上下文信息,使得相关滤波器具有更好的鉴别性,以应对跟踪过程中出现的快速运动、运动模糊以及遮挡等情况。在模型更新阶段引入一种高置信度模型更新策略,解决了在模型更新过程中由于目标严重遮挡造成的目标丢失或模型污染问题,提升了算法的性能。实验结果表明,与其他相关滤波类算法相比,所提出的算法在精确度和成功率方面分别提升了6.4 %和5.1 %,同时能以较快的速度运行,满足实时性的要求。

    • 长波QWIP-LED量子阱红外探测器杜瓦研制

      2020, 50(7):846-850.

      摘要 (6) HTML (0) PDF 1014.08 K (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:在用于封装长波QWIP-LED量子阱探测器的杜瓦研制中,详细阐明了一种用于封装长波QWIP-LED量子阱红外探测器的结构,结构采用侧罩式设计,光信号从红外窗口进入,近红外窗口透出,提出了一种探测器胶接在管座上,管座整体再螺接在冷头的方法,提高探测器的互换性,通过热适配设计,降低低温应力对探测器影响,选择低冷损的TC4材料,降低杜瓦漏热,基本解决了长波QWIP-LED量子阱探测器杜瓦组件的关键技术,性能指标达标,成像效果良好,达到工程封装要求。

    • >光电技术与系统
    • 一种红外连续变焦光学系统步进电机控制技术

      2020, 50(7):851-855.

      摘要 (3) HTML (0) PDF 1.16 M (21) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于红外连续变焦光学系统镜片控制精度的需要,本文从实时性、准确性等方面分析和研究了一种红外连续变焦光学系统中步进电机的加减速控制技术和螺母间隙误差补偿技术。实验结果表明,该连续变焦控制技术有效地提高了红外连续变焦光学系统光学变倍的实时性和准确性。

    • >光纤及光通讯技术
    • 液体填充增敏型法布里-珀罗微腔光纤温度传感器

      2020, 50(7):856-861.

      摘要 (14) HTML (0) PDF 1.10 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高传统空气腔法布里-珀罗(法珀)干涉仪的温度灵敏度,提出了一种基于液体填充的增敏型 法珀微腔光纤温度传感器。传感器采用标准单模光纤与二氧化硅毛细管制作长度为微米量级的光纤法珀微腔并填充以液体。对所制作液体填充法珀微腔光纤温度传感器,由反射光谱通过相关算法计算绝对腔长的方式实现温度解调。理论和实验均表明,该液体填充型法珀微腔传感结构具有明显的温度增敏效果。对于腔长为~12.140 μm的液体填充法珀微腔光纤温度床感器,其腔长-温度灵敏度达到了2.185 nm/℃,高于作为参照的非填充空气腔法珀光纤温度传感器高一倍左右,增敏效果明显。

    • 基于相位敏感光时域反射计的音频激励信号解调与复现

      2020, 50(7):862-868.

      摘要 (6) HTML (0) PDF 1.41 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:解调复现外部振动信号在实际工程监测应用中具有广阔的应用前景。基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)的DAS可以探测分布式单模光纤的振动信号,其集传感和光纤于一体且还原原始信号时无需参考信号,适用于工程应用。本文设计演示了一种基于 Φ-OTDR的直接监测的简易且低成本的音频振动信号的解调与复现系统。在实验装置中使用聚苯乙烯板作为声音在空气中传输的增敏材料。将正弦干扰声音、人声及音乐三种激励源通过扬声器对待测光纤播放,证明本系统能在10 km的传输距离中复现频率丰富的外部振动信号,且具有4 m的空间分辨率,该系统适用于长距离监测下的外部振动的解调复现。

    • >电子电路
    • 一种新的红外焦平面阵列调整电路设计

      2020, 50(7):869-874.

      摘要 (6) HTML (0) PDF 1.12 M (22) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种新的红外焦平面阵列调整电路(skimming)设计。新的调整电路包括MEMS像元模块和非均匀性校正模块。该电路能够减少阈值电压对传统调整电路的影响,以及对探测器制造工艺引入的非均匀性进行补偿。MEMS像元模块通过控制明像元电路和盲像元电路中的电压值用于调节电路本身的非均匀性,同时非均匀性校正电路用以弥补探测器制造过程引入的像元电阻非均匀性。该电路应用于阵列为640×480的红外焦平面阵列上,采用TSMC 0.18 μm工艺进行设计、仿真。仿真结果表明:MEMS像元模块能够使明像元电路和盲像元电路具有一致性;明像元电阻的非均匀性小于3 %,最大积分电流失调为200 nA,非均匀性校正模块的补偿电流大于200 nA,符合设计要求,使得调整模块输出电流变大,积分电压变大,达到显示效果变亮的目的。

    • >图像与信号处理
    • 建筑立面点云对偶深度图像中窗户提取方法

      2020, 50(7):875-881.

      摘要 (9) HTML (0) PDF 1.71 M (22) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种地面激光点云数据的建筑物立面窗户提取方法。针对窗户包含点云的情况,首先对建筑立面点云进行特征分析及无效点去除,由于窗户、展台、及其他凹凸特征物与建筑立面的墙面存在深度差,可基于此采用距离加权倒数IDW内插方法生成建筑面片的对偶深度图像,再经阈值分割、中值滤波平滑处理,形态学滤波等,找到窗户内的点云及边界。而对窗户空洞情况,可采用构建TIN进行边界提取,由于窗户边界点构成的边长远远大于窗户周边点,可基于此找到窗户边界点。通过对实测点云数据进行实验,将提取的效果与实际情况作对比,结果表明,该方法能有效对窗户进行提取。

    • 改进高帽变换的红外目标增强和提取算法

      2020, 50(7):882-888.

      摘要 (7) HTML (0) PDF 1.06 M (25) 评论 (0) 收藏

      摘要:红外图像增强及其目标提取是军事航空航天领域和国民经济发展的一项至关重要的技术。针对红外图像对比度低、特征信息不明确、杂波严重、信噪比低、视觉效果模糊的问题,对形态学中传统的高帽变换算法进行优化,提出了基于改进高帽变换的红外目标增强和提取算法。该算法通过引进判断值和加权系数,对高帽变换进行改进,对红外小目标进行增强,利用迭代算法对图像阈值进行处理,进而实现小目标的提取。实验结果表明,提出的算法可以很好地增强红外图像视觉效果,有效的提取红外小目标,方便后续的目标识别和目标跟踪等,应用前景广泛。

    • 结合邻域特征与IDCSCM的红外与可见光图像融合

      2020, 50(7):889-896.

      摘要 (4) HTML (0) PDF 1.42 M (25) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种结合邻域特征与改进双通道脉冲发放皮层模型(Improved Dual-Channel Spiking Cortical Model,IDCSCM)的红外与可见光图像融合算法。针对传统的脉冲发放皮层模型对于图像较暗区域的处理存在不足,采用双通道脉冲发放皮层模型进行图像融合,并对其进行改进。结合非下采样剪切波对源图像进行分解,同时选用子带图像合适的邻域特征作为IDCSCM的输入激励进行融合。通过实验验证,该方法可以在保留可见背景信息的同时有效地提取红外图像的目标信息,与其他几种方法进行对比,在标准差、信息熵,以及互信息等方面有明显的提高。

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