摘要:相位恢复技术是波前重构技术的一个重要分支,重构的结果只取决于测量平面光强的分布,相比于其他的波前重构方法,相位恢复技术具有不需要在光路中添加额外硬件、光路简单、对光路环境的要求低、抗干扰能力强等优点,在光束整形、激光光束净化和干涉成像等领域有着非常广阔的应用前景。相位恢复的精度及速度是评价相位恢复技术的主要准则,此领域目前文献比较繁杂,本文梳理了相位恢复算法的发展脉络,围绕相位恢复算法的收敛精度与收敛速度等核心问题,系统的介绍了迭代及光强相位恢复算法的相关研究进展,并且对相位恢复算法的发展前景进行了展望。

摘要:二维(2D)材料由于其超薄的厚度、高度的机械柔性、可调谐的带隙以及易于定制的范德华异质结构,被广泛应用于通信、红外探测、航空航天以及生物医学等领域。其中2D Bi2O2Se作为一种新兴的二维层状材料,具有独特的晶体结构、优异的光电特性和良好的环境稳定性,是制备高性能红外光电子器件的优秀候选材料。本文综述了基于2D Bi2O2Se材料光电子器件的研究进展。首先,介绍了2D Bi2O2Se的晶体结构、能带结构及其光电特性。然后,详述了Bi2O2Se材料的常见制备方法,包括化学气相沉积法和水热合成法。此外,综述了Bi2O2Se材料在场效应晶体管、光电探测器和光开关领域的应用现状。最后,我们总结了全文,并对Bi2O2Se材料的发展进行了展望。

摘要:微分法是激光雷达云参数反演的一类传统方法,本文在微分增强法的基础上,优化一阶与二阶微分信号的拟合点数,平衡失真与噪声对检测结果的影响。以距离修正的回波信号代替云峰与云边界函数中的原始回波信号,增强云区域与非云区域的对比。对于因低层云存在而造成二次阈值过大的问题,通过扩大一次阈值的排除区间,有效减少对云层的漏判情况。采用激光雷达数据进行的实验结果表明,与改进前的算法相比,云底高度的相关系数由08930提高至09328,均方根误差由04924km降低至02991km,云顶高度的相关系数由08174提高至08598,均方根误差由07637km降低至05912km,改进后的算法具备更佳的反演结果。

摘要:利用车载激光雷达获取铁路沿线环境信息对于保障行车安全具有重要意义。但是激光雷达采集到的点云数据受设备及环境因素影响,会产生大量的噪声干扰,这些噪声严重影响后续的感知和监测任务。为此,本文提出了一种面向铁路场景的大规模点云高效去噪方法。该方法提出了一种新颖的网格投影策略,对大规模铁路点云数据进行高效的降维降采样处理。然后,设计了基于GPU的改进聚类加速算法,快速识别离群的噪声数据。最后综合设计多策略融合方法,有效地去除噪声数据。所提方法充分利用铁路场景前向运动的特点,对点云数据进行基于网格化的时空压缩,同时利用GPU加速聚类算法的矩阵运算,实现了实时高效的铁路场景大规模点云去噪算法。实验结果表明,所提方法不仅能够提高去噪的性能,而且处理效率得到了极大提升。

摘要:在显示技术不断发展的今天,随着对于激光技术的深入研究,激光显示的优势逐渐得到体现。激光作为光源具有很好的单色性极很窄的光谱线宽,这些特点使得激光成像的颜色饱和度高,显示的颜色数多,比传统光源有着更宽的色域,并且在画面亮度的方面也更有优势。然而由于激光光束高度相干性而产生的激光散斑,会降低图像的质量。因此,对于激光散斑和散斑抑制的研究工作是激光显示领域研究的一个重点。文中我们设计了一种激光投影照明系统,该系统使用的光学元件结构简单,占用空间小,可以很好地运用于投影仪的设计和使用中并保持良好的光效。系统中针对激光散斑的成因设计了一种复合型的散斑抑制方案,这种消散斑方法可以将白场的散斑对比度从0132降低至人眼识别极限以下的0042。

摘要:针对中波探测器被中波高重频激光干扰时出现的非线性问题,设计了中波高重频激光器干扰制冷型中波HgCdTe焦平面探测器的干扰试验,分析了干扰出现的非线性响应输出现象,并得到了中波HgCdTe焦平面探测器干扰出现非线性响应时的阈值。

摘要:随着高超音速武器的使用,防御系统对激光雷达的远程探测能力提出了更高要求。多脉冲激光雷达是当前远程探测的主要手段。受激光器散热条件限制,目前多脉冲激光雷达最高工作频率为20 Hz,无法满足防御系统近程工作要求。本文结合激光雷达多脉冲、单脉冲测距技术的各自优势,提出了“多脉冲+单脉冲”自动变频复合测距的设计思路,并成功研制了一款多脉冲变频激光雷达。试验数据表明:该款激光雷达探测距离是单脉冲测距体制的142倍,取得了较好的试验结果。同时,通过自动变频控制措施,该款激光雷达能够满足防御系统近程高重频、高数据率(50 Hz)的要求。本文的研究成果对于推广多脉冲激光雷达具有较高的应用价值。

摘要:UAV LiDAR具有高效、准确地采集复杂地形点云数据的优势,已成为构建精准数字地貌模型的重要手段。然而,针对背斜地貌的UAV LiDAR点云构建数字地貌模型的插值误差研究缺乏,严重制约了其在地貌学研究中的应用。本文基于禄丰恐龙谷环状构造中背斜地貌的UAV LiDAR点云数据,优选了IDW、NN、RBF、TIN、OK插值算法的关键参数,采用交叉验证和模型差异衡量不同点云密度和地表粗糙度下的插值精度,全局Moran指数、地貌参数分析误差的空间分布特征,基于最优的模型分析褶皱构造的形态特征。结果表明:1)IDW最优参数为权指数2和搜索点数16,RBF为规则样条函数和搜索点数24,OK为球面函数、无方向和搜索点数8；2)IDW最容易受点云密度的影响,TIN抑制插值误差随点云密度变化的效果最好,OK构建的模型最优；3)局部插值误差在空间上是可变的,地表粗糙度大的区域误差增加得快；4)该褶皱分为穹窿构造和短轴褶皱两类,翼间角为108～131°,背斜Ⅱ沿西南-东北向地下延伸。研究结果可为UAV LiDAR用于禄丰恐龙谷环状构造数字地貌建模及地表特征测量模拟分析提供参考。

摘要:漆层的损伤形貌反映了激光与材料相互作用的规律及除漆机理,了解不同光束类型对漆层的损伤特征及作用规律有助于选择激光精准除漆,提高表面处理质量。为探究不同光束类型对漆层材料的作用规律及除漆机理,采用扫描电子显微镜和3D光学表面轮廓仪测量铝合金表面漆层在高斯与平顶激光除漆后,损伤直径、损伤深度及损伤形貌随能量密度的变化。结果表明,在高斯光束作用下,表面漆层损伤区域受到热烧蚀和热振动效应影响,出现漆层剥离、烧蚀去除等现象,损伤凹坑光滑、规则,当能量密度为1237J/cm2时,漆层的损伤直径达到4671μm,深度达到1014μm；在平顶光束作用下,表面漆层损伤区域主要受到热振动效应影响,损伤凹坑呈现出振动剥离去除的形貌,凹坑范围内的漆层剥落不规则,剖面呈“锯齿”状,当能量密度为1237J/cm2时,损伤直径达到6123μm,深度达到1942μm；同等能量密度下,平顶光束剥离漆层量更大。

摘要:在室温条件下,采用脉冲激光二极管侧面泵浦原子数分数为 10 掺杂浓度的Er∶YAP晶体,实现了工作波长为 2712nm 的中红外固体激光器成功激射,并得到最大静态平均输出功率 1012W,光束质量 56,对应光-光转换效率 55,斜效率 64 。这也是目前已报道的唯一实现平均功率 10W 量级的 Er∶YAP 激光器。此外,利用声光调 Q 技术,还实现了脉冲重复频率 500 Hz,脉冲宽度 63ns,单脉冲能量为 58mJ 的脉冲激光输出,为推动国内中红外波段激光应用提供了强有力的技术支撑。

摘要:换流阀空冷器的应用十分广泛,若该元件运行状态是安全且稳定的,则高压直流输电就可稳定运行,为此提出基于多源异构数据融合的换流阀空冷器最小交流电压平衡状态红外监测方法。提前对红外传感器数据实施循环去噪,直到数据中无噪声数据为止,再融合多源异构数据,降低数据量以及空间维度,计算出红外图像的温度场分布,设定出对应阈值,与温度场阈值比较,判断电压状态是否处于平衡状态,实现换流阀空冷器最小交流电压平衡状态红外监测。实验结果表明,所提方法的红外监测精准以及监测图像去噪效果好。

摘要:针对非色散红外CO2传感器受温度影响导致测量精度低的问题,设计了单光路双通道的非色散红外CO2传感器,提出一种BP神经网络补偿气室温度的新方法。本文分析了温度对传感器的光源、探测器以及对气体吸收系数的影响,并将BP神经网络补偿气室温度方法与其他补偿方法进行了实验对比。实验结果表明,BP神经网络补偿气室温度方法优于其他补偿方法,在测量10～20浓度范围内的CO2时,最大相对误差为298,重复性实验显示RSD为122,为非色散红外CO2传感器补偿温度提供借鉴意义。

摘要:应用于军事侦查领域的红外焦平面探测器制冷组件要求低机械噪声。为降低整体式斯特林制冷机的机械噪声,需要针对噪声产生的原因进行分析。在定位压缩弹簧设计不合理和轴承装配工艺不当导致制冷机机械噪声偏大后,通过优化设计和装配工艺,减少了制冷机在实际应用中的不利影响,制冷机机械噪声这一性能指标满足了用户的应用需求。

摘要:针对红外成像领域离轴三反系统在批产中存在生产效率低、产品一致性差、抗振动和无热化等工程化要求高的问题,本文舍弃传统的手动抛光等加工工艺,以高精度精密数控加工技术为基础,确定零件的形位公差、尺寸公差和面型等参数的加工工艺,采用光机一体化设计方法设计一款用于中长波红外成像的铝基离轴三反系统。系统指标为有效口径150mm,扩束比4倍,视场角28°×24°,工作波段37～48μm和77～103μm。分别介绍了系统的光学设计、无热化设计、消应力设计和轻量化设计结果,并在常温和高低温下对成像效果进行了测试。实验表明,该系统能够满足中长波红外系统的成像需求。

摘要:本文论述了车载式光学成像系统的定位原理,在此基础之上,设计实现车载式北斗光学三维成像系统,该成像系统通过北斗高精度接收机实现成像系统的中心点位置解算,并辅助惯导设备实现成像系统姿态信息解算。通过对比试验,分析说明北斗高精度定位在光学三维成像中发挥的重要价值及成像系统优化方向。北斗定位传感器与光学传感器的有机结合,对提升光学图像信息的有效获取、特定目标的精准感知意义非凡。

摘要:为了准确地获取铁路轨道结构状态,提高测试点位灵敏度和抑制干扰,搭建了基于光纤物联网的状态监测系统,设计了一种可抑制非测试位置应力干扰的FBG传感器封装。系统通过多路光开关和波分复用技术实现在长距离上大范围监测轨道结构状态。采用三角形封装设计使非传感器对测试位置的应力响应不敏感。仿真分析了车轮挤压轨道后的应力场分布特性。分析了不同时刻测试位置处三个坐标轴方向上的应力变化,其中x轴向最大可达-1862 με。实验对本文设计的优化FBG封装结构的增敏效果进行定量分析,灵敏度达201 pm/kN,比未优化前提高了近8倍。在温漂补偿实验中,验证了无应力与有应力状态下,温度补偿都可以有效抑制测试环境温度变化造成的波长偏移。从动态测试曲线中,可以准确的提取测试位置的应变响应,最大波长偏移为2532 pm,符合设计要求。

摘要:烟幕干扰作为现代战场常见的无源干扰方式,具有优良的光电对抗效果、较强的战术应用机动性和较高的效费比。针对基于图像的烟幕干扰定量评估研究不足,本文从跟踪的角度出发,对烟幕干扰下目标的红外成像使用灰度特征、基于LBP的纹理特征、类哈尔矩形特征、方向梯度直方图特征以及深度特征5种方法进行特征提取,通过将特征提取结果与主观评分进行相似性计算,得出不同图像特征对烟幕干扰下目标的表征能力。通过对8组外场试验所得数据的分析验证,得出结论,对烟幕干扰下目标表征能力较为优秀的三种特征分别是方向梯度直方图特征、类哈尔矩形特征以及深度特征。

摘要:军用激光系统在现代战场上的大量应用对作战人员和装备造成严重威胁,各军事强国越来越重视激光对抗技术的研究与应用。随着部队需求的不断变化和深入,激光诱偏干扰设备应用迫切需要探索新的更加符合实战要求的干扰方法。本文通过理论分析,对光电防护盲区进行了分析,并结合实验进行了验证,通过MATLAB对外军典型激光武器诱偏弹道进行了仿真分析,并对级联干扰方法进行了可行性探究,为战法运用的完善提供了思路。

摘要:在红外光学装调系统中,镜片间距是需要精密控制的重要装调参数。由于反射镜在红外光学系统中通常为折转光路,传统装调方法无法直接应用,所以高精度光学系统一直着重关注折转光路中距离的装调方法。文章提出了两种折转光路距离的装调方法,即接触式装调与非接触式装调。针对这两种装调方法,使用了小口径反射镜进行了实例验证。并对比两种装调方法的结果,分析得出两种装调方法的优劣性。

摘要:为提高红外远程目标探测识别能力,除了增加焦距和有效口径等传统措施,还需要进一步获取目标的多谱段信息,从而将具备不同辐射特性的目标和背景区别开。本文提出了一种采用多谱段分区红外探测器和棱镜旋转像移成像光学系统,将同一目标的红外辐射能量会聚到探测器不同谱段区域进行成像,从而获取同一目标的多谱段成像信息。该系统采用同轴反射式光学系统,具备8个不同谱段分区的两支红外探测器,通过棱镜旋转实现同一目标的8个谱段信息获取。系统焦距520mm,有效口径200mm,F数为26。光学系统结构紧凑,棱镜旋转与探测器成像实时对应,不存在成像延迟和像旋,具有口径大、焦距长、谱段多等特点,满足系统高分辨率、长作用距离、多谱段信息获取等要求。

摘要:光场成像作为计算摄影学的研究方向之一,可以通过单次拍摄得到目标的四维全光信息,包括空间两维以及角度两维信息,由此可以通过多视角立体匹配原理实现三维成像。目前光场成像集中应用于可见光领域,用于其他光学成像波段的情况较为少见。本文提出基于Zemax仿真的红外光场成像技术,将光场成像系统与长波红外成像系统相结合,从光场成像原理以及长波红外成像特性出发,对长波红外光场成像系统结构设计进行了深入研究,同时为了提升三维成像的效果,分析了红外光场成像系统光学参数对深度分辨率的影响,得出深度分辨率主要由微透镜成像关系、微透镜工作F数、主透镜焦距、物距以及探测器像素尺寸确定。针对长波红外探测器像素数较少的情况选择了聚焦型光场成像系统,根据设计结果,使用Zemax仿真验证了长波红外系统与光场成像系统相结合的可行性以及理论设计的正确性。

摘要:针对点云特征线提取中不均匀点、不明显特征点和特征线断裂的问题,提出了一种扇区投影和滑窗连线的特征提取方法。该方法首先对点云进行全局密度分析,计算平均点间距,然后采用扇区投影法统计扇区内邻近点的分布情况,由分布情况确定点云模型边界点,进而计算局部三角形法线,根据法线突变情况判断尖锐折边点,在扇区投影的基础上延伸局部探线,根据不同的探线类型制定判断非尖锐折边点的相关策略,最后基于滑窗连线的方法,将无序特征点有序连接,得到光滑特征线。实验证明,该方法可以较完整地提取模型的特征线,同时具有一定的抗噪能力。对比其他两种方法,本文方法对模型中的弱特征更敏感,提取效果相对较好。

摘要:在复杂背景的红外图像中弱小目标通常淹没在高亮边缘与强杂波处,提出一种基于改进加权局部对比度的红外小目标检测方法。利用小目标的局部特性建立一种加权函数将目标与其背景邻域的差异点乘凸显目标,进而与相接背景邻域作比值运算达到抑制复杂背景的效果；通过目标的各向同性和背景的各向异性,采用六方向梯度决策法创建背景抑制模型进一步抑制高亮边缘,实现降低虚警率,提高检测率的目的；最后,通过卷积计算将两者结合,采用自适应阈值分割检测真实目标。实验结果表明,该算法在复杂背景及强杂波干扰下有较强的鲁棒性。

摘要:偏振成像目标检测对于人造目标检测有着重要意义。像元耦合是以四个方向的偏振强度数据作为一个超像元的偏振成像方法。对超像元进行偏振参量解析,会使图像的分辨率变为原始图像的四分之一,不利于小目标的检测。像元耦合图像的偏振参量解析会产生噪声,对小目标的检测造成干扰。本文提出了一个以YOLOv5s为网络基础,添加偏振信息解析模块(Covcat)的目标检测算法。该算法实现了端到端进行像元耦合偏振成像的目标检测,用网络实现偏振解析,利用多卷积信息融合提高特征提取能力,提高目标的平均检测精度(mAP)。使用对空无人机数据集对算法进行验证,实验表明,相比于使用偏振参量解析出的强度图、偏振度图和偏振角图,该算法的平均检测精度分别提升了4个百分点、5个百分点和12个百分点。