• 2024年第1期文章目次
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    • >综述与评论
    • 智能化红外焦平面应用前景与发展现状

      2024, 54(1):3-9. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.001

      摘要 (210) HTML (0) PDF 2.72 M (553) 评论 (0) 收藏

      摘要:智能化红外焦平面探测器的出现,依赖于先进的红外材料、器件技术和工艺水平以及集成电路技术和工艺的飞速发展;其能够针对不同的场景对探测器的工作状态进行自适应调整,而且在探测器上能够实现部分信号处理功能。智能化红外探测器的出现,大大提高了红外系统的灵活性,同时为日益复杂的探测场景提供了更加精准的探测能力。本文从智能化红外探测器应用的背景需求作为切入点,阐明发展智能化探测器的必要性;最后介绍了智能化红外探测器发展状况及未来发展趋势。

    • 2μm大能量掺铥脉冲光纤激光器研究进展

      2024, 54(1):10-16. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.002

      摘要 (131) HTML (0) PDF 1.85 M (562) 评论 (0) 收藏

      摘要:2μm波段掺铥脉冲光纤激光器目前可实现最高毫焦量级的能量输出,对医疗、材料、通信等领域有重要意义。本文主要介绍近年来大能量掺铥光纤激光器系统研究的主要进展,讨论大能量掺铥光纤激光器的技术类型和影响因素。在此基础上,对大能量掺铥光纤激光器的研究前景进行展望。

    • >激光应用技术
    • 基于Transformer的道路场景点云分类与分割方法

      2024, 54(1):17-23. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.003

      摘要 (99) HTML (0) PDF 1.71 M (397) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多目标识别过程中点云分类和分割精度不高的问题,提出了一种基于改进Transformer模型的点云分类与分割方法DRPT(Double randomness Point Transformer),该方法在Transformer模型卷积投影层创建新的点嵌入,利用局部邻域的动态处理在数据特征向量中持续增加全局特征属性,从而提高多目标识别中点云分类和分割的精度。实验中采用了标准基准数据集(ModelNet40、ShapeNet部分分割和SemanticKITTI场景语义分割数据集)以验证模型的性能,实验结果表明:DRPT模型的pIoU值为859,比其他模型平均高出35,有效提高了多目标识别检测时点云分类与分割精度,是对智能网联技术发展的有效支撑。

    • 面向局部学习的点云分割分类网络

      2024, 54(1):24-30. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.004

      摘要 (64) HTML (0) PDF 1.43 M (316) 评论 (0) 收藏

      摘要:在各种3D对象表示中,三维点云越来越受欢迎,其中基于点的方法在各种数据集上都表现出了良好的性能。针对PointNet++只关注了点本身的信息,并未关注相邻点的信息,同时它采用最大池化聚合局部信息,导致丢失次最大值信息。由此,文中提出Con PointNet++网络,该网络利用增强局部信息模块,以关注相邻点的信息,从而增强局部信息特征提取;采用局部注意力机制下的融合池化模块,将最大池化与注意力池化特征信息融合,得到更为丰富的局部特征信息。本文方法在室内数据集 S3DIS的Area_5区域上评估模型语义分割能力,mIoU达552;在数据集ModelNet40上评估模型分类效果,OA达912。与其他方法相比,所提模型性能均有提升,进一步证明了本文方法的有效性。

    • 激光清洗Q345钢表面氧化层的数值模拟

      2024, 54(1):31-39. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.005

      摘要 (119) HTML (0) PDF 3.99 M (333) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索激光搭接率和激光平均功率等物理参数在激光清洗时对Q345钢表面氧化层温度场分布和烧蚀深度的影响。本文针对钢铁产业工程中常用材料Q345钢表面的氧化层开展激光清洗过程模拟研究。首先对Q345钢表面氧化层进行物理化学性质分析,从而建立氧化物和基体的激光清洗分层模型。接下来借助COMSOL Multiphysics软件,将Q345钢激光清洗模型进行网格划分和瞬态研究,并用实验来验证,从而得出激光参数对清洗温度场和清洗深度的影响。结果表明光斑搭接率对温度场影响不大,但随着搭接率的提高,烧蚀深度越深。而激光平均功率越大,温度场峰值越高,烧蚀深度也显著加深。该研究结果可为激光清洗氧化层的工艺研究提供理论参考。

    • 激光在动态大气湍流中的传播特性研究

      2024, 54(1):40-47. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.006

      摘要 (67) HTML (0) PDF 2.50 M (387) 评论 (0) 收藏

      摘要:激光束在大气中传播的过程中会受到大气湍流的影响,导致光斑发生畸变,影响光束质量,并且在真实情况下湍流是随着时间变化的。本文针对这一问题,基于傅里叶变换的谱反演法建立了湍流相位屏模型,并根据湍流冻结法获得动态相位屏,开展了激光在不同强度的动态大气湍流中传输的仿真研究。仿真结果表明:对于相同的激光束,在相同时间内的光斑畸变随着大气湍流强度的增加而增加,并且接收到的功率密度整体上减小,起伏增加。

    • 基于激光雷达SLAM的三维点云自适应算法

      2024, 54(1):48-56. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.007

      摘要 (110) HTML (0) PDF 2.88 M (376) 评论 (0) 收藏

      摘要:SLAM(Simultaneously Localization And Mapping)同步定位与地图构建作为移动机器人智能感知的关键技术。但是,大多已有的SLAM方法是在静止环境下实现的,当环境中存在移动频繁的障碍物时,SLAM建图会产生运动畸变,导致机器人无法进行精准的定位导航。同时,激光雷达等三维扫描设备获得的三维点云数据存在着大量的冗余三维数据点,过多的冗余数据不仅浪费大量的存储空间,同时也影响了各种点云处理算法的实时性。针对以上问题,本文提出一种SLAM运动畸变去除方法和一种基于曲率的点云数据分类简化框架。它通过激光插值法优化SLAM运动畸变,将优化后的点云数据分类简化。它能在提高SLAM建图精度,同时也很好的消除三维点云数据中特征不明显区域的冗余数据点,大大提高计算机运行效率。

    • 利用手持激光点云的矿区自然林树干提取

      2024, 54(1):57-62. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.008

      摘要 (87) HTML (0) PDF 1.66 M (296) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了定量刻画矿区复杂环境下自然林树木的三维结构信息,提出一种利用手持激光扫描仪的矿区自然林树干点云识别方法。借助手持激光扫描仪对矿区自然林进行扫描,在滤除地面点的基础上,引入多尺度垂直度特征进行矿区自然林树干识别,利用八叉树叶节点聚类方法对识别的树干进一步提取。通过矿区实测数据进行实验,结果表明,所提出的方法能够实现矿区自然林树干的识别,对矿区复杂环境下自然林树木的三维结构信息定量刻画、厘清矿区植被生长状况具有一定的参考价值。

    • 飞秒激光烧蚀齿面表层构态分析及其控制研究

      2024, 54(1):63-71. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.009

      摘要 (48) HTML (0) PDF 4.00 M (300) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了分析飞秒激光烧蚀面齿轮齿面表层构成及其形态影响,本文针对面齿轮材料18Cr2Ni4WA,通过建立双温传热模型,模型采用向后有限差分法进行飞秒激光烧蚀数值模拟,研究飞秒激光烧蚀齿面的加工过程,分析能量密度对重铸层和热影响层的影响规律。结果显示:能量密度由173J/cm2增加至433J/cm2,重铸层厚度从068μm增加到102μm,热影响层厚度从096μm增加到135μm。针对重铸层的控制,本文实施了对面齿轮齿面的二次加工,实验结果表明:采用能量密度173J/cm2对齿面进行二次加工,加工后的齿面几乎没有重铸物残留,齿面平均粗糙度由0365μm降到了0185μm,有效地改善了面齿轮的加工质量,为提高飞秒激光精微烧蚀面齿轮精度提供了有益参考。

    • >红外材料与器件
    • 锑化铟晶体空位缺陷的正电子湮灭研究

      2024, 54(1):72-77. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.010

      摘要 (144) HTML (0) PDF 1.13 M (328) 评论 (0) 收藏

      摘要:锑化铟晶体材料的电学性能是影响最终制备的红外探测器件性能的关键因素。材料内部的杂质以及点缺陷特别是空位缺陷会极大的影响材料的电学性能,有时甚至会导致材料反型。本文利用正电子湮灭谱对锑化铟晶体材料的空位缺陷类型进行了研究,同时还对不同晶体生长拉速、导电类型晶体材料的正电子湮灭寿命进行分析。结果表明其内部主要为VIn型空位缺陷,且在一定拉速范围内,正电子湮灭寿命基本无变化,此外空位缺陷也不是导致N型锑化铟晶体材料导电类型反型的主要原因。

    • >红外技术及应用
    • 航空发动机台架红外辐射特性测试技术研究

      2024, 54(1):78-83. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.011

      摘要 (123) HTML (0) PDF 1.04 M (411) 评论 (0) 收藏

      摘要:航空发动机作为航天航空飞行器的高温核心部件,贡献了整个飞行器的红外辐射强度,其中3~5μm的中波段、以及8~14μm的长波段是主要辐射波段,基于其红外辐射强度测定分析的重要意义,同时基于GJB 241中关于红外辐射特性测试鉴定需求,考虑到环境、气象、测试设备等因素的影响,建立了一套能应用于航空发动机台架整机红外辐射特性测试试验方法,并应用于某发动机测试试验,试验结果表明,提出的测试试验方法能够满足该发动机红外辐射测试需求,获取了该发动机不同波段下典型的红外光谱曲线,获取了相关测试经验,为后续研究积累了一定基础。

    • 基于改进YOLOv7的机载红外弱小目标检测算法

      2024, 54(1):84-91. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.012

      摘要 (78) HTML (0) PDF 1.84 M (363) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着现代化战争的技术升级,机载红外探测领域对更快更远更准地发现目标的需求日益强烈。为满足机载环境下对红外弱小目标高精度高帧率的检测,本文提出了一种基于YOLOv7改进的目标检测算法,以YOLOv7目标检测算法为基础,进行了修改网络结构和加深卷积层数来使特征提取更多的小目标信息特征;并对骨干网络获取的特征层引入注意力机制来提高神经网络对小目标的感知能力以及提高小目标所在区域的权重占比;使用EIOU损失函数替换原本的CIOU损失函数,提高了收敛速度和定位精度。实验结果表明,相较于原算法YOLOv7,在极小损失帧率的情况下,改进后的算法mAP可以达到9849,相较原始算法提升了124,有助于提升对机载红外弱小目标的检测准确率。

    • 3.2~3.4μm红外热像仪基于拟合的测温方法

      2024, 54(1):92-96. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.013

      摘要 (76) HTML (0) PDF 1.51 M (306) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究目的为32~34μm窄波段红外热像仪的测温方法,本文从图像处理领域出发,利用红外热像仪和标准辐射源黑体,在一定的环境温度下,采集不同温度的黑体红外图像,通过数学建模软件对黑体图像进行灰度值计算,进而探究图像灰度值与温度的相关性,并基于最小二乘法和插值拟合思想构造黑体标定曲线,根据得到的标定曲线和已有的灰度值推出验证温度。经验证结果表明,测温精度有所提升,误差在049℃以内。

    • >光电技术与系统
    • 多场景舰炮激光制导弹药照射指示特性研究

      2024, 54(1):97-103. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.014

      摘要 (105) HTML (0) PDF 1.66 M (395) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高舰炮武器系统作战效率,对舰炮激光制导弹药在典型条件下激光照射指示与跟踪探测进行仿真验证。针对舰炮武器系统激光精确制导弹药使用场景,建立了激光照射指示与弹药探测跟踪模型,编制了激光制导光区仿真计算软件,研究了不同气象能见度条件、不同攻击目标、舰艇本舰照射指示、无人机载照射指示等条件下激光精确制导弹药与照射器间的协同方法及指示、探测能力,并进行仿真计算。得到反射激光能量密度随着角度θc的增大过程中,反射激光的能量密度在逐渐减小,激光入射角度θz越大,反射激光的能量密度越大,两种照射方式产生的激光制导光区较为接近。无人机激光制导方式与舰船激光制导方式各有优劣,可适用于不同应用场景。

    • 基于微波光子的复合式时频传输技术研究

      2024, 54(1):104-109. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.015

      摘要 (57) HTML (0) PDF 1.12 M (394) 评论 (0) 收藏

      摘要:光载射频传输技术在地基无源探测、分布式阵列合成孔径、空间探测等诸多领域具有广泛的应用,用于实现不同子阵之间的信号互连与信号相参。针对传统光载射频传输技术中相位稳定度低、时延变化大、易受环境影响等问题,本文提出一种复合式微波光子时频传输技术,通过结合被动和主动时频传输技术,分别实现了本振点频信号的光纤分发和中频宽带信号的光纤回传,联合两者之间技术优势实现了系统的相位高稳定度和宽带信号传输的目的。本系统可实现本振信号、中频信号在中心端和远端的时频稳相传输。通过对比实验和综合测试,实现16GHz本振和(16±05)GHz中频信号的稳相传输,传输距离为5km,经过在-40~+70℃的环境试验验证,温度变化范围内上下行微波光子链路中相位波动小于±15°。

    • >光学技术
    • 别汉棱镜光轴一致性检测与装调方法

      2024, 54(1):110-115. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.016

      摘要 (47) HTML (0) PDF 1.33 M (430) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对在平行光路中无法检测别汉棱镜光轴和机械轴之间的位移误差问题,提出了位移误差检测方案,设计了别汉棱镜光轴一致性检测系统,包括检测光路和对照光路,这两条光路总长相等,MTF均接近衍射极限,根据设计的检测系统搭建检测光路,对口径为25mm的别汉棱镜进行装调,先后在传统平行光路和本文所设计的检测光路中检测并调整棱镜光轴和机械轴之间的角度误差和位移误差,并使其最小,最终测得别汉棱镜的出射光轴与入射光轴的光轴一致性精度为±48″,将装调好的别汉棱镜和旋转轴系装入正式系统中装调,测得光轴一致性精度为±08个像素,达到像素级精度。本文提出的检测方法提高了在系统中装调别汉棱镜光轴的效率和精度。

    • 可变光阑对焦深影响的探究

      2024, 54(1):116-121. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.017

      摘要 (52) HTML (0) PDF 1.73 M (343) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的标量光场其偏振态空间均匀分布,而矢量光场相较于标量光场其偏振态是空间变化的。这个空域变化的偏振特性使得矢量光场具有更大的调控自由度,在焦场设计、光学微操纵、微加工、以及量子信息领域有着潜在的应用。本文基于RichardsWolf矢量衍射理论,研究了可变光阑以及透镜数值孔径对双环角向偏振光束聚焦特性的影响。结果表明,通过改变光阑大小以及透镜数值孔径,不仅可以改变焦斑光强、焦斑大小,也可以显著改变焦场暗通道的长度,从而生成较长的暗通道。生成的可变焦场暗通道未来可用于光学微操纵以及微加工的应用中。

    • >图像与信号处理
    • 低空轻量级红外弱小目标检测算法

      2024, 54(1):122-129. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.018

      摘要 (162) HTML (0) PDF 1.34 M (327) 评论 (0) 收藏

      摘要:精准的红外弱小目标检测是实时监控、追踪、制导的关键;红外弱小目标存在检测难度高、误检高、漏检严重的问题。为了提高红外弱小目标检测算法的实时性和检测精度,提出了一种超轻量红外弱小目标检测算法SL YOLO。首先,重设计下采样方案,针对红外图像特征信息调节网络架构,解决红外弱小目标特征梯度降低和特征消失问题;然后设计网络模型剪枝算法,实现剪枝算法与网络结构的融合,去除冗余参数,实现检测速度的提高;最后设计Varifocal SIoU损失函数,在均衡正负样本与重叠损失的同时,对正样本进行加权处理,解决背景干扰问题。实验结果表明,在SIRST和IDSAT数据集下检测精度分别提高至964、981,模型体积和计算量可压缩至190 kB、09 GFLOPs,推理速度降至3ms以下。与主流算法进行对比,改进后算法在检测精度、模型体积、计算量等方面均取得了不错的成绩。能够满足实时性检测需求。

    • 基于FPGA的高分辨率红外目标检测技术研究

      2024, 54(1):130-135. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.019

      摘要 (85) HTML (0) PDF 1.44 M (333) 评论 (0) 收藏

      摘要:本次研究面向红外对空预警探测领域的实际问题,开展高分辨率红外图像目标检测算法设计与工程化应用验证。文中研究设计了基于中值滤波、卷积滤波核形态学滤波等的目标检测算法,并基于FPGA平台进行硬件移植验证与测试。实验表明本文采用的方法可以实现对高分辨率红外图像的目标检测功能,并且基于FPGA硬件提升算法的运算速度,使算法在FPGA硬件平台上完成实时运算传输的要求。

    • 夜视环境下红外与可见光图像真彩色快速融合方法研究

      2024, 54(1):136-147. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.020

      摘要 (136) HTML (0) PDF 5.33 M (403) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决红外图像和可见光图像在夜视环境下成像效果不理想的问题,搭建一种由红外相机与RGB相机组合而成的具有结构简单、实时性高等特点的双目异型成像系统。利用双线程方式实时采集红外与可见光图像,针对非局部均值滤波(Non Local Mean,NLM)提出了一种基于熵的自适应h求解方法,能够较好的消除红外图像的噪声;之后将红外图像与可见光图像的特征点匹配后,引入基于斜率一致性的方法进行图像配准,最后采用改进基础图像融合规则的双尺度融合算法(Twoscale Image Fusion,TIF)以及多种融合算法将红外与可见光图像进行融合,获得目标明显、信息丰富且真实色彩的(Infrared Radiation and RGB,IR RGB)融合图像。TIF算法能够高效快速地将红外图像与可见光图像融合,在保留了可见光图像对周围环境的真实颜色信息特征的同时,又保留了红外图像温度提取的特点。分析数据可知,TIF算法的IR RGB图像的熵值提升了约514;其边缘强度均达到最大39991、 22433、 52880;相比普通的像素级融合规则,该方法的运行速度提升了10倍的量级。该研究在夜视环境下通过红外与可见光的实时成像在目标识别和监测等实际应用中具有非常重要的意义。

    • >光纤传感及光通讯技术
    • 具有自标定功能的光纤光栅位移传感器

      2024, 54(1):148-153. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.021

      摘要 (39) HTML (0) PDF 2.38 M (309) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)位移传感器易受温度、振动等外界因素影响而导致测量重复性差的问题,本文利用磁铁非接触的力传递特性,以光纤光栅为核心元件,工字型梁、永磁体等为辅助元件研究了一种无接触的FBG位移自校准装置。利用移动端磁铁与位置标定端磁铁位置重合时,工字型梁所受磁力最大,进行位置信息的自校准,进而提高FBG位移传感器的测量重复性和测量精度。通过将自校准装置安装在卷尺结构的位移传感器上,对其传感特性展开实验研究,结果表明:在0~360mm的测量范围内,校准前平均均方根误差为5838mm,校准后平均均方根误差为0953mm。本文采用自校准装置在很大程度上提高了FBG位移传感器的测量重复性,为位移传感器的环境适应性优化提供了一种新方法。

    • 基于Sagnac干涉仪的多点局部放电检测系统

      2024, 54(1):154-160. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2024.01.022

      摘要 (48) HTML (0) PDF 2.16 M (318) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪用于多点局部放电超声检测的光纤传感系统。该超声检测系统由光源、单模光纤延迟线、光纤耦合器、相位调制器、偏振控制器和对比度为1的光纤Sagnac干涉仪组成。首先介绍了传感系统的超声检测的原理,然后搭建了模拟局部放电超声实验平台,利用Nd∶YAG激光器照射钢板激发出的表面波和高频声源,针对局部放电超声在钢板和变压绝缘油中的传播情况进行了实验。实验结果证明了使用该系统用于局部放电超声检测的有效性,在100kHz~200kHz频率范围内,信噪比可达40dB以上,同时实验验证了该Sagnac传感器对局部放电超声的多点检测能力。该光纤超声检测系统结构简单,频率响应高,成本低廉在局部放电等领域有着巨大潜力。

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