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主 管 单 位 中国电子科技集团公司

主 办 单 位 华北光电技术研究所

编 辑 出 版 《激光与红外》编辑部

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国 内 发 型 北京报刊发行局

邮 发 代 号 2-312

国 外 发 行 中国国际图书贸易集团有限公司

期刊简介
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当期目录
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  • 兼容性隐身材料的研究进展

    石智成, 孙凌夫, 李海豹, 孙全喜, 刘泽林, 宋亚辉, 白晓东

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.001

    Abstract:

    随着军事探测技术的逐渐成熟,各种隐身材料都面临着巨大的挑战,尤其是单一隐身材料,所以兼容复合隐身材料就成了研究重点。本文从材料的角度上介绍了雷达、红外、激光及兼容隐身原理,揭示了兼容隐身的方法,对现有雷达红外、激光红外、激光雷达和雷达红外激光兼容隐身材料的研究现状与原理做了简述,并对未来兼容隐身材料的发展方向做了总结与展望,并指出质轻、料薄、智能、宽波带、强吸收是未来隐身材料发展的趋势。

  • 基于深度学习的红外弱小目标检测算法研究综述

    王恒慧, 曹东, 赵杨, 杨阳

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.002

    Abstract:

    目标检测技术是安防监控、预警探测、遥感成像等装备的核心要素,也是当前深度学习研究领域的热点之一。红外探测系统通过被动接收物体发射的红外电磁波进行成像,具备温度灵敏度高、探测距离远、被动探测隐蔽性强等优点,在目标探测领域有广泛的应用。文中从红外弱小目标图像的特点出发,针对基于深度学习的视觉图像目标检测算法进行分类描述,并对深度学习在红外弱小目标检测中的有效手段进行总结,最后对未来的发展趋势做出展望。

  • 光互联背板研究现状

    毛久兵, 郭元兴, 刘强, 杨剑, 杨伟, 杨唐绍, 秦宗良

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.003

    Abstract:

    随着高性能计算和高速通信等技术的飞速发展,信息量呈指数暴增,对高速背板带宽、速率、互联密度及制造工艺等要求越来越高。光互联背板具有高速率、高带宽、低功耗、低损耗和抗电磁干扰等优势,可有效解决电互联高速背板的技术瓶颈。本文对光互联背板制造技术的研究现状进行了阐述与分析,探讨了光互联背板的关键技术及未来发展方向。

  • 深度学习框架下的红外与可见光图像融合算法综述

    张冬冬, 王春平, 付强

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.004

    Abstract:

    红外与可见光图像融合是图像融合领域的重要分支。将红外与可见光传感器获取的图像进行互补融合,融合后的图像既具有红外图像的整体信息又具有可见光图像的细节信息,并广泛应用于日常生活和军事领域。由于深度学习在计算机视觉和图像处理领域具有显著优势,因此将深度学习框架应用于红外与可见光图像融合领域成为近年来的研究热点。本文首先根据融合算法的特点及原理,对现有基于深度学习框架的融合算法进行分类概述,并详细介绍算法的研究进展;其次,对图像融合领域的评价指标进行介绍;再次,选取不同分类中的典型算法进行融合试验,利用六种评价指标对实验结果进行评价;最后,分析总结融合算法存在的缺陷,对红外与可见光图像融合算法的发展方向进行展望。

  • 卫星激光辅助光学影像立体测绘评估与分析

    禇存1, 2, 谢俊峰1, 2, 3, 刘仁1, 3, 莫凡2

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.005

    Abstract:

    卫星激光辅助光学影像进行立体测绘是提高无控制测图精度的重要手段。针对美国ICEsat 1和我国高分七号、资源三号03星在轨激光测高载荷,本文从激光辅助光学影像提升高程精度的需求出发,采用激光与立体影像平高分离的区域网平差方法,对比和分析三颗卫星激光用于复合测绘的精度。试验选取天津同一地区的资源三号03星传感器校正立体影像和三颗卫星激光数据,利用15个外业检查点进行精度验证。试验结果显示,利用6~10个ICEsat 1、高分七号、资源三号03星激光点辅助光学立体影像平差后,立体影像定位高程精度分别由原始的464m提升到251m、24m、348m,充分表明,三颗卫星激光数据均可用于进一步提高立体影像高程精度,GF 7卫星激光辅助定位高程精度效果略优于ICEsat 1,ZY3 03星次之。

  • 甲烷中红外7.16μm吸收光谱参数测量

    沈佳园1, 李济东2, 陈钻1, 刘翔1, 何国军1, 彭志敏2

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.006

    Abstract:

    介绍了一套高精度气体吸收光谱测量系统,并采用716μm的量子级联激光器(QCL)测量了甲烷(CH4)气体在该波长附近不同压力(5~30 kPa)和温度(290~1050K)范围的光谱参数。同时,本文不仅测量了纯甲烷环境下的分子自身光谱参数,还测量了其在Ar,N2和He三种不同相对分子质量的背景气下的各类谱线参数。实验发现,本文测量的甲烷谱线在不同环境下的碰撞展宽系数由大到小分别是:自身>N2>Ar>He,四种环境下测量谱线的压力频移系数均为负数,及谱线压力频移与压力呈负相关,其绝对值由大到小排列分别为:自身>N2>Ar>He,与碰撞展宽系数变化规律相同。本文对所有测量的谱线参数均计算了各自的不确定度且定量分析了各类不确定度的来源。

  • 激光熔化沉积参数对316L单道几何特征的影响

    段成红1, 2, 池瀚林1, 罗翔鹏1, 宫鹏杰1

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.007

    Abstract:

    激光熔化沉积(lasermelting deposition,LMD)是一种先进的金属增材制造技术,具有成形速度快、无模具制造、多轴操作系统和多余粉末可有效回收等特点。但是沉积过程中会出现成形质量不良的现象,导致LMD零件致密度下降,疲劳性能降低。为了提高316L奥氏体不锈钢LMD零件的致密度与疲劳力学性能,针对LMD单道沉积工艺过程,开展实验研究分析不同工艺参数下对单道沉积几何特征的影响。本文使用316L奥氏体不锈钢粉末在激光熔化沉积设备上进行相应的工艺研究,探索了激光功率与扫描速度对单道沉积几何特征的影响。通过对工艺参数与各几何特征进行回归分析,建立了回归模型,并确立了工艺参数对几何特征的影响规律。该工作为后续316L激光熔化沉积零件疲劳实验试样的制备提供基础与参数指导。

  • 变功率激光熔覆镍基涂层裂纹特性研究

    黄哲1, 杨广峰2, 崔静2

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.008

    Abstract:

    为解决航空发动机热端叶片的高损耗现状,提高叶片的表面性能以延长服役寿命,通过对镍基高温合金K417G表面进行变参数激光熔覆制备GH3536涂层,并通过光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD衍射仪等仪器对熔覆层的宏观微观形貌进行观察并结合EDS能谱仪元素分布及偏析结果综合检测结果研究激光功率变化带来的熔覆层的成型质量以及性能影响。分析了熔覆层表面区域以及和基体结合区的裂纹缺陷程度以及缺陷形成原因,并通过对比激光功率变化带来的元素偏析影响与裂纹分布的关系,达到工艺参数优化的目的。熔覆层与基材结合界面呈波浪状,且于一定范围内,随着激光功率提升,熔覆层与基体组织交界区域的裂纹明显减少。熔覆层中元素偏析情况,随激光功率降低愈发明显以及伴随晶枝组织的生长方向偏转现象。

  • 激光超声结合CNN的铸件缺陷检测方法

    魏博文1, 2, 高炜欣1, 2, 刘梦溪1

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.009

    Abstract:

    检测金属铸件在工程和使用过程中可能存在的缺陷,应用基于热弹机制的激光超声可视化检测仪对铸件进行扫描并将信号制成最大振幅图像,实现对铸件的可视化检测。为了高效、快速地对最大振幅图进行批量处理,结合卷积神经网络图像处理技术对最大振幅图进行识别。针对任务需要设计了一个卷积神经网络架构对最大振幅图进行识别,识别过程中通过改变卷积层和卷积核大小设置了不同的卷积神经网络架构,将预先设计的架构与其他的架构进行横向对比,实验结果表明预设架构综合性能最好。相同实验条件下,该卷积神经网络架构为使用最大振幅图检测铸件缺陷提供了一个有效可行的方案。

  • 基于激光雷达及特征匹配的室内场景设计重建

    谷晓龙1, 张文松2

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.010

    Abstract:

    针对当前采集到的场景出现缺损导致场景设计重建效率较低、准确性较差的问题,提出基于激光雷达扫描及关键点特征匹配的室内场景设计重建。通过Deleta 2B型激光雷达传感器直接采集室内场景图像,利用最小二乘拟合滤波算法曲线拟合室内场景图像的灰度值,根据图像特征向量匹配室内场景图像的关键点特征,通过德洛内三角化算法串联室内场景点云数据,构造三维网格模型,通过wallis滤波器提升重建辨识度,实现室内场景的重建。实验结果表明,该方法重建后的室内图像可辨识度较高,信噪比最高可达到498dB,室内场景图像覆盖率均在90以上,重建场景的结构相似度接近1,次卧室场景重建时间为592 h。

  • 激光沉积镍基单晶合金的工艺与微观组织研究

    李文杰1, 汪力2, 陈志国1, 2

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.011

    Abstract:

    为了探索合适的外延激光金属成形(E LMF)工艺沉积块状镍基单晶高温合金,选择了合适的激光功率、扫描速度、冷却方式组成了九组实验,得到了合适的工艺组合并研究了微观组织演变及形成机理。结果表明:在500W,13mm/s,3 g/min及一般水冷的工艺下可以实现无裂纹的连续外延生长;过大的冷却速度会导致过大的热应力从而诱发裂纹的产生;主体区域为外延生长区,在表面和两端存在非外延生长区。

  • 基于国产三代微光ICCD探测器的三维激光成像雷达

    王滨川1, 郑焕东2, 石峰3, 4

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.012

    Abstract:

    针对高分辨、高帧频激光三维视频成像问题,基于国产三代微光像增强器,采用线性增益调制单ICCD成像方法,建立激光发射功率和成像距离的数学模型、测距模型。考虑激光光源功率波动、脉宽误差、同能量脉冲误差因素,对三维成像测距误差进行分析,得出远距离高精度三维成像的解决措施。开展单ICCD增益调制激光三维成像雷达工程样机研制,并进行外场成像试验,结果表明该激光三维成像雷达具有25 Hz帧频、720×576高分辨率,220米外测距精度优于001m,实现对目标的三维成像,验证了分析与措施的有效性。

  • 基于激光测距的微型机械臂关节控制模型

    马建民1, 段俊法2

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.013

    Abstract:

    为了更加深入探究并提升机械臂关节控制效果,提出一种基于激光测距的微型机械臂关节控制模型,通过激光测距技术对微型机械臂周边环境进行感知,同时进行数据点扫描,将全部数据点集进行直线分割以及拟合等相关操作,获取二维环境地图。在上述基础上,通过坐标变换矩阵获取微型机械臂的正运动学模型,利用正运动学模型得到机械臂逆运动学模型。将获取的动力学模型转换为仿射非线性系统的形式,利用输入输出反馈线性化方法选取合适的状态变换和反馈变换,通过滑膜控制方法构建微型机械臂关节控制模型,采用模型进行关节控制。仿真实验结果表明,所提模型可以获取理想的微型机械臂关节控制结果。

  • 基于定子隔离技术的旋转集成式斯特林制冷机的优化研究

    刘湘德, 徐长彬, 辛光磊, 迟国春

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.014

    Abstract:

    以一款制冷量为04W/77 K的小型化旋转集成式斯特林制冷机为研究对象,优化其结构,将定子隔离技术应用于该款制冷机中。优化后的制冷机避免了定子外壳玻璃-金属封接处气体泄漏的风险,同时也降低了制冷工质气体污染导致制冷机失效的可能性。通过制冷机与探测器联试数据,表明该样机性能可满足红外探测器组件应用需求,达到了预期优化研究目的。

  • 环境温度对中波红外成像设备MRTD的影响研究

    李忠升1, 张春仙2, 王佳笑1

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.015

    Abstract:

    MRTD是评价红外成像设备的重要技术参数,与设备的外场作用距离直接相关,因此常用来预测外场作用距离。一般军事装备的工作环境温度为-40℃(甚至更低)到+55℃的环境(依据应用场景会有所不同),在此温度范围内,由于目标辐射能量、探测器噪声、光学传函等发生变化,会引起MRTD的变化。而一般设备出厂时只检测室温MRTD,没有给出其他环境温度下的MRTD。针对以上问题,本文考虑环境温度对成像设备信号传递函数、噪声、调制传递函数等因素的影响,探究不同环境温度下MRTD的变化规律,建立不同环境温度下MRTD的关系,通过室温MRTD预测得到其他环境温度下的MRTD,提高不同环境温度下外场作用距离预测精度。

  • 一种具有均匀衍射分布的电磁屏蔽激光红外双波段光窗

    李季1, 肖迪2

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.016

    Abstract:

    镀制了金属网栅的蓝宝石光学窗口兼具激光红外双波段高透过性和微波波段优良电磁屏蔽特性。为了抑制电磁屏蔽光学窗口内金属网栅衍射产生的杂散光,提升光学系统的探测距离和分辨率,本文设计了一种具有随机圆环结构的金属网栅电磁屏蔽光学窗口,并对金属网栅电磁屏蔽光学窗口光学波段的衍射特性和雷达波段的电磁屏蔽效能进行了建模、仿真和测试。结果显示,本文设计的随机圆环金属网栅电磁屏蔽光窗具有优良的衍射均匀性,光学透过率满足使用要求,1~18GHz频段范围屏蔽效能优于20dB,具有优良的综合性能,有望应用在先进光电探测装备中。

  • 甚长波碲镉汞探测器的注入区扩散研究

    刘世光, 邢艳蕾, 张敏, 张轶, 吴卿, 王成刚

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.017

    Abstract:

    在碲镉汞甚长波320×256探测器上制备了不同注入区光刻尺寸的区域,通过对不同区域的信号及注入光刻尺寸的关系进行分析对比和数据拟合,获得了不同温度下的扩散距离和单位有效光敏面积在单位时间的响应电压,对于碲镉汞甚长波探测器的器件版图设计和性能提升提供了可靠的数据支撑。

  • 高温下In0.83Al0.17As/In0.83Ga0.17As红外探测器特性分析

    杜鹏飞, 叶伟

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.018

    Abstract:

    非冷却热探测器的性能在光谱检测应用中仍需要提高。为了降低热噪声和减小暗电流,实现器件的高温工作性能,本文通过将器件的倍增层和吸收层分离设计后,选用In083Al017As作为倍增层材料,利用仿真软件Silvaco TCAD,详细探究了不同温度对器件暗电流和光响应度的影响规律。结果表明,在高温160~300K范围内,随着温度的升高,器件的暗电流增大,光响应度呈现先增大后减小的变化。利用公式进一步计算出,-500mV和300K时,器件的暗电流密度为0485 A/cm2,15μm处的峰值响应度为1818 A/W,零偏置微分电阻面积为0053 Ω·cm2,比探测率为326×109cm·Hz1/2·W-1。

  • 基于四元数的地面光电探测系统指向标定

    余东毅, 柴云峰, 宋亚, 樊芮锋, 李丽亚

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.019

    Abstract:

    目标定位精度是地面光电探测系统的重要指标,直接依赖于光电探测系统初始指向标定的精度高低。本文提出了一种基于四元数坐标变换的光电探测系统指向标定方法,实现了高精度的方位、俯仰初始指向标定,为地面光电探测系统实现高精度的目标搜索、定位、跟踪、识别功能奠定基础。首先,基于四元数和坐标变换的理论建立了初始标定的数学模型;其次,给出了一种由测量值求解得到相关标定参数的算法及方案;再次,测得靶标高精度WGS84坐标信息以计算标定参数;最后,应用标定并分析误差。实验表明,对于 2km处的目标,光电探测系统跟踪误差小于 0.05°,满足一般地面光电探测系统高精度定位的要求。该方法已经在一批地面光电探测系统中得到实际应用。

  • 光纤F P腔干涉纳米级位移高分辨率测量

    史国军1, 华震2, 赵忖3

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.020

    Abstract:

    激光抗干扰性好、复用能力强,光纤F P腔干涉仪结构简单、灵敏度高,适于纳米级位移测量。为了进一步提高分辨率,扩展测量范围,本文对光纤F P腔干涉信号的相位和功率进行分析。首先给出了二倍次方功率和分辨率的关系,找出了提高分辨率的途径。然后给出了二倍次方功率和干涉条纹变化的关系,确定了测量条件。最后根据光纤波在F P腔内干涉形成的滞后相位,通过多次希尔伯特变换,实现了待测物体位移重构。数值模拟和实验证明了该方法能够实现高分辨率纳米级位移测量,误差小。

  • 面向SOI波导-单模光纤耦合的硅微透镜设计

    李雄飞1, 韩明玺1, 疏静1, 王雷2, 桂桑2, 岳玉涛3, 顾文华1

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.021

    Abstract:

    硅光集成的优势在高速光电子领域不断凸显,被广泛应用于各种通信场景中。在硅基集成技术发展过程中,其面临的一个典型技术难点是硅波导与单模光纤的耦合。本文设计了波导边缘集成的硅微透镜结构,经BPM法(Beam Propagation Method)计算验证该结构可实现3μm厚SOI波导与纤芯直径86μm单模光纤90的近场耦合效率,具备高集成度、高耦合效率、多场景适用等优点。

  • 20× Mirau型白光干涉显微物镜的设计

    陈卉

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.022

    Abstract:

    对于具有动态特性的MEMS陀螺仪表面形貌的检测,采用传统接触式检测方式难以实现。本文设计一款无限远场校正的20× Mirau型白光干涉显微物镜成像系统,实现对MEMS陀螺仪无接触式的表面缺陷检测。系统工作于可见光波段,数值孔径NA=03,放大倍率为20倍,工作距离31mm,总体长度为4585mm。系统包含光学成像部分和Mirau型干涉部分,光学成像部分的成像质量接近衍射极限,各项设计指标均满足要求;通过VirtualLab软件对干涉物镜进行光路的干涉仿真并得到清晰的干涉条纹,验证了设计的合理性。

  • 一款适用于高速读出电路的输出级运算放大器设计

    张露漩, 李敬国, 袁媛

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.023

    Abstract:

    〖JP+1〗CMOS运算放大器是红外探测器系统读出电路的重要模块,其性能直接影响红外读出电路性能。本文设计了一款适用于高速读出电路的输出级运算放大器,在负载电阻100 kΩ,负载电容25 pF的条件下,使读出电路的工作频率大于20 MHz。输出级运算放大器由折叠共源共栅差分运放和甲乙类推挽反相运放级联构成。折叠共源共栅差分运放可以实现电路高增益、大输出电压范围和高输出阻抗,同时可以有效减小放大器输入端的米勒电容效应。甲乙类推挽反相运放具有高电压电流转换效率,可以灵活地从负载得到电流或者向负载提供电流,实现高电流增益,驱动大负载。两级运放之间通过米勒电容实现频率补偿,保证运放的稳定性。本文设计的高速输出级运算放大器基于SMIC 018μm工艺设计,最终实现指标:功耗不大于10mW,运放增益>84dB,相位裕度79°,单位增益带宽>100 MHz,噪声78 μV(1~500 MHz),输出电压范围1~5 V,建立时间<15ns。通过设计高速输出级运算放大器,红外读出电路的读出速率和帧频得到有效提高。

  • 多遮挡场景的光场深度优化估计

    白烨1, 尹晶1, 曹正1, 杜丽萍2, 迟金阳1, 沙彦福1

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.024

    Abstract:

    光场相机可以同时从多个视点记录场景的方向和光强信息,因此,光场图像具有更大的信息量及更强的可塑性。随着光场技术的发展,针对光场图像的深度估计逐渐成为研究热点,但多遮挡是尚未得到解决的技术难点问题。为此,提出了一种多遮挡场景的光场图像深度优化估计方法。该方法使用优化的高低阈值比的Canny边缘检测算法提取遮挡区域的边缘,在传统的AP聚类算法中引入了迭代加权更新的带加速算子,有效地提高了聚类的精度,较好地解决光场深度估计中的多遮挡问题。采用匹配成本估计初始深度,使用马尔科夫随机场对初始深度结果进行优化处理,得到最终的深度估计结果。实验结果表明,与现有的基于光场图像的深度估计方法相比,本方法不仅抗多遮挡效果显著,而且获得了更低的MSE值,得到了更好的深度估计结果。

  • 红外交通场景下遮挡行人目标检测算法研究

    李明益1, 贺敬良1, 2, 陈勇1, 2, 赵理1, 2, 龙震海3

    2022, Doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2022.09.025

    Abstract:

    针对交通十字路口等视野盲区往来行人间存在遮挡情况,如何高效准确地检测复杂道路中目标行人具有实际意义。为了实现夜间交汇路口场景行人检测,提出一种基于改进YOLOv5的行人目标检测算法,采用Non local和PSA模块对YOLOv5原网络的Bottleneck CSP进行改进,能够有效弥补遮挡中行人特征的帧间信息交互过程,增强长程范围通道特征依赖关系。设计更深的160×160检测层和自适应anthor,提升夜间行人检测的边界回归精确度。实验结果表明,针对夜间下交通路口场景,压缩改进后模型对行人检测鲁棒性高,相较于原始算法mAP_0.5和mAP_0.5:0.95值分别提升了14.2和12.7,说明所提算法对夜间行人检测的有效性。

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