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基于椭圆型Monge-Ampére方程的太阳能聚光器设计方法

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光学学报 2017年第9期37卷 247-255页

作者：尹鹏徐熙平姜肇国张璐璐长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

基于微分几何原理,结合折射、反射定律以及能量守恒定律,将太阳能聚光问题转换成一个带有非线性边界条件的椭圆型Monge-Ampére方程,并建立了相应的数学模型。根据该数学模型,设计了自由曲面聚光器,利用光线追迹软件对所设计的自由曲面... 详细信息

基于微分几何原理,结合折射、反射定律以及能量守恒定律,将太阳能聚光问题转换成一个带有非线性边界条件的椭圆型Monge-Ampére方程,并建立了相应的数学模型。根据该数学模型,设计了自由曲面聚光器,利用光线追迹软件对所设计的自由曲面聚光系统进行了模拟研究。结果表明:在考虑菲涅耳损失和光学材料的吸收情况下,当实际太阳光线以0.27°的发散半角入射时,1000mm长度的自由曲面聚光器的几何聚光比达到500,聚光效率为77.5%。通过该方法设计的自由曲面具有很高的设计自由度,为设计不同程度聚光需求的太阳能聚光器提供了可能。

关键词：光学设计聚光光伏系统 Monge-Ampére方程非成像光学光波导板

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基于光场相机的四维光场图像水印及质量评价

光学学报 2018年第4期38卷 145-152页

作者：陈琦徐熙平姜肇国尹鹏王鹤程长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

光场相机通过在主镜组和传感器间特定位置设置微透镜阵列,在采集物方光强的同时可记录光线方向。提出一种在频域内对光场相机获取的四维光场图像加密的图像数字水印方法。植入信息经Base64编码后生成二维图像,并通过Aronld迭代对此图像... 详细信息

光场相机通过在主镜组和传感器间特定位置设置微透镜阵列,在采集物方光强的同时可记录光线方向。提出一种在频域内对光场相机获取的四维光场图像加密的图像数字水印方法。植入信息经Base64编码后生成二维图像,并通过Aronld迭代对此图像进行均匀化处理,建立与原始光场坐标系匹配的虚拟计算光场,在四维傅里叶域内以切片替换的方式将加密信息植入原始光场中,实现光场图像加密,然后,基于二者坐标对应关系,应用傅里叶逆变换提取加密光场图像中的植入信息。搭建光场采集系统,应用本文方法对采集的原始光场图像进行加密处理。实验结果表明,加密光场图像信噪比高,与原始光场图像相关性强,加密光场图像无明显伪迹和失真,算法简便快捷,稳定可靠。

关键词：成像系统光场成像图像数字水印图像处理计算光学几何光学

基于超混沌和Gyrator域相位信息复用的光学多图像认证方法

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光学学报 2020年第5期40卷 86-96页

作者：刘禹佳张宁张福琦徐熙平姜肇国长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 中国移动通信集团吉林有限公司网络优化中心吉林长春130000

针对光学多图像认证方法中,多路复用图像中的串扰噪声,以及不同认证级别下的信息安全问题,提出了一种基于超混沌振幅型掩模和Gyrator变换域下相位信息复用的光学多图像认证方法。利用分数阶超混沌Rabinovich系统构造超混沌随机振幅掩模... 详细信息

针对光学多图像认证方法中,多路复用图像中的串扰噪声,以及不同认证级别下的信息安全问题,提出了一种基于超混沌振幅型掩模和Gyrator变换域下相位信息复用的光学多图像认证方法。利用分数阶超混沌Rabinovich系统构造超混沌随机振幅掩模;基于改进的Gerchberg-Saxton算法对原始图像进行低级或高级编码,利用超混沌掩模作为振幅约束,迭代获得目标图像,并将得到的N个目标图像编码成复合图像;再次通过Gerchberg-Saxton迭代将复合图像转化为两个便于传输的纯相位掩模。实验结果表明:在认证过程中,不同安全级别的用户拥有各自的认证密钥,低级认证过程中可以通过检索图像与原始图像的非线性相关峰值,判断认证图像的正确性,而高级认证过程中则可以获得与原始图像相似度较高的认证图像,峰值信噪比和相关系数分别可达25.2817 dB和0.9844。所提方法对遮挡攻击和噪声攻击具有良好的稳健性,为多幅图像在不同级别下的光学认证提供了新的思路。

关键词：图像处理光学安全及加密光学图像认证超混沌 Gyrator变换相位信息复用

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基于光场相机的深度面光场计算重构

光学精密工程 2018年第3期26卷 708-714页

作者：陈琦徐熙平姜肇国尹鹏王鹤程长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

光场相机与传统相机不同,通过在主镜组和传感器间特定位置设置微透镜阵列,实现在采集物方光强的同时记录光线方向。为了重构物方光场,研究了基于光场相机的深度面计算重构算法,对该算法所采用的焦点堆栈、投影切片定理进行研究。首先,... 详细信息

光场相机与传统相机不同,通过在主镜组和传感器间特定位置设置微透镜阵列,实现在采集物方光强的同时记录光线方向。为了重构物方光场,研究了基于光场相机的深度面计算重构算法,对该算法所采用的焦点堆栈、投影切片定理进行研究。首先,对四维光场定义及光场相机工作原理进行分析;建立了相机内部深度面重构模型,分析了投影切片定理在深度面获取的应用,并推导出不同深度面图像表达式;根据得到不同深度位置图像,研究了计算重构算法,搭建了含有微透镜阵列的微型单相机光场采集系统,采集原始光场,利用本文方法实现了物方光场的逆向重构。实验结果表明:利用本文重构算法,光场相机采集的物方光场可通过滤波计算方法逆向重构,通过重构光场数据可获得物方场景深度信息。本文深度面获取算法较其他算法节省30%以上的时间,各深度面图像峰值信噪比在25~30dB之间,实现了高精度、稳定可靠的计算光场重构。

关键词：光场计算光学投影切片定理逆向重构

平板型聚光器作为可见光通信中光学天线的设计与性能分析

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光学学报 2018年第4期38卷 69-79页

作者：尹鹏徐熙平姜肇国王加安张璐璐长春理工大学光电工程学院吉林长春130022

针对室内可见光通信中光学天线存在的视场小、接收面光能分布不均匀,以及低功率光源条件下接收功率低的问题,设计了作为可见光通信系统光学天线的平板型聚光器,推导出适用于平板型聚光系统的光学增益理论公式。在一个(5×5×3)m房间中... 详细信息

针对室内可见光通信中光学天线存在的视场小、接收面光能分布不均匀,以及低功率光源条件下接收功率低的问题,设计了作为可见光通信系统光学天线的平板型聚光器,推导出适用于平板型聚光系统的光学增益理论公式。在一个(5×5×3)m房间中对平板型聚光器作为光学天线的接收功率分布进行仿真,得到直射和非直射链路信道下视场角为50°的平板型聚光器接收房间内各位置的光功率比直接探测时分别提升了16.2411dBm和16.4956dBm。

关键词：光通信可见光通信平板型聚光器光学天线增益

Gyrator变换域下基于超混沌相位掩模的光学水印方法

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光学学报 2019年第9期39卷 118-131页

作者：刘禹佳姜肇国徐熙平张福琦徐嘉鸿长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 中国移动通信集团吉林有限公司网络优化中心吉林长春130000 南开大学计算机与控制工程学院天津300350

针对光学变换水印算法中光学实现的轴对准问题和光学密码系统的安全性问题,提出一种基于超混沌映射和Gyrator变换的光学水印方法。利用Chen 4D超混沌系统构造超混沌相位掩模,然后通过菲涅耳波带板和径向希尔伯特掩模构造的涡旋光,对超... 详细信息

针对光学变换水印算法中光学实现的轴对准问题和光学密码系统的安全性问题,提出一种基于超混沌映射和Gyrator变换的光学水印方法。利用Chen 4D超混沌系统构造超混沌相位掩模,然后通过菲涅耳波带板和径向希尔伯特掩模构造的涡旋光,对超混沌相位板进行照明,最后借助Gyrator变换将加密后的水印图像植入宿主灰度图像,实现Gyrator变换域下的光学信息隐藏。通过Gyrator逆变换提取目标图像中植入的水印信息。实验结果表明,该算法能够从高不可感知性的目标图像中提取高质量的水印信息,加密的目标图像信噪比高,与宿主图像的相关性强,能够有效地抵御强度系数为0.06和0.8的椒盐噪声和高斯噪声的攻击,对低于50%遮挡率和80压缩因子的攻击具有良好的稳健性。加密后的目标图像与原始宿主图像具有相似的统计分布,较好地实现了信息隐藏。

关键词：信号处理光学水印超混沌 Gyrator变换

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平板型太阳能聚光器的无漏光设计

光子学报 2017年第9期46卷 48-58页

作者：尹鹏徐熙平姜肇国吕家祺高少华长春理工大学光电工程学院长春130022

针对平板型太阳能聚光器中出现的漏光问题,提出了无漏光聚光器的设计方法.该方法结合简单的数学计算与折射定律、反射定律推导出光线在光波导板中无漏光传播的最大距离理论公式,建立了无漏光聚光比与空气隙结构张角角度、主聚光器高度... 详细信息

针对平板型太阳能聚光器中出现的漏光问题,提出了无漏光聚光器的设计方法.该方法结合简单的数学计算与折射定律、反射定律推导出光线在光波导板中无漏光传播的最大距离理论公式,建立了无漏光聚光比与空气隙结构张角角度、主聚光器高度和宽度之间的数学模型,利用控制变量法分析了无漏光聚光比与各参数之间的关系.运用光线追迹软件对所设计的平板型无漏光太阳能聚光器进行光线追迹模拟,结果表明:在模拟光源选择存在0.27°的发散半角的太阳光源条件下,考虑光线在透射面处的菲涅耳损失和光学材料的吸收,在无漏光范围内实际最大聚光比达到698×、857×和1 032×时的聚光效率分别为88.2%、85.3%和80.2%;超过无漏光范围后随着聚光比进一步增大聚光效率下降较平缓.

关键词：光学设计聚光光伏系统非成像光学光波导板太阳能几何光学聚光特性

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图像处理前照灯检测仪校准器自动检定系统

兵工学报 2015年第5期36卷 861-868页

作者：潘越徐煕平张帆姜肇国乔杨李艳荻长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 江苏省计量科学研究院江苏南京210023

为保证前照灯检测仪校准器的测量精度,需要对其光轴角与光强度进行定期检定。针对传统检定方案中,自动化程度不足,难于保证检定重复性的问题,提出了一种图像处理技术与高精度电动转台相结合的检定方法,利用实际位移与像素位移间的等比... 详细信息

为保证前照灯检测仪校准器的测量精度,需要对其光轴角与光强度进行定期检定。针对传统检定方案中,自动化程度不足,难于保证检定重复性的问题,提出了一种图像处理技术与高精度电动转台相结合的检定方法,利用实际位移与像素位移间的等比关系及像面灰度与物面照度间的线性关系,实现了对前照灯检测仪校准器的高精度自动检定。使用最小二乘方法对不同照度下的实验数据进行拟合,求出了回归线性方程并绘制了被检校准器光源的等照度曲线。实验分析表明,10 m远距离上,光轴角的测量精度在40″以内,光照度的相对测量不确定度小于1%.

关键词：仪器仪表技术校准器电荷耦合元件图像处理

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飞秒激光光镊直写银微纳结构

中国激光 2018年第4期45卷 178-183页

作者：陈忠贇方淦曹良成付芸曹洪忠姜肇国段宣明长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 中国科学院重庆绿色智能技术研究院智能增材制造技术与系统重庆市重点实验室重庆400714

利用800nm飞秒激光光镊捕获了水中分散的银纳米颗粒,在玻璃基片表面直写银线,通过调控激光参数研究了激光功率对银线线宽及表面形貌的影响,实现了线宽为378nm的银线直写。经过测试,直写的银线电阻率为固体银的19.88倍。此外,还利用该方... 详细信息

利用800nm飞秒激光光镊捕获了水中分散的银纳米颗粒,在玻璃基片表面直写银线,通过调控激光参数研究了激光功率对银线线宽及表面形貌的影响,实现了线宽为378nm的银线直写。经过测试,直写的银线电阻率为固体银的19.88倍。此外,还利用该方法制备了银二维网格结构,体现了该技术在二维结构直写方面的良好加工能力。

关键词：激光技术激光直写光镊飞秒激光银微纳结构