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可调谐的声学型石墨烯等离激元增强纳米红外光谱

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物理学报 2024年第13期73卷 336-345页

作者：段谕戴小康吴晨晨杨晓霞郑州大学河南先进技术研究院郑州450001 国家纳米科学中心中国科学院纳米科学卓越创新中心中国科学院纳米光子材料与器件重点实验室中国科学院纳米标准与检测重点实验室北京100190 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

纳米红外光谱(nano-infrared spectroscopy,nano-IR)技术能够突破光的衍射极限,实现约10 nm空间分辨率的红外光谱检测,是研究纳米尺度物质化学成分和结构的重要技术手段.然而,由于纳米物质的尺寸与红外光的波长存在较大失配,导致其红外... 详细信息

纳米红外光谱(nano-infrared spectroscopy,nano-IR)技术能够突破光的衍射极限,实现约10 nm空间分辨率的红外光谱检测,是研究纳米尺度物质化学成分和结构的重要技术手段.然而,由于纳米物质的尺寸与红外光的波长存在较大失配,导致其红外吸收信号微弱.本文理论提出了一种基于纳米腔室的声学型石墨烯等离激元(nanocavity-acoustic graphene plasmon,n-AGP)可调谐增强nano-IR检测平台.该平台可实现超高光场压缩(模式体积Vn-AGP≈10-7λ_(0)~3,λ_(0)=6.25μm)和约50倍电场增强的n-AGP激发.通过调控金纳米腔室结构和石墨烯费米能级,我们实现了n-AGP的宽频段动态调控(1290—2124 cm^(-1)).此外,由于n-AGP的电磁场高度局域在纳米腔室内,具有高的探测灵敏度,可实现单个蛋白质颗粒酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带振动指纹特征的探测(灵敏度提高约9倍).这一基于n-AGP的增强结构拓展了nano-IR技术在单分子尺度的表征能力,可广泛应用于生物、催化等领域.

关键词：石墨烯纳米腔室等离激元表面增强红外光谱

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基于快速采样的剪切光束成像图像重构算法

物理学报 2024年第2期73卷 156-166页

作者：陈明徕马彩文刘辉罗秀娟冯旭斌岳泽霖赵晶中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院空间精密测量技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

剪切光束成像是一种非传统地基光学成像技术,在对位姿快速变化的目标成像时,为重构目标高分辨率清晰图像,其成像系统的回波数据采样速率仍不够快.本文提出一种五光束快速采样的图像重构方法,通过改变成像系统编码和解码方法,采用中心对... 详细信息

剪切光束成像是一种非传统地基光学成像技术,在对位姿快速变化的目标成像时,为重构目标高分辨率清晰图像,其成像系统的回波数据采样速率仍不够快.本文提出一种五光束快速采样的图像重构方法,通过改变成像系统编码和解码方法,采用中心对称结构呈“十”字形排布的发射光束阵型,利用所提的快速图像重构算法,单次采样的回波数据所能重构的目标图像从1幅增加到8幅,快速抑制了重构图像的散斑效应.仿真结果表明,与传统三光束图像重构方法相比,获得相同质量图像所需的回波数据采样次数从20次减少至5次,大幅减少了回波数据采样次数,提高了回波数据采样速率.

关键词：剪切光束成像快速采样图像重构采样速率

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基于区域特征强化的多尺度伪装目标检测方法

计算机工程 2024年第5期50卷 209-219页

作者：孙帮勇马铭于涛西安理工大学印刷包装与数字媒体学院陕西西安710048 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室陕西西安710119

伪装目标检测(COD)能够在复杂环境下探测出与背景相似度极高的伪装目标,在军事侦查和工业检测等领域具有重要的应用价值。针对现有伪装目标检测方法对区域级特征信息利用率低的问题,提出一种基于区域特征强化的多尺度伪装目标检测网络(R... 详细信息

伪装目标检测(COD)能够在复杂环境下探测出与背景相似度极高的伪装目标,在军事侦查和工业检测等领域具有重要的应用价值。针对现有伪装目标检测方法对区域级特征信息利用率低的问题,提出一种基于区域特征强化的多尺度伪装目标检测网络(RFE-Net)方法,实现可见光条件下伪装目标的准确探测。RFE-Net主要包含弱语义特征增强模块、空间信息交互模块和上下文信息聚合模块。首先弱语义特征增强模块引入了条状池化和非对称卷积,通过优化网络的感受野来动态调整搜索区域,从而加强长距离弱语义特征间的联系;然后将级联的U型块结构组合为空间信息交互模块,消除错误预测样本的干扰;最后设计上下文信息聚合模块,通过充分融合深层语义信息和浅层细粒度信息以精细化处理目标边缘细节,从而提升预测准确度。实验结果表明,所提方法能够加强目标内部的弱语义关联,提高目标与背景的区分度,在最大测试集NC4K上的结构性度量、增强对准度量、加权F1值和平均绝对误差4个指标上均取得最优值,其中结构性度量和平均绝对误差高于第2名方法1.1%和7.7%。

关键词：深度学习伪装目标检测多尺度融合特征强化区域级特征

结合偏航校正的合成孔径声呐大测绘带运动补偿方法

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声学学报 2024年第4期49卷 709-718页

作者：陈世平任露露张鹏飞王朋迟骋刘纪元中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院先进水下信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

传统基于频域补偿相位的运动补偿方法难以校正姿态误差造成的波束照射方向偏转,因此提出了一种基于偏航校正的合成孔径声呐大测绘带运动补偿方法。首先,利用时延的距离空变特性校正时延估计野值,提高估计精度和稳健性;其次,通过在后向... 详细信息

传统基于频域补偿相位的运动补偿方法难以校正姿态误差造成的波束照射方向偏转,因此提出了一种基于偏航校正的合成孔径声呐大测绘带运动补偿方法。首先,利用时延的距离空变特性校正时延估计野值,提高估计精度和稳健性;其次,通过在后向投影算法的成像过程中对实孔径成像网格进行旋转来校正偏航造成的波束照射方向偏转;最后,通过分段二维轨迹估计和分段成像克服运动误差的距离空变特性,实现大测绘带运动补偿。仿真结果表明,所提方法能够有效抑制偏航误差导致的点目标图像主瓣展宽、旁瓣升高和模糊现象。实验结果表明,相比于参考方法,所提方法在小偏航角和大偏航角条件下均显著提高了成像质量,有效校正了偏航造成的运动误差,实现了大测绘带精确成像。

关键词：合成孔径声呐运动补偿偏航校正后向投影算法

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声呐图像水下目标识别综述与展望

电子与信息学报 2024年第5期46卷 1742-1760页

作者：黄海宁李宝奇刘纪元刘正君韦琳哲赵爽中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院先进水下信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

随着海洋资源开发和水下作业的增加,声呐图像水下目标识别已成为热门研究领域。该文全面回顾了该领域的现状和未来趋势。首先,强调了声呐图像水下目标识别的背景和重要性,指出水下环境复杂和样本稀缺增加了任务难度。其次,深入探讨了典... 详细信息

随着海洋资源开发和水下作业的增加,声呐图像水下目标识别已成为热门研究领域。该文全面回顾了该领域的现状和未来趋势。首先,强调了声呐图像水下目标识别的背景和重要性,指出水下环境复杂和样本稀缺增加了任务难度。其次,深入探讨了典型的成像声呐技术,包括前视声呐、侧扫声呐、合成孔径声呐、多波束测深仪、干涉合成孔径声呐和前视三维声呐等。接下来,系统地审视了二维和三维声呐图像水下目标识别方法,比较了不同算法的优劣,还讨论了声呐图像序列的关联识别方法。最后,总结了当前领域的主要挑战,展望了未来研究方向,旨在促进水下声呐目标识别领域的发展。

关键词：声呐图像目标识别深度学习合成孔径声呐前视三维声呐目标识别

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片上红外偏振探测研究进展

红外与毫米波学报 2024年第1期43卷 52-62页

作者：甄玉冉邓杰布勇浩代旭余宇石梦碟王若文叶韬陈刚周靖中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

偏振是光的固有自由度,偏振探测提供了光强和波长之外的更多丰富信息。红外偏振探测器在成像、通信、遥感和宇宙学等众多应用中发挥着至关重要的作用。然而,传统的偏振检测系统体积庞大、系统复杂,阻碍了偏振探测的小型化和集成化。近来... 详细信息

偏振是光的固有自由度,偏振探测提供了光强和波长之外的更多丰富信息。红外偏振探测器在成像、通信、遥感和宇宙学等众多应用中发挥着至关重要的作用。然而,传统的偏振检测系统体积庞大、系统复杂,阻碍了偏振探测的小型化和集成化。近来,片上红外偏振探测器的发展引起了广泛的研究兴趣。本文将重点介绍片上红外偏振探测器的两个前沿研究领域:偏振敏感材料和偏振选择性光耦合结构集成的红外偏振探测器,主要讨论片上红外偏振探测器的研究现状以及未来的挑战和机遇。

关键词：红外偏振探测器各向异性材料拓扑材料手性钙钛矿偏振选择性光学耦合结构

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基于压电声子晶体板波声场的微粒操控

物理学报 2024年第7期73卷 218-223页

作者：王俊蔡飞燕张汝钧李永川周伟李飞邓科郑海荣吉首大学物理系吉首416000 中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像研究中心深圳518055 医学成像科学与技术系统中国科学院重点实验室深圳518055

声镊可以非接触、无损伤地操控微粒,在细胞分离、组织工程、材料组装等领域具有广阔的应用前景.近期有研究利用声人工结构调控声场提升声镊性能,然而,与换能器分离的人工结构导致声镊装置复杂且操控现象不太稳定.本文基于压电声子晶体... 详细信息

声镊可以非接触、无损伤地操控微粒,在细胞分离、组织工程、材料组装等领域具有广阔的应用前景.近期有研究利用声人工结构调控声场提升声镊性能,然而,与换能器分离的人工结构导致声镊装置复杂且操控现象不太稳定.本文基于压电声子晶体板调制声场实现对微粒的灵活操控,其主要机制是由压电陶瓷片构成的压电声子晶体板可激发A0模式Lamb波模式和共振周期声场模式,板上微粒在这两个模式中分别受到平行于板面的声停驻力和垂直于板面的声捕获力或声悬浮力,从而实现排列、捕获、悬浮等多种模式的灵活操控.由于压电声子晶体板整合了换能器与声人工结构,该器件为研究高精度、低能耗、紧凑型声镊技术提供了物理基础和实验验证.

关键词：压电声子晶体声辐射力声镊微粒操控

面向战场伪装目标探测的语义引导偏振光谱图像融合方法

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光学学报 2024年

作者：孙帮勇施雨含于涛西安理工大学印刷包装与数字媒体学院中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像重点实验室

战场伪装探测主要任务是对战场图像中的伪装目标和自然背景进行特征判别与分离，并计算出伪装目标的类别属性和坐标信息。然而，现阶段伪装目标探测仍存在图像获取技术不先进、图像融合冗余度高、目标检测精度低等问题。因此，本文在利... 详细信息

战场伪装探测主要任务是对战场图像中的伪装目标和自然背景进行特征判别与分离，并计算出伪装目标的类别属性和坐标信息。然而，现阶段伪装目标探测仍存在图像获取技术不先进、图像融合冗余度高、目标检测精度低等问题。因此，本文在利用先进偏振光谱成像进行战场图像获取的基础上，提出一种基于语义引导的偏振光谱图像融合方法。首先，通过分析四个偏振角度的光谱立方体数据特征进行探测谱段选择，然后利用语义引导和非下采样轮廓波变换计算融合图像，获得了凸显伪装目标的低冗余度融合图像；最后利用目标检测算法实现了伪装目标的精确定位。实验结果表明，所提出的图像融合方法在四项无参考指标方面均优于其他7种主流的融合方法，目标检测中能够实现对12种伪装目标的精准定位识别，同时说明偏振光谱成像和本文所提融合方法的优势。

关键词：偏振光谱成像语义引导图像融合伪装目标检测

基于深度学习的高光谱遥感图像混合像元分解研究综述

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遥感学报 2024年第1期28卷 1-19页

作者：苏远超许若晴高连如韩竹孙旭西安科技大学测绘科学与技术学院西安710054 中国科学院空天信息创新研究院计算光学成像技术院重点实验室北京100094 中国科学院大学北京100049

高光谱遥感是以成像光谱学为基础发展起来的一项综合性遥感技术,它能够同步记录成像区域内地物的空间信息和光谱信号,故而也称为“成像光谱遥感”。高光谱遥感所获取的数据称为“高光谱遥感图像”,相较于传统的遥感数据,高光谱遥感图像... 详细信息

高光谱遥感是以成像光谱学为基础发展起来的一项综合性遥感技术,它能够同步记录成像区域内地物的空间信息和光谱信号,故而也称为“成像光谱遥感”。高光谱遥感所获取的数据称为“高光谱遥感图像”,相较于传统的遥感数据,高光谱遥感图像具有光谱分辨率高和“图谱合一”的特点,目前已成为遥感工程应用中的重要支撑数据之一。然而,受空间分辨率限制,混合像元(即某一像元内包含多种类型的地物)问题始终限制着高光谱遥感在精细化地物信息提取工作中的作用。混合像元分解(“解混”)是现阶段处理混合像元问题最有效的分析方法,旨在从亚像元角度出发,获取像元中纯净的光谱信号(“端元”),并分析出各类端元在像元内所占的比例(“丰度”)。在遥感领域,为实现地物信息精细化解译,目前已发展出不同类型的解混方法,在一定程度上解决了混合像元问题对遥感定量化分析的制约。如今,随着深度学习的发展,越来越多的先进理论和工具被用于处理混合像元问题,发展出了一类基于深度学习的新型解混方法。这些新方法以光谱混合模型为桥梁,用深度学习方式来解译光谱混合现象。相比于传统的解混方法,基于深度学习的解混方法在隐藏信息的挖掘和利用方面更具优势,对先验知识依赖程度相对较低,对复杂场景的适应性更强。近年来,基于深度学习的解混方法发展迅速,并且在植被分布调查、农业产量估算等经常涉及混合像元问题的工作中被逐渐普及,有很好的发展前景和应用价值。本文以光谱混合模型和训练方式为基础,对现阶段基于深度学习解混的研究成果进行归类,并从不同类别的特点出发,对现有基于深度学习的解混方法进行介绍。最后,对当前的技术状况、特点和发展前景进行总结与展望,为今后解混技术的研究与应用提供参考。

关键词：高光谱遥感混合像元分解深度学习机器学习深度神经网络遥感图像处理遥感智能解译亚像元解译