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基于特征聚合Transformer的多视图立体重建方法

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激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 171-180页

作者：王敏赵明富宋涛李沩沩田媛李程张渝光纤传感与光电检测重庆市重点实验室重庆400054 重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

针对现有多视图立体(MVS)方法中缺乏对整体图像的理解以及图像之间的联系所造成的在弱纹理区域或非朗伯曲面匹配模糊的问题,提出一种基于特征聚合Transformer的多视图立体重建方法。首先,通过融合可变形卷积的特征金字塔网络对输入图像... 详细信息

针对现有多视图立体(MVS)方法中缺乏对整体图像的理解以及图像之间的联系所造成的在弱纹理区域或非朗伯曲面匹配模糊的问题,提出一种基于特征聚合Transformer的多视图立体重建方法。首先,通过融合可变形卷积的特征金字塔网络对输入图像进行特征提取,自适应地调整感受野的大小和形状。接着引入基于Transformer的空间聚合模块,利用图像内部自注意力机制和图像间交叉注意力机制有效地获取视图内全局上下文信息以及视图间的信息交互关系,从而更精确地捕获场景的纹理特征进行特征聚合,实现可靠的特征匹配。最后,采用可见性成本聚合估计像素可见性信息,去除成本聚合中的噪声和错误匹配像素。在DTU和Tanks&Temples数据集上的实验结果表明,与其他方法相比,所提方法的重建性能更优越。

关键词：多视图立体 Transformer 特征聚合级联架构三维重建

基于势平衡多伯努利滤波的多传感器纯方位多目标跟踪

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信号处理 2024年

作者：吴孙勇张小琪李明余润华桂林电子科技大学数学与计算科学学院广西密码学与信息安全重点实验室桂林长海发展有限责任公司桂林电子科技大学信息与通信学院

被动传感器不主动发射信号，通常仅获得目标的角度量测信息，无法获得径向距离信息，这种仅利用角度量测信息对多目标跟踪的方法称为纯方位多目标跟踪。实际应用中，纯方位多目标跟踪面临三个主要问题：一是由于被动传感器只获取目标的... 详细信息

被动传感器不主动发射信号，通常仅获得目标的角度量测信息，无法获得径向距离信息，这种仅利用角度量测信息对多目标跟踪的方法称为纯方位多目标跟踪。实际应用中，纯方位多目标跟踪面临三个主要问题：一是由于被动传感器只获取目标的角度量测，导致量测信息不完备；二是量测方程存在高度非线性；三是由于传感器可能接收到杂波等非目标产生的量测，导致量测源不确定。针对上述问题，本文提出一种多传感器贪婪伪线性粒子势平衡多伯努利滤波。首先采用Rao-Blackwell理论将混合目标状态向量分解，将与量测值相关的位置分量视为非线性分量，而与量测值无关的速度分量视为线性分量，并分别采用粒子滤波器(Particle Filter， PF)和卡尔曼滤波器(Kalman Filter， KF)进行处理，从而有效降低粒子滤波采样维度。其次，针对传统粒子采样严重依赖模型的问题，基于伪线性卡尔曼滤波器(Pseudo-linear Kalman Filter， PLKF)设计一种新型粒子采样方法，即利用PLKF和最新量测信息构造重要性密度函数，并对非线性分量进行粒子采样；在更新阶段采用贪婪量测划分策略选取最优量测集合，并利用最优量测集合中量测信息实现多目标状态集中式融合估计。最后，通过仿真结果验证，本文所提滤波器能在杂波环境中仅利用角度量测对目标进行有效稳定的跟踪，相较于对比方法，所提滤波器能够更为准确估计目标数量和状态。

关键词：纯方位多目标跟踪多传感器势平衡多伯努利滤波伪线性卡尔曼滤波贪婪算法

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长周期光纤光栅高灵敏度折射率传感研究

光电子·激光 2024年

作者：李丽姜捷梁丽丽杨康李国玉河北省光纤生物传感与通信器件重点实验室邯郸学院

基于长周期光纤光栅(long period fiber grating， LPFG)对环境折射率变化敏感的特性，本文提出了一种基于强度检测的LPFG高灵敏度折射率传感方案。理论分析和仿真验证了LPFG谐振峰强度对外界折射率变化敏感的特性；同时，仿真了应变对L... 详细信息

基于长周期光纤光栅(long period fiber grating， LPFG)对环境折射率变化敏感的特性，本文提出了一种基于强度检测的LPFG高灵敏度折射率传感方案。理论分析和仿真验证了LPFG谐振峰强度对外界折射率变化敏感的特性；同时，仿真了应变对LPFG谐振峰强度的影响，通过对比0和200με下LPFG谐振峰强度随环境折射率的变化，验证了增加应变可以实现折射率传感灵敏度的提升。经过实验验证，在1.4498-1.4558的折射率范围内，LPFG折射率传感初始灵敏度为1985dB/RIU；通过增加应变，在1.4498-1.4568的折射率变化范围内，LPFG折射率传感灵敏度提升到3182.9dB/RIU，可以实现高灵敏度的折射率传感。该传感方案具有结构简单，折射率传感灵敏度高等特点，在生物、化学及环境参数检测等领域具有潜在的应用价值。

关键词：长周期光纤光栅折射率强度检测应变

基于布里渊动态光栅的高灵敏度保偏光纤多参量同时解调

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光子学报 2024年第9期53卷 51-60页

作者：赵丽娟黄梓朦徐志钮华北电力大学大学电气与电子工程学院保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室保定071003 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室保定071003

为了实现基于保偏光纤在布里渊动态光栅的温度、快轴压力和慢轴压力同时解调,并克服传统压力传感灵敏度不足的缺点,提出了一种边孔型高灵敏度光子晶体光纤。利用有限元方法,研究了温度、快轴压力和慢轴压力与双折射频移、布里渊频移和... 详细信息

为了实现基于保偏光纤在布里渊动态光栅的温度、快轴压力和慢轴压力同时解调,并克服传统压力传感灵敏度不足的缺点,提出了一种边孔型高灵敏度光子晶体光纤。利用有限元方法,研究了温度、快轴压力和慢轴压力与双折射频移、布里渊频移和布里渊线宽之间的关系,据此可实现多参量的同时解调。结果表明,该光子晶体光纤可以实现三参量的同时解调,且解调误差在1 MPa和1℃以内。快轴压力、慢轴压力和温度的误差均值分别为0.21 MPa、0.31 MPa和0.30℃,误差的标准差分别为0.15 MPa、0.21 MPa和0.21℃。在施加0~30 MPa的横向压力和0~100℃的温度时,该光子晶体光纤快轴方向上的压力灵敏度为-1.961 GHz/MPa,光纤慢轴方向上的压力灵敏度为1.356 GHz/MPa,其温度灵敏度为0.105MHz/℃。相较于目前最优结构的光子晶体光纤压力灵敏度提升了-957MHz/MPa。该传感器及解调方法适用于土木结构和大型机械在建造和使用过程中监测其内部所受温度和不同方向压力的变化。

关键词：光纤传感布里渊动态光栅有限元法光子晶体光纤同时解调

一种可支持66种轨道角动量模式高质量传输的扭曲光子晶体光纤

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光学学报 2024年第16期44卷 38-46页

作者：赵丽娟梁智徐志钮华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室河北保定071003 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室河北保定071003

为了进一步提升光子晶体光纤(PCF)在轨道角动量(OAM)生成方面的设计自由度,本文将螺旋扭曲结构引入PCF,设计了一种可用于OAM传输的扭曲PCF。该扭曲PCF具有多层圆形空气孔和一个圆环结构。通过仿真分析可知,该扭曲PCF可得到最高为17的拓... 详细信息

为了进一步提升光子晶体光纤(PCF)在轨道角动量(OAM)生成方面的设计自由度,本文将螺旋扭曲结构引入PCF,设计了一种可用于OAM传输的扭曲PCF。该扭曲PCF具有多层圆形空气孔和一个圆环结构。通过仿真分析可知,该扭曲PCF可得到最高为17的拓扑荷数,即支持66种OAM模式的稳定传输。在C波段内,该扭曲PCF相邻模式之间的有效模式折射率差均满足?neff>10-4,所有的模式纯度均高于99.4%,且所有模式的有效模场面积和非线性系数都足够小,色散系数均低于35 ps/(km·nm),使得该扭曲PCF具有更好的传输性能和在模分复用中具有应用价值。该光纤的限制性损耗值始终保持在10-10~10-9dB/m数量级之间,因此可以实现OAM的长距离稳定传输,从而为光通信系统容量的提高也提供了一种可能的方案。

关键词：轨道角动量扭曲光子晶体光纤高拓扑荷数有效模式折射率差

高阶轨道角动量传输光纤设计及传输特性研究(内封底文章)

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红外与激光工程 2024年第3期53卷 162-174页

作者：赵丽娟吴雨静徐志钮华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003 华北电力大学河北省电力物联网技术重点实验室河北保定071003 华北电力大学保定市光纤传感与光通信技术重点实验室河北保定071003

为解决一般轨道角动量传输光纤传输轨道角动量模式数量少、质量差的问题,提出了一种基于正六边形空气孔排列的新型光子晶体光纤结构。该光纤引入了空气填充率高的矩形空气孔以及采用高折射率材料填充环形传输区域,能够有效提高环形传输... 详细信息

为解决一般轨道角动量传输光纤传输轨道角动量模式数量少、质量差的问题,提出了一种基于正六边形空气孔排列的新型光子晶体光纤结构。该光纤引入了空气填充率高的矩形空气孔以及采用高折射率材料填充环形传输区域,能够有效提高环形传输区域和包层间的折射率差,且正六边形排列空气孔有利于提高模间有效折射率差。经过结构优化得到最优光纤结构,有限元法的分析结果表明,最优结构下,该光纤在常用波段S+C+L+U波段上能够支持142种轨道角动量模式的传输,最高阶数达到36阶。且所提出光纤具有良好的传输特性,本征模式的最高限制性损耗为10−9 dB/m量级,与典型轨道角动量传输光子晶体光纤相比至少降低了一个数量级;最大有效模场面积能够达到206.18μm^(2),最小非线性系数低至0.397 W^(−1)∙km^(−1);色散平坦且最小色散变化低至1.4578 ps/(nm∙km);所有本征模式纯度均在93.4%~96.8%范围内。且该光纤具有较好的制备可行性,对制造精度要求不高。因此,该光纤在基于轨道角动量光纤的复用系统中具有广阔的应用前景,为提高通信容量提供了一种有效手段。

关键词：光纤光学轨道角动量有限元法限制性损耗通信容量

光学相干层析显微内窥成像技术研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 358-376页

作者：刘德军黄梓毅李卓荣台亚龙王晓彬张立廖常锐王义平深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室广东深圳518060 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳物联网光子器件与传感系统重点实验室广东深圳518060 南方科技大学医院泌尿外科广东深圳518055 香港中文大学机械与自动化工程学系中国香港新界沙田999077

光学相干层析成像(OCT)是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术,广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术,除了具有OCT的一般成像优点... 详细信息

光学相干层析成像(OCT)是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术,广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术,除了具有OCT的一般成像优点外,还具有体积小、质量轻、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰等特点,尤其适用于对现有其他成像技术无法到达的狭小腔道内的组织病变进行高分辨率检测和早期诊断。随着激光器、探测器和光纤器件制备技术的发展,光纤OCT系统、光纤探头设计和制备都取得了巨大进步,应用场景也得到不断扩展。具体地:光纤OCT系统从时域OCT发展到频域OCT,成像速度和分辨率获得显著提升;光纤OCT内窥成像探头先后历经了光纤-棱镜型、全光纤型及光纤复合型探头三个发展阶段,目前正朝着多功能集成、小型化、一体化的方向发展;光纤内窥OCT的临床应用从呼吸系统和消化系统逐渐拓展到心血管系统。从光纤OCT系统设计、探头设计与制备、内窥成像应用三方面综述近年来光纤OCT显微内窥成像技术的发展现状,重点总结光纤内窥探头的技术发展及其在医学诊断中的应用,最后结合现有前沿技术报道总结展望了未来光纤内窥OCT的发展方向。

关键词：光学相干层析成像生物医学成像光纤内窥成像心血管疾病

基于光频域反射仪的分布式光纤传感及应用进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 54-71页

作者：王义平钟华健单荣毅梁文发彭振威孟彦杰廖常锐付彩玲深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室广东深圳518060 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室广东深圳518060 人工智能与数字经济广东省实验室(深圳) 广东深圳518107

光频域反射仪(OFDR)具有高空间分辨率、高精度和高灵敏度等多种分布式传感能力,其在油气资源勘探、结构健康监测,以及医疗微创介入手术等多种场合展示出了巨大的应用潜力。然而,扫频非线性噪声、相干衰落噪声,以及光纤中微弱的瑞利后向... 详细信息

光频域反射仪(OFDR)具有高空间分辨率、高精度和高灵敏度等多种分布式传感能力,其在油气资源勘探、结构健康监测,以及医疗微创介入手术等多种场合展示出了巨大的应用潜力。然而,扫频非线性噪声、相干衰落噪声,以及光纤中微弱的瑞利后向散射信号是影响光频域反射仪性能的主要因素。本文介绍了光频域反射仪基本原理和波长、相位两种传感解调方法,详细阐述了多种抑制扫频非线性噪声和相干衰落噪声的方法,同时介绍了光频域反射仪在三维形状、大应变、高温、折射率等4个方面的传感应用进展。

关键词：光频域反射仪扫频非线性相干衰落三维形状大应变高温

飞秒激光直写多芯FBG及耦合波导的二维矢量位移传感研究

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中国激光 2024年

作者：樊宇包维佳廖常锐王义平深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室人工智能与数字经济广东省实验室(深圳)

本文提出了一种利用单通道测量多路信号的多芯FBG二维矢量位移传感结构，该传感结构的主体基于飞秒激光直写技术制备。通过在多芯光纤的中间芯和侧芯中分别刻写FBG，并进一步制备能够连接中间芯与侧芯的直耦合波导，可以实现单个纤芯复... 详细信息

本文提出了一种利用单通道测量多路信号的多芯FBG二维矢量位移传感结构，该传感结构的主体基于飞秒激光直写技术制备。通过在多芯光纤的中间芯和侧芯中分别刻写FBG，并进一步制备能够连接中间芯与侧芯的直耦合波导，可以实现单个纤芯复用多路传感光信号的功能，因此能够避免扇入扇出器件的使用。基于该传感结构，进行了方向角为0-360°的二维矢量位移传感测试，并对方向角的测试结果进行了计算重构，比较了实际施加角度与计算重构角度之间的误差。并且，测试了传感器在不同位移量大小下的方向响应，结果表明传感器始终遵循着近似正弦分布的方向响应。最后，测试了传感器在不同方向角下的位移响应，得到最大位移灵敏度约为0.28 nm/mm。

关键词：矢量位移传感飞秒激光直写多芯光纤光纤布拉格光栅波导