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基于多图超分辨率重建的精细导星仪星点质心定位精度提升方法

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仪器仪表学报 2024年第3期45卷 306-314页

作者：王雯蕊张泉高源蓬房陈岩尹达一中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

精细导星仪的星点质心定位精度决定了空间天文望远镜的视轴姿态解算精度,为了提升精细导星仪的星点质心定位精度,提出了一种基于深度小波循环神经网络的星图超分辨率重建方法。首先,借助微扫描技术获取亚像素错位低分辨率星图序列,采用... 详细信息

精细导星仪的星点质心定位精度决定了空间天文望远镜的视轴姿态解算精度,为了提升精细导星仪的星点质心定位精度,提出了一种基于深度小波循环神经网络的星图超分辨率重建方法。首先,借助微扫描技术获取亚像素错位低分辨率星图序列,采用小波编码器提取低分辨率星图的小波域特征,通过小波系数约束低分辨率星图的噪声,并将亚像素错位星图序列配准过程融入到网络学习中。其次,利用卷积门循环神经单元对所提取的多星图序列特征进行融合。最后,使用逆小波解码器对多特征融合模块输出的小波域特征进行解码,从而实现基于低分辨率星图序列的去噪与超分辨率重建。实验结果表明,分别采用平方加权质心法求取原始星图和超分辨率重建后星图中的各星点的质心位置,相比于前者,后者的各星点平均质心定位精度和稳定度在X方向分别提升了64.76%和19.15%,在Y方向分别提升了75.35%和26.14%。

关键词：精细导星仪星点质心定位超分辨率重建小波信号处理卷积门循环神经网络

高光谱应用的带可调复位时间CDS的低噪声红外焦平面读出电路

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红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 268-278页

作者：吴双梁清华陈洪雷丁瑞军中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

低辐射量的高光谱应用对红外焦平面读出电路(ROIC)提出了低噪声的设计要求。相关双采样(CDS)是常用的减少噪声的结构。本文通过调节钳位和采样保持之间的时间间隔来改进CDS,可灵活消除低频噪声。采用180 nm CMOS工艺设计和制造了640×51... 详细信息

低辐射量的高光谱应用对红外焦平面读出电路(ROIC)提出了低噪声的设计要求。相关双采样(CDS)是常用的减少噪声的结构。本文通过调节钳位和采样保持之间的时间间隔来改进CDS,可灵活消除低频噪声。采用180 nm CMOS工艺设计和制造了640×512规模、15μm像元中心距的读出电路。输入级集成了低噪声CTIA与本文提出的可调复位时间CDS(AICDS),所设计的时序产生器使CDS复位时间可以延长0~270个时钟周期。通过延长复位时间减少这个时间间隔,噪声电子数可以由39 e^(-)减少到18.3 e^(-)。SPECTRE仿真结果和实验测试结果证实了提出的AICDS结构可以提升高光谱应用读出电路的噪声性能,因此可以广泛应用。

关键词：高光谱成像读出电路可调时间间隔 CTIA CDS 低噪声

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集成透镜的多波段红外探测器组件封装技术

中国激光 2024年第13期51卷 224-232页

作者：陈俊林莫德锋蒋梦蝶朱海勇徐勤飞曾智江张晶琳杨晓阳李雪中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

多光谱探测器的小型化和集成化已成为红外探测器的发展方向之一。针对多波段探测器集成低温光学透镜的特点,提出了一种集成透镜兼窗口的气密性封装组件结构。对同一组件多波段探测器不同焦面高精度光学配准、低形变滤光片支撑结构及防... 详细信息

多光谱探测器的小型化和集成化已成为红外探测器的发展方向之一。针对多波段探测器集成低温光学透镜的特点,提出了一种集成透镜兼窗口的气密性封装组件结构。对同一组件多波段探测器不同焦面高精度光学配准、低形变滤光片支撑结构及防光学串扰、杂散光抑制等方面进行了研究。以某项目用短波红外组件为研究对象,通过3个10元探测器拼接后与3个波段滤光片和透镜低温配准、低形变多波段滤光片窄缝拼接结构设计、杂散光分析抑制等关键技术,实现了3波段探测器与滤光片拼接精度优于±5μm,透镜与探测器配准精度优于±15μm,滤光片低温形变小于0.9278μm,多波段间无明显光学串扰,并经受住1500 h长时间通电老练以及总均方根加速度为22.0 g的随机振动和60g的冲击加速度试验考核。解决了多波段探测器小型化和集成化封装中的高精度配准、低形变滤光片支撑、防光学串扰、杂散光抑制等一系列问题。该组件已成功应用于某项目用光谱成像仪中。

关键词：探测器多通道集成技术红外探测器组件滤光片低温形变光学串扰

逐像元自适应增益成像系统的星上辐射定标方法

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红外与激光工程 2024年第2期53卷 134-147页

作者：李则危峻黄小仙汤瑜瑜中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院大学北京100049

逐像元自适应增益成像系统通过在每个像元的电子链路中集成四档不同容积的积分电容,可以在确保高信噪比的前提下实现大动态范围的遥感成像需求。此成像系统在发射前测试时,由于甚低增益(ULG)的动态范围过大而实验室积分球能量有限,只能... 详细信息

逐像元自适应增益成像系统通过在每个像元的电子链路中集成四档不同容积的积分电容,可以在确保高信噪比的前提下实现大动态范围的遥感成像需求。此成像系统在发射前测试时,由于甚低增益(ULG)的动态范围过大而实验室积分球能量有限,只能通过与低增益(LG)的比例系数递推来间接对ULG后半量程的输出特性标定;星载太阳定标器反射能量过大会导致高增益(HG)和中增益(MG)输出饱和也无法直接测定辐射定标系数,只可通过比例系数推定。提出一种星上增益比例系数测定的方案,分别利用四档增益的输出作为特征对实验图像分类,将不同成像目标的输出码值作为多个定标能级,利用最小二乘法线性拟合相邻增益输出后得到相邻增益的比例系数。此方案验证了实验室增益比例系数测定结果,同时在外场成像实验中用该方法计算得到的比例系数用于相邻两档增益中较低增益图像反演较高增益图像,结果与实际较高增益图像对比归一化均方误差大部分小于0.01、两图像结构相关系数基本在90%左右、数据相关系数达到90%。证明该方法测定的相邻两增益比例相关系数有较高准确性,在星上辐射定标时用于高增益辐射定标系数的递推求取有极大的可行性,解决了星上不能直接对HG、MG辐射定标的问题。

关键词：星上辐射定标增益比例系数测定逐像元自适应增益成像系统大动态范围

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基于可见光红外扫描辐射计杂散光建模仿真

遥感学报 2024年第3期28卷 747-755页

作者：殷恺钮新华张锷中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院大学北京100049 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083

杂散光对星载红外光学系统的影响体现在两个方面,一是成像质量会恶化,二是仪器定标精度会降低。因此,开展星载红外光学系统杂散光分析与抑制工作十分必要。本文以FY-3气象卫星的可见光红外扫描辐射计(VIRR)为研究对象,使用TracePro对仪... 详细信息

杂散光对星载红外光学系统的影响体现在两个方面,一是成像质量会恶化,二是仪器定标精度会降低。因此,开展星载红外光学系统杂散光分析与抑制工作十分必要。本文以FY-3气象卫星的可见光红外扫描辐射计(VIRR)为研究对象,使用TracePro对仪器成像光学系统进行建模仿真,得到了不同光谱通道在不同维度的点源透过率(PST)曲线。结合在轨仪器备份产品的杂散光实验室复测,对模型仿真与实测结果做了定性比对分析。通过分析PST曲线,找到了仪器可能受杂散光影响的光照角度;通过对卫星轨道参数进行仿真和分析,在考虑载荷间相互影响的情况下模拟了卫星穿越晨昏线时的光照射情况,获得了杂散光量级的初步结果。该工作还可以为同类载荷的消杂散光设计和太阳污染抑制提供参考,同时为遥感历史数据再定标提供基础支撑。

关键词：遥感可见光红外扫描辐射计(VIRR) 杂散光抑制点源透过率(PST) 太阳污染再定标

基于像素梯度自适应迭代中值滤波器的图像脉冲噪声抑制算法

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红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 421-434页

作者：金祥博王跃明中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

图像脉冲噪声移除是获得高质量图像的关键。本文通过热红外相机成像原理研究,提出了一种基于像素梯度自适应迭代中值滤波器的图像脉冲噪声抑制算法。首先,根据相机的调制传递函数计算获取原始图像的最大像素梯度,继而建立相应的像素梯... 详细信息

图像脉冲噪声移除是获得高质量图像的关键。本文通过热红外相机成像原理研究,提出了一种基于像素梯度自适应迭代中值滤波器的图像脉冲噪声抑制算法。首先,根据相机的调制传递函数计算获取原始图像的最大像素梯度,继而建立相应的像素梯度集合。然后,计算原始图像与对应像素梯度滤波图像的梯度权重均方根误差集合,并将该集合高斯分布的最大值对应的像素梯度确定为最佳像素梯度。最后,根据图像中脉冲噪声的密度和复杂度,确定所提滤波器的自适应窗口大小和迭代次数。大量实验结果表明,所提滤波器对移除8位、16位的单通道脉冲噪声图像展现出良好的鲁棒性。与其他先进方法相比,该方法可以实时移除真实热红外相机采集图像中低密度的随机值脉冲噪声和SAPN,并实现噪声抑制过程中99.5%以上的原始像素不会遭受破坏。除此之外,针对高密度SAPN抑制,该方法获得了具有竞争力的结果,与运行时间较快的滤波方法相比表现出较好的 PSNR和 SSIM,与 PSNR和 SSIM较优秀的去噪方法相比表现出较快的运行时间。对于极限 SAPN(99%)破坏的图像,也能够恢复有意义的图像细节。

关键词：图像去噪自适应迭代中值滤波器像素梯度调制传递函数脉冲噪声

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全息光刻技术(特邀)

中国激光 2024年第12期51卷 227-253页

作者：刘宇洋潘东超付迪宇李思坤中国科学院上海光学精密机械研究所高端光电装备部上海201800 中国科学院大学北京100049

全息光刻是一种先进的掩模对准光刻,是接近式光刻的拓展,为大面积图形制造、集成电路互连封装以及微纳结构制造提供了一种方法。用全息掩模代替接近式光刻中的二值掩模,可以提高分辨率和成像对比度。与主流的投影式光刻相比,全息光刻无... 详细信息

全息光刻是一种先进的掩模对准光刻,是接近式光刻的拓展,为大面积图形制造、集成电路互连封装以及微纳结构制造提供了一种方法。用全息掩模代替接近式光刻中的二值掩模,可以提高分辨率和成像对比度。与主流的投影式光刻相比,全息光刻无需复杂的投影物镜系统,提供了一种低成本、高产率的替代方法。与传统的干涉光刻相比,全息光刻可以制造任意形状掩模图形,自由度更高。极紫外波段的全息光刻进一步将光刻分辨率提升到纳米量级。简要回顾了接近式光刻的理论与技术,介绍了全息光刻掩模设计与制造的基本原理,以及国内外研究进展。

关键词：全息光刻接近式光刻全息掩模分辨率增强技术

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空间天文望远镜自适应精密稳像闭环控制

光学精密工程 2024年第8期32卷 1153-1163页

作者：张泉魏传新高源蓬朱雨霁李清灵房陈岩周显宜尹达一中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

针对空间天文望远镜低频段视轴扰动补偿问题,提出了一种基于主动光学技术的自适应精密稳像闭环控制方法。该方法以精细导星仪(Fine Guide Sensor,FGS)为高精度视轴扰动检测器,以四点支撑压电驱动大口径快摆镜机构(Fast Steering Mirror,... 详细信息

针对空间天文望远镜低频段视轴扰动补偿问题,提出了一种基于主动光学技术的自适应精密稳像闭环控制方法。该方法以精细导星仪(Fine Guide Sensor,FGS)为高精度视轴扰动检测器,以四点支撑压电驱动大口径快摆镜机构(Fast Steering Mirror,FSM)为视轴扰动补偿器。首先,采用位置式PID控制器串联积分环节进行精密稳像闭环控制,得到补偿FGS检测出的二维视轴扰动所需FSM的二维摆动角度,进而根据驱动结构转换为每个支撑点的压电陶瓷执行器(Piezoelectric actuators,PZT)的伸缩量。然后,利用基于广义Bouc-Wen逆模型的压电动态迟滞前馈补偿方法进行高精度的压电陶瓷执行器定位控制。最后,根据有监督的Hebb学习规则,利用具有自学习和自适应能力单神经元对PID控制器参数进行调整,从而得到最优控制器参数。实验结果表明,所提控制方法能够有效地补偿空间天文望远镜的视轴偏差,可以将精细导星仪X方向和Y方向的星点质心位置偏差功率谱密度在0~6 Hz频段内积分值分别抑制了98.54%和98.62%。

关键词：空间天文望远镜精密稳像精细导星仪大口径快摆镜机构迟滞补偿单神经元自适应PID控制

颗粒级配对选区激光烧结打印结合常压固相烧结制备碳化硅陶瓷性能的影响

同方期刊数据库博看期刊评论

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无机材料学报 2024年第7期39卷 754-760页

作者：王康龙殷杰陈晓王力刘学建黄政仁中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 湖南大学材料科学与工程学院长沙410082 中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201

SiC陶瓷因其独特的热学、电学性能及优异的力学性能,被广泛应用于航空航天、核能、化工、半导体等国防与工业重大领域,但是传统的成型方法无法满足大尺寸复杂构件的制备需求。选区激光烧结(SLS)打印具有无需支撑、材料利用率高、加工效... 详细信息

SiC陶瓷因其独特的热学、电学性能及优异的力学性能,被广泛应用于航空航天、核能、化工、半导体等国防与工业重大领域,但是传统的成型方法无法满足大尺寸复杂构件的制备需求。选区激光烧结(SLS)打印具有无需支撑、材料利用率高、加工效率高等优势,能高效成型复杂陶瓷结构零部件。本研究采用颗粒级配SiC的方法,系统研究了冷等静压(CIP)、前驱体浸渍热解(PIP)、CIP结合PIP后常压固相烧结等工艺对级配和中位径82μm未级配体系SiC陶瓷的影响。研究发现,级配粉末成型坯体的体积密度和抗弯强度比未级配坯体均提升了20%以上,级配体系CIP后常压固相烧结体的相对致密度达到了90%以上,实现了致密化烧结,而未级配体系烧结体的相对致密度仅为89%,这是由颗粒级配后坯体的堆积密度提升所致,且级配烧结体的抗弯强度(136.8 MPa)比未级配(99.4 MPa)提升了37%以上。采用多次重复PIP结合常压固相烧结的方法制备高致密的SiC陶瓷,发现SLS打印成型的坯体经四次PIP后致密度可达到CIP堆积致密的效果,但四次PIP后常压固相烧结体的体积密度仅为2.29 g/cm^(3),抗弯强度为59.6 MPa。

关键词：碳化硅陶瓷颗粒级配选区激光烧结打印常压固相烧结