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海洋湍流下双拉盖尔-高斯涡旋光束的闪烁指数与误码率研究

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光子学报 2024年第2期53卷 211-223页

作者：刁鲁欣王明军黄朝军吴小虎汪伟西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048 西安市无线光通信和网络研究重点实验室西安710048 陕西理工大学物理与电信工程学院汉中723001 山东高等技术研究院济南250100 中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119

采用功率谱反演法模拟了同轴叠加产生的双拉盖尔-高斯涡旋光束(Double Laguerre-Gaussian Vortex Beam,DLGVB)在海洋湍流中传输时的光强和相位分布,仿真分析了DLGVB光束在不同海洋湍流参数下的闪烁指数以及在基于开关键控调制的水下光... 详细信息

采用功率谱反演法模拟了同轴叠加产生的双拉盖尔-高斯涡旋光束(Double Laguerre-Gaussian Vortex Beam,DLGVB)在海洋湍流中传输时的光强和相位分布,仿真分析了DLGVB光束在不同海洋湍流参数下的闪烁指数以及在基于开关键控调制的水下光通信系统中的通信误码率。结果表明,随着湍流动能耗散率的减小,盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率及传输距离的增加,闪烁指数逐渐增加;随着湍流动能耗散率以及拓扑电荷差值的增加,误码率减小。在海洋湍流环境下,使用DLGVB光束进行传输可以抑制海洋湍流带来的干扰,选择最佳的拓扑电荷差值,可以有效提高传输通信质量及通信系统容量。本文研究结果对涡旋光束及其叠加态在海洋湍流下传输特性研究及水下光通信系统持续扩容的发展需求方面具有重要的参考价值。

关键词：海洋湍流双拉盖尔-高斯涡旋光束拓扑电荷差值闪烁指数误码率

临近空间大气风场温度场卫星遥感技术研究综述

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红外与激光工程 2024年第7期53卷 57-77页

作者：何微微宿家瑞冯玉涛王后茂李昊天武魁军李发泉烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071

研究临近空间的风场和温度场对大气圈层之间的动量及能量传输、大气成分的输运以及大气环流的非线性突变有重要的科学意义,然而此区域的大气风温数据稀缺是国际亟待解决的难题之一。卫星遥感技术是获取大气风温信息的重要手段,然而受工... 详细信息

研究临近空间的风场和温度场对大气圈层之间的动量及能量传输、大气成分的输运以及大气环流的非线性突变有重要的科学意义,然而此区域的大气风温数据稀缺是国际亟待解决的难题之一。卫星遥感技术是获取大气风温信息的重要手段,然而受工程难度的限制,目前国际上针对临近空间风温遥感的卫星载荷十分有限。首先,概述了国际上具有代表性的大气风温卫星遥感载荷的发展现状。然后,系统性地综述了针对临近空间区域的近红外、长波红外和中波红外三类典型的风温遥感技术的研究进展;包括各观测目标源的光谱特性、载荷仪器的研制进展、以及风温探测能力;并讨论了各技术方案的优劣性。最后,对多种技术方案进行了对比汇总,为后续临近空间探测技术提供了参考和启示。展望未来临近空间星载风温遥感技术的发展趋势,着眼于风温遥感载荷的空间覆盖能力、时间连续性及探测精度、同时讨论载荷研制的工程难度,为临近空间风温遥感卫星研发和应用提供有效思路。

关键词：临近空间卫星遥感风温探测气辉辐射

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融合渐进式去雨网络的军用车辆检测算法

现代电子技术 2024年

作者：苏胜君仝秋红柴国庆苏海东王凯胡待方长安大学汽车学院中国科学院西安光学精密机械研究所陕西智能网联汽车研究院有限公司长安大学信息工程学院

针对雨天场景下检测军用车辆目标时出现的精度退化问题，提出一种将渐进式去雨算法与高精确率检测器相融合的军用车辆检测方法。首先设计了一个图像去雨算法HISPNet，其包括轻量级高效雨纹特征提取模块和跨子网雨纹特征融合模块，捕获... 详细信息

针对雨天场景下检测军用车辆目标时出现的精度退化问题，提出一种将渐进式去雨算法与高精确率检测器相融合的军用车辆检测方法。首先设计了一个图像去雨算法HISPNet，其包括轻量级高效雨纹特征提取模块和跨子网雨纹特征融合模块，捕获雨纹信息的同时缓解卷积过程中的细节特征丢失问题；其次引入SPPFCSPC模块改进了单阶段检测器，保证检测器感受野的同时提高了效率，增强了检测模型的表达能力。自建数据集中的实验结果表明，雨天场景下，相较于经典检测算法YOLOv7，所提算法的mAP@0.5、mAP@0.5～0.95分别提升了4.4%、2.8%，算法检测速度达到21.05 f/s，基本满足检测实时性要求，证明了所提算法的有效性与实用性。

关键词：图像去雨编码器-解码器架构轻量级高效雨纹特征提取模块跨子网雨纹特征融合模块 SPPFCSPC模块军用车辆检测

SO_(2)紫外相机标准泡定标法的误差校正

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光学学报 2024年第6期44卷 92-104页

作者：张会亮李发泉李娟王后茂张子豪郭建军武魁军何微微烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071 中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院光谱成像技术重点实验室陕西西安710119 中国科学院国家空间科学中心北京100190

针对标准泡法在远距离SO_(2)监测定标不准确的实际问题,开展定标误差校正方法研究。首先,基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论,提出消除光稀释效应影响的图像校正方法;然后,在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上... 详细信息

针对标准泡法在远距离SO_(2)监测定标不准确的实际问题,开展定标误差校正方法研究。首先,基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论,提出消除光稀释效应影响的图像校正方法;然后,在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上,对反射效应及散射特性对定标结果的影响进行量化;最后,综合上述影响因素计算得到光稀释效应校正及散射特性修正的定标曲线,并比较误差校正的标准泡定标法与DOAS定标法在反演SO_(2)柱密度图像以及SO_(2)排放速率之间差异。结果表明,所提出的校正方法可将标准泡法与DOAS法的定标结果差异从59%降低至7%,验证了该误差校正方法的有效性和准确度。

关键词：大气光学 SO_(2)紫外相机标准泡法定标曲线光稀释效应误差校正排放速率

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火山SO_(2)排放速率反演

大气与环境光学学报 2024年第1期19卷 98-110页

作者：郭建军李发泉张子豪张会亮李娟武魁军何微微烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119

SO_(2)紫外相机因在时间分辨率、空间分辨率、探测灵敏度以及探测精度等诸多方面均具有显著优势而成功应用于火山活动监测及其动力学研究。为解决紫外相机反演SO_(2)排放速率容易受烟羽湍流及图像低对比度影响等问题,提出了融入神经网... 详细信息

SO_(2)紫外相机因在时间分辨率、空间分辨率、探测灵敏度以及探测精度等诸多方面均具有显著优势而成功应用于火山活动监测及其动力学研究。为解决紫外相机反演SO_(2)排放速率容易受烟羽湍流及图像低对比度影响等问题,提出了融入神经网络的光流算法。首先,基于大气紫外辐射传输特性,阐述了SO_(2)紫外相机的工作机理及SO_(2)浓度图像的反演方法;其次,将神经网络融入光流算法,实现了火山烟羽图像中SO_(2)排放速率的精确反演;最后,与传统光流法进行对比,论证了神经网络光流算法的科学性及优越性与精确性。实验结果表明:在图像低对比度及烟羽湍流效应的双重影响下,神经网络光流法可以把边缘反演的误差从94%降低至5%,显著提高了SO_(2)排放速率反演的精确性。

关键词： SO_(2)相机光流法神经网络排放速率湍流火山排放

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基于AE-BiRNN的片烟含水率高光谱检测

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烟草科技 2024年第2期57卷 70-78页

作者：魏雷徐迎波曹海兵薛训明王澍何金华严志景计敏张龙张超安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥市230601 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥市230031 安徽中烟工业有限责任公司生产制造部合肥市230088 安徽中烟工业有限责任公司技术中心合肥市230088

为解决高光谱数据维度高、预测精度容易受降维方法影响等问题,构建了一种嵌入点积注意力机制的双向循环神经网络AE-BiRNN(Attention mechanism Embed Bidirectional Recurrent Neural Networks)模型用于片烟含水率预测。AE-BiRNN通过双... 详细信息

为解决高光谱数据维度高、预测精度容易受降维方法影响等问题,构建了一种嵌入点积注意力机制的双向循环神经网络AE-BiRNN(Attention mechanism Embed Bidirectional Recurrent Neural Networks)模型用于片烟含水率预测。AE-BiRNN通过双向门控制单元BiGRU(Bidirectional Gate Recurrent Unit)关联片烟含水率光谱序列前后波段的光谱信息,使用基于点积结构的注意力机制根据相似度信息对波段分配不同的权重参数,起到特征波长选择的作用。利用155个尺寸为640 px×640 px的片烟高光谱图像数据开展训练与验证,结果表明:(1)AE-BiRNN在无特征波长选择条件下同样能够获得较好预测准确率,点积注意力机制的引入显著提高了模型收敛速度;(2)AE-BiRNN对验证集回归预测的决定系数Rv2为0.9404,均方根误差RMSEV为0.01471,明显优于PLSR(Partial Least Squares Regression)、RF(Random Forest)、卷积神经网络LeNet和MLP(Multilayer Perceptron)方法。该研究可为实时监测片烟含水率分布、快速调控松散回潮机工艺参数提供支持。

关键词：松散回潮片烟高光谱成像含水率降维注意力机制循环神经网络

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基于RBFNN的伺服系统在线辨识方法

微计算机信息 2005年第21期 91-92页

作者：王欣峰高伟 100048 北京中科院研究生院 710068 陕西西安中科院西安光学精密机械研究所

由于伺服系统中存在的非线性和不确定性,难以用传统的方法进行建模,本文采用神经网络通过函数逼近完成非线性系统的在线辨识。结合文中提出的径向基网络,通过对某转台伺服系统的仿真,验证了本文提出方法的可行性和有效性。

关键词： RBF神经网络函数逼近在线辨识伺服系统

基于AS-OCT图像的核性白内障多级排序分类算法研究

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中华实验眼科杂志 2024年第3期42卷 264-270页

作者：方利鑫周愉顾愿愿蒋紫园牟磊王阳刘芳赵一天浙江工业大学机械工程学院杭州310014 同济大学附属第十人民医院眼科上海200072 宁波慈溪生物医学工程研究所慈溪315300 中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201 中国科学院空天信息创新研究院北京100094

目的探讨基于眼前节光学相干断层扫描(AS-OCT)图像的核性白内障智能辅助分级算法对白内障分级的诊断价值。方法采用诊断试验研究方法,收集2020年11月至2021年9月间同济大学附属第十人民医院电子病例系统中核性白内障患者939例1608眼的AS... 详细信息

目的探讨基于眼前节光学相干断层扫描(AS-OCT)图像的核性白内障智能辅助分级算法对白内障分级的诊断价值。方法采用诊断试验研究方法,收集2020年11月至2021年9月间同济大学附属第十人民医院电子病例系统中核性白内障患者939例1608眼的AS-OCT图像资料,所有资料均符合临床阅片清晰度要求。其中男398例664眼,女541例944眼,年龄18~94岁,平均年龄(65.7±18.6)岁。由3名经验丰富的临床医生基于晶状体混浊分类系统(LOCSⅢ分级系统),对所收集的AS-OCT图像进行1~6级人工标注。构建一种基于多级排序的全局-局部白内障分级算法,该算法包含5个基本的二元分类全局-局部网络(GL-Net),每个GL-Net聚合白内障核区域、原始图像等多尺度信息进行核性白内障分级。基于消融实验和模型对比试验,采用准确率、精确率、灵敏度、F1指标及Kappa系数对模型性能进行评价,且所有结果均通过五折交叉验证。结果模型在核性白内障数据集上的准确率、精确率、灵敏度、F1、Kappa分别为87.81%、88.88%、88.33%、88.51%、85.22%。消融实验结果表明,ResNet18结合局部特征和全局特征进行多级排序分类,模型在准确率、精确率、灵敏度、F1、Kappa指标上均有提升。与ResNet34、VGG16、Ranking-CNN、MRF-Net模型比较,本研究模型各性能指标均有提升。结论基于深度学习的AS-OCT核性白内障图像多级排序分类算法对白内障分级具有较高的准确度,有望辅助提高眼科医生对核性白内障的诊断精度以及效率。

关键词：深度学习眼前节光学相干断层扫描核性白内障分级多尺度融合多级排序算法

基于各向异性及后加速技术的百飞秒时间分辨条纹管设计

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物理学报 2023年第24期72卷 302-311页

作者：田丽萍沈令斌陈萍刘玉柱陈琳惠丹丹陈希儒赵卫薛彦华田进寿金陵科技学院网络与通信工程学院南京211169 中国科学院西安光学精密机械研究所中科院超快诊断技术重点实验室西安710119 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

减小空间电荷效应及扫描偏转系统边缘场效应引起的时间弥散是实现百飞秒级时间分辨条纹管的关键.本文提出并设计了一种新型飞秒条纹管,结合超高加速电场、高扫描速度和后加速电场的设计,可在光电阴极4 mm×10μm的范围内实现100 fs量级... 详细信息

减小空间电荷效应及扫描偏转系统边缘场效应引起的时间弥散是实现百飞秒级时间分辨条纹管的关键.本文提出并设计了一种新型飞秒条纹管,结合超高加速电场、高扫描速度和后加速电场的设计,可在光电阴极4 mm×10μm的范围内实现100 fs量级的时间分辨率.通过优化设计加速电极结构,使光电阴极有效探测范围内的电子均可在15 kV/mm量级的强电场中加速运行,有效地抑制了电子脉冲的物理时间弥散;在阳极入口处放置窄狭缝以减小大角度光电子引起的时空弥散对性能的影响;最后在荧光屏处设置+5000 V的高电位,以缩短光电子在等位区的渡越时间,进一步减小空间电荷效应引起的时间弥散.最终,此设计方法能够将条纹管的时间分辨率提高至百飞秒量级.

关键词：各向异性聚焦技术后加速技术时间分辨率飞秒条纹管