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波片快轴角对空间调制偏振测量精度的影响

光学学报 2024年第16期44卷 163-170页

作者：张新新宁天磊刘丽辉李艳秋北京理工大学光电学院北京100081 北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

空间调制偏振仪中光子空间分布特征与偏振信息的映射关系对检测的准确性有直接影响,而该映射关系由光学元件的Mueller矩阵决定。系统分析了波片快轴角度对空间调制偏振测量精度的影响,采取仪器矩阵条件数优化的方法确定最佳波片快轴角度... 详细信息

空间调制偏振仪中光子空间分布特征与偏振信息的映射关系对检测的准确性有直接影响,而该映射关系由光学元件的Mueller矩阵决定。系统分析了波片快轴角度对空间调制偏振测量精度的影响,采取仪器矩阵条件数优化的方法确定最佳波片快轴角度,进一步从仿真和实验两个方面进行验证,结果表明,波片快轴设置为水平状态时检测精度最高且最稳定。该工作为弱光场的高精度偏振检测提供了理论和实验依据。

关键词：测量空间调制弱光场 Stokes矢量波片快轴角偏振检测

面向星地激光通信的大气湍流预报研究进展(特邀)

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红外与激光工程 2024年第3期53卷 19-31页

作者：郭盈池李浪李晨高春清付时尧北京理工大学光电学院北京100081 光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 信息光子技术工信部重点实验室北京100081

激光通信系统在大气环境下应用的性能受到严重制约,当激光在大气湍流中传输时,其波面会发生畸变。在激光通信系统中,对大气湍流相关参数进行预报可以提前对星地数据传输链路进行调度,避免建立无效的通信任务。此外,大气湍流预报在天文... 详细信息

激光通信系统在大气环境下应用的性能受到严重制约,当激光在大气湍流中传输时,其波面会发生畸变。在激光通信系统中,对大气湍流相关参数进行预报可以提前对星地数据传输链路进行调度,避免建立无效的通信任务。此外,大气湍流预报在天文选址、光学遥感等领域也有重要价值。随着国内外相关工作的长期积累以及算力、观测设备等硬件的能力提升,当前科研人员已经提出了一些大气湍流预报方案。文中主要综述了国内外学者在大气湍流预报方面的研究进展,首先详细介绍了目前应用比较广泛的中尺度数值预报技术,列举了使用中尺度数值预报方法对国内外典型区域的大气湍流进行预报的相关工作;然后介绍了深度学习方法在大气湍流预报中的应用情况,对其优势与局限性进行了讨论;最后介绍了一种面向星地激光通信的大气相干长度短时预报方法。

关键词：大气湍流湍流预报 Cn2廓线大气相干长度

强度分类变换在平面激光诱导荧光探测气溶胶流场中的应用

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激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 81-90页

作者：陈思颖郝伟陈和郭磐徐清玥薛帆北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术实现气溶胶流场的实时探测,对气溶胶流场运动的研究有着重要意义。针对PLIF气溶胶流场实时探测中微弱信号可视性较差的问题,提出一种信号强度分类变换方法,根据信号强度特征设定限制条件,通过迭代将信号... 详细信息

利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术实现气溶胶流场的实时探测,对气溶胶流场运动的研究有着重要意义。针对PLIF气溶胶流场实时探测中微弱信号可视性较差的问题,提出一种信号强度分类变换方法,根据信号强度特征设定限制条件,通过迭代将信号分为若干强度区间,并对各区间内信号强度重新规划赋值。将强度分类变换方法应用于PLIF气溶胶流场探测的荧光信号处理,与限制对比度自适应直方图均衡化(CLAHE)的处理结果相比,该方法在大动态范围荧光信号的微弱信号增强、噪声抑制方面具有较好的效果,对微弱信号信背比的提升超过20%。针对气溶胶流场不同变化阶段,所提方法可以实现25 frame/s的实时处理,满足对气溶胶流场荧光信号实时探测的要求。

关键词：激光诱导荧光气溶胶探测分类变换实时探测图像增强

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多维度大容量超表面全息及光场变换

光学学报 2024年第2期44卷 52-61页

作者：陈彦杰徐正琨赵睿哲李晓炜王涌天黄玲玲北京理工大学光电学院北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心北京100081 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室北京100081 北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造实验室北京100081

超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了... 详细信息

超表面的设计与制造极大地推动了在片上紧凑光学系统中实现光场调控的应用。传统光学系统中的光学透镜、空间光调制器以及偏振光学元件虽具备光场调控的功能,但体积庞大、光场调控功能单一等因素限制了其应用。超表面为光场调控提供了新平台,有望解决传统光学元件和系统向微型化、集成化和多功能化发展的瓶颈。主要围绕超表面的多维度全息混合复用、二维/三维光场变换、矢量光场的产生与操控三方面进行介绍。最后,对超表面的未来发展趋势进行了展望。

关键词：超表面多维度光场调控全息成像光束整形

光束轨道角动量模态人工智能感知方法研究进展(特邀)

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光学学报 2024年第14期44卷 24-37页

作者：周诗韵王亦舒杨觐瑜高春清付时尧北京理工大学光电学院北京100081 信息光子技术工业和信息化部重点实验室北京100081 光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

涡旋光束携带的轨道角动量(OAM)作为一种全新的光场调控自由度在超大容量光通信、旋转体探测、高分辨率成像、光信息存储、量子技术等前沿领域展现出巨大的应用潜力。在上述应用中,实现快速、高精度的OAM模态感知十分重要。随着人工智能... 详细信息

涡旋光束携带的轨道角动量(OAM)作为一种全新的光场调控自由度在超大容量光通信、旋转体探测、高分辨率成像、光信息存储、量子技术等前沿领域展现出巨大的应用潜力。在上述应用中,实现快速、高精度的OAM模态感知十分重要。随着人工智能(AI)在各领域的快速发展,将AI技术作为光束OAM模态感知的新型解决方案引起了国内外学者的广泛关注。本文从AI的应用模型角度出发,对近年来基于AI技术的光束OAM模态感知方法进行了系统性综述,主要包括机器学习、深度学习及混合学习模型下的OAM模式分布探测和多模混合光束谱测量,同时讨论了扰动下基于AI的OAM模态感知方法研究进展。

关键词：轨道角动量人工智能模式识别谱测量

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荧光米激光雷达气溶胶团边界检测

光学技术 2024年第1期50卷 54-64页

作者：陈思颖游钧洁陈和郭磐檀望舒徐清玥朱瑜北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

有机气溶胶具有荧光效应,能在特定波长激光的激发下产生荧光,针对此类荧光气溶胶团,提出了一种基于水平探测荧光-米激光雷达的径向边界检测算法。该算法利用荧光和米双通道的回波信号构造一个去除大气影响的函数,并采用截距法检测荧光... 详细信息

有机气溶胶具有荧光效应,能在特定波长激光的激发下产生荧光,针对此类荧光气溶胶团,提出了一种基于水平探测荧光-米激光雷达的径向边界检测算法。该算法利用荧光和米双通道的回波信号构造一个去除大气影响的函数,并采用截距法检测荧光气溶胶团的突变特征信号以确定边界。数值仿真表明,该算法在不同能见度和信噪比下对单个和两个荧光气溶胶团的径向边界检测都具有较高的精确度和稳定性。利用该算法检测了荧光-米激光雷达对单个或两个荧光气溶胶团的径向边界,结果表明该算法有效提高了边界检测的准确度和稳定性,且具有检测单个荧光气溶胶团边界的时效性。

关键词：大气光学荧光米激光雷达水平探测径向边界检测截距法

高动态范围激光雷达回波信号的全波形采集方法仿真研究

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光学技术 2024年第1期50卷 71-80页

作者：王睿郭磐张寅超陈思颖陈和檀望舒北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081

针对一些激光雷达系统中回波信号动态范围较大,难以对其进行强弱兼顾的高性能采集的问题,提出了利用高速数字化仪进行全波形采集,再配合算法软件处理的一种软硬件联合采集方法。对于其中的软件光子计数算法,还提出了一种脉冲甄别电压阈... 详细信息

针对一些激光雷达系统中回波信号动态范围较大,难以对其进行强弱兼顾的高性能采集的问题,提出了利用高速数字化仪进行全波形采集,再配合算法软件处理的一种软硬件联合采集方法。对于其中的软件光子计数算法,还提出了一种脉冲甄别电压阈值的动态选择方法来提高计数准确度。为了对比验证方法的可行性,建立了光电探测采集的全链路器件仿真模型。基于一套优选器件的典型参数,仿真对比了全波形采集方法与现有方法的采集误差,验证了所提出的全波形采集方法及动态阈值选择算法的有效性与技术优势。该研究为高动态范围、微弱光信号的探测方法,提供了软硬件结合的新思路。

关键词：遥感与传感器激光雷达高速采集高动态范围光子计数

基于像素暗噪声估计的EBAPS图像自适应小波阈值降噪

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光学学报 2024年第16期44卷 76-87页

作者：刘璇李炳臻李力金伟其程宏昌北京理工大学光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 微光夜视技术重点实验室陕西西安710065

电子轰击有源像素传感器(EBAPS)是一种真空-固体混合的高性能微光视频成像器件,国产EBAPS尚处于研究初期,其成像环节会引入各种噪声,而经典常见的降噪算法大多针对高斯噪声,且需要已知噪声方差水平,因此需要研究特定的图像降噪算法。首... 详细信息

电子轰击有源像素传感器(EBAPS)是一种真空-固体混合的高性能微光视频成像器件,国产EBAPS尚处于研究初期,其成像环节会引入各种噪声,而经典常见的降噪算法大多针对高斯噪声,且需要已知噪声方差水平,因此需要研究特定的图像降噪算法。首先,分析EBAPS的噪声特性,包含与信号强度无关的高斯噪声、随信号强度变化的泊松噪声,以及固定噪声。然后,利用EBAPS的暗像素结构特性,提出一种单帧图像的噪声强度估计方法。最后,根据估计出的噪声强度对传统的小波阈值降噪进行改进,根据单帧图像的噪声强度分布提出一种自适应可变阈值。实验结果表明,所提出的方法有效降低了EBAPS图像的随机噪声。

关键词：图像处理 EBAPS 像素暗噪声自适应小波阈值噪声强度估计图像降噪

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日盲紫外拉曼光谱检测及其处理算法研究进展

激光与光电子学进展 2024年

作者：郭一新王维林金伟其何玉青郭宗昱裘溯北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室

拉曼光谱学是一种基于激光与物质相互作用的非弹性光散射无损光谱探测方法，可用于现代战场、工业生产、社会安全和危险品或违禁品的检测。日盲紫外拉曼光谱相比可见光和近红外拉曼光谱，具有受环境干扰小、散射强度高、人眼安全性、可... 详细信息

拉曼光谱学是一种基于激光与物质相互作用的非弹性光散射无损光谱探测方法，可用于现代战场、工业生产、社会安全和危险品或违禁品的检测。日盲紫外拉曼光谱相比可见光和近红外拉曼光谱，具有受环境干扰小、散射强度高、人眼安全性、可用于检测爆炸性材料等优点，能够实现自然环境下的样品遥测。目前日盲紫外拉曼光谱检测面临几个直接影响定性与定量的分析问题：1）在相同的光谱分辨率下，相较于可见和红外，紫外拉曼光谱的拉曼位移分辨率（波数分辨率）较低；2）因紫外玻璃和镀膜材料成本和材质限制，难以形成大口径和高透射率的光学镜头，尤其在遥测的场景下，紫外拉曼光谱信号易出现较大的噪声；3）紫外荧光共振比其他波段荧光共振强烈，拉曼光谱易受强荧光影响。故需通过滤除噪声和基线的光谱处理方法，提高拉曼光谱的表征能力。文中在分析自然环境下日盲紫外拉曼光谱检测技术原理上，归纳分析了国内外日盲紫外拉曼光谱降噪和基线校正算法研究的进展和现状，分析了在反恐、禁毒和食品安全等领域的需求，以及在自然环境下日盲紫外拉曼光谱处理技术的发展趋势。

关键词：日盲紫外拉曼光谱降噪基线校正遥测