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全局采样空间注意力机制及其在图像分类与小目标检测识别中的应用

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激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 404-415页

作者：卢镜宇张海洋王文鑫赵长明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信息光子技术工业和信息化部重点实验室

注意力机制的出现和应用在一定程度上改善了神经网络对全局信息应用不足的缺陷，但常见的注意力机制模块也同样存在感受野小无法关注全局信息的问题，而某些全局注意力机制模块则计算成本过高。为此，提出一种基于卷积、池化、对比方法... 详细信息

注意力机制的出现和应用在一定程度上改善了神经网络对全局信息应用不足的缺陷，但常见的注意力机制模块也同样存在感受野小无法关注全局信息的问题，而某些全局注意力机制模块则计算成本过高。为此，提出一种基于卷积、池化、对比方法的轻量化注意力模块，即全局采样空间注意力模块。对于深度网络推理过程中部分模块输出的中间特征图，该注意力模块通过对比差值的形式获取所需要的空间注意力图。全局采样空间注意力模块是一种轻量化的通用模块，能够直接置入卷积神经网络中，增加的成本几乎可以忽略不计，并且其能够与网络一同进行端到端训练。主要在随机抽取的部分ImageNet-1K数据集和团队自制的“低慢小”无人机数据集中对模块进行了验证。实验结果显示，相比其他模块，所提模块在图像分类和小目标检测识别任务中具备1百分点～3百分点的性能提升效果，证明了所提模块的性能与其在小目标检测方面的适用性。

关键词：注意力机制全局采样轻量化图像分类小目标探测

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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

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海洋辅助源宽频大地电磁方法

石油地球物理勘探 2024年第1期59卷 160-168页

作者：袁慧何展翔赵云生张朔宁喻国吴梦影南方科技大学地球与空间科学系广东深圳518055 广东省地球物理高精度成像技术重点实验室广东深圳518055

受空气波影响,目前常用的海洋可控源电磁探测方法在浅水区几乎是探测盲区;由于海水的吸收衰减作用,大地电磁测深信号的高频成分在水域几乎衰减殆尽。因此,这两种方法在探测深度方面均存在不足之处。针对这一问题,提出海洋辅助源宽频大... 详细信息

受空气波影响,目前常用的海洋可控源电磁探测方法在浅水区几乎是探测盲区;由于海水的吸收衰减作用,大地电磁测深信号的高频成分在水域几乎衰减殆尽。因此,这两种方法在探测深度方面均存在不足之处。针对这一问题,提出海洋辅助源宽频大地电磁方法,将可控源音频大地电磁法应用于海洋资源勘探,开展混场源电磁数据采集,即在水面布设激发场源,在海底远区布设采集站接收电磁信号,可获得海洋可控源音频大地电磁信号。对这两组数据进行拼接处理,可实现海域宽频大地电磁探测。建立空气—海水—海底三层地电模型,计算水面激发—海底接收方式下的电磁场分量,分析了不同储层模型的宽频大地电磁视电阻率曲线特征,探讨了海洋可控源音频大地电磁分量的适应性及可行性。本项研究为海洋资源勘探与深部地球科学研究提供了有效的电磁探测方法。

关键词：海洋辅助源宽频大地电磁适应性全深度探测三维模拟

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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

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

基于微流控技术的磁流体对外加磁场及温度的太赫兹特性研究

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1532-1536页

作者：梁冉张欣睿丁晨鑫苏波张存林首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室太赫兹波谱与成像北京市重点实验室北京成像理论与技术高精尖创新中心北京100048

磁流体是将超微磁性粒子均匀地分布在载基液中,形成的胶态液体磁性材料,它打破了传统固体磁性材料的形态,是一种同时具有固体磁性和液体流动性的新型材料,具有非常广泛的应用前景。目前磁流体已经被应用于医学领域,已有研究表明,磁流体... 详细信息

磁流体是将超微磁性粒子均匀地分布在载基液中,形成的胶态液体磁性材料,它打破了传统固体磁性材料的形态,是一种同时具有固体磁性和液体流动性的新型材料,具有非常广泛的应用前景。目前磁流体已经被应用于医学领域,已有研究表明,磁流体可被用于癌细胞的治疗、细胞的分离以及靶向给药等;另外,磁流体还可以应用于密封、润滑等方面。太赫兹波是指频率范围在0.1~10 THz,波长范围在30~3000μm的电磁辐射。由于许多生物分子的振动和转动模式均处于太赫兹波频段,并且太赫兹波的能量较低,不会破坏被测物品,所以太赫兹波可用于无损检测,是一种安全可靠的测量方法。微流控技术可用于对极少量液体样品的测量,具有操作简单、检测速度快、节约被测样品等优点。该研究将太赫兹技术与微流控芯片技术相结合,通过改变外加磁场的时间和温度,研究了磁流体的太赫兹时域谱和频域谱的变化情况,发现在外加不同时间的磁场强度时,随着时间的增加,磁流体的太赫兹时域谱图右移,频域谱图强度下降;外加不同温度时,随着温度的增加,同样出现时域谱图右移,透射强度降低的现象。初步认为磁流体中的磁性粒子在外加磁场下聚集定向排列,随着时间的延长,近似认为纳米粒子团簇半径增大,使得太赫兹波不易透过从而使其强度变低;在温度升高时,分子热运动加剧,分子振动和转动加强,使得太赫兹波不易透过进而强度变低。由于利用太赫兹研究磁流体特性方面的相关报道较少,该研究为探究磁流体提供了新的方法;对外加磁场下的磁流体太赫兹特性的研究可在医学领域的广泛应用,为太赫兹技术在生物医学方面提供了新的途径,为磁流体的深入应用和研究提供了技术支持。

关键词：太赫兹磁流体微流控芯片磁场

基于第一性原理研究杂质补偿对硅光电性能的影响

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物理学报 2024年第11期73卷 263-272页

作者：王秀宇王涛崔雨昂吴溪广润王洋天津大学微电子学院天津市成像与传感微电子技术重点实验室天津300072

通过磷(P)和硼(B)共掺杂在硅禁带中构建了P^(+)/B^(-)局域态能级,形成了具有杂质补偿结构的硅.采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理研究了杂质补偿硅(n/p-Sic)的电子态密度、介电函数和折射率等光电性能.态密度研究表明,相同浓度P和... 详细信息

通过磷(P)和硼(B)共掺杂在硅禁带中构建了P^(+)/B^(-)局域态能级,形成了具有杂质补偿结构的硅.采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理研究了杂质补偿硅(n/p-Sic)的电子态密度、介电函数和折射率等光电性能.态密度研究表明,相同浓度P和B掺杂(12.5%)的n-Si和p-Si被完全杂质补偿后,费米能级位于两相邻态密度峰构成的谷底,且态密度不为零.在介电函数和折射率研究中,发现n-Sic在掺杂比例C_(B)/C_(P0)=0.25时,在低能区具有最大的介电函数和最大折射率.此外,对比本征硅及其掺杂物的介电常数实部(Re),发现如下规律:在E> 4 eV的高能区,本征Si,n/p-Si和p-Sic的Re为负值;而在0.64

关键词：第一性原理态密度杂质补偿硅光学性质

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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