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卷积神经网络结合改进光谱处理方法用于马铃薯病害检测

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 215-224页

作者：李欣庭张峰冯洁云南师范大学物理与电子信息学院云南昆明650500

针对马铃薯早疫病不同染病时期光谱数据受到杂散光和噪声等因素的干扰,以及波段数众多、数据量大且谱带复杂会对光谱的定量和定性分析产生不利影响,研究9种光谱预处理方法,结合实验结果,将预处理方法进行排列组合,扩展改进为16种光谱预... 详细信息

针对马铃薯早疫病不同染病时期光谱数据受到杂散光和噪声等因素的干扰,以及波段数众多、数据量大且谱带复杂会对光谱的定量和定性分析产生不利影响,研究9种光谱预处理方法,结合实验结果,将预处理方法进行排列组合,扩展改进为16种光谱预处理方法,并与连续投影算法、竞争自适应重加权算法和遗传算法3种特征波段提取方法进行组合得到64种光谱处理方法对原始光谱数据进行优化处理。在卷积神经网络(CNN)分类模型中,大部分经过光谱处理方法优化后的光谱数据分类精度相比原始数据的总体分类精度86.67%明显提高,其中12种光谱处理方法的分类精度达到100%,实现对马铃薯早疫病不同染病时期的理想分类。为进一步对马铃薯早疫病不同染病时期进行定量分析,将经过光谱处理方法处理后的光谱数据使用构建的CNN定量估算模型进行定量分析,结果表明,光谱预处理在优化数据的同时,也会损失数据中对目标变量有用的光谱信息,从而导致经过光谱分析方法处理后的数据结果相对于原始光谱数据的R^(2)和RMSE会出现下降的结果,通过研究使用的融合光谱处理方法对原始光谱数据优化能够进一步提升模型性能,其中基于均值中心化、多元散射校正、移动平均平滑相结合的光谱处理方法的CNN定量估算模型取得了最好的结果,其R^(2)为1说明估算的马铃薯早疫病不同染病时期和实际值拟合程度达到100%拟合,其RMSE仅为0.001 1,表明马铃薯早疫病不同染病时期的估算值与真实值之间的偏差接近0,说明该模型能够对马铃薯早疫病不同染病时期进行完美预测。结果表明提出的CNN能够对马铃薯早疫病不同染病时期进行有效地分类检测和定量分析,将各类预处理和特征波段提取方法按优化目的进行有效组合能够有效提高建模效果,为农作物病害无损、精准、智能化检测提供理论和技术支持。

关键词：卷积神经网络光谱预处理特征波段提取马铃薯早疫病

F+CHD_(3)→HF+CD_(3)反应C—H伸缩振动激发的量子动力学研究

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物理学报 2024年第9期73卷 271-278页

作者：周勇安徽师范大学物理与电子信息学院芜湖241000

对多原子化学反应进行精确的理论模拟研究,是当前量子动力学领域的重要挑战之一.本文运用七维的量子含时波包方法,对反应物振动基态和C—H伸缩振动第一激发态的F+CHD_(3)反应进行动力学研究.分析了不同振动态条件下的反应概率,发现当碰... 详细信息

对多原子化学反应进行精确的理论模拟研究,是当前量子动力学领域的重要挑战之一.本文运用七维的量子含时波包方法,对反应物振动基态和C—H伸缩振动第一激发态的F+CHD_(3)反应进行动力学研究.分析了不同振动态条件下的反应概率,发现当碰撞能低于0.06 eV时反应概率曲线均表现出许多剧烈的振荡峰,支持实验上所推测的动力学共振现象.当碰撞能介于0.06—0.3 eV之间时,振动激发态反应中HF产物通道的反应概率低于振动基态反应,与实验观测结果一致.模拟发现:相比于振动基态的情况,低能碰撞时C—H伸缩振动激发态反应的非含时波函数在过渡态区域更倾向于靠近D原子一侧,并将这一现象归结为振动激发态势能面在大碰撞角区域更显著的能量优势,解释了伸缩振动激发对HF产物通道的抑制作用.本研究为实验结果的解释提供了重要的理论支持,有助于更深入地理解多原子反应中振动模式激发对动力学过程的影响.

关键词：振动激发反应概率共振现象抑制效应

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基于点阵离焦估计的三维成像方法

激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 90-100页

作者：陈豪李宏宁赵海高雅孺杨鑫云南师范大学物理与电子信息学院云南昆明650500

传统基于调制度测量的三维成像方法需要同步控制正弦条纹的移动和焦距的变化,该方法拍摄数量较多、结构和控制较为复杂。在调制度测量轮廓术基础上提出一种基于点阵离焦估计的三维成像方法。所提方法投影逐步变焦的点阵图样,通过被测表... 详细信息

传统基于调制度测量的三维成像方法需要同步控制正弦条纹的移动和焦距的变化,该方法拍摄数量较多、结构和控制较为复杂。在调制度测量轮廓术基础上提出一种基于点阵离焦估计的三维成像方法。所提方法投影逐步变焦的点阵图样,通过被测表面亮度序列的改变提取调制信息,并建立调制序列最大位置与深度的对应关系,从而提取三维信息。详细分析其理论过程,并搭建相应实验平台进行验证。实验结果表明,所提方法能较为准确地恢复物体高度,相比传统方法,结构更简单,控制更方便。

关键词：点阵投影离焦三维测量光学测量调制度

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单层蓝磷带电点缺陷的结构稳定性及电子性质

物理学报 2024年第13期73卷 269-276页

作者：马荣荣马晨蕊葛梅郭世祺张均锋山西师范大学物理与信息工程学院太原030031 海南师范大学物理与电子工程学院海口571158

作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,... 详细信息

作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,讨论了蓝磷SW(Stone Wales)缺陷、单空位(SV)缺陷、两种双空位缺陷(DV-1和DV-2)以及两种替位缺陷(OP和CP)的带电性质.利用带电缺陷体系能量依赖于晶胞尺寸的渐进表达式进行外推的方法,修正了蓝磷带电缺陷体系的形成能.研究结果表明,在所讨论的缺陷中,富O条件下OP具有最低的形成能,最稳定;而SV的离化能最小,最容易电离.引入的缺陷态会对蓝磷的禁带宽度产生影响.缺陷带电过程中,缺陷态位置变化导致绝大部分缺陷转变为深能级缺陷.本研究结果对缺陷工程在二维材料上的应用提供了一定的理论指导.

关键词：第一性原理计算蓝磷带电缺陷离化能

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基于MPC-PIO的无人飞行器集群编队重构控制

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北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1541-1550页

作者：廖剑高向阳闫实周绍磊王东来康宇航赣南师范大学物理与电子信息学院赣州341000 中国科学院深圳先进技术研究院深圳518055 海军航空大学航空基础学院烟台264001 北海舰队青岛266000

针对存在各种障碍条件下的战场环境,为实现无人飞行器集群安全避障并进行快速精确打击,集群必须具备自主队形重构的能力。因此,建立了无人飞行器运动模型与领航跟随集群编队控制结构,并提出基于模型预测控制(MPC)框架的无人飞行器集群... 详细信息

针对存在各种障碍条件下的战场环境,为实现无人飞行器集群安全避障并进行快速精确打击,集群必须具备自主队形重构的能力。因此,建立了无人飞行器运动模型与领航跟随集群编队控制结构,并提出基于模型预测控制(MPC)框架的无人飞行器集群编队重构控制代价函数、避障代价函数及避碰代价函数,进一步运用鸽群优化(PIO)算法对重构问题进行优化求解。基于数值对比仿真实验结果,所提算法在集群编队跟踪误差和寻优速度方面表现出色。结果表明:所提算法能实现集群自主重构,并提高MPC方法的效率。

关键词：无人飞行器集群编队重构控制模型预测控制鸽群优化避障

闭合回路相干增益原子系统中完美非互易反射光放大

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物理学报 2024年第12期73卷 322-329页

作者：李观荣郑怡婷徐琼怡裴笑山耿玥严冬杨红海南师范大学物理与电子工程学院海口571158

高性能非互易光子器件能够有效地提升光量子操控、信息处理以及量子模拟的效率.放大的光信号可以增强并隔离量子系统输出的微弱信号,避免敏感量子系统受反向散射噪声等影响,是高性能光子器件的核心技术.在我们先前的工作(2023 *** 31382... 详细信息

高性能非互易光子器件能够有效地提升光量子操控、信息处理以及量子模拟的效率.放大的光信号可以增强并隔离量子系统输出的微弱信号,避免敏感量子系统受反向散射噪声等影响,是高性能光子器件的核心技术.在我们先前的工作(2023 *** 3138228)中,基于四波混频增益并利用耦合场强度随位置线性变化实现了单向反射光放大的动力学调控.本文巧妙地设计了简单的三能级闭合回路相干增益原子系统,创新性地设置耦合场强度随位置阶梯型变化来破坏极化率空间对称性实现了完美非互易反射光放大.相比之下,耦合场强度阶梯型变化在实验上更容易调节,大大地降低了实验难度.特别地,该系统引入了相位调制.通过改变相位能够切换探测光增益和吸收的频率域,对反射光放大的调节更具灵活性.

关键词：完美非互易反射光放大相对相位

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基于离焦度解包裹的结构光三维测量方法

光学技术 2024年第2期50卷 209-214,234页

作者：陈豪李宏宁赵海杨鑫高雅孺云南师范大学物理与电子信息学院云南昆明650500

基于结构光相位解包裹三维测量方法由于其精度较高而有广泛应用,但由于相位在超出2π时会被折叠,导致传统的结构光三维重建时需要相位解包裹。相位测量轮廓术在不连续深度处的解包裹相位较为复杂。当被测物体表面存在较大的深度差或者... 详细信息

基于结构光相位解包裹三维测量方法由于其精度较高而有广泛应用,但由于相位在超出2π时会被折叠,导致传统的结构光三维重建时需要相位解包裹。相位测量轮廓术在不连续深度处的解包裹相位较为复杂。当被测物体表面存在较大的深度差或者是测量多个平面时,由于包裹相位范围为[0,2π],在不连续处计算的相位差中存在折叠了多个2π的问题,导致解包裹失效。相位测量轮廓术在此时无准确表达物体位置信息。针对此问题,提出了一种基于离焦度解包裹的结构光三维测量方法,采用24步相移法获取包裹相位,通过时间散焦分析法确定包裹相位2π的个数来辅助进行解包裹计算。搭建了相应平台进行了实验,对所提方法进行验证。实验表明,方法较好的解决了相位测量轮廓术在深度落差较大时不能准确表达物体位置的问题,该方法可以用于获得深度落差较大场景的深度信息以及细节信息。

关键词：相位测量轮廓术时间散焦分析法三维信息测量相位解包裹

F+CHD→HF+CD反应C-H伸缩振动激发的量子动力学研究

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物理学报 2024年

作者：周勇安徽师范大学物理与电子信息学院

对多原子化学反应进行精确的理论模拟研究，是当前量子动力学领域的重要挑战之一. 本文运用七维的量子含时波包方法，对反应物振动基态和C-H伸缩振动第一激发态的F+CHD3反应进行了动力学研究. 文章分析了不同振动态条件下的反应几率，... 详细信息

对多原子化学反应进行精确的理论模拟研究，是当前量子动力学领域的重要挑战之一. 本文运用七维的量子含时波包方法，对反应物振动基态和C-H伸缩振动第一激发态的F+CHD3反应进行了动力学研究. 文章分析了不同振动态条件下的反应几率，发现当碰撞能低于0.06 eV时反应几率曲线均表现出许多剧烈的振荡峰，支持实验上所推测的动力学共振现象. 当碰撞能介于0.06至0.3 eV之间时，振动激发态反应中HF产物通道的反应几率低于振动基态反应，与实验观测结果一致. 模拟发现：相比于振动基态的情况，低能碰撞时C-H伸缩振动激发态反应的非含时波函数在过渡态区域更倾向于靠近D原子一侧，并将这一现象归结为振动激发态势能面在大碰撞角区域更显著的能量优势，解释了伸缩振动激发对HF产物通道的抑制作用. 本研究为实验结果的解释提供了重要的理论支持，有助于更深入的理解多原子反应中振动模式激发对动力学过程的影响.

关键词：振动激发反应几率共振现象抑制效应

深度学习视域下以创意教具赋能科学教育——以“安培力定量探究演示仪”为例

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物理教学 2024年第8期46卷 28-34,21页

作者：关菲彭朝阳云南师范大学物理与电子信息学院云南650500

深度学习是践行科学教育的理论基础和实际载体。文章在深度学习视域下挖掘创意教具的多重属性,剖析创意教具与科学课堂的交互性,探索创意教具对传统物理实验的创新性,从而为我国科学教育的发展与改革提供有效思路。

关键词：科学教育深度学习创意教具物理实验