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期刊基本信息
红外与激光工程
(月刊,创刊于1972年)
主管单位:
中国航天科工集团有限公司
主办单位:
天津津航技术物理研究所
中国光学工程学会
主编:吕跃广
主要栏目
   » 红外技术及应用
   » 激光及光电子技术
   » 光学探测与成像技术
   » 光学系统设计
   » 精密光学加工
   » 微納光学
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2013, 42 (10)   出版日期:2013-10-25
  本期栏目:激光与光电子技术 先进光学 先进光学成像技术 信息处理 红外技术及应用 光电测量 光通信与光传感 
红外技术及应用

回元导引头跟踪收敛性研究

王恩德, 朱枫, 肖阳辉, 王小春, 邹勇, 张弛
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2599-2602.
全文: HTML (1 KB)  PDF (186 KB)  ( 85 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
位标器的跟踪性能由跟踪信号驱动形成的周期平均力决定,跟踪收敛性是位标器跟踪性能的重要体现。应用级数理论分析了位标器的跟踪收敛特性,得出了位标器的跟踪收敛性受到位标器跟踪系数k和跟踪相位误差Δθ影响的结论。并通过计算给出了位标器跟踪的收敛条件和收敛步长,即随着跟踪系数k与1 的偏差Δk及跟踪相位误差Δθ增大,跟踪收敛步长也会相应增大。这些结论会给位标器跟踪算法的设计提供重要的理论支撑。

红外成像对抗中导引头伺服系统建模与分析

李慧
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2603-2607.
全文: HTML (1 KB)  PDF (337 KB)  ( 167 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
红外成像制导武器对抗是光电对抗的重点领域。在红外成像制导对抗数字图像注入式闭环半实物仿真试验时,由于红外导引头传感器被图像生成和图像注入计算机取代不参与工作,需要建立准确的导引头伺服控制系统的传递函数模型,进行仿真实验和实际工作两种情况下导引头控制回路性能的等效性分析。基于此,结合某型红外成像导引头的结构组成特点,将导引头划分为七个不同的功能模块,提出了导引头伺服控制系统建模的总体设计方法。采用机理建模和实验测试结合的方法建立了该型导引头完整的伺服系统模型,导引头在幅值5°,频率2 Hz 弹体正弦扰动下的光轴能够保持稳定,经过测试,导引头实际输出弹目视线角和角速率能够高精度稳定跟踪真实的弹目视线角和角速率,结果验证了伺服控制系统数学模型的准确性。研究成果为同类设备伺服系统的建模和红外成像制导武器对抗图像注入式闭环仿真测试实验提供了方法和模型支持。

全捷联导引头隔离度对制导稳定性的影响

王嘉鑫, 林德福, 祁载康, 吕瑛洁
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2608-2613.
全文: HTML (1 KB)  PDF (443 KB)  ( 155 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
针对采用全捷联导引头的末制导问题,分析了产生隔离度的主要原因,建立了包含寄生回路的比例导引系统模型,基于时变系统的Lyapunov 稳定性理论提出了制导系统的一致渐进稳定性,并利用无源性方法分析了制导系统的一致渐进稳定条件,研究了隔离度对比例导引制导稳定性的影响。结果表明,制导系统的一致渐进稳定条件比寄生回路更加严格,而不完全解耦后残余的隔离度具有不确定性,其正反馈更易导致比例导引系统提前失稳并造成较大脱靶量。

红外成像导引头闭环注入式仿真试验可行性分析

王敏, 邹前进, 王彦斌, 黄成功, 李慧
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2614-2619.
全文: HTML (1 KB)  PDF (468 KB)  ( 137 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
针对红外成像导引头复杂战场环境适应性测试,提出了一种采用数字图像注入式的闭环半实物仿真试验方法,并分析了闭环注入式仿真试验系统的组成及工作原理。由于仿真测试时红外成像导引头的传感器被图像仿真计算机和图像注入接口设备取代,导致数字图像生成及脱靶量计算环节存在延迟和误差,使伺服控制系统的性能与实际工作情况可能不一致,从而影响仿真试验结果精度和置信度,因此,在建立导引头伺服控制系统模型的基础上,研究了仿真时间延迟、脱靶量误差对伺服控制系统的影响。研究结果表明:由于脱靶量误差对跟踪精度的影响仅为1.33%,如果将时间延迟控制在56.5 ms之内,开展闭环注入式仿真试验是可行的,该结果可为下一步开展红外成像导引头闭环注入式仿真试验提供理论支持。

双边滤波直方图均衡的非均匀性校正算法

贺明, 王亚弟, 贺菁, 陈向军, 路建方, 寇广, 沈鹏
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2620-2624.
全文: HTML (1 KB)  PDF (452 KB)  ( 239 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
针对传统的红外焦平面自适应校正算法存在的目标退化和收敛时间较长等问题,提出了一种融合双边滤波机制的直方图均衡红外焦平面非均匀性自适应校正方法。研究了红外焦平面响应特性,建立红外焦平面阵列响应的统计模型,根据模型首先计算单个像元的时域统计直方图,接着融合双边滤波机制求取邻域像元时域直方图的均值,最后利用该均值直方图均衡完成非均匀性校正。实际应用证明,该算法具有校正精度高、收敛速度快、抑止目标退化能力强的优点。

滚仰式平台标准口字形搜索的四元数法实现

王军平, 詹训慧
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2625-2629.
全文: HTML (1 KB)  PDF (548 KB)  ( 113 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
按照标准图像搜索是红外导引平台的重要功能之一,能够弥补小视场,提高导引头截获目标能力。对于滚仰式两轴平台,分析了采用两轴依次扫描实现标准图像搜索方法所引起的图形畸变。利用四元数递推求解球面直线约束方程,提出了一种分段搜索实现方法,实现了标准口字型的搜索图形;该分段实现方法实现约束少,计算量少,高效解决了分段逼近搜索的求解问题。使用MATLAB 搭建了虚拟仿真模型验证了分段搜索方法的有效性;该方法不仅可以实现前半球视场任意位置标准口字形搜索,并可推广至相类似导引头中实现任意形状的搜索图形。

红外四谱段测温辐射计的电子学设计与实现

易波, 张建, 屈恩世, 谢庆胜, 冷寒冰, 刘伟, 武登山, 雷杨杰, 王泽峰
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2630-2635.
全文: HTML (1 KB)  PDF (586 KB)  ( 148 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
为了给卫星上的红外辐射计做地面定标检测而设计了一种能自动测量海水表面温度的四谱段红外辐射计。文中针对红外辐射计的电子学系统进行了详细的设计,通过分光调制分别对3.5~4μm,8~13 μm,10.3~11.3 μm,11.5~12.3 μm 4种波段的红外辐射进行采集和处理,利用双黑体标准辐射源实时自动校正系统参数和相应算法计算出当前海水表面的温度,并能在PC 机上实时显示温度和保存数据的一种红外辐射系统。另外,通过A/D 采样设计保证了系统采样分辨率0.1 K 的要求。最后,通过分析该辐射计在南海所获得的数据,得到该系统满足了测温精度依0.5 K的技术指标要求。

采用边界评价的红外视频运动目标时空域分割方法

闵超波, 张俊举, 常本康, 孙斌, 李英杰
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2636-2641.
全文: HTML (1 KB)  PDF (571 KB)  ( 137 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
为了在红外视频中准确分割运动目标,提出了一种基于边界评价的红外运动目标时空域分割的新方法。首先,利用运动目标在时域差分图像中的“空洞”效应,提取出最有意义运动目标种子点。重点是运动目标的空间分割,利用种子区域整体与局部的关系,在提取出的种子上进行区域生长,可以得到不同生长阈值下的运动目标分割掩膜。为确定最佳生长阈值,提出了一种无需先验知识的红外目标分割掩膜边界评价准则,并采用“分割-评价-再分割-再评价”的循环迭代模式,利用“由粗到精”的搜索方法,找出最佳的生长阈值,同时得到最佳的运动目标分割掩膜。实验证明,所提出的方法能在红外视频中准确分割出运动目标区域,效果良好,性能鲁棒。
激光与光电子技术

调制激光致载流子辐射中信号的频域特性

秦雷, 刘俊岩, 龚金龙, 宋鹏, 王扬
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2642-2645,2650.
全文: HTML (1 KB)  PDF (906 KB)  ( 123 )
摘要 ( 3 ) 引用本文
基于载流子辐射(PCR)检测太阳能电池的理论模型,对调制激光致载流子辐射检测中电路状态对频域信号的影响进行了数值仿真分析,得到不同外部电阻下的频域响应幅值曲线;使用所建立的检测实验系统对Si基太阳能电池片进行了检测,对不同电路状态下的幅值图与相位图进行了对比分析,对比不同电路状态下的辐射强度幅值,依据实验所得到的频域响应曲线,拟合计算了载流子的寿命参数。结果表明:PCR技术检测太阳能电池,电路状态为开路时辐射幅值最大,随着外部负载电阻的减小,辐射幅值逐渐较小,相位的变化并不明显,短路时的辐射幅值最小;各电路状态下的拟合寿命相近,载流子辐射检测太阳能电池技术中可以用开路状态的频域检测结果预测其他电路状态的频域响应结果和载流子参数拟合计算方法。

脉冲半导体激光束并合参数研究

吴健华, 樊桂花, 孙华燕, 郭惠超
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2646-2650.
全文: HTML (1 KB)  PDF (626 KB)  ( 128 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
采用光束并合的方法可以提高脉冲半导体激光器峰值功率以及远场光斑的均匀性,从而提高激光主动成像系统的作用距离,并实现系统的小型化。首先应用指数高斯光束传输模型推导了并合光束的远场能量分布,并采用Matlab 仿真软件对影响光束并合效果的各激光器间轴线夹角、各激光器延迟时间以及并合激光器的间距等参数进行研究,最后进行光束并合实验,获得了1.5 km 外目标的选通成像图像,对比了不同并合激光数目对成像性能的影响,验证了光束并合方法可以有效地改进成像质量。

机械振动辅助激光重熔Ni基合金TiC复合涂层微观组织研究

王传琦, 刘洪喜, 周荣, 蒋业华, 张晓伟
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2651-2657.
全文: HTML (1 KB)  PDF (673 KB)  ( 134 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
采用机械振动辅助激光重熔复合改性工艺在45 钢表面制备了NiCrBSi+TiC 复合涂层。运用扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X 射线衍射(XRD)等表征手段分析了涂层形貌、微观结构和相组成,并测试了复合涂层的显微硬度分布。结果表明:由于受到激光二次扫描和激振力综合作用的影响,基体相由树枝晶向胞状枝晶转变,增强相TiC 等硬质颗粒分布呈现出递增趋势,占选取视场内的面积分数提高约18.2%。Ti 元素扩散趋势减缓,细晶强化和弥散强化作用增强。机械振动激光重熔涂层近结合界面处显微硬度波动减缓,结合区横向显微硬度波动有效改善。

国产高功率光纤泵浦合束器特性研究

龚智群, 王小林, 曹涧秋, 郭少锋, 江厚满
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2658-2662.
全文: HTML (1 KB)  PDF (660 KB)  ( 492 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
在全光纤结构光纤激光器/放大器中,泵浦合束器的功率特性直接影响激光器/放大器最终输出功率。依据合束器的基本结构,分析了合束器的损耗来源,研究了不同情况下某系列国产合束器的功率和温度特性。指出了泵浦损耗、泵浦回光、环境温度以及泵光亮度等因素对合束器工作温度的影响。对某国产新型高功率合束器进行测试,测试结果表明,单臂可输入功率大于100W,有望支撑全国产千瓦量级高功率光纤激光器,相关研究结果为合束器的设计和热管理提供了参考。

高重频CO2激光对Hg0.826Cd0.174Te晶体的损伤

汤伟, 邵俊峰, 赵帅, 王挺峰, 郭劲
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2663-2668.
全文: HTML (1 KB)  PDF (716 KB)  ( 90 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
开展了HgCdTe 晶体的多脉冲热损伤问题的实验研究。采用形貌学方法对脉宽为300 ns 重复频率可调的CO2 激光器对Hg0.826Cd0.174Te 晶体的损伤阈值进行了实验测量,并建立了高重频脉冲CO2 激光辐照Hg0.826Cd0.174Te 晶体的三维热传导理论模型,分析了激光重复频率和辐照时间对晶体损伤特性的影响。研究表明:300 ns 的CO2 激光辐照时间大于10 s时,Hg0.826Cd0.174Te 晶体的损伤阈值不随辐照时间的增加而改变,其损伤阈值为1.421 4×103W/cm2;激光重频对晶体的损伤阈值的影响较小,损伤阈值主要取决于辐照激光的平均功率密度。SEM 损伤结果显示:晶体损伤为热熔损伤,表面未发现由热应力造成的裂缝。理论模型获得的损伤数据和温升规律支持实验结果。该研究可为高重频CO2 激光应用、激光防护等提供参考。

双曲正割脉冲在光纤中传输的非线性效应

陶世兴, 杨丽玲, 赵新才, 胡腾, 李建中, 彭其先
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2669-2671.
全文: HTML (1 KB)  PDF (649 KB)  ( 169 )
摘要 ( 26 ) 引用本文
高斯型脉冲在光纤中的传输已有解析解,而对于一些锁模激光器发射的双曲正割脉冲在光纤中的传输特性尚未有解析解。为了研究高功率双曲正割脉冲在单模光纤中的传输特性,文中借助于分步傅里叶方法分析了峰值功率5 000W的双曲正割脉冲在初始啁啾为1.7 rad/s,色散长度0.64 m,非线性长度1.53 m 时1 m 长的光纤中的脉冲演化过程。结果表明,其色散感应脉冲展宽的定性特征与高斯脉冲近似一致,但色散感应的频率啁啾沿脉冲不再是纯线性变化,若输入脉冲峰值功率过大,会引起频谱振荡。

激光损伤四象限探测器对制导武器的影响

梁巍巍, 殷瑞光, 李慧, 赵宏鹏, 张文攀
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2672-2676.
全文: HTML (1 KB)  PDF (673 KB)  ( 173 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
对激光损伤四象限探测器对制导武器的影响进行了研究。首先,简述了激光硬损伤光电探测器机理和四象限探测器目标探测定位原理;接着,建立四象限探测器模型,针对不同损伤情况,计算了归一化探测曲线和探测器偏移量;然后,将不同损伤情况下的角偏差信号送入激光制导炸弹运动控制模型,得到了不同四象限探测器损伤状态下激光制导炸弹弹道曲线;最后,分析了四象限探测器不同损伤距离下激光制导武器的脱靶量。研究表明,四象限探测器损伤程度和损伤距离都会对激光制导武器产生影响。该研究结果对大功率激光压制半主动激光制导武器效果评估有一定帮助。

距离选通水下成像中基于等水体后向散射光能量的目标搜索方法

葛卫龙, 华良洪, 张晓晖
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2677-2681.
全文: HTML (1 KB)  PDF (678 KB)  ( 93 )
摘要 ( 35 ) 引用本文
研究了距离选通水下成像系统中基于等水体后向散射光能量的目标搜索方法,建立了ICCD接收水体后向散射光能量计算模型,给出了单次成像时ICCD 接收水体后向散射光能量的计算公式。通过控制系统成像时的开门时刻和选通门宽,使得系统每次成像时接收到的水体后向散射光能量相等,确定了基于等水体后向散射光目标搜索方法的搜索策略,并给出了搜索策略的仿真计算结果。利用在某次成像中,目标存在会导致系统接收信号光能量增大的特点,给出了目标存在的判别准则,仿真计算结果验证了所提出的判别准则的正确性。

距离选通激光成像空间定位模糊C均值聚类分割法

曹忆南, 王新伟, 周燕
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2682-2686,2696.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1101 KB)  ( 165 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
针对距离选通激光成像对比度低、照度不均、图像模糊的特点,提出了一种基于空间定位的模糊C均值聚类方法(SPFCM)对目标进行分割。传统的模糊C均值聚类法存在以下缺点:一是需要预先获得目标分类数量,自适应性较差;二是对空间信息不敏感,导致目标轮廓不完整以及错误分类。针对上述缺陷,文中对传统算法进行了改进,引入了初定位的概念,首先利用最大类间方差法(Otsu 法)和数学形态学工具对子目标进行初步定位,再将其形心方位信息和灰度信息融合到聚类过程中,以较短的迭代过程实现不同目标的归类。实验结果证明基于空间定位的模糊C均值聚类法可以完整、有效地对距离选通激光图像进行提取分割,处理时间优于传统FCM。

地面对卫星瞄准精度受大气湍流的影响分析

王彦斌, 刘永志, 黄成功, 李华, 姚梅, 亓凤杰, 王敏, 邹前进
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2687-2691.
全文: HTML (1 KB)  PDF (708 KB)  ( 149 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
分析了地面对卫星激光瞄准精度受大气湍流效应的影响。首先,提出了大气湍流作用下地面对卫星激光瞄准精度的概念。其次,采用多层相位屏的数值方法求解激光大气传输满足的抛物型方程,仿真研究了不同发射参数下地面对卫星的激光瞄准精度,结果表明:地面对卫星的激光瞄准精度与激光束的发射口径成正比,发射口径越大,瞄准精度越高;而与激光束的发散角成反比,光束发散角越大,瞄准精度越低。最后,比较研究了不同瞄准精度下到达卫星入瞳处的功率以及功率密度。研究成果可为开展地面对抗卫星的试验提供理论依据和数据参考。

随机取向内外混合凝聚粒子辐射特性

类成新, 吴振森, 冯东太
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2692-2696.
全文: HTML (1 KB)  PDF (757 KB)  ( 157 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
采用离散偶极子近似方法对随机取向混合凝聚粒子在内外混合状态下的光学截面、单次散射反照率以及非对称因子等辐射特性参量进行了数值计算,详细讨论了混合方式、混合比等因素对混合凝聚粒子辐射特性的影响。研究表明,混合凝聚粒子的混合方式对非对称因子的影响非常大,对散射截面和单次散射反照率的影响比较大,但是对吸收和消光截面的影响不明显。随着凝聚粒子中基本粒子粒径和数量的增大,非对称因子、散射截面以及单次散射反照率受混合方式的影响变得愈加明显。此外,混合比的变化对不同混合状态下的凝聚粒子的辐射特性参量均存在不同程度的影响,并且此影响随着基本粒子粒径和数量的变化而显著变化。混合比相同情况下,所有外混合凝聚粒子的散射截面均大于内混合凝聚粒子的散射截面,而单次散射反照率却相应减小。

新型高重复频率脉冲CO2 激光器

郑义军, 谭荣清, 王东雷, 张阔海, 黄文武, 刘世明, 李能文, 孙科, 卢远添, 刁伟伦
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2697-2701.
全文: HTML (1 KB)  PDF (742 KB)  ( 167 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
报道了一种新型高重复频率的脉冲CO2激光器。该型激光器结构紧凑,激光器外型尺寸为300 mm×300 mm×300 mm,工作气体放电增益体积为12×103mm3,谐振腔的长度为310 mm。为了获得大体积均匀稳定的气体放电,激光器采用了紫外电晕预电离方式。在激光器自由运转时,单脉冲激光的输出能量达到15 mJ,输出脉冲的半高全宽为70 ns。激光器采用紧凑型高速涡轮增压风机,在一个大气压的条件下,气流循环速度超过100 m/s,激光脉冲重复频率为1.5 kHz,采用大体积强迫冷却和气体主动置换技术,可以获得较长时间激光稳定输出。在已有的实验基础上,采用光栅调谐,可快速准确地实现高重复频率脉冲CO2激光器的谱线选支输出。

红外/毫米波复合末端制导弹药作战效能仿真评估

黄成功, 吴军辉, 陈前荣, 郭豪, 许振领, 李英华
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2702-2706.
全文: HTML (1 KB)  PDF (766 KB)  ( 128 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
以末敏弹药为代表的红外/毫米波复合末端制导弹药在战场上被广泛应用;受诸多条件限制,很难通过实弹射击方式进行末敏弹药攻击装甲集群的效能评估;采用数学仿真试验手段,根据末敏弹作战过程的各个阶段建立了末敏弹弹道模型、稳态扫描模型、目标识别模型以及坦克队形、运动模型,构建按照作战编成进攻的作战态势,进行末敏弹药对坦克目标命中概率的计算,评估红外/毫米波复合制导末敏弹药作战效能;仿真结果表明,末敏弹药是坦克部队的严重威胁。
先进光学成像技术

基于ISOMAP的高光谱遥感数据的降维与分类

丁玲, 唐娉, 李宏益
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2707-2711.
全文: HTML (1 KB)  PDF (831 KB)  ( 267 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
为挖掘高光谱遥感数据内在的非线性结构特性,采用全局化流形学习算法等距特征映射(ISOMAP)对高光谱遥感数据进行非线性降维,并取得了优于常用的最小噪声分离(MNF)变换方法的结果,具有更好的数据压缩性能。将光谱角相似性度量方法用于ISOMAP 算法,取得良好的降维效果。通过把ISOMAP 降维算法和k-最邻近分类器相结合对降维后子空间特征进行分类,实验表明:ISOMAP 利用较少的特征维数获得比MNF 更高的分类精度,并达到较高稳定的分类精度,尤其对难以区分、光谱相似的两类别问题,ISOMAP 的特征维数能够有效的提高两类别的可分性。

Offner型成像光谱仪前置光学系统设计

闫兴涛, 杨建峰, 薛彬, 马小龙, 赵意意, 卜凡
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2712-2717.
全文: HTML (1 KB)  PDF (828 KB)  ( 186 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
针对Offner 型成像光谱仪结构特点,总结了其前置望远系统的选型及设计原则;介绍了一种大视场、长焦距、像方远心离轴三反光学系统的设计方法;利用该方法优化设计了一款焦距800 mm,视场达8.6°×0.148°,工作波段0.9~5 μm 的星载Offner 型成像光谱仪的前置望远光学系统。对其性能分析表明,在Nyquist 频率16.7 lp/mm 处,各谱段的调制传递函数值均在0.65 以上,接近衍射极限,完全满足成像质量要求。同时证明了该设计方法可行,所设计系统结构紧凑,较易加工,适于空间遥感用Offner 型成像光谱仪。

基于sc-NMF的高光谱图像融合

安振宇, 史振威
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2718-2723.
全文: HTML (1 KB)  PDF (800 KB)  ( 142 )
摘要 ( 19 ) 引用本文
将高光谱图像与全色图像融合,所得融合数据对于后续的其它高光谱图像处理非常有帮助。区别于传统方法,针对高光谱图像特点,引入了光谱约束项,改进并建立基于光谱约束的非负矩阵分解(spectral-constrained nonnegative matrix factorization,sc-NMF)。改进后,该模型首先在光谱约束前提下,对高光谱图像进行非负矩阵分解,对分解所得基底进行增强,再重建高光谱图像。这样,所得到的融合图像在空间细节和光谱保持性均有比较好的效果。最后,进行了仿真和实际数据的实验验证,通过主观和客观的评价结果,所改进的融合方法性能较好,比传统方法更适用于高光谱图像融合。
先进光学

用粒子群算法设计的5镜系统与ZEBASE中5镜系统比较

秦华, 王立刚, 张静华, 类成新, 韩克祯
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2724-2731.
全文: HTML (1 KB)  PDF (822 KB)  ( 139 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
将粒子群算法用于5片镜光学系统的设计优化中。由球差、像距、畸变、场曲、彗差和光线弥散值构成光学评价函数,用这个评价函数作为粒子群算法的适应度函数,优化设计了一结构简单的5 片镜系统,并把此5 片镜系统与ZEBASE 中5 片镜系统的球差、畸变、子午场曲、弧矢场曲、子午光线弥散值、弧矢光线弥散值、子午彗差、弧矢彗差进行了对比。对比结果显示,用粒子群算法设计的5片镜系统的球差、畸变、子午场曲、弧矢场曲、弧矢光线弥散值较小,ZEBASE 中五片镜系统的子午光线弥散值、子午彗差、弧矢彗差较小。设计实例表明,粒子群算法可以克服现有光学设计软件高度依赖具体初始结构的缺点,可以自由控制结构参数的搜索范围,从而提高光学系统设计的智能化程度。

基于谐衍射的共轴双波段红外光学系统设计

王孟军, 赵翠玲, 韩邦杰, 耿亚光, 马萄
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2732-2736.
全文: HTML (1 KB)  PDF (633 KB)  ( 240 )
摘要 ( 22 ) 引用本文
随着精确制导技术的快速发展,对两个波段的辐射同时进行探测已显得非常重要,对应的光学系统及其设计需求空前增长。文中根据谐衍射透镜的消色差、消热差特性,在各个较低衍射级次上的共焦以及极高衍射效率的特性,在现有金刚石切削加工能力的条件下应用CODEV 光学设计软件设计了适用于-45~+71℃的共轴双波段红外光学系统,该系统在全温度范围内无需调焦其调制传递函数全部接近衍射极限,光学系统无渐晕,并且达到100%冷光阑效率。该红外双波段光学系统结构紧凑、片数少、透射比高,对于提高导引头的探测精度、识别能力、打击精度有质的飞跃。

具有亚表面损伤层基底表面的激光减反膜设计

刘华松, 刘杰, 王利栓, 姜玉刚, 冷健, 季一勤
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2737-2741.
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摘要 ( 35 ) 引用本文
光学材料的亚表面损伤层(SSD)是激光光学领域内的研究热点之一。亚表面损伤层的存在将导致其表面薄膜特性发生变化,尤其是在高精度低损耗激光薄膜的设计与制造中亚表面损伤层必须给予考虑。文中研究了亚表面损伤层的物理特性,并借助于椭圆偏振仪测量基底表面的椭偏光谱,反演计算出SSD 的物理厚度和折射率梯度。通过计算得到了亚表面的深度和梯度对激光减反膜反射率光谱的影响,证明了亚表面深度对反射率的影响具有周期效应。在考虑亚表面损伤层的深度和梯度存在的基础上,对激光减反膜的设计进行了理论修正,数值实验结果证明通过膜系的修正可以实现633 nm 处的零反射。

高清晰大变倍比中波红外连续变焦光学系统设计

陈津津, 金宁, 周立钢, 贾星蕊
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2742-2747.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
随着红外热成像系统的不断发展,对红外光学系统也提出了更高的要求。为了满足红外探测器在军事方面的广泛应用,整机系统对高性能、大变倍的红外连续变焦光学系统的需求日益增强。针对高端中波制冷型640×512 凝视焦平面探测器,设计了结构紧凑、性能优良的高清晰大变倍比机械补偿连续变焦光学系统。该系统工作波段为3.7耀4.8μm,F 数为4,变倍比为35:1,变焦范围为15~550mm。该系统运用“平滑换根”理论,实现了超大变倍比的连续变焦光学系统设计,并且采用二次成像以及45°反射镜对光路进行U 型折叠,在实现了冷屏效率100%的同时有效控制了该系统的横向和径向尺寸。采用光学设计软件CODE V 进行了仿真计算和像质评价,并绘制了该系统的变焦曲线。设计结果表明,该连续变焦光学系统具有分辨率高、变倍比大、结构紧凑、在全焦距范围内成像质量优良并且变焦轨迹平滑等优点,能够与高性能中波红外探测器匹配用于高端红外热成像系统。

高速倾斜镜建模与传递函数辨识

时晶晶, 姚佰栋, 鲁加国
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2748-2752.
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摘要 ( 32 ) 引用本文
为了在光束稳定控制系统中更好地对高速倾斜镜(FSM)实现稳定、精确地控制,对于由超磁致伸缩材料(GMM)作为位移产生元件的高速倾斜镜,根据GMM 材料的特性和倾斜镜的运动机理,经推导建立了倾斜镜的传递函数模型,并结合实测的倾斜镜幅频和相频响应特性,在Matlab 软件中利用Levy 法对倾斜镜的传递函数进行了辨识,得到了精确的倾斜镜传递函数。与实测结果相比,在中低频段,幅度辨识误差在0.3 dB 以内,相位辨识误差在5°以内,结果表明:通过理论推导建立的倾斜镜模型是合理有效的,对于改善该倾斜镜在应用系统中的稳定性和精度提供了依据。

4mSiC主镜起吊装置结构设计与分析

孙敬伟, 吴小霞, 李剑锋, 吕天宇, 刘杰
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2753-2759.
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摘要 ( 16 ) 引用本文
根据4 mSiC 主镜的结构和材料特性,设计了带有12 个底支撑杆的主镜起吊装置。首先确定了起吊装置主体构成包括主体框架、底支撑组件、侧支撑、上压紧等组件。其次运用有限元建模、分析和优化的办法,重点进行了有关主体框架的设计、施力面积的优化以及设计尺寸的优化。分析出了安装存在的误差所导致的3 点支撑和主镜倾斜时镜子变形和应力情况,并提出了相应的解决方法。最终确定了起吊装置的最终方案,并按照设计和优化的结果,加工、安装和使用了起吊装置。分析结果和实际应用表明,起吊装置达到了设计要求,可以为类似的结构提供一定的指导。

LED数字投影机短焦投影物镜设计

张禹, 陈琛, 刘宵婵, 李维善, 王陆军
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2760-2764.
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摘要 ( 12 ) 引用本文
为实现LED 数字投影机短距离内投影出更大的画面,文中针对此类投影机的结构特点,通过理论计算和ZEMAX 光学设计软件的优化,开发设计一款适用于LED 光源0.7 in(1 in=2.54 cm)单芯片数字投影机的短焦投影物镜。给出工作波长为462~625 nm、全视场角为84°、相对孔径为1:2.4、焦距为10 mm、后工作距离大于20 mm 的镜头设计实例。镜头有较好的成像质量, 在分辨率极限40 lp/mm 处, 0.7 视场以内的MTF 值均大于0. 5,全视场畸变量的绝对值小于1.5%,像质优良。设计结果显示,文中提出的设计方法有利于降低投影系统成本,实现产业化生产。
光通信与光传感

无线光通信中的空时编码研究进展(四)

柯熙政, 谌娟, 陈丹
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2765-2771.
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摘要 ( 17 ) 引用本文
级联编码是一种提高系统纠错能力以逼近香农限的高效编码方式。当信道编码与空时编码结合使用时性能会大大提升,因此级联空时码研究成为空时编码研究的重要方向之一。笔者介绍了RS 码、LDPC 码与空时码的级联方案,以及在不同大气湍流条件下的误码率特性,并对其进行了仿真分析。结果表明:级联空时码可以极大地改善大气激光通信系统的性能,抑制大气湍流效应,有利于获得编码增益,进一步改善系统的误码性能。

改进分段Skew Tent 映射及其在扩频通信中应用

王保平, 李文康, 吴成茂, 张薇, 谢红梅
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2772-2777.
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摘要 ( 13 ) 引用本文
混沌序列用作扩频系统扩频码,具有码元丰富、保密性好等优点。针对传统Skew Tent 映射所产生随机序列的混沌特性较弱,特别是其随机性、相关性等指标较差等不足,将Skew Tent 映射进行分段对偶扩展获得一种改进分段Skew Tent 映射构造方法,并将其所产生的随机序列用于构造扩频通信系统的扩频码。通过扩频通信系统仿真测试验证了改进分段Skew Tent 映射相比Skew Tent 映射具有更加良好的混沌特性,以及所产生随机序列作为扩频系统地址码在降低系统的误码率方面有了较大的改善。改进分段Skew Tent 映射作为加密算法用于图像通信系统中,有效提高了图像信息的传输质量和安全性。混沌映射进行分段对偶扩展是一种行之有效的改进方法,混沌特性更好的迭代映射更利于扩频通信在军民领域的广泛应用。

非柯尔莫哥洛夫湍流对星光到达角起伏影响研究

都文和, 周志明, 刘道森, 蔡成江, 堵秀凤, 李锐, 张光宇, 杨玉强
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2778-2783.
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摘要 ( 17 ) 引用本文
基于A. S. Gurvich等人所提出的非柯尔莫哥洛夫湍流功率谱密度模型,推导了弱起伏条件下的到达角起伏方差,得到了一个解析的结果;然后,利用该结果分析了对流层柯尔莫哥洛夫湍流和平流层非柯尔莫哥洛夫湍流对星光到达角起伏的联合影响。结果表明:星光到达角起伏主要是由对流层柯尔莫哥洛夫湍流决定;对于不同的接收孔径,到达角起伏5%~14%是由平流层非柯尔莫哥洛夫湍流引起的。此外,非柯尔莫哥洛夫湍流对到达角起伏还取决于接收孔径、湍流外尺度及非柯尔莫哥洛夫湍流起伏强度。

改进的小波变换用于处理FBG信号

陈勇, 贺明玲, 陈丽娟, 刘焕淋
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2784-2789.
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摘要 ( 13 ) 引用本文
解调系统是光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的核心。信号去噪和峰值搜索是影响FBG 传感系统精确解调的两个重要因素。为提高测量精度,文中针对传统方法存在的缺陷,提出了一种新的FBG 波长解调方法,此解调方法由一种改进的去噪方法与高斯拟合寻峰算法组成。采用平移不变量小波与文中提出的改进阈值和改进阈值函数相结合的方法来处理FBG 含噪信号;然后采用高斯拟合寻峰算法对去噪信号作进一步解调。实验结果表明,改进阈值的平移不变量小波能处理不同的FBG 含噪信号,该方法获得的信噪比和均方差性能优于传统小波阈值去噪法以及其他改进的小波去噪法;该改进小波的波长解调方法测量的峰值误差低于1pm,比常用的波长解调方法具有更高的测量精度。

模型参考算法在快速反射镜中的应用

杨东, 毛耀, 丁科, 李志俊
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2790-2795.
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摘要 ( 11 ) 引用本文
快反镜是光电跟踪系统中精跟踪系统的核心部件。精密光电跟踪系统要求快反镜闭环控制系统既具有高的扰动抑制能力又具有快的响应速度和高的跟踪精度。运用理论建模方法得出了快反镜的四阶模型结构,通过实验建模方法建立了仿真中用到的快反镜的三阶模型。在拟定快反镜为三阶模型后,选择了响应速度很快,响应精度很高的三阶理想模型作为模型参考自适应控制算法中的参考模型。在快反镜之前叠加正弦信号模拟干扰,通过大量仿真研究,说明用这种自适应控制算法能有效地抑制干扰,使快反镜输出很好地跟随参考模型。由于参考模型响应速度很快,响应精度很高,所以基于该自适应控制算法的快反镜控制系统具有很快的响应速度与很高的响应精度。

基于THz QCL 和THz QWP 的数字通信演示系统

陈镇, 谭智勇, 王长, 曹俊诚
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2796-2799,2852.
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摘要 ( 20 ) 引用本文
随着无线通信速率需求的增加和材料生长、器件工艺制作水平的提高,太赫兹(THz)通信已成为未来高速无线通信系统发展的一个重要方向。介绍了太赫兹通信的特点以及国际上太赫兹通信系统的发展现状,并报导了一种利用太赫兹量子级联激光器(THz QCL)作为发射源,太赫兹量子阱探测器(THz QWP)作为接收器的太赫兹数字通信演示系统。该系统采用On-Off-Key(OOK)调制和直接强度检测方式,通信频点为3.9 THz,通信距离为2.2 m,传输速率可达1 Mbps 以上。最后探讨了该系统的带宽限制因素及其在通信速率方面的潜力。
光电测量

离轴非球面镜检测中坐标系偏差对参数拟合的影响

郭玲玲, 张星祥, 张立国, 任建岳
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2800-2804.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
光学装调前精确测量离轴非球面元件的顶点半径等参数是保证装调质量的关键。离轴非球面测量中,得到非球面坐标数据后,为了提高参数拟合的准确度,分析了测量坐标系偏差的影响。为了消除该偏差,提出了数据拟合模型和处理方法,并给出了详细的参数拟合的步骤。与直接拟合相比,该方法得到的误差平方和、均方根误差更小,决定系数更接近1,验证了拟合模型及处理方法的有效性。该方法适用于所有离轴非球面镜检测时坐标系的偏差分析和参数的拟合处理。

仅有角度测量的双机协同机动目标跟踪定位路径规划

高翔, 方洋旺, 颜世权, 雍霄驹, 张磊
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2805-2811.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
针对仅有角度测量的双机协同三维机动目标跟踪定位路径规划问题提出基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)和定位精度几何分布(GDOP)的优化算法。在建立双机协同被动跟踪EKF 的基础上分别从交互信息与协方差控制入手建立指标函数。利用向量概念推导出了双机协同被动目标定位的GDOP计算公式,并建立了基于GDOP 的指标函数。利用目标状态的一步预测给出了基于不同指标函数的数值解法。仿真表明,基于EKF 的指标函数在在目标机动时性能较差,而基于GDOP 的指标则在目标机动时表现出良好性能。

激光双路对称透射法在线测量平板玻璃厚度

张景超, 闫玺, 朱艳英, 李潮洋, 李贺光, 胡学良
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2812-2816.
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摘要 ( 5 ) 引用本文
针对传统测量平板玻璃厚度的不足,基于光的折射原理,提出一种双路激光对称透射法,设计了在线测量平板玻璃厚度的装置,以线激光做光源,以对称平面镜组为光路转换装置,将对称分布的光路调制为两束相互平行的线激光,线阵CCD 传感器作为视觉探测工具,并针对测量图像的特点,选定背景与目标的过渡区域段的灰度值,作为单束线光带图像的边界阈值,使用改进灰度重心法提取线光带中心像素。通过对待测样品的实验检测,结果表明该方法测量精确可达0.1mm,该精度符合玻璃生产线中对其厚度检测标准的要求。由此证明了该方法的可行性,并具有良好的实用价值。

基于Seam Carving的海天线检测算法

梁世花, 吴巍, 李波, 贾助军, 明德烈
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2817-2821.
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摘要 ( 12 ) 引用本文
海天线在远距离舰船目标检测中具有重要参考价值。目前,主要的海天线检测算法有直线拟合法、基于加权信息熵、Hough 直线检测等,这些算法不同程度地存在运算量较大、应用场合受限等缺点。文中通过研究Seam Carving 原理,将该原理运用到图像中最高能量线的检测,通过计算图像中各点的梯度幅值,采用动态规划技术搜索最高能量线,实现了海天线的检测。实验结果表明,该算法不仅具有较高的检测率,同时具有适用范围广、运算量小、实时性强等特点。

星敏感器地面标定设备的设计

孙高飞, 张国玉, 高玉军, 王凌云, 苏拾, 付芸, 王向东
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2822-2827.
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摘要 ( 12 ) 引用本文
为了实现星敏感器的地面标定试验,设计一套视场大且星间角距模拟精度高的星敏感器地面标定系统,对标定系统的组成、光学系统设计和模拟仿真精度等进行研究。根据星敏感器的地面标定要求介绍系统组成,提出实现星间角距模拟精度优于20″的方法;采用新型显示器件LCOS 作为星图显示器,通过像面拼接的方法扩大视场,并据此利用Zemax 软件设计光学系统。在原有测量方法的基础上,给出地面标定设备的精度评价方法。并提出一种能够提高星间角距模拟精度的星点修正方法。实验结果表明:星敏感器地面标定设备的星间角距模拟精度小于20″,满足对星敏感器进行地面标定试验的要求。

采用多重约束的无人机导航KLT视觉跟踪算法

宋琳, 程咏梅, 刘楠, 刘夏雷
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2828-2835.
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摘要 ( 21 ) 引用本文
特征点跟踪是实现无人机视觉里程计导航的重要技术。针对无人机视频图像帧间运动较大造成帧间的特征点跟踪误差大的问题,提出一种基于时间可逆性约束和双向偏移量约束相结合的多重约束KLT 特征点跟踪策略,并在金字塔表示下分层求解跟踪点的偏移量。基于时间可逆性约束,建立新的融合前向跟踪和后向跟踪的目标函数,解算前向跟踪偏移量和后向跟踪偏移量,并构造新的帧间偏移量-双向偏移量,在金字塔分层表示结构下实现偏移量的最优估计。实验结果表明,该方法能够有效地实现帧间特征点的精确跟踪,与同类跟踪算法相比有较好的效果。

基于泰伯莫尔法的长焦距测量系统的装调技术

陆衡, 陈好, 何勇, 李建欣, 胡绍云, 张浩, 孟庆安
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2836-2841.
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摘要 ( 5 ) 引用本文
为了实现长焦距的精确测量,基于泰伯莫尔法测量长焦距的原理,构建出了由准直波前发生器、泰伯干涉仪和成像采集系统组成的长焦距测量装置。分析了准直波前畸变对焦距测量精度的影响,用数值分析的方法分析了待测样品到光栅G1 的距离s,光栅G1、G2 的间距d 以及栅线夹角θ对焦距测量精度的影响。提出了具体的装调方法:用五棱镜法检测波前,保证准直波前质量PV 值优于一个波长;用光栅尺位移传感器测量s,标定d,使其精度达到0.1mm;采用标准反射凹球面法标定光栅夹角,使光栅夹角的装调精度达到0.001°。对焦距为5436mm 的透镜进行实验测量,误差小于0.35%。

采用光热失调技术的光学薄膜吸收均匀性测量系统

郝宏刚, 周翱, 饶敏, 阮巍
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2842-2845.
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摘要 ( 10 ) 引用本文
由于大口径光学薄膜的应用越来越广泛,其吸收损耗的均匀性测量越来越重要。文中首次根据光热失调技术的基本原理,使用Visual Basic 6.0 编写控制程序,搭建一套采用连续激光作为加热光源的光热失调技术的实验系统,实现了样品表面各点光热信号的自动采集与处理,并根据测量结果绘制出用于相对吸收均匀性研究的图像。结果表明该实验系统实现了自动控制,运行稳定、测量准确,能够用于光学薄膜相对吸收均匀性的分析。该系统的建立为光热失调技术的进一步应用提供了实验基础。
信息处理

结合图像信息熵和特征点的图像配准方法

吴泽鹏, 郭玲玲, 朱明超, 贾宏光, 宣明
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2846-2852.
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摘要 ( 28 ) 引用本文
在分析当前主要的图像配准技术之后,针对图像特征点的分布和同名点的匹配问题,提出了结合图像信息熵和特征点的图像配准方法。首先对图像进行一定程度的分块,根据信息论的方法,计算每一块的信息熵,信息熵的大小基本反映了各个模块的纹理变换情况。然后根据各个模块的信息熵大小,进行图像的粗匹配。之后在各个模块提取出一定数目的特征点,信息熵大,纹理信息丰富,选取的特征点就相应较多,反之则纹理信息变化不大,选取的特征点数目较少。最后根据这些具有代表性的同名点进行精确匹配。为验证该方法的有效性,对两幅图像进行传统方法和改进的图像配准方法的比较。

采用聚类分析的冲突证据判定及合成方法

刘希亮, 陈桂明, 李方溪, 张倩
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2853-2857,2870.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
针对D-S 证据理论中高度冲突证据合成时产生反直观结果的问题,从聚类分析的角度提出了一种新的冲突证据合成方法。首先建立余弦相似度空间,利用证据向量之间的夹角余弦定义冲突证据检测因子,进而提出冲突证据判据判定冲突证据,从而实现证据分类;其次引入冲突比例因子决定冲突证据的修正方式,通过绝对相似度对冲突证据进行局部修正,通过相对相似度对证据进行全局修正;最后将修正后的证据带入D-S 公式进行合成。应用实例证明:新方法能够判定并有效合成冲突证据,具有较好的分类精度、收敛速度和稳定性。

NAND Flash高速图像记录压力测试系统

徐永刚, 任国强, 吴钦章, 吴威
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2858-2864.
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摘要 ( 17 ) 引用本文
为了测定NAND Flash 图像记录系统的稳定性以及峰值记录速度指标,减少人工测试量,设计了压力测试系统。针对稳定性测试问题,设计了基于指数回归的速度压力模型和基于对数正态分布的测试时长控制模型;针对峰值记录速度测定问题,提出了基于爬山搜索算法和速率二分法的软硬件协同测试方法。基于有效数据占空比机制设计速率软件可调的硬件数据产生器,用爬山算法粗略确定峰值记录速度区间,再用速率二分法逼近峰值记录速度;系统测试报告通过串口和千兆网输出至上位机显示。实验结果表明:测试系统速度压力调整精度可达0.1MB/s;速度压力范围为0~1 600MB/s;回读数据硬件检验无时钟延迟;被测NAND Flash 记录系统挂载8 片SLC NAND Flash 芯片的峰值记录速度为240.12MB/s,在200MB/s 速度压力下,可以连续工作24 h 以上。测试系统架构为通用化设计,可以对其他传输和记录系统进行压力测试。

太赫兹图像的降噪和增强

徐利民, 范文慧, 刘佳
红外与激光工程. 2013, 42 (10): 2865-2870.
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摘要 ( 14 ) 引用本文
太赫兹波由于其独特的性质而被用于对特定物体的无损检测和成像。提高成像质量成为影响太赫兹成像系统应用的关键。数字图像处理技术是改善图像质量的一条重要途径。基于太赫兹透射成像实验,研究讨论了运用空域滤波、高斯平滑、频域滤波和边缘检测等图像降噪和图像增强技术,有效克服成像系统的实验噪声、激光功率抖动等影响,并对图像降噪和增强方法的选择和处理效果做出了对比分析。结果显示,通过对图像降噪和图像增强技术的综合运用,可以大大提高太赫兹图像的清晰度和可辨识性。
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