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2014年  7卷  第5期

信息光学
改进的粒子群优化目标跟踪方法
郭巳秋, 许廷发, 王洪庆, 张一舟, 申子宜
2014, 7(5): 759-767. doi: 10.3788/CO.20140705.0759
摘要:
针对粒子群优化算法应用在目标跟踪时,其惯性权重调节机制的局限性,提出了改进的粒子群优化目标跟踪方法。首先,对目标及粒子群算法中相应参数进行初始化;接着,引入粒子进化率的概念,对惯性权重调节机制进行改进,根据每代每个粒子的不同状态及时调整惯性权重;然后,在更新粒子的速度和位置的同时,更新个体最优解和全局最优解,进行下一次迭代;最后,比较粒子的适应度,选择相似性函数值最大的区域为目标。实验结果表明,该方法与使用自适应惯性权重调节机制的粒子群优化目标跟踪方法相比,减少了获取相同适应度所需的迭代次数,运算效率提高了42.9%。实现了目标在相似性函数出现多峰情况下的准确定位,对目标出现部分遮挡的情况具有很好的适应性。
捷联寻北信号采集系统研究
王永伟, 徐向东, 高峰, 穆岩, 宫亚坤
2014, 7(5): 786-793. doi: 10.3788/CO.20140705.0786
摘要:
基于捷联寻北信号采集系统,提出了一种在不同地理纬度下准确获得陀螺数据拟合曲线的方法。首先计算得出了在不同地理纬度下动调陀螺输出的电流大小,根据其变化调整信号采集模块的采样电阻值,设计了基于数字电位器的自调整采样电阻系统;然后数据处理系统根据采集到的陀螺信号自动计算工作地点的地理纬度,自调整采样电阻系统通过地理纬度自动设置采样电阻的阻值,进而获得准确的数据拟合曲线。本方法确保了寻北仪在不同地理纬度时满足寻北精度要求,适应性强,稳定性高。
基于粗测位置和方位的三视场快速星图识别方法
王昊京, 王建立, 吴量, 张世学, 贾建禄
2014, 7(5): 768-778. doi: 10.3788/CO.20140705.0768
摘要:
为了在已知粗略方位角和地理位置时实现三视场天文定位定向设备的快速测量,给出了一种三视场定位定向设备的快速局部星图识别方法。分析了三视场定位定向设备使用全天球识别数据库执行三角形识别时识别效率低的原因;指出了应先进行视场内识别,后进行视场间识别以提高效率,并给出星图识别时角距误差门限的选取范围;给出了一种基于粗略位置和方位快速生成局部识别数据库的方法,它可以减少识别信息的冗余,实现高效的星图识别。仿真实验和野外实验结果表明:使用此局部识别方法正确识别率可达99.19%,识别速度为24.3 ms,基本满足三视场天文定位定向设备快速高效测量的要求。验证了局部星图识别方法的效率,以及采用先视场内识别后进行视场间识别方式的正确性。
利用区域信息的航拍图像分割
杨名宇, 李刚
2014, 7(5): 779-785. doi: 10.3788/CO.20140705.0779
摘要:
提出一种利用区域信息的航拍图像分割模型。针对GAC模型和Chan-Vese模型存在的不足,提出一种符号压力函数,该符号压力函数可以有效地增大模型的作用范围。与Chan-Vese模型相比,新模型不受初始条件的限制,进一步增大了模型的作用范围。新模型利用了图像的区域信息,可以同时将目标的内外边界分割出来。在新模型中,水平集函数不必初始化为符号距离函数,节省了计算开销。与传统的基于水平集方法的模型相比,新模型不含曲率项,实现简单。实验结果表明,与GAC模型和Chan-Vese模型相比,新模型的分割精度高于3%,分割速度快6倍以上。
光谱学和光谱仪器
新生儿黄疸治疗仪用LED光源光谱功率分布匹配
甘汝婷, 郭震宁
2014, 7(5): 794-800. doi: 10.3788/CO.20140705.0794
摘要:
为了有效降低胆红素脑病的风险和减少换血的需要,以实验测试的标准胆红素溶液最有效的吸收光谱作为光疗的目标光谱,根据光谱构造理论,采用不同峰值波长和半高宽的单色LED作为匹配光源,首次提出简单遗传算法作为光谱匹配算法,通过求解超定方程组的非负最小二乘解,得到最优LED组合比例,进而推得所需各种峰值波长的LED的数量。仿真实验结果表明:拟合的光谱曲线与目标光谱曲线十分近似,光谱匹配度达到了98.39%,获得了一种新型的LED黄疸治疗仪光源光谱功率分布。该算法简单,效率高、拟合误差小,可应用基于LED光源的光谱功率分布匹配技术的研究。
光学设计与工艺
组合非球面太阳能聚光镜的光学设计
秦华, 冯东太, 葛硕硕, 王勇
2014, 7(5): 844-854. doi: 10.3788/CO.20140705.0844
摘要:
提出了一种组合非球面反射型太阳能聚光镜并给出了设计方法。聚光镜由38片非球面组成,每一片非球面都由一组特定系数C,a2,a4,a6,a8,a10的偶次非球面方程决定,是此特定非球面的一部分。根据非球面方程和光反射定律矢量形式,导出了非球面内壁上太阳反射光束的方向矢量与非球面系数C,a2,a4,a6,a8,a10的关系,适当地选择这些非球面系数,即适当地调整非球面面型,可以使太阳反射光束具有特定的方向矢量,使入射到非球面内壁上的太阳光束反射后全部聚焦在某一特定的区域内,形成小的光斑。每组特定系数都用粒子群优化算法求得,并经计算机模拟和实验证明其聚焦效果。聚光镜的光束压缩比为330:1,其聚焦光斑可作为一种高温热源,而此聚光镜可以用在太阳能加热装置中。
基于波前像差的个性化人工晶体设计
王杨, 卢嘉, 韩力英, 贺永洁
2014, 7(5): 837-843. doi: 10.3788/CO.20140705.0837
摘要:
在个性化人眼光学结构的基础上,运用ZEMAX软件的优化功能,设计了符合实际人眼光学特性的个性化人工晶体。该人工晶体不仅可以矫正离焦和像散,还引入了非球面可以矫正人眼的球差。文中将个性化人工晶体优化后得到的屈光度与经验公式计算得到的屈光度作了比较,在经验公式0.25D精确度的基础上有了提高,并直观地描述了个性化人工晶体植入前后人眼调制度和分辨率的变化情况。对样本人眼矫正后人眼分辨率最大变化由28 L/mm提高到118 L/mm,调制度由0.02提高至0.51。分析结果表明,个性化植入人工晶体的方法可以提高人眼矫正的精确度,不同人眼的波前特性不同,矫正效果也有相应的差异。
基于Supporting-Ellipsoid方法的自由曲面构造
顾国超, 刘洪波, 陈家奇, 高雁
2014, 7(5): 823-829. doi: 10.3788/CO.20140705.0823
摘要:
为了在特定平面上获得任意形式的辐照分布,采用了Supporting-Ellipsoid设计方法来构造自由曲面反射镜。介绍了其设计思想和设计过程,并以具体的设计实例为例构建了自由曲面光学系统。仿真结果表明,在不计反射损失的情况下,系统效率达到了97%,较传统太阳模拟器光学系统提升了3倍以上,不均匀度达到5.26%,与理想状态有一定差距,这是因为设计中兼顾了计算时间和自由曲面光滑性所造成的。
提取标记点中心在子孔径拼接检测中的应用
张敏, 隋永新, 杨怀江
2014, 7(5): 830-836. doi: 10.3788/CO.20140705.0830
摘要:
子孔径拼接干涉仪中子孔径定位精度难以在大行程范围内得到保证,为此本文提出了基于提取标记点中心定位子孔径的拼接方法。以标记点的中心坐标为标记点坐标,根据标记点在两子孔径局部坐标系下的坐标计算两子孔径之间的坐标变换,将所有子孔径数据坐标变换到统一坐标系下,利用机械误差补偿算法拼接出全口径面形。在搭建的拼接检测系统上实现了外径468 mm的平面镜抛光过程和最终的全口径面形测量,加工过程中的测量结果为面形误差修正提供了准确的数据,保证了最终全口径面形误差RMS快速收敛到35 nm。实验证明,基于提取标记点中心的子孔径拼接检测能放宽对机械定位精度的要求,有效检测大口径光学元件面形。
基于氧化物的0.8~1.7μm和3.7~4.8μm硬质宽带红外增透膜研制
王彤彤
2014, 7(5): 816-822. doi: 10.3788/CO.20140705.0816
摘要:
从实际应用出发,在0入射的条件下,在ZnS基底上针对0.8~1.7 m和3.7~4.8 m两个红外波段,设计并制备了双波段红外增透膜。论述了材料选择、膜系设计和制备方法,最终使用等离子辅助沉积技术在ZnS窗口上制备出双波段红外增透膜,透过率及环境测试结果表明:在0.8~1.7 m波段双面平均透过率大于95%,在3.7~4.8 m波段双面平均透过率大于96%。膜层结合牢固并有良好的耐摩擦性能。
综述
光电系统中铍反射镜的发展与应用
石磊, 许永森, 刘福贺
2014, 7(5): 749-758. doi: 10.3788/CO.20140705.0749
摘要:
综述了光电系统中铍反射镜常用材料的特性、加工方法、发展现状及最新应用。首先,介绍了目前国外铍反射镜常用材料的性能,铍反射镜基底制备、机械加工和光学加工等方面的发展现状。然后,以詹姆斯韦伯太空望远镜和F-9120航空远距离可见/红外双波段侦察相机为例,重点介绍了铍以及铍铝合金在空间和航空光电系统的反射镜及光机支撑结构上的最新应用。最后,对铍和铍铝合金在光电系统中的未来发展和应用前景提出了展望。
高分辨率表面等离子体显微镜综述
蔡浩原
2014, 7(5): 691-700. doi: 10.3788/CO.20140705.0691
摘要:
本文对表面等离子体显微镜的原理、架构和应用进行了综述,指出表面等离子体显微镜技术的未来发展方向是着力提高横向分辨率,接近光学衍射极限,以及发展与电化学、力学等微纳操纵手段结合的表面等离子体显微镜,形成微纳尺度下显微成像和操纵的闭环测量路径。
应用于高性能光学薄膜表征的光热光声检测技术
武潇野, 张立超, 时光
2014, 7(5): 701-711. doi: 10.3788/CO.20140705.0701
摘要:
本文介绍了光热与光声探测技术的基本原理,结合光学薄膜的吸收测试、光学薄膜的激光辐照特性表征、激光损伤特性表征以及光学薄膜的机械性质表征等各种具体应用,对激光量热法、光热偏转法、表面声波法等典型的光热、光声检测方法进行了分析;阐述了这些方法的测试原理以及各自优势与不足。介绍了该领域利用这些方法取得的一些成果,并就光声光热检测技术的发展趋势做了展望。
空间大口径望远镜稳像系统发展现状及趋势
曹小涛, 孙天宇, 赵运隆, 王栋, 郭权锋
2014, 7(5): 739-748. doi: 10.3788/CO.20140705.0739
摘要:
介绍了目前国际上已发射及正在论证的大型空间望远镜的稳像控制系统,主要包括自由飞行模式的HUBBLE、JWST、ATLAST-8m和ATLAST-9.2m,载体搭载模式的SOFIA和OPTⅡX。详细论述了这些空间望远镜稳像系统的组成、工作原理、主要元件、性能指标和控制算法,并对基于磁悬浮技术的无扰动载荷设计概念和机械臂直接驱动空间相机的设计思想进行了介绍。分析表明,基于机械臂和磁悬浮技术的精密稳像及主动振动抑制系统是未来的发展趋势。
双波长光参量振荡器的研究进展及应用
田金荣, 刘京徽, 宋晏蓉, 张新平
2014, 7(5): 723-730. doi: 10.3788/CO.20140705.0723
摘要:
双波长光参量振荡器是一类非常新颖的激光器件。本文阐述了双波长光参量振荡器的工作原理,并总结了双波长光参量振荡器的研究进展,探讨了双波长光参量振荡器发展中存在的技术问题,介绍了双波长光参量振荡器的应用。
在线式分光测色仪发展现状
刘怡轩, 颜昌翔
2014, 7(5): 712-722. doi: 10.3788/CO.20140705.0712
摘要:
介绍了颜色测量原理,归纳了在线式颜色测量的特点、要求及技术难点,阐述了在线式颜色测量技术发展历程。详细介绍了当前几种国外典型的在线式分光测色仪的主要技术指标、应用范围、系统结构等,指出了每一种仪器的特点和优势。从技术和应用需求两方面对在线式分光测色仪的发展趋势做了展望,为在线式分光测色仪的发展起到一定的借鉴作用。
全息波导头盔显示技术
曾飞, 张新
2014, 7(5): 731-738. doi: 10.3788/CO.20140705.0731
摘要:
文章首先阐述了全息波导头盔显示技术的基本原理,说明了它的技术先进性和可实现性;然后以几个有代表性的范例介绍了全息波导头盔显示技术的发展水平,展示了目前全息头盔显示技术所能达到的参数指标;最后,在分析了全息波导头盔显示技术的关键技术的基础上,说明其技术瓶颈并对其未来的发展方向进行了展望。
光学仪器与测试
点衍射干涉仪波面参考源误差及公差分析
代晓珂, 金春水, 于杰
2014, 7(5): 855-862. doi: 10.3788/CO.20140705.0855
摘要:
为了保留光纤点衍射干涉仪容易对准以及衍射光束易于控制的优点,同时又能实现大数值孔径(NA)光学系统的检测,设计了一种新型的波面参考源(WRS),它保留了光纤点衍射和微孔点衍射的优点,可满足大NA极紫外光刻物镜系统波像差检测的要求。本文在分析各种误差的基础上,搭建了WRS原理光路并对WRS的系统误差标定算法进行详细的研究,得到WRS标定时旋转平台的角度公差为0.5,跳径时偏离系数为0.5%。这一新型WRS误差分析及标定对于实现高精度的检测具有十分重要的意义,最终为实现WRS系统误差标定提供理论基础。
激光技术与应用
激光波长合束精度研究
夏蕾, 韩旭东, 邵俊峰
2014, 7(5): 801-807. doi: 10.3788/CO.20140705.0801
摘要:
对双光束波长合束精度进行了研究。用镀有特制光学薄膜的滤光片对波长为532和515 nm的两束激光进行合束,并对合束精度进行检测。基于此系统,建立了对应理论模型,并对合束及检测的误差来源和大小进行全面分析。两光束指向稳定性均为50 rad时,合束精度理论值为14.69,指向稳定性所占比例为99.26%,系统对质心定位等不稳定因素(误差变化 3倍)抗性极好,精度变化 2.4;指向稳定性提高到23.51 rad时,合束精度理论值为7.09,指向稳定性所占比例为96.77%,系统仍有较高抗干扰能力,精度变化 1%。分析表明,影响近场小功率合束精度的因素有激光指向稳定性、机械调节和质心定位误差,其中激光指向稳定性是主要因素。通过调节各因素的比例,可对合束的抗干扰能力进行控制。
光学功能材料
热蒸发与离子束溅射制备LaF3薄膜的光学特性
才玺坤, 张立超, 梅林, 时光
2014, 7(5): 808-815. doi: 10.3788/CO.20140705.0808
摘要:
研究了钼舟热蒸发工艺和离子束溅射方法制备的单层LaF3薄膜的特性。首先,采用分光光度计测量了LaF3薄膜的透射率和反射率光谱,使用不同模型拟合得出薄膜的折射率和消光系数。然后,采用应力仪测量了加热和降温过程中LaF3薄膜的应力-温度曲线。最后,采用X射线衍射仪测试了薄膜的晶体结构。实验结果表明,热蒸发制备的LaF3(RH LaF3)存在折射率的不均匀性,在193 nm,其折射率和消光系数分别为1.687和510-4,而离子束溅射制备的LaF3(IBS LaF3)折射率和消光系数分别为1.714和910-4。两种薄膜表现出相反的应力状态,RH LaF3薄膜具有张应力,而IBS LaF3具有压应力,退火之后其压应力减小。热蒸发制备的MgF2/LaF3减反膜在193 nm透过率为99.4%,反射率为0.04%,离子束溅射制备的AlF3/LaF3减反膜透过率为99.2%,反射率为0.1%。
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