2022年 第51卷 第10期
2022, 51(10): 20220700.
doi: 10.3788/IRLA20220700
在高速飞行器、航空发动机、核反应堆等国防安全和国民经济的重要领域，需要实现1800 ℃以上的高温原位测量。常规石英光纤传感器受限于材料特性，无法在1000 ℃以上高温环境中长期稳定使用。单晶蓝宝石光纤具有极高的熔点（2053 ℃）和较低的传输损耗，是一种良好的高温传感材料。在单晶蓝宝石光纤内部刻写布拉格光栅，可以研制出蓝宝石光纤光栅传感器，具有耐温性能好、测量精度高、便于多点测量等优点，是当前最具发展前景的新型高温传感器件。首先介绍了蓝宝石光纤光栅高温传感器的工作原理和理论模型，接着介绍了利用飞秒激光制备蓝宝石光纤光栅的三种主流技术，包括相位掩模板扫描法、双光束干涉法、直写法，并从制备效率、光谱质量等方面比较了三种技术的优劣，指出飞秒激光直写法是制备蓝宝石光纤光栅高温传感器的最佳手段；然后介绍了蓝宝石光纤光栅的光谱优化方法，包括如何减小光栅光谱带宽和如何降低光谱噪声；进一步介绍了蓝宝石光纤光栅的高温传感特性、封装工艺及高温温度、应变传感应用；最后展望了蓝宝石光纤光栅传感器的未来发展趋势。蓝宝石光纤光栅高温传感器的快速发展和大规模推广应用，必将有助于解决当前我国航空航天、核电等领域重大装备结构健康监测的卡脖子难题。
2022, 51(10): 20220685.
doi: 10.3788/IRLA20220685
针对发动机进气口总温总压测量的需求，设计了一种滞止罩式总温总压光纤复合探针。首先，利用有限元法对探针结构进行气动仿真，分析了探针结构参数对测量结果的影响。在此基础上，制造了总温总压光纤复合探针，并搭建了静态测试系统测试了其工作性能。实验结果表明，总温总压光纤复合探针可以工作在150 ℃，0.25 MPa的温压复合环境中，在常温至150 ℃范围内总压传感器的最大非线性度为0.5%，常压环境下总温传感器最大非线性度为4.04%。最后，根据温度数据完成了压力参数的温度解耦，全温区压力测量误差不超过1.55%。设计的总温总压光纤复合探针直径为5 mm，有效减少了探针对流场的干扰。
2022, 51(10): 20220549.
doi: 10.3788/IRLA20220549
基于布里渊光时域分析（Brillouin optical time-domain analysis, BOTDA）测量技术分别研究了单模光纤、光子晶体光纤和镀金光纤在1100 ℃、1200 ℃和1000 ℃的高温传感特性，通过对石英光纤的布里渊频移（Brillouin frequency shift, BFS）跳跃现象和涂覆层燃烧现象进行研究，指出石英光纤均需要退火才能够达到热稳定状态。退火后，三种光纤的布里渊频移随温度呈非线性变化。其中，单模光纤和光子晶体光纤高温状态下涂覆层气化，二氧化硅发生晶化导致其机械强度大幅下降，因此仅能作为一次性高温传感器；镀金光纤由于金涂层具有较高的熔点和良好的气密性，高温退火后仍然能够保持良好的机械强度，因此可以作为一种重复使用的高温传感器。该研究有望为高温传感应用（如涡轮发动机内部温度监测）提供一种技术参考。
2022, 51(10): 20220352.
doi: 10.3788/IRLA20220352
为满足燃烧场温度参量时空演化特征诊断的需求，提出了基于多CCD同步耦合的动态三维辐射测温方法。在多视线方向测量基础上，通过代数重建技术对燃烧场进行体素分割，根据Plank辐射定律采用标准黑体辐射源对光电信号的映射关系进行标定，利用比色法实现三维温度场表征。进一步在时间序列上控制多CCD相机来同步获取燃烧场不同视线方向的辐射信息，基于R、G通道内的灰度信息，对实验室蜡烛火焰与外场某型号固体火箭发动机试验器尾喷焰的瞬态燃烧场温度参量进行了测试。结果表明，在实验室内，蜡烛火焰温度分布范围为805.4~1280.8 K，使用热电偶进行时空点位验证，平均误差为3.8%，最大误差为4.36%；固体火箭发动机试验器尾喷焰最高温度为2125.7 K，经近红外测温仪验证，测试误差在8%以内。该研究能够在保证时间、空间分辨率的条件下对燃烧场的三维温度参量进行特征诊断，在航天测试领域，对固体火箭发动机的温度参量测量提供了一种有效的方法。
2022, 51(10): 20220491.
doi: 10.3788/IRLA20220491
飞秒激光直写玻璃波导是快速制备三维集成光子芯片的一种重要手段，波导有效折射率的准确测量对于设计光子器件意义重大。设计并制备了一种断臂马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构对玻璃波导有效折射率进行原位精密测量。激光在断线区域和波导内的有效折射率不同，在传输相同长度下产生一定的相位差，最终导致不同的干涉结果。对断臂MZI结构的相位干涉结果进行处理，得到激光直写玻璃波导的有效折射率为1.504+7.7×10−4。利用RSOFT软件光束传播算法对器件进行模拟仿真，仿真结果与实验吻合良好。该精确测量玻璃波导有效折射率的方法对于提升光子芯片设计与制造能力具有重要意义。
2022, 51(10): 20220535.
doi: 10.3788/IRLA20220535
提出了一种基于聚合物微球腔的温度传感器，该温度传感器利用微球腔谐振波长漂移量测量外界环境温度变化量，兼具结构紧凑和高度灵敏的特点。首先利用有限时域差分法对拉锥光纤耦合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的谐振结构进行了仿真分析，验证了拉锥光纤激发聚合物微球腔中回音壁模式的可行性。实验结果表明，束腰直径为1.8 µm的拉锥光纤与直径为数十微米的聚合物微球之间通过消逝场耦合的方式能够激发品质因子为104量级的回音壁模式。利用点式封装和全包裹封装相结合的方式将拉锥光纤和聚合物微球封装一体，一方面可保持两者之间稳定的耦合状态，另一方面保护拉锥光纤和微球腔免受外界污染。由于聚合物微球腔的负热光系数大于其热膨胀系数，其谐振光谱随外界温度降低发生红移。当外界环境温度在20~30 ℃范围内变化时，聚合物微球腔温度灵敏度为68 pm/℃。与传统光纤温度传感器相比，该传感器的高品质因子使其具有更低的探测极限，在受限空间内的原位温度精密测量中具有潜在的应用前景。
2022, 51(10): 20220023.
doi: 10.3788/IRLA20220023
喷流反作用控制系统（Reaction Control System, RCS）热喷高温燃气辐射效应对飞行器光学探测跟踪具有重要影响。基于谱带辐射模型，通过求解带化学反应源项的三维Navier-Stokes方程和辐射传输方程，对高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷干扰流场及其红外辐射特性进行了数值模拟，分析了二次燃烧效应、不同飞行条件以及不同观测角度对流场红外辐射特性的影响。研究表明：典型状态喷流辐射计算与实验测量结果一致，流场与红外辐射数值方法具有较好的适应性；飞行器RCS工作所形成热喷干扰流场的红外辐射，主要由喷流燃气中的CO2和H2O组分贡献，其中CO2对辐射的贡献更大，流场中二次燃烧效应对流场辐射强度有显著影响，在20 km高度下可使流场辐射强度提高一倍以上；随着马赫数/高度的增加，流场辐射强度均呈现先略有减小，后增大的趋势，随着高度增加，二次燃烧效应对流场辐射强度的影响明显减弱；由飞行器RCS工作引起的辐射增量十分显著，俯视观测以及3~5 μm波段的目标辐射强度最大。文中的研究结果可为飞行器探测跟踪提供参考。
2022, 51(10): 20220085.
doi: 10.3788/IRLA20220085
低温应用的大功率器件需要设计高冷却效率的液冷室结构。采用计算流体动力学（CFD）方法模拟了以液氮-氮气两相流为制冷剂的空腔结构、微通道结构和扰流柱结构的流动与传热过程。结果表明，相比于空腔结构和微槽道结构，扰流柱结构具有较好的换热能力。圆形扰流柱易发展45°方向支流，而方形扰流柱结构有利于垂直方向流速均匀化。相较于平行排布，扰流柱交错排列时圆形和方形扰流柱结构中流速分布更为均匀。对比对流换热系数发现，交错排布优于平行排布，方形扰流柱优于圆形扰流柱。换热效果最好的结构为交错排布的2 mm方形扰流柱，对流换热系数为4223 W/(m2·K)，较空腔结构提高125.83%。采用上述结构进行测试验证，在107.6 W加热功率工况下冷头测温点温度与相同功率下仿真结果有较好的对应性。
2022, 51(10): 20220033.
doi: 10.3788/IRLA20220033
地面目标红外辐射特性建模需要比较完备的参数，针对非合作方目标，许多相关参数较难或者无法通过测试的方法直接获取，参数的缺失给目标红外辐射特性预测带来了很大困难。目标的红外测试数据可以认为是包含所有参数及所处环境在内的信息综合作用的结果，因此可以利用目标的测试数据反演某些重要的缺失参数。针对冷静态目标，首先分析地面目标建模可能的缺失参数，通过调研及专家知识等预估缺失参数取值区间，基于灵敏度理论和正交试验法研究缺失参数对目标特性的影响程度，确定主要缺失参数，包括材料厚度、材料表面太阳吸收率和发射率。然后基于地面目标仿真数据或实测数据，结合共轭梯度法提出地面目标红外建模缺失参数反演与模型验证方法，最后通过两个实例对该方法进行了验证。结果表明：利用该方法反演缺失参数后的典型测点计算温度与实际温度变化特性高度一致，不同时刻的温度数值误差最高不超过2 K。研究表明：该方法具有较好的准确性，未来可推广应用到非合作目标红外建模缺失参数反演与红外辐射特性预测研究中。
2022, 51(10): 20220003.
doi: 10.3788/IRLA20220003
在浅水测深技术中，星载激光测量系统可以覆盖一些机载/舰载系统难以到达的偏远水域，具有比被动光学影像水深测量精度更高、可全天时工作等独特的优势。以稀疏而少量的主动星载激光测量值为水深标定点，融合被动星载遥感影像，主被动融合的浅水测深是当前的趋势。本文首先介绍了星载单光子激光雷达的工作范围、物理参数和数据产品，概述了测量原理，综述了现有的星载单光子激光雷达测深的理论传输模型，对比了不同的点云数据去噪处理算法的优劣，归纳了星载融合测深反演技术在不同环境中的应用，总结了当前存在的问题，并对该技术未来的前景和发展方向进行了展望。
2022, 51(10): 20211105.
doi: 10.3788/IRLA20211105
为研究缓冲气体对循环流动半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）气体温度三维分布和输出性能的影响，将光束传播方程引入循环流动DPAL理论模型，仿真分析了高功率泵浦情况下缓冲气体配比和压强对端面泵浦横向流动铯蒸汽激光器（Cs-DPAL）输出性能的影响，获得了蒸汽池内工作气体温度的三维分布和对应的输出功率。结果表明，使用纯烷烃作为缓冲气体时，相比于CH4，相同压强的C2H6对应的蒸汽池内温度更低，激光输出功率更高；使用烷烃气体和惰性气体的混合物作为缓冲气体时，若烷烃的压强较低，加入适量的He或Ar可降低蒸汽池内温度并提升激光输出功率。
2022, 51(10): 20220069.
doi: 10.3788/IRLA20220069
报道了一种基于周期性极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO: PPLN)的高峰值功率、纳秒宽调谐中红外光参量振荡器(Optical parametric oscillation, OPO)。采用重复频率30~50 kHz、脉冲宽度小于4 ns的高光束质量1064 nm基频光泵浦基于极化周期为29 μm MgO: PPLN的OPO，当MgO: PPLN温度为80 ℃时获得30 kHz、脉宽1.19 ns、峰值功率48.45 kW的3.93 μm激光输出。在MgO: PPLN 温度区间为50~200 ℃时，中红外调谐输出波长为3.77~3.96 μm。根据实验结果分析讨论了不同重复频率下转换效率的特点、温度调谐特性与理论分析的一致性。
2022, 51(10): 20220002.
doi: 10.3788/IRLA20220002
设计了一台可输出1064 nm和532 nm激光脉冲的高能高频激光器，分别用于EAST汤姆逊散射诊断系统对芯部区域和边界区域等离子体电子温度和密度的诊断。该激光器采用电光调Q、卡塞格林非稳腔以及氙灯泵浦脉冲放大器实现频率为100 Hz的3.5 J@1064 nm激光输出。通过两级半导体侧泵浦模块对基频光能量放大，输出激光能量5.5 J@1 064 nm。通过理论计算和分析，确定泵浦模块的放大能力，并与实验结果进行对照。采用LBO晶体对基频光进行倍频，输出能量为3 J@532 nm的脉冲激光，倍频效率为55%。输出基频光光斑直径约为14.51 mm，脉冲宽度11.90 ns，倍频光光斑直径约为17.81 mm，脉冲宽度9.92 ns，激光脉冲呈超高斯平顶分布。重复频率从1~100 Hz可调，汤姆逊散射诊断的空间分辨率达10 ms，为芯部和边界输运垒等微观物理问题的研究提供了条件。
2022, 51(10): 20220565.
doi: 10.3788/IRLA20220565
传统的激光雷达通常采用多普勒效应获得目标的径向速度，但是当回波信号低到单光子水平时就难以实现这种功能。文中探索利用时间相关单光子计数（TCSPC）技术实现测速的方法。搭建了一套高重频、高精度的TCSPC测速系统并开展了实验研究。结果表明，在一定的测速时长下测速误差与单次测距光子计数直接相关，在文中实验条件下单次测距光子计数在1000~5000个时测速误差达到最优。该方法未来有望代替多普勒测速方法，实现对远距离高速运动目标的测速。
2022, 51(10): 20220036.
doi: 10.3788/IRLA20220036
为实现纳秒级的输出光脉宽，使用GaN HEMT作为激光器放电回路的开关管。由于GaN HMET的栅极总电荷小，提出使用小尺寸的GaN HEMT建立驱动电路的输入级，响应控制信号，控制放电回路开关管。搭建电路驱动860 nm激光器，并进行测试。放电回路电源电压为12 V，测试结果显示，最大输出光脉宽8.8 ns对应大于8 W的峰值功率，输出最小光脉宽为4 ns。为实现更大的脉宽可调范围，设计另一款电路并测试。该电路实现输出光脉宽大于8.4 ns可调，在电源电压20 V、输入信号脉宽100 ns的条件下，输出光峰值功率可达46 W。电路尺寸分别为10 mm×6 mm和13 mm×11 mm，为实现进一步小型化，对设计的电路提出了集成方法。提出的电路结构简单、容易实现集成且成本低，为窄脉冲激光器驱动电路的设计提供了新的思路。
2022, 51(10): 20211115.
doi: 10.3788/IRLA20211115
针对非合作目标线阵雷达成像点云数据获取过程中在轨验证试验成本高、空间环境复杂和控制难等问题，以非合作目标三维重建数值模拟为基础，研制模拟空间服务航天器绕飞采集过程半物理仿真地面验证系统。采用KUKA六轴机械臂搭载缩比卫星模型，还原非合作目标的运动状态，并利用三轴精密转台搭载线阵扫描雷达实现非合作目标可测部位数据采集，通过综合控制系统完成目标扫描及数据处理。利用该半物理地面验证系统，开展缩比比例为1∶10的非合作目标多视角数据采集试验；通过建立分辨率精度评估、吻合度评估和实际运动与控制运动的误差分析准则，进行评估试验。试验结果表明：该系统可以有效获取多视角状态下非合作目标的点云数据，根据点云数据测量计算的目标章动运动角度与目标真实运动角度误差在4%以内，可为未来空间在轨操控与三维重建技术提供真实的技术数据参考。
2022, 51(10): 20211120.
doi: 10.3788/IRLA20211120
倾斜刃边像分析法是调制传递函数评价方法中最常用的方法之一，该方法成像过程中光束透过能量高、实用性强，具有广泛的应用前景。将倾斜刃边像分析法应用于激光辐照条件下相机成像质量评价系统，分析方法可信有效，但需综合考虑刃边倾角度、刃边两侧灰度对比度和背景噪声等影响因素。采用倾斜刃边像分析法计算不同功率密度和光斑位置下系统不同的 MTF 曲线和 MTFA 值，结果表明：当激光功率密度偏小或光斑位置距刃边较远时，刃边对比度和MTF值影响较小；当激光功率密度逐步增大或光斑位置向刃边靠近时，局部MTF呈降低趋势变化，刃边对比度和MTF值影响逐渐增大，干扰效果也逐渐明显，尤其是在光斑覆盖目标时，MTF值无法计算，干扰效果达到最佳。因此，基于倾斜刃边像分析法可实现定性和定量评价光学相机成像质量。基于该仿真结果，建立相应的激光辐照条件下光学相机成像质量测评系统，可为光学相机激光辐照效应实验及其激光干扰效果评估提供技术支持。
2022, 51(10): 20220064.
doi: 10.3788/IRLA20220064
通过测量发射到远场的激光功率密度时空分布给出所需要的到靶总功率、光束质量、桶中功率、功率时间曲线等关键指标参数，是目前准确评价激光系统性能的重要技术手段。介绍了一种基于光电探测器阵列实现近红外脉冲激光功率密度时空分布的测量方法，可以实现900~1700 nm波长、动态范围大于2000倍的激光光斑参数测量。该阵列探测器具有测量面积大、单元一致性好、测量精度高等特点，并可同时实现脉冲和连续激光参数测试要求。给出了阵列探测器的总功率测量结果，测量值与激光器输出功率偏差在5%以内，且激光光斑分布测量结果准确可靠。该阵列探测器已在多套激光系统的参数测试中得到成功应用，可以作为响应波段内的脉冲/连续激光光斑参数测试一种有效技术方案。
2022, 51(10): 20211121.
doi: 10.3788/IRLA20211121
以实验室中的X射线管作为光源，配合CMOS 探测器涂层闪烁体纤维面板实时在线记录设备，建立了柱面弯晶检测平台。通过高精度的同轴转台设计，将整个柱面弯晶曲面转换为多个线段区间来分别进行检测，并对光路排布以及谱线的位置移动进行了解析计算。选用铁靶材X射线管（$K_\alpha$ 特征谱线波长为0.193 6 nm）作为实验光源，曲率半径120 mm的石英柱面弯晶作为样品，实验获得了清晰的铁特征谱线(Fe-Kα和Fe-Kβ)。通过分析柱面弯晶上9个采样位置的图像，发现Fe-Kα谱线位置移动了96 μm，对应的半径偏差为40 μm，$\Delta {R}/{R}$ 为0.033%。经过检测的石英柱面弯晶已经在大型激光装置上应用，并获得高质量的光谱图像，证明了该实验方法对柱面弯晶品质检测的有效性。
2022, 51(10): 20220030.
doi: 10.3788/IRLA20220030
单目视觉中的位姿估计是三维测量中的一个关键问题，在机器视觉、精密测量等方面运用广泛。该问题可通过n点透视（PnP）算法求解，正交迭代算法（OI）作为PnP算法的代表，因其高精度的优点在实际中得到了广泛运用。为了进一步提高OI算法的稳健性和计算效率，提出了一种加权加速正交迭代算法（WAOI）。该方法首先根据经典正交迭代算法推导出加权正交迭代算法，通过构建加权共线性误差函数，利用物点重投影误差更新权值，达到迭代优化位姿估算结果的目的；在此基础上，通过自适应权值，整合每次迭代过程中平移向量以及目标函数的计算，减少迭代过程中的计算量，从而实现算法的加速。实验表明，在12个参考点中存在两个粗差点的情况下，WAOI的参考点重投影精度为0.64 pixel，运算时间为8.02 ms，精度高且运行速度快，具有较强的工程实用价值。
2022, 51(10): 20220019.
doi: 10.3788/IRLA20220019
目标物体的光谱反射率是水下光谱检测中重要的物理特性。复杂的水下环境，尤其是浑浊水体对光有较强的吸收与散射作用，增大了光谱探测的难度。文中在比对测量法的基础上，提出了引入黑、白板对测量结果进行矫正的光谱反射率探测方法。利用基于液晶可调谐滤光片的水下光谱成像仪快速稳定地采集多浊度、多光照条件下的光谱图像数据。数据分析结果证明了浊度增加会使得黑、白板的像素响应比值非线性增加，尤其在400~500 nm范围内。且基于黑白板的光谱反射率探测方法可以有效去除水体散射对光谱反射率重建的影响，使得不同浊度条件下得到的目标物光谱反射率最大绝对误差为5.3%。
2022, 51(10): 20211107.
doi: 10.3788/IRLA20211107
为了实现光电子器件小型化和多功能化，进一步提高信息传输容量和速度，提出了一种基于光子晶体双波长电光调制和模分复用的片上集成器件。该集成器件的电光调制模块由硅基光子晶体波导和两个L3型复合腔组成，模分复用模块由硅基非对称平行纳米线波导组成，两个模块的连接处采用硅基光子晶体波导。采用L3型复合腔和PN掺杂结构实现两个波长TE0模的调制，采用非对称定向耦合结构将两个波长的TE0模转换为TE1模。应用基于三维时域有限差分法（3D-Finite Difference Time Domain，3D-FDTD）的Lumerical软件进行仿真分析，结果表明，在调制电压为1.05 V时，该集成器件可以实现中心波长为1 552.1 nm和1 556.1 nm的 TE0模、TE1模通断调制及两模式模分复用功能。该器件的消光比高达24.67 dB，调制深度均为0.99，插入损耗小于0.57 dB，信道串扰小于−34.68 dB，调制速率最低为17.54 GHz。该集成器件结构紧凑，可望应用于高速大容量光通信系统。
2022, 51(10): 20210763.
doi: 10.3788/IRLA20210763
光纤模态噪声限制了下一代高精度视向速度光谱仪的测量精度。特别是当使用相干光源进行波长定标时，模态噪声会引起视向速度测量误差，降低视向速度测量精度。为了抑制光纤模态噪声，提出了一种基于变形镜的动态改变散斑花样的技术方法，该方法是在单次曝光时间内通过动态改变变形镜的面型，平滑光纤引起的散斑花样，提高定标光谱的质心稳定性，从而保证视向速度的测量精度。通过实验，利用632.8 nm 氦氖激光器作为定标光源，验证了该方法的有效性。实验结果表明，单次曝光图像包含约105个变形镜形变模式时，可以有效抑制光纤模态噪声。针对分辨率R=100000的光谱仪，单根定标谱线的情况下，光纤模态噪声引起的视向速度定标误差约为19.8 cm/s，与国际上其他技术方法的精度持平，该方法不仅可以提高能量利用率，且不影响光纤的使用寿命。
2022, 51(10): 20210938.
doi: 10.3788/IRLA20210938
为了提升网络边缘数据处理能力，满足终端大带宽和低时延的要求，构建了基于边缘基础设施的云计算平台，设计了具有动态带宽调整的光纤网络模型。提出了一种基于边缘云计算的时序优化算法，并将其应用于光纤无线网络。通过OPNET软件仿真分析了时序优化算法的传输时延均值，结果显示，优化后最大时延为43.1 ms，仅为传统方法的34.2%。实验对局域网内多个终端之间的数据通信进行分析，讨论了三种算法的传输能效、光纤信道利用率及传输能耗。实验结果显示，采用时序优化算法的测试结果具有明显改善，其传输能效提升了近1倍，边缘云数据传输时延均值信道利用率提升了约6.2%，网络传输能耗均值最优。该光纤无线网络模型及其优化算法在传输时延、信道利用率以及网络能耗方面具有明显提升。其在提升光纤通信链路选择及边缘端数据交互中具有一定的优势。
2022, 51(10): 20210695.
doi: 10.3788/IRLA20210695
工业生产线的智能装配技术是提高生产线工作效率，保证产品统一性的关键手段。日趋复杂的工业产品结构对智能装配控制精度的要求也越来越高，其中，基于实时在线测量的反馈校正技术成为了研究热点。为了实现工业生产线智能装配过程的柔性测量，提出了基于光纤传感的反馈式装配控制方法。该系统采用多FBG传感器获取装配结构实时应变，由不同封装FBG传感器完成温度应变解耦。最终通过神经网络学习的方式完成对位置偏移程度进行换算，实现装配位置实时校正。采用Matlab对螺钉结构装配过程进行仿真，模拟了不同长度和施力大小的螺钉应力分布，结果显示螺钉长度越长，相同作用力下应变越大。并且螺钉的主要应变集中在螺孔边缘位置。实验分别采用悬臂梁应变标定实验获取不同封装状态的拟合曲线，采用温度标定实验消除应变测试数据中的温漂效应，采用位置偏移实验获取校正参数。结果显示，对于长度为15.0 mm的螺钉，系统平均解算精度约为0.012 3 mm/N，对于长度为20.0 mm的螺钉，系统平均解算精度约为0.022 1 mm/N，并且具有很好的线性度。
2022, 51(10): 20220068.
doi: 10.3788/IRLA20220068
为了解决在敏感环境中位置测试容易受到干扰的问题，提出了一种基于反射式光纤传感防盗系统。该系统采用T型光纤探头作为无源传感探头，反射配件安装于安防外壳表面，通过实时测试位置偏移量提供安防预警。探测模块通过预先测试最佳反射位置的方式，将光纤探头与反射配件固定于安防位置上。在获取激光回波信号的基础上，计算了关于位置的场强分布函数。在标定实验中，测试位置由0递增至5.0 mm，响应光功率最大值为18.76 μW，方差最大值0.124。当超过3.0 mm后的曲线单调性良好，符合系统设计要求。在不同干扰类型对比实验中，分别对比了湿度、温度、振动对系统测试结果的影响程度。实验结果显示，干扰项的光功率波动无论是线性还是非线性的，其波动范围小于4 μW，而真实人为打开条件下，其波动程度大于18 μW。与此同时，系统反演计算的位移偏移量也发生显著改变，相比干扰项的位移偏差均值大8倍以上。系统具有传感端无源、灵敏度高、实时性好等优势，可有效应用于敏感环境中的安防监测。
2022, 51(10): 20220365.
doi: 10.3788/IRLA20220365
系统性地采取严格控制光学元件加工装配精度、采用大质量高稳定性光机结构、运用精密热控等方法，是以往保证空间相机光学系统高性能成像质量的常规方法，但同时该策略的实施也给相机研制带来了较高的经济与资源代价。面对高性能空间光学相机低成本化的发展趋势，降低光学系统误差敏感度，在保证成像性能的同时降低实现成本，是需要面对与解决的课题。以某小型空间相机研制为背景，应用光学系统低误差敏感度设计方法（降敏设计方法），对相机焦距500 mm、相对孔径1∶5、视场角2ω=4°的同轴两镜折反射式光学系统进行了降敏设计。结果表明，基于降敏设计方法获得的光学系统不仅像差校正理论结果表现优异，调制传递函数接近衍射极限，同时，仿真显示其在误差干扰下光学系统鲁棒性好，为相机的快速低成本制造提供了保证。光学系统降敏设计方法对高性能小型空间载荷的设计与低成本快速研制具有重要的应用价值。
2022, 51(10): 20211119.
doi: 10.3788/IRLA20211119
为克服现有离轴头戴显示光学系统设计方法不能直接设计全视场全孔径自由曲面反射镜的问题，提出了基于马吕斯定律的自由曲面三维直接设计方法。首先根据马吕斯定律求解自由曲面在全视场和全孔径范围内的所有特征数据点，然后将特征数据点拟合成用多项式表征的自由曲面，直接获得成像质量良好的自由曲面离轴系统初始结构，最后利用评价函数对拟合的多项式系数进行优化，确定最佳拟合系数，生成所需的自由曲面反射镜，得到离轴头戴显示光学系统最终结构。该方法简化了设计流程，计算效率高。基于提出的方法分别设计了单反射面和双反射面的头戴显示光学系统，单反射面系统的出瞳直径为3 mm，视场角19.12°×14.4°；双反射面系统的出瞳直径为8 mm，视场角23°×16°。设计结果表明，用该方法设计的单/双反射面头戴显示系统，其成像质量良好，系统结构紧凑。公差分析表明，引入公差后单/双反射面头戴显示系统最终可实现全视场调制传递函数(MTF)大于0.3 lp/mm和0.35 lp/mm。
2022, 51(10): 20220303.
doi: 10.3788/IRLA20220303
中巴地球资源卫星立足于陆地资源领域，以中高分辨率光学遥感为主。04A星主载荷采用大视场、低畸变三反离轴式光学系统。为解决相机立式安装带来的力学环境恶劣问题，提出了一种箱式主承力结构与被动隔振的解决方法，从主承力结构设计、反射镜支撑、隔振措施入手，对三反离轴相机进行了静力学、动力学建模，优化结构形式，通过光机集成分析，提高了结构固有频率，一阶频率达到168 Hz，降低了发射段力学响应，相机关键部件力学响应衰减50%以上，相机系统传递函数大于0.18。经过地面环境试验和在轨验证，光机结构设计合理，力和隔振性能均满足使用要求。
2022, 51(10): 20211122.
doi: 10.3788/IRLA20211122
针对航空光电遥感器在不同工作环境下会产生离焦这一问题，采用移动镜组方式进行调焦，以保证其成像质量。该调焦机构采用消间隙丝杠螺母副作为传动机构，采用六个精密轴承及弹性预紧组件作为导向机构，同时采用一对电涡流传感器及一个菱形被检测件作为测位移传感器，在有限包络尺寸下最大程度保证其调焦精度。从传动误差和传感器组件误差两方面对调焦机构进行精度分析，并且搭建实验平台对其进行了传动定位精度实验和晃动精度实验。实验结果表明，该调焦机构的传动定位精度在±6 μm以内，晃动精度在±4″以内，满足光学系统提出的调焦精度设计要求。
2022, 51(10): 20220053.
doi: 10.3788/IRLA20220053
PbS胶体量子点因其带隙可调、可溶液加工、吸收系数高等优异特性而广泛应用于光电探测器领域。然而基于光电二极管结构的PbS量子点光电探测器通常会使用不同的材料来制备N型层，从而增加了器件设计和工艺的复杂性，不利于这类光电探测器未来在面阵成像芯片中的应用。为简化制备工艺，提出了一种PbS量子点同质P-N结光电探测器，仅通过一种工艺过程实现了器件P型层和N型层的制备。经测试，探测器对不同入射光强度的探测表现出了良好的线性响应；在0.5 V反向偏压作用下，器件在700 nm处的响应度为0.11 A/W，比探测率为3.41×1011 Jones，展现出了其对弱光探测的优异能力。结果表明文中提出的PbS量子点同质PN结光电探测器有助于推动其在面阵成像领域中的发展。
2022, 51(10): 20220048.
doi: 10.3788/IRLA20220048
在目标探测识别系统中，采用多通道滤光片可以提高目标与背景的信噪比，从而实现对目标信号的精准探测。基于纳米压印的阵列结构多通道滤光片制造技术，对滤光片间隔层硬模具的表面精度和结构精度具有较高的要求。根据多光谱滤光片的设计结果，基于单点金刚石车床，采用快刀伺服加工方式，实现多通道滤光片间隔层模具的高精度制造。并采用白光干涉检测技术，对模具的表面形貌进行了检测。通过分析表明，对5×5阵列结构的多通道滤光片，其加工结果与设计值吻合良好，横向尺寸精度与纵向尺寸精度均优于5%，完全满足设计要求。该技术为多通道滤光片的大规模、批量化制造提供了技术支持，同时也为非周期阵列光学元件的制造提供一种有效的手段。
2022, 51(10): 20220094.
doi: 10.3788/IRLA20220094
从分辨率和辐亮度两个角度出发，对TDI推扫相机机动成像模式下的成像质量进行了分析。首先，提出了视轴追迹法分析计算TDI和线阵两个方向的分辨率，通过构建侧摆和星下点之间的坐标转换矩阵，得到不同机动角度下TDI和线阵方向的单位矢量，随后计算出这两个方向的单位矢量沿着视轴方向在地面的投影矢量，结合相机的参数和轨道高度、地球半径等计算出地面像元分辨率。同时根据卫星在地面的投影速率得到不同视场的积分时间，并分析以中心视场为积分时间基准下，边缘视场在不同TDI级数下的MTF退化情况。以某遥感型号为例进行了具体的分析计算，并根据MTF的退化情况对侧摆角度提出了要求，计算结果表明，边缘谱段在大侧摆下TDI级数为60时，MTF已下降为0，在轨使用时要慎重选用级数。然后，结合理论计算和在轨图像分析了了不同侧摆角度下大气对图像对比度的影响，通过分析表明侧摆会改变大气传输路径，从而影响目标的对比度，分析结果可以为后期的图像校正提供参考。
2022, 51(10): 20210989.
doi: 10.3788/IRLA20210989
三维成像技术在自动驾驶、航空任务、军事领域等都有着广泛的应用，不同技术体制的成像系统有不同的优点，其中基于多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter, MPPC)的三维成像技术由于其成像速度快、对极弱光敏感等优势具有广阔的发展潜力。然而，由于MPPC阵列发展不成熟，基于MPPC阵列的弱光三维成像探测水平受到限制。利用日本滨松公司研发的具有32×32规模的MPPC阵列S15013系列二维光子计数图像传感器，开发了一套三维成像系统，传感器的每个像素由12个单光子雪崩二极管并联而成，其总探测像素达到1 K以上。基于该系统，分析了阈值电压、镜头光阑等参数条件对三维成像探测结果的影响，对系统探测灵敏度和精度进行了测试，并针对37 m远模拟目标开展了三维成像探测试验。试验结果表明：在回波光子数约1.98 (光子/像素)的暗弱条件下，目标区域测距精度达到0.268 m，三维结构特征明显，达到了接近单光子成像的探测水平。
2022, 51(10): 20210803.
doi: 10.3788/IRLA20210803
In modern medicine, nuclear scans, Positron Emission Tomography (PET), and Magnetic Resonance Imaging (MRI) technology have been widely used to provide tissue morphology and functional information. However, these technologies have their own shortcomings in resolution or imaging depth. A new optical detection technology based on the principle of low-coherence interference can achieve high-resolution and large-depth imaging at the same time. This technology is called optical coherence tomography (OCT) technology. OCT technology is a non-contact, non-invasive, non-damage imaging technology that combines high longitudinal resolution with high transverse resolution, and can achieve the same effect as biopsy observation. OCT uses a low-energy near-infrared light source as the detection light, combined with non-damaging methods such as microscope heads, hand-held probes or endoscopes, for routine detection, and will not cause damage to biological tissues. At the same time, OCT combined with rapidly developing image acquisition, analysis and processing technology can realize real-time three-dimensional imaging, and extract useful information for diagnosis for quantitative analysis, which provides convenience for doctors' diagnosis. This review focuses on the classic OCT imaging technology and its related medical application technologies, such as SD-OCT, SS-OCT, aOCT, PS-OCT and D-OCT, in the detection of diseases of the respiratory system, oral cavity, brain tissue, kidney and other major organs in the application.
2022, 51(10): 20220042.
doi: 10.3788/IRLA20220042
近年来，基于孪生网络的方法在视觉目标跟踪中取得了巨大的进步，但是这类方法在处理跟踪中的目标状态估计以及复杂场景干扰中仍存在较大的提升空间。随着深度学习在目标检测领域取得的成功，越来越多的研究将其成果用于指导目标跟踪技术的发展。对融合检测技术的孪生目标跟踪算法进行了综述。首先介绍检测和跟踪的联系与区别，同时分析检测技术对改进基于孪生网络的跟踪算法的可行性；然后阐述在不同检测框架指导下的孪生目标跟踪算法，以及使用OTB100、VOT2018、GOT-10k和LaSOT公开数据集对各类算法进行对比和分析；最后对全文进行总结，并对目标跟踪的未来发展方向进行展望。
2022, 51(10): 20220013.
doi: 10.3788/IRLA20220013
为提升复杂场景下目标跟踪的鲁棒性，优化模型运行效率，提出一种基于自适应特征融合的相关滤波跟踪算法。该算法采用方向梯度直方图特征和卷积神经网络来对目标进行信息构建，利用特征响应的峰值旁瓣比和旁瓣值占比自适应地确定融合系数，根据融合响应来预测目标位置。为适应场景的变化，降低光照、背景和目标形变等对跟踪的影响，引入平均峰值相关能量来设计滤波器学习率调整机制，动态地进行模型更新。通过对深度特征提取网络进行轻量化设计，降低特征网络参数，提高跟踪速度。在OTB100通用数据集上进行测试，实验结果表明：文中所提算法有效降低了干扰对目标跟踪的影响，且跟踪精度、成功率和速度整体优于对比算法。
2022, 51(10): 20220078.
doi: 10.3788/IRLA20220078
InGaAs近红外探测器广泛应用于航天航空、军事与民生领域。为了实现InGaAs探测器智能化，结合人脸检测应用，提出了可部署于低功耗移动智能设备的超轻量InGaAs近红外人脸检测算法。主要针对近红外人脸样本较少与低功耗设备部署问题展开研究，采用迁移学习与二值量化方案训练网络。算法首先通过大规模可见光人脸数据集实现了基于SSD的预训练人脸检测网络。然后使用二值量化方案大幅压缩网络参数空间大小与计算量，但同时造成网络准确度下降。为进一步提升网络二值量化效果，为二值量化过程引入了特征均值信息，并以对抗卷积形式弥补了准确度损失。最后，算法通过小规模近红外人脸数据对预训练二值网络进行微调，实现最终网络。所实现的二值量化人脸检测网络在采集的近红外人脸验证集中可以获得71.18%平均准确度。
2022, 51(10): 20220018.
doi: 10.3788/IRLA20220018
针对相机抖动、拍摄物体快速运动以及低快门速度等因素造成的图像非均匀模糊，提出一种结合多尺度特征融合和多输入多输出编-解码器的去模糊算法。首先使用多尺度特征提取模块来提取较小尺度模糊图像的初始特征，该模块使用扩张卷积来以较少的参数量获得更大的感受野。其次，通过特征注意力模块来自适应地学习不同尺度特征中的有效信息，该模块利用小尺度图像的特征来生成注意图，能够有效地减少冗余特征。最后，使用多尺度特征渐进融合模块逐步融合不同尺度的特征，使得不同尺度特征信息能够进行互补。相比以往的使用多个子网堆叠的多尺度方法，文中使用单个网络就能提取多尺度特征，从而降低了训练难度。为了评估网络的去模糊效果和泛化性能，提出的算法在基准数据集GoPro、HIDE和真实数据集RealBlur上均进行了测试。在GoPro和HIDE数据集上的峰值信噪比值分别为31.73 dB和29.39 dB，结构相似度值分别为0.951和0.923，其结果均高于目前先进的去模糊算法，并且在真实数据集RealBlur上也取得了最佳效果。实验结果表明，提出的去模糊算法相比现有算法去模糊更为彻底，能有效地复原图像的边缘轮廓和纹理细节信息，并且能够提升后续高级计算机视觉任务的鲁棒性。
2022, 51(10): 20220029.
doi: 10.3788/IRLA20220029
合成孔径雷达（Synthetic aperture radar，SAR）自动目标识别（Automatic target recognition，ATR）是现代战场情报侦察、精确打击的重要支撑技术。为提升SAR ATR整体性能，提出基于二维投影特征多重集典型相关分析（Multiset canonical correlations analysis，MCCA）的方法。首先，采用若干二维随机投影矩阵对SAR图像进行特征提取，获得多层次特征描述。考虑到这些结果之间的相关性和可能存在的冗余及干扰，进一步通过MCCA对它们进行融合处理，获取单一特征矢量。基于稀疏表示分类器（Sparse representation-based classification，SRC）对融合特征矢量进行处理，判决目标类别。实验基于MSTAR数据集开展，对方法性能进行检验确认，结果能够验证其有效性。
