“天琴计划”教育部重点实验室，天琴中心 & 物理与天文学院，天琴前沿科学中心，国家航天局引力波研究中心，中山大学(珠海校区)，广东 珠海 519082
Overview: Space gravitational wave detection missions typically consist of three identical satellites, with two laser links between the satellites at an angle of sixty degrees forming a Michelson interferometer. The arm length changes are measured using high-precision inter-satellite laser interferometry. As a key component of the inter-satellite laser interferometry system, the telescope system needs to have picometer-level optical path stability, a wavefront error of λ/30, and stray light less than 10?10 of the transmitted power. To meet the requirements of space gravitational wave detection for the telescope system, an optical and mechanical integrated analysis and optimization method is proposed to design and optimize the primary mirror and its supporting structure. The off-axis parabolic primary mirror adopts the side three-point support method, and the influence of the support point position on the mirror surface shape and the rigid body displacement under gravity conditions has been studied. Optimization of the size of the triangular lightweighting holes on the primary mirror has been performed, and density-based topology optimization has been used to optimize the support backplate while ensuring that the first-order mode of the primary mirror component remains essentially unchanged. The flexural matrix of the primary mirror component supported by a parallel bipod linkage structure was derived based on spinor theory, and an evaluation function for the support structure was established. The size parameter range of flexible support was preliminarily determined by Matlab analysis. A optical-mechanical integrated simulation platform is set up to optimize the parameters of the support structure using a weighted sum method to convert the multi-objective optimization problem into a single-objective optimization problem. The results showed that the first-order frequency of the primary mirror component system was 392.43 Hz. Under gravity and temperature loads, the deformation of the primary mirror surface was better than λ/60, the translational rigid body displacement was better than 2.5 μm, and the rotational rigid body displacement was better than 0.5 μrad, all of which met the design specifications. Under space thermal disturbance of 10 μK/Hz1/2, the size stability of the primary mirror component, represented by the displacement of the central point of the mirror, was at a level of 10 pm/Hz1/2.
引力波望远镜 Bipod连杆支撑 面形变化 尺寸稳定性 gravitational wave telescope bipod linkage support surface deformation dimensional stability
碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, MCT)材料的表面钝化是红外探测器制备中的关键工艺之一。高性能MCT器件需要稳定且可重复生产的钝化表面和符合器件性能要求的界面。因此，探究MCT表面钝化技术具有重要意义。研究了MCT的分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)原位钝化与磁控溅射钝化两种钝化技术。结果表明，MBE原位钝化膜层的致密性较好，钝化层表面的缺陷孔洞较小，钝化层与MCT的晶格匹配度较好，器件流片的电流-电压(I-V)特性要优于磁控溅射正常钝化。
碲化镉 分子束外延 钝化 电流-电压特性 CdTe molecular beam epitaxy passivation current-voltage characteristics
1 云南大学 物理与天文学院 云南省量子信息重点实验室，云南 昆明 650091
2 中国科学院合肥物质科学研究院 固体物理研究所，安徽 合肥 230031
3 深圳网联光仪科技有限公司，广东 深圳 518118
4 重庆启晶科技发展有限公司，重庆 400030
5 深圳技术大学 新材料与新能源学院，广东 深圳 515118
氮掺杂金刚石（N-D）是最重要的碳基电子材料之一，由于氮相关色心的存在，其具有许多有趣而独特的物理特征。文章中研究了等离子体化学气相沉积法生长的N-D样品的太赫兹（THz）磁光特性。应用偏振THz时域光谱（THz TDS）技术，在0~8 T磁场和80 K温度条件下，测量了N-D样品在法拉第几何结构下的THz透射光谱，得到了N-D材料的法拉第旋转角和椭偏率、复横向（或霍尔）磁光电导率以及复左、右旋介电常数随磁场的变化规律。结果表明，N-D材料具有优良的THz磁光法拉第旋光效应，可应用于THz旋光器件。
氮掺杂金刚石 磁光特性 太赫兹时域光谱 nitrogen-doped diamond magneto-optical properties THz TDS
作为pn结成型的重要参数, 离子注入温度对晶格缺陷和材料扩散的影响较大。在碲镉汞的离子注入过程中, 注入温度很大程度上影响着注入区的尺寸与光刻掩膜的形貌。从离子注入工艺的温度控制出发, 研究了该工艺中的束流、注入能量、接触面粗糙度等因素;结合器件的I-V曲线, 探究了注入温度对碲镉汞红外探测器性能的影响。结果表明, 较低的注入束流、冷却温度以及良好的导热面, 可以保证实际注入温度低于光刻胶的耐受温度, 从而提高工艺过程的成品率。同时, 较低的注入温度对于减小暗电流及注入区扩散面积起到了一定的作用, 提高了碲镉汞红外探测器光敏元的性能。
离子注入 碲镉汞 注入温度 I-V曲线 ion implantation HgCdTe implantation temperature I-V curve
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
光学遥感图像海面舰船目标检测易受云雾、海岛、海杂波、阴影等多种复杂因素的干扰。同时, 由于卫星遥感图像的幅宽较大, 若需要满足实时检测和硬件移植的需求, 还要考虑算法的计算量和可移植性。鉴于实际工程的需要, 本文提出了一种基于视觉显著性适用于复杂背景下的自适应舰船目标快速定位与检测方法。本算法首先基于图像梯度自适应获取全局最优尺度, 通过谱残差显著性模型获得全局显著性区域。对于显著区域局部存在全局阈值分割效果不佳的区域(称为复杂区域), 本文通过设计轮廓等形状特征来筛选出局部复杂区域, 并对其进一步计算显著图, 之后将处理结果与原显著图进行融合, 获取最终的疑似区域提取结果。最后使用支持向量机对候选区域进行进一步判别。结果表明, 本文算法可以有效检测出复杂背景下不同尺寸和方向的舰船目标区域, 算法检测正确率为91.4％, 召回率为91.2％, 优于大多数同类算法, 接近深度学习算法精度。同时在算法体量上, 本文算法的计算量和参数量远远低于大多数深度学习框架, 更适合硬件移植, 同时算法的迁移性更强, 易于修改和维护。
图像处理 目标检测 视觉显著性 特征提取 多尺度分析 自适应阈值 image processing target detection visual salience feature extraction multiscale analysis adaptive threshold
1 喀什大学 土木工程学院, 新疆 喀什 844008
2 上海应用技术大学 机械工程学院, 上海 201418
为了解喀喇昆仑公路(中国段)部分区域岩石力学性能, 采用数字图像相关技术, 对采集的不同岩性岩石, 在三点弯曲和单轴压缩的载荷作用下, 进行了岩样位移场、裂缝起裂、扩展等动态演化规律的实验研究。通过定量和定性分析, 得出了裂纹演化及路径因岩石种类不同有所区别, 三点弯曲岩样裂纹发生部位在受拉应力一侧, 单轴压缩试件在边角处局部压溃导致破坏, 通过比较裂纹演化, 千枚岩和片麻岩裂纹沿应力最大处纵向延伸, 云母片岩裂纹受层理和应力等因素影响, 裂纹呈锯齿形延伸。实验结果对提高这一地域岩石破坏机理的认识, 为防灾减灾及工程设施施工提供数据积累和参考。
数字图像处理 岩石裂缝 动态演化 位移场 digital image processing rock fracture dynamic evolution displacement field
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学研究二部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100094
3 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
针对传统遥感图像飞机目标检测算法在复杂背景下存在检测准确度和检测召回率较低的问题, 基于深度学习中YOLOv4-tiny提出一种遥感图像飞机目标检测算法。根据YOLOv3和YOLOv4的网络结构对YOLOv4-tiny的网络结构进行改进, 将原算法中的CSP特征提取网络强化, 使其特征提取能力增加; 使用Mish激活函数替换原激活函数Leaky ReLU, 以获取更好的泛化性; 添加了空间金字塔池化模块, 缓解网络对目标尺度的敏感程度。实验结果表明:在常规高质量、过度曝光的停机坪、登机口干扰和雾天影响的遥感图像测试中, 改进后的算法都有很优秀的检测效果, 最终统计检测准确度为98.49%, 较原算法提升了1.79%, 召回率为97.19%, 提升了23.2%, 速度达到8.77ms。检测效果有显著提升, 能够满足实时性要求。
光学图像处理 遥感图像 目标检测 空间金字塔池化 Mish激活函数 optical image processing remote sensing image target detection YOLOv4-tiny YOLOv4-tiny spatial pyramid pooling Mish activation function
强激光与粒子束
2020, 32(3): 033002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京信息科技大学 机电工程学院,北京 100192
本文提出一种谱残差和梯度纹理融合特征来检测可见光遥感图像中复杂海面背景下的舰船目标。首先, 使用谱残差模型定位疑似舰船目标, 并采用自适应动态阈值法获取候选目标区域。然后, 根据舰船的形状特点, 对梯度方向直方图特征进行改进, 设计出表征舰船特性的梯度方向特征。同时, 将提取候选目标区域的统一化LBP特征的方差以及灰度共生矩阵特征相结合来描述舰船的纹理信息, 得到30维特征向量。最后, 通过训练好的AdaBoost分类器来完成舰船目标鉴别。本文的检测算法, 针对尺寸为1 024×1 024的可见光遥感图像, 检测时间为4.792 6 s, 检测精度为95.51%, 召回率为96.65%。实验结果表明: 本文算法能准确提取海面舰船目标, 获取舰船目标的数量和位置信息, 从检测时间和精度上来看, 可以作为实际工程参考。
舰船检测 谱残差 梯度方向特征 统一化LBP 灰度共生矩阵 AdaBoost分类器 ship detection spectral residual gradient direction feature uniform LBP gray level co-occurrence matrix AdaBoost classifier
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
多片CCD拼接遥感成像系统由于存在非均匀性问题, 导致遥感图像中常存在条带噪声, 本文在分析条带噪声的主要来源和模型的基础上, 提出了多尺度变分模型的条带噪声去除方法。首先, 分析了条带噪声的特点并建立了图像退化模型。其次, 结合条带噪声的单向性特点与多尺度分层分解方法构造能量泛函。然后, 利用不动点Gauss-Seidel迭代法多尺度分级极小化能量泛函, 将条带噪声和图像有用信息分离。最后, 对各尺度结构分量和细节分量进行累加, 得到去噪图像。实验结果表明: 对于周期条带噪声, 图像畸变量为2‰, 图像辐射质量提升到11.715 dB; 对于随机条带噪声, 图像畸变量为3.3‰, 图像辐射质量提升到11.092 5 dB。与典型条带噪声去除方法相比, 不管是周期条带噪声还是随机条带噪声, 本文方法均能够在保证畸变量很小的情况下, 将其完全去除, 满足遥感图像低畸变量的预处理要求。
光学遥感 条带噪声 多尺度分层分解 非均匀性校正 optical remote sensing stripe noise multiscale hierarchical image decomposition non-uniformity correction
