1 西安电子科技大学, 西安 710071
2 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
3 天津市滨海新区微电子研究院, 天津 300459
提出了一种适用于低电压工作的毫米波AlN/GaN MIS-HEMT器件, 开展了材料外延结构的设计, 在SiC衬底上生长了AlN/GaN外延材料。基于此材料开展了器件制作, 优化了高温快速退火工艺, 获得良好的欧姆接触电阻。对所制备的器件进行直流测试, 结果显示, 电流输出能力为2.4 A/mm, 跨导极值为518 mS/mm, 小信号ft达到85 GHz, fmax大于141 GHz。在5G毫米波段28 GHz频率点测试了大信号特性, 当VDS =3 V时, 输出功率密度为0.55 W/mm, 功率附加效率(PAE)为40.1%; 当VDS = 6 V时, 输出功率密度为1.6 W/mm, PAE达到47.8%。该器件具有低压毫米波应用的潜力。
氮化铝/氮化硅 外延材料 低工作电压 毫米波 氮化铝势垒 AlN/SixN epitaxial material low operating voltage millimeter wave MIS-HEMT MIS-HEMT AlN barrier
1 武汉科技大学机械自动化学院，湖北 武汉 430081
2 机械传动与制造工程湖北省重点实验室，湖北 武汉 430081
基于图像处理的沥青路面纹理三维重建技术具有快速、全面、分辨率高等优点，针对沥青路面颜色集中、特征点不明显导致三维纹理检测精度低的问题，提出一种基于多尺度图像融合的双目视觉技术。通过加权最小二乘滤波实现图像多尺度分解，利用跨尺度聚合模型融合多尺度图像信息进行沥青路面三维重建，提高了双目重建的精度。通过区域纹理参数，将所提方法与激光扫描仪进行了比较。结果表明，所提方法的区域纹理参数结果与激光扫描仪的结果比较接近。
成像系统 图像处理 路面纹理 三维成像 多尺度图像信息 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811030
1 江苏省扬州环境监测中心, 江苏 扬州 225100
2 扬州大学环境科学与工程学院, 江苏 扬州 225009
针对当前地表水体有机污染的原位快速监测需求, 提出一种基于三维荧光光谱技术的水质指标预测模型和水质等级快速判断方法。 以扬州市域内多种地表水体的水质监测数据作为模型训练样本, 充分利用水体三维荧光光谱信息, 结合线性支持向量回归算法(LIBLINEAR), 建立了与化学需氧量(CODCr)、 高锰酸盐指数(CODMn)、 氨氮(NH3-N)、 总磷(TP)、 总氮(TN)和五日生化需氧量(BOD5)6项有机污染相关水质指标的预测模型。 研究结果表明, 6项指标预测模型的训练集和测试集决定系数R2均大于0.73, 预测值与国标及行业标准方法分析结果的相关系数r达到0.9以上。 利用水质指标预测结果进一步判断有机污染指标相关水质等级, 黑臭水体识别率达86%, 对Ⅲ类~重度黑臭共6个水质等级的分类准确率为60%。 结果说明该方法通过水体三维荧光光谱信息预测水质有机污染指标具有较好的准确性和精度, 为广域时空尺度地表水的高效原位监测提供了一种新的解决方案。
三维荧光光谱 线性支持向量回归 水质指标 水质等级 原位监测 EEM spectrum Linear support vector regression Water quality indexes Water quality grade In situ monitoring 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2839
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 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
在二自由度快速控制反射镜系统设计中，为提高系统的控制带宽，应尽量降低工作方向上的低阶固有频率，提高非工作方向上的高阶固有频率。该课题以某深切口柔性铰链快反镜系统作为研究对象，首先对系统前四阶固有频率的振型运动方向进行了分析，并针对传统刚度计算方法不适用于第三阶振型方向的问题，重新推导了第三阶振型方向上的刚度计算公式；其次，利用能量法和卡式第二定理对深切口柔性铰链上的工作刚度进行了推导，并进行了非线性拟合化简，得出的简化计算公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过8.9%，证明了推导的铰链工作刚度理论公式的准确性；然后，将第三阶振型方向刚度计算公式和柔性铰链刚度计算公式代入固有频率计算公式，并进行有限元验证，结果表明理论公式计算结果与有限元仿真结果误差不超过1.7%，证明了新的三阶振型方向上的刚度计算公式的准确性。最后利用遗传算法，对系统前四阶固有频率进行了多目标优化设计，到达设计要求，所求出的优化结构较初始结构有明显优化，工作方向刚度减小19.04%，非工作方向刚度提高297.83%和77.09%。此外还对其进行了有限元仿真验证，结果证明一、二阶固有频率减小8.08%、5.40%，三、四阶固有频率提高了112.59%、16.80%。证明优化结构较初始结构有较大提高，能有效提高系统控制带宽。
快速控制反射镜 控制带宽 优化设计 固有频率 柔性铰链刚度 fast steering mirror control bandwidth optimal design natural frequency the stiffness of flexure hinge 红外与激光工程
2021, 50(6): 20200450
1 防灾科技学院信息工程学院, 河北 廊坊 065201
2 应急管理部国家自然灾害防治研究院, 北京 100085
铁路是运输系统中的主要交通工具之一,而铁路的安全隐患主要来自于铁轨上的入侵障碍物,如危岩、动物和行人等,因此障碍物实时检测预警技术必不可少。采用16线三维激光雷达采集数据,实现了点云成像。基于八叉树方法对背景点云和实时采集的点云进行空间体素化,并进行差分运算,然后通过统计滤波和半径滤波对点云进行去噪处理,实现了小目标障碍物的实时检测。研究结果为16线三维激光雷达扫描系统的数据采集提供了参考。
遥感 16线激光雷达 三维点云 小障碍物 实时检测 激光与光电子学进展
2021, 58(12): 1228001
1 浙江大学环境与资源学院, 浙江 杭州 310058
2 桂林理工大学, 广西 桂林 541004
3 中国地质调查局南京地质调查中心, 江苏 南京 210016
4 北矿检测技术有限公司, 北京 102628
5 国家地质实验测试中心, 北京 100037
环境样品中元素的浓度、 空间分布和赋存形态等是认识元素的生物功能和环境行为的关键。 本文对近年来X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用研究进展进行了评述, 发现X射线荧光光谱技术可以提供活体植物中元素迁移与分布的定量数据, 且微区X射线荧光光谱和X射线吸收谱技术的联用可深入认识生物与元素的相互作用, 尤其是生物对元素的吸收、 转运、 贮存和细胞解毒机制, 同时也能够揭示典型环境样品中元素的来源、 演化和归趋等环境行为。 然而, 由于生物和环境样品基质的复杂性和多样性, 仍存在一些技术难点与挑战, 如X射线荧光自吸收效应的克服、 低丰度(5%~10%)的元素形态的准确鉴定, 以及对活体细胞中短暂的元素氧化还原反应的捕捉等。
生物与生态环境 X射线荧光光谱 X射线吸收谱 空间分布 元素形态 Biological and ecological environment X-ray fluorescence spectroscopy X-ray absorption spectroscopy Spatial distribution Elemental speciation
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
土壤含水量的变化情况与时空分布对热量平衡、 农业墒情等具有显著的影响。 利用反射率光谱信息反演土壤含水量的研究, 可为实现土壤含水量速测、 揭示土壤含水量时空变异规律提供科学依据。 构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型, 深入探究土壤重量含水量与反射率光谱的关系。 制备了12种不同湿度的土壤样品。 采用ASD Field Spec Pro 3地物波谱仪对制备的不同湿度梯度的黑土土壤进行反射率光谱测量。 利用菲涅耳反射率建立土壤表面反射模型; 在以往的研究中, Kubelka-Munk (KM)模型中的漫反射率R∞通常被视为对于给定材料和照明波长的常数或需要反演的参数。 通过研究发现, 漫反射率R∞不仅与材料和波长有关, 还与土壤含水量相关。 利用与土壤含水量相关的吸收系数及散射系数描述了土壤含水量与漫反射率R∞的关系, 并基于KM理论对体散射分量进行建模; 进而构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型。 根据实际测量数据选用最小二乘算法对模型参数进行反演, 并通过分析反演参数简化模型。 最后, 将未参与建模的不同含水量梯度的数据代入模型中, 验证模型的有效性。 结果表明: 对比不同含水量土壤反射率光谱的模拟值与实测值在400～2 400 nm波段范围内的模拟精度发现, 含水量为200 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最大, 为0.008, 含水量为40 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最小, 为0.000 6, 不同含水量下土壤样品反射率光谱的均方根误差的均值是0.005 1。 在400～2 400 nm波段范围内, 不同波长下黑土土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.008, 1 920 nm波长处的预测均方根误差最小, 为0.002 062。 采集长春地区的土壤检验模型的可靠性, 配制15个不同含水量样品并对其进行反射率光谱测量。 选取9个样品数据用于建模, 6个样品数据用于验证。 结果表明: 在400～2 400 nm波段范围内, 不同波长下的长春土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.015, 525 nm波长处的预测均方根误差最小, 为0.000 922 5。 综上所述, 所建立的模型具有很高的预测精度, 可很好地适用于不同含水量黑土土壤反射率光谱的模拟。
遥感 黑土土壤含水量 反射率光谱 半经验模型 Remote sensing Black soil moisture content Reflectance spectra Semi-empirical model 光谱学与光谱分析
2019, 39(11): 3514
1 清华大学 电子工程系,北京 100084
2 防灾科技学院 信息工程学院, 河北 廊坊 065201
高光谱遥感技术具有强大的地物探测能力.然而,其空间分辨率低的特点导致光谱图像中存在大量的混合像元,该现象阻碍了高光谱技术的应用和发展.针对米级以下的高光谱图像,线性混合模型能够很好地为混合像元建模.由于其物理上的可释性以及数学上的可操作性,作为光谱解混基础的线性混合模型受到了广泛关注,为高光谱图像的混合像元解混问题提供了重要的解决思路.然而,由于观测噪声、环境条件、端元变异性和数据集大小等情况的存在,线性解混依然是一个具有挑战性的不适定的逆问题.通过整理近五年的文献资料,分别从非负矩阵分解、原型分析、贝叶斯方法以及稀疏解混四个方面介绍线性解混数学模型的发展现状以及面临的问题.
高光谱图像 光谱解混 综述 矩阵分解 贝叶斯方法 原型分析 稀疏解混 hyperspectral image unmixing overview matrix factorization bayesian method archetype analysis sparse regression
哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150080
太赫兹三维成像技术是太赫兹成像技术的重要研究方向, 因为基于样本的三维图像可以获取比二维图像更丰富的分布信息。影响压缩感知方法三维重建结果精度的算法控制参数主要有迭代次数和稀疏限制参数。利用主观及客观评价法, 首先分析了理想情况下迭代次数和稀疏限制参数对再现结果的影响。考虑到实际目标板的不均匀等现象会引入噪声, 因此研究了存在高斯噪声时再现算法控制参数对再现结果的影响。结果表明：当迭代次数均为200次, 理想情况和高斯噪声方差分别为0.0005和0.001时, 稀疏限制参数分别为0.02、0.1、0.1。
成像系统 太赫兹三维成像技术 控制参数 高斯噪声 压缩感知 客观评价 中国激光
2018, 45(10): 1014001
1 清华大学 电子工程系,北京 100084
2 中国地震局地壳应力研究所,北京 100085
丰度估计(AE)是从高光谱图像中识别地物的关键预处理技术.鉴于线性混合模型的可解释性以及数学上的可操作性,带约束的线性回归技术在丰度矩阵估计中备受关注.目前,这类方法存在的缺陷是其拟合过程中仅仅考虑到估计数据与真实数据之间的拟合误差,忽略了估计数据的结构与真实数据的结构之间的相似性信息.因此,提出了融合结构信息的线性回归模型,并应用于稀疏低秩丰度矩阵估计领域.首先,通过增加结构信息改进传统的带约束的线性回归模型,并经数学理论证明了增加结构信息的模型较传统模型更加有效；其次,应用该方法改进稀疏低秩丰度估计的数学模型；最后,采用交替乘子法(ADMM)技术求解新模型.实验结果表明,融入结构信息的稀疏低秩丰度估计算法能够有效地提高仿真数据和实际高光谱数据的丰度估计的估计精度,改善其抗噪性能.
解混 稀疏低秩 结构信息 丰度矩阵 交替乘子法(ADMM) unmixing sparse and low rank structural information abundance matrix alternating direction method of multipliers (ADMM)
