1 1.华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
2 2.深圳职业技术学院, 深圳 518055
印刷钙钛矿太阳能电池采用无机介孔骨架包覆有机无机杂化钙钛矿材料的器件结构, 制备工艺简单, 原材料成本低廉, 且稳定性优异。然而, 在介孔骨架中均匀沉积高质量的钙钛矿材料存在一定困难。本研究通过在典型钙钛矿材料甲胺铅碘(MAPbI3)前驱液中引入醋酸铅(Pb(Ac)2)作为添加剂, 加快钙钛矿晶体的成核从而改善其在介孔骨架中的生长和填充。同时, Ac-与MA+所形成的MAAc在热退火过程中逃逸可使得所沉积的钙钛矿光活性层中PbI2略微过量, 达到钝化晶界的作用。添加摩尔分数1% Pb(Ac)2的钙钛矿前驱液所制备的印刷钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到15.42%, 表明引入添加剂调控钙钛矿光活性层结晶质量是提升印刷钙钛矿太阳能电池性能的有效途径。
有机无机杂化钙钛矿 太阳能电池 醋酸铅 结晶调控 成核生长 organic-inorganic perovskite solar cell lead acetate crystallization regulation nucleation crystal growth
海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
为直观、全面、系统地分析设备参数、水体光学传输特性和目标反射特性对水下激光主动成像的影响,为水下光电成像系统的设计优化提供可视化参考依据,建立了水下激光主动成像的可视化模型。该模型基于蒙特卡罗方法追踪整个水下成像过程中光子的状态变化,分别采用几何光学近似和随机碰撞原理模拟随机粗糙表面和水体悬浮粒子对光的散射,并通过高斯物像公式获得最终的仿真图像,实现水下目标激光成像的可视化。为验证仿真结果,对在实验室受控水箱环境中获得的实际图像与相同参数条件下的模拟图像进行比较。结果表明,仿真图像与实验图像具有相同的特征及变化规律,表明该模型较好地模拟了水下激光主动成像的过程,准确度较高、可用性较好。
光谱学 主动激光成像 可视化模型 蒙特卡罗方法 几何光学近似 多次散射
海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
为提高水下激光图像的质量,改进了生成对抗网络的生成网络,使其成为一种包含跳跃结构和空洞卷积的深度卷积神经网络。利用该网络从自建数据集中学习待修复图像到目标图像的端到端映射参数,再对带有强后向散射光的水下激光图像进行修复。实验结果表明,所提方法能够快速对后向散射光区域进行填充修复,相比传统去噪和增强对比度方法联合处理的结果,所提方法的峰值信噪比平均提高了9.10 dB,特征相似度平均提高了0.11,实现了水下激光图像的去噪、对比度增强和非均匀性照明改善,较好地去除了后向散射光。
图像处理 水下激光图像 后向散射 非均匀性照明 图像修复 生成对抗网络 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 041004
海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
为了评价高重复频率系统在每个选通切片中的成像质量,为脉冲分配策略的研究提供依据,在Jaffe-McGlamery模型的基础上,建立描述高重复频率系统信号传输过程的理论模型,分析图像退化因素,提出一种高重复频率系统成像质量评价模型。采用重复频率为4 kHz的脉冲激光器,对黑白条纹靶板目标进行成像。实验结果表明,从目标开始成像到出现饱和前的线性区间内,该理论模型的结果与实验结果相吻合,误差不超过10%。
海洋光学 对比度信噪比 高重复频率激光成像系统 成像雷达
海军工程大学兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
由于水体对光的吸收和散射,水下光电图像具有低信噪比、低对比度等特点,导致目标难以识别,限制了水下光电成像装备的实际应用和发展。为提高目标的探测精度和识别率,提出包含一维并行卷积和子像素卷积的深度卷积神经网络,利用其从水下光电图像训练集中学习优化图像质量的参数,实现了去噪和对比度增强。实验结果表明,相比于经典去噪方法和对比度增强方法联合处理的结果,本文方法得到的峰值信噪比和均方根对比度分别平均提高了2.93 dB和14.41,能够有效地权衡去噪、对比度增强和亮度提升等,获得适合人眼视觉感受的图像,且处理单幅图像的平均速度是经典方法的9.46倍。利用测试集对网络进行测试,其在一定范围内较好地优化了图像质量,具有一定的泛化特性。
图像处理 水下光电图像 噪声 低对比度 卷积神经网络 子像素卷积 光学学报
2018, 38(11): 1110004
海军工程大学 兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
烟幕是对抗红外侦察与制导的有效手段。为了定量评估和评价烟幕对红外热成像干扰的效果, 从理论和实验两方面进行了研究。理论上, 依据作用距离准则, 从辐射对比度入手, 建立了烟幕干扰下的红外热成像视距方程, 从而可以通过估算干扰前后热成像系统作用距离的变化来分析评价烟幕干扰的效果。实验中, 首先测定了烟幕对不同波段辐射的透过率。然后以人体作为观察目标, 基于相似度准则, 引入归一化互信息指标作为评价标准, 并和直接观察结合来分析红外热成像效果受烟幕干扰的情况。结果表明, 在烟幕干扰下, 当红外热成像系统无法达到识别要求时, 目标与背景表观对比度下降到固有对比度的4%以下, 对应的烟幕透过率为55%, 且理论计算与实验分析相符。
烟幕干扰 辐射对比度 视距 归一化互信息 interference of smokescreen radiation contrast view range normalized mutual information 红外与激光工程
2018, 47(12): 1204004
海军工程大学兵器工程系, 湖北 武汉 430033
在水下高重复频率距离选通成像系统的基础上，设计了一种全选通成像系统。在空间域中，可将整个探测区域划分为多个相互叠加的改进选通切片，一帧图像积分时间内的激光脉冲按照一定规律分布到各个改进选通切片中；在时间域中，在一帧图像积分时间内按照一定规律实现宽选通门对不同激光脉冲回波的等时差移动，使得一帧图像中包含所有距离的目标信息，实现了全选通实时成像。实验对比了连续光成像系统、传统距离选通成像系统和全选通成像系统的成像质量。实验结果表明，全选通成像系统同时具有连续光成像系统探测范围广和距离选通成像系统探测距离远的优点，探测距离大于4.5H(H为衰减长度)，输出视频的帧率为20 Hz。
海洋光学 距离选通成像 主动成像 成像雷达 中国激光
2016, 43(11): 1101009
水下距离选通成像雷达能够有效消除水体对光源的后向散射, 提高水下成像作用距离, 但由于系统信号处理固有延迟的影响, 成像盲区限制成为这种方法的主要缺点之一。提出了一种基于激光脉冲异步控制的方法, 在高重频和低重频两种系统上进行对比实验。研究表明, 采用异步控制方法在水下高重频距离选通成像系统上能够成功消除成像盲区限制, 但在低重频系统上会带来图像亮度抖动的缺点。这也是水下高重频距离选通成像系统优于低重频系统的原因之一。
海洋光学 距离选通 主动成像 成像雷达 oceanic optics range-gated active imaging imaging radar
海军工程大学兵器工程系, 湖北 武汉 430033
基于脉冲激光器的水下距离选通成像雷达是水下光电探测的重要手段之一，为了在探测距离内获得有效的照明范围，在小角度散射条件下，推导了水体光束扩展函数，提出了一种水下高斯光束激光照明模型。采用532 nm调Q 倍频Nd:YAG 脉冲激光器实验测量了不同发散角激光在水下目标平面上的照度分布半径。与其他模型仿真结果进行对比表明，该激光照明模型能够较好地吻合实验结果。模型误差随着照明距离和激光发散角的增加而变大，在目标平面直径为1 m 的圆形照明区域条件下，仿真得到的照明光斑半径在8.5 个衰减长度范围内与实测值误差不超过0.1 m。
海洋光学 距离选通 主动成像 光束扩展函数
海军工程大学 兵器工程系, 湖北 武汉430033
介绍了采用距离选通技术进行非视域成像探测的原理, 基于窄脉冲激光器和选通型成像器件搭建了非视域主动成像实验系统。以玻璃作为中介反射面, 以黑白条纹靶板作为目标, 对目标和周围环境处于不同光照情形时, 系统的非视域成像效果进行测试。结果表明, 基于距离选通的非视域成像技术是一种能够在不同光照条件下实现对视觉盲区进行有效观察的成像技术。
距离选通 非视域成像 背景光 range-gated imaging non-line-of-sight imaging background illumination
