1 山东省水利勘测设计院有限公司，山东 济南 250013
2 河海大学信息科学与工程学院，江苏 常州 213022
3 山东省水利勘测设计院有限公司济南市数字孪生与智慧水利重点实验室，山东 济南 250013
水下结构状态视觉检测过程中，观测相机镜头易受到水体中枯叶、藻类等悬浮杂质遮挡，导致水下结构表观影像信息丢失，影响检测效果。针对该问题，利用水下视频序列中的帧内空间信息与帧间运动信息，提出一种悬浮杂质遮挡消除方法。根据相邻帧间的光流场分布信息，提出位移补偿策略，消除相机移动导致的帧间背景偏移；结合悬浮杂质成像特性，建立动态视觉感知模型，在对齐后的相邻帧基础上，实现不同形态悬浮杂质的准确检测；构建一种混合引导修复模型，确立帧间最优互补信息，还原悬浮杂质遮挡区域。在构建的真实与合成数据集上的测试结果表明，本文方法能够准确检测并消除悬浮杂质的遮挡，处理后的图像质量在多项指标上均得到明显提升。
水下图像复原 悬浮杂质遮挡消除 位移补偿 动态视觉感知 混合引导模型 光学学报
2023, 43(24): 2401012
强激光与粒子束
2023, 35(8): 081001
山东大学 深圳研究院，新一代半导体材料研究院, 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
在PVT法生长AlN晶体的过程中, 很难保持理想的热力学平衡状态, 不可避免地会产生晶体缺陷。高温退火技术对提高晶体完整性十分有效，受到了广泛关注。本工作在N2气氛环境下对PVT法生长的AlN晶片进行高温退火研究。为了评价退火前后AlN晶体的质量和结构变化情况, 进行了高分辨率X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱分析。通过室温光致发光(PL)和吸收光谱对AlN晶体的光学性质以及与杂质相关的带隙变化情况进行了表征。在1400~1800 ℃退火后, AlN晶体质量显著提高。1400 ℃退火后, (10-12)晶面的X射线摇摆曲线的半峰宽(FWHM)从104.04 arcsec减小到79.92 arcsec。随着退火温度升高, 吸收性能明显增强, 带隙增大, 说明高温退火处理有利于提高AlN晶体的质量。二次离子质谱(SIMS)结果表明, 退火过程降低了C杂质, 增加了AlN晶体的带隙, 这与光吸收结果一致。
高温退火技术 AlN晶体 C杂质 带隙 high temperature annealing technology AlN crystal C impurities bandgap
石河子大学机械电气工程学院/农业农村部西北农业装备重点实验室, 新疆 石河子 832003
机采籽棉杂质分类检测为调整棉花清理机械加工参数和工序提供参考依据, 对提升皮棉品质具有重要意义。 但由于籽棉棉层分布不均匀, 使得图像检测难度增大, 使用传统的检测方法无法有效检测各类杂质。 采用高光谱成像方法对机采籽棉中的棉叶、 棉枝、 地膜和铃壳(内外)五种杂质进行分类判别检测。 首先采集120个机采籽棉样本的高光谱图像, 选取感兴趣区域获取平均光谱曲线。 发现由于物质构成的差异, 不同杂质体现出不同的吸收和反射特性, 不同种类物质之间的光谱差异大于同类物质。 对提取的平均光谱曲线进行主成分分析(PCA), 结果显示棉花、 残膜和铃壳外与其他三类相比, 有较好的聚集性和可分性, 但是棉叶、 铃壳内和棉枝三类相互叠加在一起, 空间分布存在严重交叉重叠。 以提取的平均光谱曲线为训练样本, 选择线性判别分析(LDA)、 支持向量机(SVM)和神经网络(ANN)三种分类判别算法, 对算法参数进行寻优, 并建立机采籽棉杂质分类判别模型。 其中, 经过LDA模型降维后的样本空间较PCA表现出了更好的聚集性和可分性, 采用正则化防止过拟合, 得到训练集准确率为86.4%, 测试集准确率为86.2%; SVM模型的参数寻优结果为C=105, g=0.1, 其训练集准确率为83.42%, 测试集准确率为83.40%; ANN模型参数寻优得到隐含层数和神经元个数分别为2和17, 训练集准确率为82.9%, 测试集准确率为81.8%。 对三种模型的分类效果和检测用时进行比较, LDA模型结果最优。 通过对高光谱图像进行像素等级分类判别, 结果显示棉花识别效果较好, 植物性杂质都被有效检测, 但是地膜和棉花存在误识别, 分类效果与杂质光谱的分类判别模型结果一致。 因此, 采用高光谱成像技术可以快速、 无损的检测和识别籽棉杂质, 为棉花加工装备提供反馈参数, 对棉花加工机械化和智能化有重要意义。
机采籽棉 杂质检测 高光谱成像 分类判别 Seed cotton Impurities detection Hyperspectral imaging Classification 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3552
1 中国农业大学理学院应用物理系, 北京 100083
2 中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室, 北京 100083
研究了碳杂质对p-GaN的补偿作用。采用金属有机化学气相沉积法生长GaN∶Mg材料,实验发现,当生长温度从1000 ℃提高到1050 ℃时,p-GaN的电阻率减小,空穴浓度增大。通过光致发光测试,发现随着生长温度的升高,尽管p-GaN的电阻率减小,但是Mg杂质的自补偿效应增强。进一步结合二次离子质谱测试,发现高温生长的p-GaN材料中碳杂质浓度更低,碳杂质在p-GaN中可能形成施主,从而补偿受主,增大p-GaN的电阻率。因此,在p-GaN中,碳杂质补偿相对于Mg杂质自补偿具有更重要的作用,抑制碳杂质对p型掺杂p-GaN非常重要。
材料 p-GaN 补偿作用 碳杂质 二次离子质谱 中国激光
2021, 48(13): 1303001
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所基础科学中心光电探测室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230031
3 皖西学院电气与光电工程学院, 安徽 六安 237012
4 安徽建筑大学电子与信息工程学院, 安徽 合肥 230031
提出一种渐近辐射传输(ART)理论与离散纵标辐射传输法(DISORT)相结合的方法,用于反演雪光谱反照率。基于雪粒形状的二级科赫分形假设,利用不同卫星数据与ART理论的三种粒径反演方法反演研究区域的雪粒径,反演的雪粒径大小不同,但平均值均在50 μm左右。基于雪粒球形假设,根据反演的雪粒径,基于DISORT模型计算波段为0.3~5.0 μm的雪光谱反照率,同时基于ART理论计算波段为0.3~1.5 μm的雪的黑空与白空光谱反照率。由两种辐射传输模型计算的0.3~1.5 μm的雪光谱反照率差异较小,表明雪粒形状假设合理,利用两种辐射传输模型相结合的方法能够计算太阳光谱的雪反照率。考虑到研究区域内黑碳等吸光性杂质的影响,修正了DISORT模型计算的雪光谱反照率。研究区域靠近国境边缘的西伯利亚地区时,吸光性杂质对于雪光谱反照率影响很小;研究区域为东北工业地区时,吸光性杂质会明显降低可见光波段的雪光谱反照率。
大气光学 雪反照率 雪粒径 吸光性杂质 离散纵标辐射传输法 渐进辐射传输理论
北京科技大学新材料技术研究院, 北京 100083
采用微波等离子体化学气相沉积法通过控制痕量杂质制备了高质量单晶金刚石材料,并对其结构与光学性能进行综合评价。通过紫外可见吸收光谱和光致发光谱分析了晶体的杂质及含量;采用拉曼光谱、摇摆曲线及X射线白光形貌束分析了不同质量单晶体的晶体结构及结晶质量;通过偏光显微镜综合评价了不同质量单晶金刚石的晶体结构和缺陷。结果证明:获得的高纯单晶金刚石含有少量的缺陷、杂质,其位错应力场以聚集状均匀分布,高纯单晶金刚石与微掺氮单晶金刚石在紫外可见近红外波段的透过率最高可分别达到71.58%和71.27%,接近单晶金刚石的理论透过率(71.6%),且在本征红外吸收波段,高纯金刚石晶体相对微掺氮单晶金刚石,对称性较好,样品吸光度较小。控制痕量杂质制备的高质量单晶金刚石膜有望应用于光探测器探头和光学窗口。
薄膜 高质量单晶金刚石 透过率 光学吸收系数 痕量杂质
1 中山大学地球科学与工程学院, 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广东 广州 510275
2 国家珠宝玉石质量监督检验中心, 广东 深圳 518000
红外光谱分析可以有效地厘定金刚石类型和杂质成分, 揭示金刚石形成的物理化学条件及其源区特征, 约束金刚石的形成机制。 对湖南现代河流砂矿金刚石红外光谱原位分析结果显示, 样品以ⅠaAB型为主(93%), 含有少量ⅠaA型(5%)、 ⅠaB型(<1%)和Ⅱa型(1%); 大部分表现为中-低氮含量(35.0~436 μg·g-1)和中-低氮聚集度(3%~57%, 平均转化率为37%), 少数具有高氮特征(517~2 848 μg·g-1, 甚至高达6 829 μg·g-1)。 这些金刚石在地幔中的存储温度集中在1 100~1 230 ℃, 与前人根据金刚石内包裹体矿物得出的形成温度基本一致。 此外, 它们在地幔中的存储时间普遍较短(大部分<0.2 Ga)。 这些特点暗示湖南现代河流砂矿的金刚石可能主要形成于上地幔, 其来源与超基性岩或榴辉岩有关; 少数高氮含量、 低聚集氮特征的金刚石的存在则显示它们与榴辉岩关系更密切。 与扬子克拉通贵州原生金刚石红外光谱数据的对比显示, 贵州金刚石以高比例极低氮含量的Ⅱa型金刚石为主(占约75%), 同时具有破碎度大、 表面熔蚀强烈等特点, 表明其来源较深, 且在岩浆上升过程中经历了高温熔蚀作用。 红外光谱数据显示, 湖南砂矿和贵州原生矿来源的金刚石形成深度及其地球化学环境存在明显的差异, 可能是在扬子克拉通地幔不同深度范围或者不同阶段形成的产物。 进一步分析表明, 湖南砂矿金刚石和贵州原生金刚石可能构成了扬子克拉通内一个完整的金刚石形成序列, 它们分别与不同源区或不同的地球化学环境相对应。 前者搬运距离较短, 推测其源区可能主要来自近源补给区。 现代河流砂矿金刚石的红外光谱分析为进一步探索扬子克拉通金刚石的源区特征和形成环境提供了新的指示和约束。
金刚石 红外光谱 氮杂质 源区 现代河流砂矿 Diamonds FTIR spectrometry Nitrogen impurities Source Modern river placer 光谱学与光谱分析
2019, 39(12): 3833
文中综合考虑变形镜(DM)薄膜残余应力和表面杂质的影响，采用ANSYS有限元分析软件建立了镀高反射膜系的变形镜应力分析模型，进而基于应力-寿命(S-N)曲线和Miner累积损伤理论，分析了波前校正过程中变形镜的疲劳损伤特性，并详细讨论了变形镜薄膜残余应力和不同尺寸的表面杂质对变形镜疲劳寿命的影响。研究结果表明，在热-机械耦合作用下，热效应的存在会加速变形镜的疲劳损伤。对于给定的待校正畸变波前，随着变形镜薄膜残余应力的增大，变形镜承受的动态循环载荷越强，其疲劳寿命越短，且残余应力主要对变形镜镜面疲劳寿命影响较大；而当变形镜薄膜残余应力一定时，畸变波前PV值越大，其表面应力越大，致使疲劳寿命也随之缩短。在强激光连续辐照下，当表面杂质大于一定尺寸时，变形镜疲劳寿命随着杂质粒子尺寸的增大而减小，而当杂质粒子尺寸较小时，则对变形镜的疲劳寿命影响不大。此外，薄膜残余应力的存在将进一步加剧表面杂质对变形镜的疲劳损伤。
变形镜 疲劳寿命 残余应力 表面杂质 畸变波前 有限元分析 deformable mirror fatigue life residual stress surface impurities distortion wavefront finite element analysis 红外与激光工程
2019, 48(9): 0916002
1 陕西能源职业技术学院, 陕西 咸阳 712000
2 中国计量科学研究院, 北京 100027
3 陕西省计量科学研究院, 陕西 西安 710065
提高稀土掺杂材料的上转换荧光效率具有重大的应用价值。本文通过水热法合成了不同种类的碱金属离子掺杂氟化物上转换荧光材料, 通过对比样品上转换荧光特性研究其中碱金属离子的作用。发现锂离子能够明显改善稀土掺杂NaYF4的上转换荧光强度, 并在稀土掺杂LiYF4中实现了比常用的NaYF4中强近7倍的上转换荧光发射。此外, 在具有较高上转换效率的LiYF4基质中通过浓度优化, 合成了具有高效白光上转换发射的荧光粉, 其CIE坐标值为(0.32,0.36)。本项工作将对高效稀土掺杂上转换材料及照明器件的构建提供一定的参考。
杂质 碱金属 上转换效率 白光 impurities alkali metal elements upconversion efficiency white light
