2024年 第51卷 第11期
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基于光流像素匹配的扫描显微相位测量轮廓术（封面文章）
王思远, 刘元坤*, 于馨
光电工程，2024, 51(11): 240194.
在扫描相位测量轮廓术中，需要先将不同位置的物体匹配到同一点，再根据相移算法提取相位信息，而像素匹配精度与相移算法均会影响测量精度。为此，采用显微系统，根据其远心光路特性实现物体移动量与像素移动量的等量转换；通过交替采集白场图像和条纹图像，由白场图像通过光流法实现精确的像素匹配，再根据物体匀速运动特点实现条纹图像的精确像素匹配；根据初始条纹周期选择基本符合满周期的N幅条纹图，由任意步数相移方法计算出截断相位分布，再通过概率密度函数搜索最佳条纹周期，进而得到准确的相位信息，完成物体形貌测量。实验表明，所提方法有效提高了测量精度，相移算法也适用于任意N (N≥3)幅图，在模拟工业流水线场景中物体的三维测量时，RMSE (均方根误差)可达0.008 mm左右。
改进YOLOv8的路基边坡裂缝检测算法
牛晓富, 黄河, 张红民*, 胥铁峰
光电工程，2024, 51(11): 240171.
针对现有路基边坡裂缝检测算法中检测精度低、泛化能力弱等问题，提出了一种改进YOLOv8的路基边坡裂缝检测算法。首先，在主干网络中嵌入重参数化模块和轻量化模型的同时捕获裂缝细节与全局信息，提高模型的检测精度。其次，设计C2f-GD模块实现模型特征高效融合，增强模型的泛化能力。最后，设计轻量级检测头L-GNHead，提高对不同尺度的裂缝检测精度，同时采用SIoU损失函数加速模型收敛。在自建的路基边坡裂缝数据集上的实验结果表明，改进算法与原算法相比，mAP50和mAP50-95分别提升了3.3%和2.5%，参数量和计算量分别降低了46.6%和44.4%，速度提高了18 f/s。在数据集RDD2022的泛化性验证结果表明，改进算法不仅达到更高的检测精度，且检测速度更快。
基于保偏光纤与少模光纤的激光温度传感器
陈志萌, 黄昌清*
光电工程，2024, 51(11): 240185.
本文提出了一种基于保偏光纤与少模光纤的激光温度传感器，并对其进行了实验研究。将20 cm的保偏光纤与10 cm的少模光纤熔接在一起，之后与3 dB耦合器组成Sagnac环，作为传感探头。光经过少模光纤激发出高阶模，由于少模光纤与保偏光纤直径不匹配，高阶模与纤芯模耦合到保偏光纤的应力区，激发出包层模，从而提高温度灵敏度。实验结果表明，加入少模光纤后，传感器的温度灵敏度从−0.51 nm/℃提高到−0.91 nm/℃。该传感器具有精度高、制造方便、本质安全等优点，在工程结构安全监测中具有广阔的应用前景。
赵颂, 刘昱轩, 张恒, 赵亚丽*, 李旭峰*
光电工程，2024, 51(11): 240186.
研究了一种基于超材料的光学太阳反射镜(optical solar reflector, OSR)，其由掺铝氧化锌(AZO)超表面、MgF2介质层和Ag金属反射层三层结构组成。在热红外AZO超表面激发表面等离激元共振增强电磁吸收，MgF2介质层介电常数的稳定性减少了吸收振荡带来的反射，在可见光照射下AZO超表面和MgF2介质层的透明特性可降低太阳辐射损耗，Ag金属反射层可有效抑制透射。仿真结果表明，优化后的OSR在0.3~2.5 µm内有17.6%的低太阳吸收率，在2.5~30.0 µm内有86.5%的高红外发射率。此外，偏振和入射角度对其性能影响较小。该结构在红外波段实现了较好的吸收，在红外热成像、辐射制冷等领域也具有潜在应用价值。
面向事件相机探测无人机的双视图融合检测方法
李淼, 陈诺, 安玮*, 李博扬, 凌强, 李卫星
光电工程，2024, 51(11): 240208.
随着低空无人机的广泛应用，实时检测此类低慢小目标对维护公共安全至关重要。传统相机以固定曝光时间成像获得图像帧，在光照变化时难以自适应，导致在强光照等场景下存在探测盲区。事件相机作为一种新型的神经形态传感器，逐像素感知外部亮度变化差异，在复杂光照条件下依然可以生成高频稀疏的事件数据。针对基于图像的检测方法难以适应事件相机稀疏不规则数据的难题，本文将二维目标检测任务建模为三维时空点云中的语义分割任务，提出了一种基于双视图融合的无人机目标分割模型。基于事件相机采集真实的无人机探测数据集，实验结果表明，所提方法在保证实时性的前提下具有最优的检测性能，实现了无人机目标的稳定检测。
DES-YOLO：一种更精确的目标检测方法
郑华伟, 王飞*, 高建邦
光电工程，2024, 51(11): 240212.
针对图像中背景复杂、目标小、分布密集等问题，提出了一种改进的DES-YOLO方法。通过引入可变形注意力模块(DAM)，网络可动态关注关键区域，提高物体识别和定位精度；采用高效交并比(EIoU)损失函数，减少低质量样本影响，增强泛化能力和检测精度；在网络头部加入一层160 pixel×160 pixel的浅层特征图，加强小目标特征提取；并使用分步训练策略提升模型性能。实验结果表明，该模型在遥感数据集上的mAP@50提升了1.4%，在纺织数据集上提升了1.7%，验证了DES-YOLO的广泛适用性与有效性。
热像仪下基于几何约束的空间温度场重建
倪成玉, 张远辉*, 朱俊江, 付铎
光电工程，2024, 51(11): 240211.
针对二维热图缺乏空间深度信息，而现有建立目标物体空间温度场模型的多传感器方案存在标定复杂、设备成本高和使用条件受限等问题，本研究提出了一种基于几何约束的单一热像仪下的空间温度场重建方案。首先利用热像仪采集得到温度矩阵，通过自动阈值法将其重新映射到灰度颜色空间，得到目标物清晰的边缘信息从而滤除无关背景，再通过热像仪成像过程中存在的几何约束关系和相机成像原理，直接计算目标物在热像仪坐标系中的位姿关系，然后将目标物体的三维模型投影到二维热图平面，得到三维模型的纹理映射参数，随着热像仪对目标物体多视角的数据采集，完成目标物体表面的空间温度场重建。实验结果表明，与多传感器的空间温度场重建方案相比，本文的单一热像仪方案平均误差仅4.3%，可准确稳定地完成目标物的空间温度场重建。
彭自然*, 王思远, 肖伸平
光电工程，2024, 51(11): 240220.
针对太阳能电池片缺陷检测中存在检测精度低、误检和漏检率高的问题，本文在深度学习模型YOLOv8的基础上进行优化与改进，提出了一种太阳能电池片电致成像(electroluminescent, EL)缺陷检测模型。首先，采用自校准光照学习(self-calibrated illumination, SCI)方法对低光照图像进行预处理，以增强太阳能电池片缺陷的有效特征信息。然后，引入一个空间到深度的注意力模块(space-to-depth, SPD)，替换主干网络的第二个跨步卷积层，避免跨步卷积导致的信息丢失，扩大感受野，减少计算量，从而在特征提取时保留更多特征信息。其次，构建了空间双向要素金字塔网络(spatial-BiFPN, S-BFPN)，通过多尺度特征融合，解决因太阳能电池片缺陷形状多样性而造成缺陷识别率不稳定的问题。最后，本文改进了损失函数，使用MPDIoU作为损失函数，解决了原有的CIoU损失函数中惩罚项失效的问题。实验结果显示，改进后的YOLOv8模型的mAP达到了96.9%，比原始YOLOv8提升了2.2%，计算量减少了0.2 GFlops，检测速度最高达155 f/s，实现了高精度与高实时性，更适合工业部署。
Zernike多项式曲面表征（综述）
梁静远, 李希文, 柯程虎, 柯熙政*
光电工程，2024, 51(11): 240163.
Zernike多项式因其正交性和旋转不变性，被广泛应用于光学表面的表征和优化中。它能够有效地减少拟合误差，并通过少量的系数实现对复杂曲面的高精度描述，有助于提升光学系统的成像质量和简化性能分析。本文首先对自由曲面描述方法进行了概括，包括全局描述与局部描述两种方式；随后讨论了国内外关于Zernike多项式在曲面表征中的研究进展，探讨了Zernike多项式在曲面表征中的实际应用；最后展望了Zernike多项式在曲面表征领域的发展前景。
光电工程
《光电工程》（Opto-Electronic Engineering）创刊于1974年，由中国科学院光电技术研究所和中国光学学会主办，是中文核心期刊和中国科技核心期刊，被Scopus、CA、JST以及CSCD、CSTPCD、CNKI等国内外数据库收录，受到了国家自然科学基金委和中国科协相关项目的支持，并入选了“西牛计划”精品中文科技期刊。本刊一直致力于光电工程领域的科研报道和学术交流，主要刊登光电领域的科研进展、原创成果以及综述，并针对热点问题和前沿课题出版相关专题。
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编辑 | 彭诗涵 张诗杰
审核 | 杨淇名
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