最新刊期
      2022 年 第 1 期

        器件物理及器件制备

      • 邹凤萍,毕伟华,段然,项颖,赵东宇
        2022, 37(1): 1-6. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0258
        摘要：为了弥补传统液晶取向方式存在的不足，研发出低成本、制作简单、取向效果更优异的取向技术，本文使用简单的实验方法将纳米ZnO自组装到氧化铟锡玻璃基板上，并通过改变ZnO的煅烧温度，调控其纳米结构；继而结合摩擦方法，实现对液晶分子预倾角的调控。实验结果表明，ZnO的煅烧温度越高，液晶分子的预倾角越接近0°。反之，煅烧温度越低，液晶预倾角越接近90°。本文通过调节自组装的ZnO纳米结构，实现了对液晶分子预倾角0°~90°范围内的调控。  
        关键词：液晶显示;氧化锌;预倾角;取向性能   
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        发布时间：2022-01-19
      • 严静,范相文,屈科,于映,李若舟
        2022, 37(1): 7-13. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0283
        摘要：聚合物分散液晶(PDLC)在投影显示和智能窗户等领域具有广泛的应用，将器件实现图案化和柔性化能够进一步拓展其应用场景。本文提出了一种采用单步紫外曝光的方式制备图案化的PDLC柔性智能窗户。采用PET-ITO作为柔性基板制备液晶盒，并于器件上表面放置一层有特定紫外衰减率的图案化掩膜板进行紫外固化，线宽为120 μm的图案能够清晰分辨。本文对图案化器件的不同区域的电光特性进行了研究，实验结果表明：采用高紫外光固化区域的PDLC具有较高的阈值电压和饱和电压。高紫外固化区域和低紫外固化区域上升时间分别为4.1 ms和15.4 ms，下降时间分别为14.1 ms和33.7 ms，满足智能窗户应用需求。通过施加不同的外加电场，该图案化智能窗户能够呈现全散射态、全透明态和图案化透明展示态3种模式。最后本文展示了器件处于平面状态和弯曲状态下施加不同驱动电压时该柔性智能窗户的展示效果。本研究表明采用上述单步紫外曝光方式制备的图案化PDLC柔性器件具有工艺简单、成本低、精度高等优势，有利于其在定制化图案的柔性智能窗户领域的广泛应用。  
        关键词：聚合物分散液晶;智能窗户;图案化;柔性   
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        发布时间：2022-01-19
      • 查正桃,张谦述
        2022, 37(1): 14-20. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0276
        摘要：液晶光波导的本征模场分析是其器件设计的基础与理论支撑，模场分析的准确度直接影响到液晶光波导器件性能的好坏。为了准确分析液晶光波导中本征模场分量间的关系，我们执行了以下步骤。首先，根据麦克斯韦方程组推导出向列相液晶的磁场耦合方程，然后得出非寻常光波本征模式的磁场分量间比值与指向矢旋转角间的定量关系，并利用OptiBPM13.1进行数值仿真。仿真结果验证了场分量间比值与指向矢旋转角的正切函数互为相反数这一定量关系。根据这一关系，可通过改变外加电压来控制液晶光波导中本征模场的横向磁场分量间的相对数量级，进而实现非寻常光波所激励的偏振模式的转换。这一规律有助于推动基于液晶光波导的偏振旋转器和模式转换器的研究。  
        关键词：液晶;各向异性;光波导;本征模场   
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        发布时间：2022-01-19
      • 张志高,胡启立,马文超,姜律,顾虎,吴晶晶,胡立发
        2022, 37(1): 21-28. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0272
        摘要：变形镜是自适应光学(AO)系统的核心单元之一，本文提出了一种基于磁阻最小原理的新型音圈驱动器结构，在传统音圈结构设计上引入软磁材料-坡莫合金以减少磁漏，从而提高输出力与效率。使用ANSYS Maxwell建立模型进行仿真并优化了各组件的结构尺寸，结果表明该驱动器结构的力为3.4 N，效率可达9.05 N×W-1/2, 响应时间为0.03 ms。同时，研究发现相邻驱动器间工作影响很小，以此确立了驱动器间距15 mm时，音圈变形镜交连值为11.7%，满足应用要求。本工作为研制大行变量、快速响应、低功耗和高驱动器密度的变形镜打下了坚实的基础，具有很好的应用前景。  
        关键词：自适应光学;变形镜;音圈驱动器;交连值   
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        发布时间：2022-01-19

        显示技术与应用

      • 夏振平,张博文,王飞,程成,顾敏明
        2022, 37(1): 29-36. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0252
        摘要：三维医用电子内窥镜已经广泛应用于各类医学诊断、微创手术以及医学培训。三维内窥镜可视化过程中的立体空间几何畸变将直接影响医护人员对于病灶相对大小和距离的视觉感知精确度，同时也可能成为三维内窥镜使用过程中影响视觉舒适度的重要因素之一。现有研究往往仅关注立体影像获取过程中平面图像的畸变及其矫正，而忽略了可视化过程中显示系统不匹配及人眼对三维影像的感知特性造成的立体空间几何畸变。本文通过对三维医用电子内窥镜影像获取、显示及感知过程的分析，建立了三维医用电子内窥镜可视化模型。理想的三维内窥镜影像感知是真实世界空间在各个维度等比例放大的虚拟空间立体感知，三维内窥镜的参数与可视化过程的参数必须匹配才能达到理想的无畸变各维度等放大率效果，最终实现精确的视觉感知以及良好的使用舒适度。研究内容有望为三维影像获取与可视化在医疗领域更为精确和舒适的应用提供理论参考。  
        关键词：三维医用电子内窥镜;可视化;几何畸变;视觉感知;视觉舒适度   
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        发布时间：2022-01-19
      • 盛子沫,高玉杰,刘信,冯俊,朱宁,陈晓晓,郭会斌,江鹏
        2022, 37(1): 37-44. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0254
        摘要：随着生活质量的提升，大尺寸、高刷新频率、高分辨率的显示器件越来越受到人们的青睐。然而，高规格产品同时也会伴随更多的显示问题，垂直串扰就是其中一种。垂直串扰产生原因主要是由于数据线与像素电极之间的耦合电容Cpd以及薄膜晶体管(TFT)关闭时的漏电流Ioff使像素电压发生偏移。高分辨率8 K产品由于其存储电容大幅减小、布线密集程度增大，导致其垂直串扰现象严重。本文通过软件模拟了Cpd的影响因子，再结合不同像素电极2ITO交叠面积样品的反置现象确定Cpd的影响程度，同时通过改变各项工艺参数确定最佳存储电容及漏电流条件，最后在最佳存储电容及漏电流条件下探讨与之匹配的2ITO交叠面积。在所有最优工艺条件下，不良比率由最初的55.6%下降至4.2%，画质大幅改善。  
        关键词：垂直串扰;薄膜晶体管关态电流;耦合电容   
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        发布时间：2022-01-19
      • 周焱,王超,陈鹏,朱宁,江鹏,高玉杰
        2022, 37(1): 45-55. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0266
        摘要：TFT-LCD面板内的ITO连接过孔目前只有一些定性的设计规则，缺乏定量计算和设计过孔的方法。本文研究了此类过孔电阻的定量计算方法，同时探索了过孔电阻与击穿电流的关系，为合理设计过孔、防止过孔烧毁提供了指导依据。首先，通过分析过孔的结构，抽象出等效电阻电路图，得到多种不同结构的过孔电阻分解公式。过孔电阻主要由深孔接触电阻、浅孔接触电阻和深浅孔之间连接的ITO电阻组成。然后，通过设计不同尺寸的金属与ITO的接触过孔，使用开尔文四线检测法测量得到深孔接触电阻和浅孔接触电阻与孔尺寸之间的关系式。同时，深浅孔之间连接的ITO电阻可通过ITO方块电阻与深浅孔之间的ITO尺寸计算得到。由此，我们仅依据过孔的尺寸信息及ITO方阻数据即可计算得到各种结构的过孔电阻阻值。通过对大量过孔电阻的实测值与计算值进行相关性分析，线性相关系数达到0.96，证明了该计算方法的可靠性。最后，通过测量大量过孔的电阻阻值及其击穿电流值，发现过孔电阻阻值与击穿电流之间存在显著的幂函数关系，幂指数在-1.3附近，相关系数达到0.98。自此，建立起了一整套可定量计算和设计过孔电阻和击穿电流的方法。  
        关键词：薄膜晶体管液晶显示器;氧化铟锡;过孔;接触电阻;击穿电流   
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        发布时间：2022-01-19

        图像处理

      • 马畅,张选德
        2022, 37(1): 56-65. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0189
        摘要：图像质量评价（Image Quality Assessment，IQA）是计算机视觉领域研究的基本问题之一。目前，绝大多数图像质量模型都是基于灰度图像构建的，而彩色图像质量评价至今依然是IQA领域的开放性问题。彩色图像质量评价研究的关键在于建立与人类色彩认知能力相一致的色彩信息的量化描述。本文基于颜色名称（Colornames，CN）构建彩色图像质量评价模型，将图像的每个像素值映射为CN概率向量，利用Wasserstein距离计算两幅图像的感知色差，以亮度和梯度特征作为补充，在池化阶段采用显著性加权得到客观图像质量评分。在公开测试数据集上的实验结果表明，提出的模型在TID2008、TID2013和最新的KADID-10k数据集上表现最佳，其SROCC值分别为0.900 9，0.890 1，0.863 7。总体评价效果与目前最好的传统方法（非深度学习方法）相当；而对于颜色失真，则具有明显的优势。  
        关键词：彩色图像质量评价;颜色名称;Wasserstein距离;人类视觉系统   
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        发布时间：2022-01-19
      • 卢鹏,刘楷贇,邹国良,王振华,郑宗生
        2022, 37(1): 66-76. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0175
        摘要：为了更好地评价图像质量，解决在基于卷积神经网络的图像质量评价模型(CNN-IQA)上明显忽略的分块图像之间存在差异性的问题，提出了一种多特征融合的CNN模型。首先，将整幅图像进行不重叠分块，并提取每个分块图像的信息熵和纹理特征。然后，将提取计算的两特征相结合，计算各分块图像的重要性权重，以此衡量分块图像对失真图像质量的影响。最后，根据计算出的重要性权重修改损失函数，突出重要性高的分块图像在训练过程中发挥的作用。在LIVE数据集进行验证和对比实验发现，该算法的SROCC与LCC指标为0.962和0.960，相比原算法至少提升0.9%；在TID2008数据集上验证和对比实验发现，该算法获得的SROCC与LCC指标为0.922和0.926，相比原算法至少提升0.6%。并且在两数据集上的结果均优于其他对比算法。实验结果证明了其在预测图像质量方面具有良好的性能和泛化性。  
        关键词：图像处理;无参考图像质量评价;卷积神经网络;纹理特征;信息熵;损失函数   
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        发布时间：2022-01-19
      • 朱世松,秦嬴,郑艳梅,芦碧波
        2022, 37(1): 77-85. DOI: 10.37188/CJLCD.0221-0190
        摘要：针对高动态范围图像显现质量有待提高的问题，本文在色度亮度颜色空间中提出了一种基于协同滤波的色调映射算法。首先将输入的高动态范围图像利用色度亮度颜色空间来提取亮度信息和色度信息，然后分别将色度信息和亮度信息进行分解和重构。使用双边滤波技术对亮度信息分解得到亮度基本层和亮度细节层；根据亮度信息和色度信息大尺度边缘的一致性，构造一种色度亮度协同滤波的算法对色度信息进行分解，得到色度基础层和色度纹理层。最后对亮度信息和色度信息进行重构，再转换到RGB颜色空间输出最终的色调映射结果。客观指标计算结果显示，本文算法结果在图像质量分数、结构保真度和图像自然度上分别提高了25.24%，18.89%，45.89%，可以更好地保持边界细节和颜色信息。  
        关键词：高动态范围图像;色调映射;色度亮度空间;双边滤波;协同滤波   
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        发布时间：2022-01-19
      • 李德财,严群,姚剑敏,林志贤,董泽宇
        2022, 37(1): 86-96. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0196
        摘要：视频修复旨在填补视频中的缺失区域，由于很难精确保持修复内容的时空一致性，故视频修复仍具有挑战性。针对现有视频修复中存在的修复结果语义信息不连续，出现视频模糊和时间伪影，以及网络设计越来越复杂，网络整体速度变慢的问题，本文提出了一种基于残差网络的卷积注意力网络（RCAN）用以视频修复。通过将自注意力机制和全局注意力机制引入进残差网络，增强网络对所有输入帧的时空特征的学习能力，并采用时空对抗损失函数进行优化，提高视频修复的质量。同时网络还能够高度自由地定义层数和参数量，提高网络的实际应用能力。实验结果表明，该网络在DAVIS和YouTube-VOS数据集上取得了PSNR为30.68 dB，SSIM为0.961，FID为0.113的平均修复结果，基本符合实际场景对模型的修复质量要求，为视频修复提供了一种新思路。  
        关键词：深度学习;视频修复;自注意力机制;残差网络;生成对抗网络   
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        发布时间：2022-01-19
      • 索军红,张冠茂,乔鑫,赵汉卿
        2022, 37(1): 97-105. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0170
        摘要：针对监控系统中由于摄像机与监控画面不垂直导致显示画面梯形畸变的问题，提出一种自适应实时视频梯形矫正系统的硬件结构设计方案。首先，对每帧画面依次进行灰度变换、边缘检测、形态学开运算等一系列预处理；接着，基于Hough变换提取画面中梯形畸变的轮廓；然后，根据梯形畸变轮廓确定四对映射点坐标，并运用连接点法计算矫正参数；最后，运用灰度插值法得到矫正图像。整个过程利用流水线和乒乓缓存结构对算法进行了优化，利用视频时序中的场消隐时间进行计算，在大幅减少硬件资源消耗的同时提高了算法效率，并在ALINX AX7103 FPGA硬件开发平台上加以实现。实验结果表明：在视频分辨率为640×480、刷新率为60 Hz的情况下，系统能够很好地矫正梯形畸变范围在±30°以内的监控画面，矫正精度为1°，基本满足监控系统的自适应性、实时性等要求。  
        关键词：梯形矫正;监控系统;Hough变换;FPGA芯片   
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        发布时间：2022-01-19
      • 吴正平,岑帅红
        2022, 37(1): 106-115. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0182
        摘要：针对当前流行的图像去雾算法存在去雾过度造成图像颜色失真，或者去雾不足等问题，提出了一种自适应gamma校正估计的图像去雾算法。首先根据图像亮度，利用不同的gamma校正函数拟合不同场景深度下有雾图像与无雾图像之间的关系，自适应估算出无雾图像最小通道，并通过引导滤波算法进行修正，保持局部区域内线性的关系，进而根据大气散射模型得到初始透射率，然后通过高斯相对性进行优化；另外，通过增加搜索领域，将有雾图像的蓝色通道上半部分作为输入对四叉树算法进行改进，得到场景最深处所对应的有雾图像像素值作为大气光值；最后通过gamma校正函数对复原图像的亮度进行增强。实验结果表明复原图像的对比度、平均梯度分别平均提高了40.66%，20.98%，并具有较高的信息熵。上述算法去雾显著，复原图像具有较高的清晰度。  
        关键词：图像去雾;gamma校正;最小通道;四叉树;高斯相对性   
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        发布时间：2022-01-19
      • 王浩桐,郭中华
        2022, 37(1): 116-127. DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0203
        摘要：针对当前飞机遥感图像目标检测算法的精度和实时性不能兼顾的问题，提出了基于SSD（Single Shot MultiBox Detector）的飞机遥感图像目标检测算法。首先使用经过改进后的深度残差网络替换SSD的骨架网络，对于特征图之间缺少特征信息关联和特征通道间缺少差异性权重值的问题，设计了一种含有特征感受野增强模块与注意力机制模块的新型特征金字塔网络。该网络用以融合不同层级的特征信息和训练特征通道间的权重系数，使得深层网络和浅层网络都得到结构层次丰富的融合特征，为后续网络的分类与定位提供了良好的前提。另外，在改进后的SSD算法中还使用了聚焦分类损失函数来解决正负样本不平衡的问题。在飞机遥感数据集上进行相关实验，精度均值达到92.45%，每秒帧率为35.6。结果表明，改进后的SSD算法能够同时兼顾高检测精度和实时性。  
        关键词：目标检测;遥感图像;特征融合;感受野增强;注意力机制   
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