最新刊期
      2023 年 第 5 期

        材料物理

      • 胡琪,徐云浩,陈思雨,姜龙龙,邱龙臻,王晓鸿
        2023, 38(5): 555-562. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0050
        摘要：手性有机半导体由于具有光谱可调和易于加工的优点，在小型化和集成化的圆偏振光检测中具有广泛的应用前景。本文通过控制手性异腈（PPI）的加入合成了聚（3-己基噻吩-嵌段-聚（苯基异氰））（P3HT80和P3HT80-PPI（L）30）。实验结果证明了两种半导体聚合物被成功合成。测试了两种半导体聚合物的光学特性，发现嵌段聚合物P3HT80-PPI（L）30具有手性光学活性。制备了基于有机场效应晶体管的圆偏振光探测器，研究器件对于450 nm的圆偏振光旋向的区分性能。实验结果表明，手性异腈（PPI）的加入虽然降低了P3HT80的电学性能，但引入了手性光学活性，使基于P3HT80-PPI（L）30制备的器件能够区分圆偏振光的旋向，并且在450 nm的光电流不对称因子gres达到了0.083。  
        关键词：手性有机半导体;嵌段共聚物;手性光学活性;有机薄膜晶体管;圆偏振光探测器   
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        发布时间：2023-05-09

        器件物理及器件制备

      • 杨燕燕,胡启立,胡鸣,姜律,冯佳濠,华晟骁,吴晶晶,苏宙平,胡立发
        2023, 38(5): 563-573. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0019
        摘要：自适应光学技术被广泛应用于人眼像差的校正，从而实现眼底细胞和微血管进行高分辨率成像。传统自适应光学系统受夏克哈特曼波前探测器的动态范围限制，只对部分人群适用，无法对高屈光不正人群进行眼底高分辨率成像。为了提高眼底自适应光学成像系统普适性，本文设计了一种基于音圈变形镜高分辨率眼底自适应光学成像系统：引入Badal调焦系统，能够对人眼屈光度在-8~8 D的眼底进行高分辨率成像；用轴锥透镜组代替传统的环形光阑，控制正、负轴锥透镜间距可以调节环形光内径，以适应不同人眼的角膜，同时避免角膜反射的杂光；通过视标引导实现大视场成像。仿真结果表明，照明子系统在眼底视网膜照度分布均匀；在设定的公差范围内，至少有90%的MTF值在25 lp/mm达到0.21（对应视网膜上4 μm）。在实验室搭建了相应的光路，对大畸变的模拟人眼进行了成像，获得了较好的成像效果。  
        关键词：自适应光学;人眼像差;音圈变形镜;眼底成像   
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        发布时间：2023-05-09
      • 潘国彬,于涛,张广翔,刘永辉
        2023, 38(5): 574-581. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0023
        摘要：本文提出了一种结合电润湿效应和静电力共同作用的可调偶次非球面液体透镜，利用Comsol Multiphysics软件对非球面液体透镜进行仿真研究，四圆环电极产生的静电力可以灵活地调整液体透镜的面型。利用该液体透镜设计了变焦光学系统，采用Zemax软件获得优化校正像差的非球面方程。作为可调偶次非球面液体透镜的目标面型，调整电润湿电极和四圆环电极上的电压，仿真得到的非球面与目标非球面间的光程均方根误差小于λ/14，满足Marechal判据。在26~30 mm焦距范围内，与环形电极电压为0 V的液体透镜系统相比，环形电极施加调节电压的可调偶次非球面液体透镜变焦距系统有良好的成像效果。  
        关键词：偶次非球面液体透镜;电润湿;静电力;变焦光学系统   
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        发布时间：2023-05-09
      • 苏昊,李文豪,李俊龙,刘慧,王堃,张永爱,周雄图,吴朝兴,郭太良
        2023, 38(5): 582-594. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0392
        摘要：随着微型氮化镓（GaN）发光二极管（LED）制造工艺的不断进步，Micro-LED显示有望成为新一代显示技术并在近眼显示、大尺寸高清显示器件、柔性屏幕等领域大放异彩。在Micro-LED显示众多技术环节中，晶圆级Micro-LED芯片的检测是实现坏点拦截，提升显示屏良品率、降低整机制造成本的关键环节。针对大数量（百万数量级）、小尺寸（<50 μm）的晶圆级Micro-LED芯片阵列，现有的电学检测手段存在检测效率低、成本高等缺点。因此，提高检测效率、提升检测准确度、降低检测成本是晶圆级Micro-LED检测技术的发展趋势。本文首先介绍了晶圆级Micro-LED芯片检测时所需要检测的几个指标，其次详细介绍并分析了现有的或已经提出的检测手段，最后对晶圆级Micro-LED芯片检测技术进行总结并展望了未来技术发展方向。  
        关键词：Micro-LED;缺陷检测;接触型检测;无接触检测   
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      • 朱浩波,王海,李子豪,孔祥燕
        2023, 38(5): 595-601. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0420
        摘要：有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）显示器的亮度、色域和显示不均（Mura）等特性与其驱动电流息息相关。为了实现封装后OLED电流的无损检测，本文建立了一种基于隧道磁阻（Tunneling Magnetoresistance， TMR）效应的OLED电流无损检测方法。首先，根据OLED显示器亮度与驱动电流的关系，得到一行像素全部点亮时的驱动电流是40 mA，通过仿真分析40 mA电流的空间磁场分布，估算出TMR磁传感器的灵敏度指标要求。然后，选择TMR2922作为磁传感器，实验研究了点亮双行、多行和单列像素时，显示器磁场与电流的关系、屏幕电磁兼容问题和传感器灵敏度问题。最后，对比分析了不同驱动电流下，TMR2922的磁场数据和Hyperion色度计的光学数据。仿真表明，高度为1.5 mm时磁场传感器的噪声要优于1.1 nT/Hz；实验结果表明，在无屏蔽环境下TMR2922可以检测出OLED mA级的行电流，对于μA级的列电流需要灵敏度更高的磁传感器。  
        关键词：隧道磁阻传感器;OLED;电流检测;电磁兼容   
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        发布时间：2023-05-09

        驱动与控制

      • 熊木地,葛凯彬,徐晓,甘永庆
        2023, 38(5): 602-608. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0409
        摘要：本文设计了一款专门应用于视频数据分发的分发芯片，由接收模块、存储截取模块、输出模块和时钟模块4部分组成。接收模块接收来自串行总线的串行数据，因为LED显示屏的LED灯珠由24位的RGB数据驱动，所以先将其转化为24位的RGB数据。存储截取模块将1~N个RGB数据循环存储到RAM中，并对其进行开关检测。当与开关一致时，读取这一循环的RAM中的N个数据并将其发送到输出模块，不一致时循环次数加一。输出模块将RGB转化为串行数据后发送到LED显示屏。最终设计报告表明，分发芯片的功耗为3.662e-05 mW，面积为3.702 mm2，而FPGA的 Spartan-6芯片的最低功耗为45 mW，面积为64 mm2。该芯片不仅能快速地分发视频数据，还具有功耗低、面积小等优点。  
        关键词：LED显示;FPGA;ARM;分发芯片   
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        发布时间：2023-05-09
      • 王青,姚泽坤,张寅,胡涛,王晨旭,吴中毅,郭清乾,常严,杨晓冬
        2023, 38(5): 609-616. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0068
        摘要：对于高灵敏原子磁力计极弱磁测量，激光温度的精确稳定控制是一项必不可少的工作。激光温度不稳定会导致激光波长波动和漂移，从而降低原子磁力计的灵敏度。为了降低激光器温度波动对原子磁力计的影响，本文设计并实现了一个基于ADN8834温度控制芯片的高精度DBR激光器自动温度控制系统。首先，基于ADN8834和高精度模/数转换芯片LTC2377设计了温度反馈电路，成功采集到了与温度对应的模拟电压信号并将其转换为数字信号送入FPGA。然后，在FPGA中实现了增量式数字PID算法，自动计算温度控制信号。最后，设计了数/模转换电路将该温度控制信号转换为模拟信号传递给ADN8834，ADN8834输出加热或冷却信号来控制半导体热电制冷器，从而实现闭环温度自动控制。实验结果表明，当目标温度分别设定在20，25，30 ℃时，该温度自动控制系统的温度稳定性均在±0.005 ℃，测试DBR激光器输出波长稳定性范围为±2 pm。该激光器自动温度控制系统温度稳定性高，且操作方便，设计灵活，基本满足原子磁力计系统对激光温度控制器的要求。  
        关键词：ADN8834;数字PID算法;温度控制;半导体热电制冷器   
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        发布时间：2023-05-09

        图像处理

      • 吴宇航,林珊玲,林志贤,郭太良
        2023, 38(5): 617-624. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0258
        摘要：针对现有图像智能裁剪算法在处理人像图片时，存在误将主要人物整个人或部分身体部位裁减掉等致使图像关键信息缺失和构图不佳的问题，本文提出一种基于人像检测的实时图像智能裁剪方法。该方法将图像裁剪分为人像检测和智能构图两个阶段，旨在将提取的人像坐标信息作为智能裁剪算法的输入，然后结合基于美学的构图法则对图片进行自动构图，确保裁剪结果中人像信息的完整性并提升图片的构图美感。实验结果表明，本文在Center-Net基础上改造的轻量级检测网络，运算量减少了86%，精度提升了3.34%，便于将该裁剪算法应用于移动端设备。整个裁剪算法的FPS达到了77，并且裁剪后的人像信息完整，图片整体构图得到改善。  
        关键词：图像裁剪;人像检测;智能构图;计算机视觉   
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        发布时间：2023-05-09
      • 彭晏飞,顾丽睿,王刚
        2023, 38(5): 625-635. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0260
        摘要：针对现有修复算法在处理较大面积缺失时易产生伪影且与原图像语义不符的问题，提出了基于门控卷积与注意迁移的二阶图像修复方法，通过加强待修复图像内部语义对修复网络的影响来确保修复结果整体语义的一致性。首先使用多层卷积对缺损图像进行粗略修复；然后将粗略修复结果输入改进的细化修复网络，使用门控卷积和注意迁移网络对图像内部纹理细节进行修复处理，在编解码阶段引入SimAM模块作为注意力机制，强化对待修复图像中重要信息的筛选能力；最后通过谱归一化的马尔科夫判别器判别真伪同时提供对抗损失，将感知损失与多尺度结构相似性损失作为重建损失再将其与对抗损失相结合作为损失函数。与其他图像修复方法的对比实验表明，本文方法较其中最好结果在结构相似性上提升1.47%，峰值信噪比上提升5.48%。本文方法修复结果更加真实自然且在各种尺寸缺失下均实现了理想的修复效果。  
        关键词：图像处理;图像修复;门控卷积;注意迁移;对抗损失   
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        发布时间：2023-05-09
      • 王海群,赵燕青,王一
        2023, 38(5): 636-643. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0297
        摘要：针对暗通道先验去雾中存在的光晕和色彩失真问题，提出一种基于明亮区域分割的图像去雾算法。首先通过亮度阈值分割和区域生长将雾天图像分割为明亮区域与非明亮区域；然后用亮通道先验和超像素分别改进明亮区域和非明亮区域透射率的计算公式；再用加权融合的方法将这两个区域的透射率进行融合得到粗略的透射率，使用引导滤波对其进行优化，同时对雾天图像进行四叉树分割，取最终分割区域像素的亮度平均值为大气光值，通过大气散射模型复原去雾图像。实验结果表明，改进后去雾图像的峰值信噪比与改进前相比提高了6.5%，信息熵提高了2.1%，新增可见边之比提高了5.5%，梯度均值提高了5.3%。本文改进算法能够解决暗通道先验去雾中的问题，得到清晰且对比度高的去雾图像。  
        关键词：暗通道先验;亮通道先验;超像素;大气散射模型   
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        发布时间：2023-05-09
      • 梁晓,邓慧萍,向森,吴谨
        2023, 38(5): 644-655. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0239
        摘要：针对光场图像显著性检测存在检测目标不完整、边缘模糊的问题，本文提出了一种基于边缘引导的光场图像显著性检测方法。利用边缘增强网络提取全聚焦图像的主体图和边缘增强图，结合主体图和焦堆栈图像所提取的特征获得初始显著图，以提高检测结果的准确性和完整性；将初始显著图和边缘增强图通过特征融合模块进一步学习边缘特性的信息，突出边缘细节信息；最后，使用边界混合损失函数优化以获得边界更为清晰的显著图。实验结果表明，本文所提出的网络在最新的光场图像数据集上，F-measure和MAE分别为0.88和0.046，表现均优于现有的RGB图像、RGB-D 图像和光场图像显著性检测算法。所提方法能够更加精确地从复杂场景中检测出完整的显著对象，获得边缘清晰的显著图。  
        关键词：显著性检测;深度学习;光场图像;卷积神经网络;边缘检测网络   
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        发布时间：2023-05-09
      • 刘雄彪,杨贤昭,陈洋,赵帅通
        2023, 38(5): 656-665. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0282
        摘要：损失函数对于目标检测任务的检测精度和模型收敛速度具有重要作用，而损失函数中的边界框损失函数是影响检测结果和模型收敛速度的重要因素。针对传统模型定位精度低和训练时模型收敛慢的问题，本文在CIoU边界框损失函数的基础上提出一种改进的边界框损失函数，解决了CIoU损失函数求导过程中由边界框宽高比带来的梯度爆炸问题和模型提前退化的问题，并且引入重叠区域与目标框的宽高关系和中心点之间的归一化距离作为附加的惩罚项，提高了模型的检测精度和收敛速度，这种损失函数称为BCIoU（Better CIoU）。在PASACL VOC 2007数据集上的实验结果表明，改进的BCIoU边界框损失函数在YOLOv3网络下相对于IoU损失的mAP50指标相对提升了2.09%，AP指标相对提升了6.88%；相对于CIoU损失的mAP50指标相对提升了1.64%，AP指标相对提升了5.35%。模型的收敛速度也有一定程度的提升。本文提出的BCIoU损失函数提高了模型的检测精度和模型收敛速度，并且可以很方便地纳入到当前目标检测算法中。  
        关键词：计算机视觉;目标检测;边界框回归;梯度;损失函数   
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        发布时间：2023-05-09
      • 周淼森,汤全武,石甜甜,罗同澜,张泽鑫,薛永霞
        2023, 38(5): 666-679. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0267
        摘要：铁轨轨枕表面出现的裂纹可能对轨道交通造成安全隐患。针对铁轨裂纹检测的方法存在通用性差、精度低、召回率低的问题，提出一种基于改进YOLOv5s的铁轨裂纹检测算法YOLOv5s-CBE。首先将CA注意力模块分别加入主干C3模块以及C3与SPPF之间，从通道和空间两个维度捕获通道关系和位置信息，提高YOLOv5s主干网络特征提取能力。其次，在YOLOv5s的Neck部分，使用BiFPN融合不同尺度信息，获取拥有丰富语义信息的输出特征图；同时，加权双向特征融合金字塔结构通过引入权重调整不同尺度输入特征图对输出的贡献，优化特征融合效果，减少了卷积过程中特征信息的丢失，提高了检测精度。最后，将原YOLOv5s中损失函数CIoU改为EIoU。EIoU不仅考虑了中心点距离和纵横比，而且还考虑了预测框与真实框宽度和高度的真实差异，提高了锚框的预测精度。相较于原始网络YOLOv5s，YOLOv5s-CBE铁轨裂纹检测网络在自制铁轨裂纹数据集上，模型大小相较于基础网络YOLOv5s降低了1.0 MB，精度mAP提高了3.7%，召回率由73.5%提升到76.2%，不同尺寸裂纹的漏检现象减少，具有一定的优越性和实用价值。  
        关键词：铁轨裂纹;YOLOv5s;坐标注意力机制;特征融合;损失函数   
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        发布时间：2023-05-09
      • 周晴,谭功全,尹宋麟,李易念,魏丹芹
        2023, 38(5): 680-690. DOI: 10.37188/CJLCD.2022-0257
        摘要：针对目前主流的目标检测算法存在模型参数过大、不能很好地移植到移动设备端之中应用于辅助驾驶这一问题，本文提出了一种改进YOLOv5s的目标检测算法。首先，将YOLOv5s算法的主干网络CSPDarknet替换为轻量化网络模型MobileNet-V3，解决了网络模型较大、参数较多的问题，减少了网络的深度并提升了数据推断速度；其次，对特征提取网络采用加权双向特征金字塔结构Bi-FPN加强特征提取，融合多尺度特征进而扩大感受野；最后，对损失函数进行优化，使用CIoU为边界框回归损失函数，改善模型原始GIoU收敛速度较慢问题，使预测框更加符合于真实框，同时降低网络训练难度。实验结果表明，改进后算法在KITTI数据集上的mAP相较于YOLOv5s、SSD、YOLOv3、YOLOv4_tiny分别提升了4.4、15.7、12.4、19.6，模型大小相较于YOLOv5s与轻量级网络YOLOv4_tiny分别减少了32.4 MB和21 MB，同时检测速度分别提升了17.6%与43%。本文改进后的算法满足模型小、精确度高的要求，为辅助驾驶中道路目标检测提升检测速度与精度提供了一种解决方案。  
        关键词：MobileNetV3;目标检测;YOLOv5;特征提取;CIoU   
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