最新刊期
      2024 年 第 39 卷 6 期

        液晶光学

      • “最新研究突破：基于液晶的动态可调偏振转换器，解决了传输损耗和分子取向难题，实现了高效率、低功耗的片上集成系统。”
        ”
        蔚云慧,毕泽坤,刁志辉,彭增辉,刘永刚,王启东,穆全全
        2024, 39(6): 725-734. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0107
        摘要：基于液晶的动态可调偏振转换器具有大调制幅度、低功耗的优势，在片上集成系统具有重要的研究意义。然而现有的液晶偏振转换器存在传输损耗大、液晶分子难取向的问题。为此，本文提出了一种基于液晶包层平板光波导的偏振转换器。首先基于液晶各向异性与4层波导理论，构建了满足液晶包层平板光波导物理特性的偏振转换分析模型，厘清偏振转换发生的内在机理为液晶分子场致转动引起的波导内模式耦合。而后通过精确求解耦合状态下波导模式的传播常数和光场分布，提出一种适合于液晶包层平板光波导的偏振转换分析方法，总结出偏振转换效率及最小转换长度的理论公式，并掌握了模式耦合对偏振转换效率的影响规律。最后综合优化各层波导参数得到了一组可实现高偏振转换效率的器件参数，分析了芯层厚度、取向层厚度和电极长度偏差对转换效率的影响。结果表明，本文设计的液晶包层平板光波导偏振转换器可在0.2 V的驱动电压变化下实现转换效率在0%~99.98%的连续可调。  
        关键词：液晶;光波导;偏振转换器   
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        发布时间：2024-06-27
      • “最新研究进展：直径16毫米大孔径液晶菲涅耳透镜设计成功，通过电控调焦技术，实现光焦度从-1D到+1D的调节，为光学成像领域提供创新解决方案。”
        ”
        张广翔,于涛,刘永辉,梁缓缓
        2024, 39(6): 735-742. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0095
        摘要：本文设计了直径为16 mm的大孔径液晶菲涅耳透镜，将液晶透镜分为中央部分和13个菲涅耳旁瓣，每个部分的光程差相同。通过重置电极和微调电极电控调焦，提高液晶透镜的应用范围。对液晶菲涅耳透镜进行了结构设计和仿真研究。通电电极为非完整圆环电极，耦合电极为完整圆环电极。非完整圆环电极与完整圆环电极上下对准，采用电容耦合的方式传递驱动信号，避免引线过孔，可以降低制作液晶透镜的工艺难度。在液晶透镜内设计了方块电阻较低的高阻膜，既可以屏蔽引线电极产生的串扰影响，同时也可以起到均匀压降的作用。通过调节电压，光焦度变化范围为-1~+1 D。液晶菲涅耳透镜可以形成圆对称的折射率分布，与理想光程差的偏差小于λ/4，满足瑞利判断。  
        关键词：液晶菲涅耳透镜;大孔径;电容耦合;引线串扰;仿真研究   
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        发布时间：2024-06-27
      • “在信息防伪和显示技术领域，研究人员通过分步掩膜曝光法制备图案化蓝相液晶薄膜，实现了高分辨率图案，为相关应用提供了新解决方案。”
        ”
        杜怡珂,许雪敬,高涵,朱吉亮,周璇
        2024, 39(6): 743-751. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0113
        摘要：为提高图案化蓝相液晶薄膜（Blue Phase Liquid Crystal Film， BPLCF）的边缘分辨率，使图案更清晰，降低制备工艺难度，本文基于硫醇-丙烯酸酯迈克尔加成反应，在恒温下利用分步掩膜曝光的方式设计并制备了图案化BPLCF。首先，观察BPLCF光学特性随迈克尔加成反应过程进行的变化，结合光谱的半峰宽和反射强度，确定BP I织构相对较好的反应时间；接着，根据选定的反应时间，探究在相同紫外曝光时间下，不同曝光强度对BPLCF光学性能和图案分辨率的影响，得到使图案化BPLCF具有清晰图案和高边缘分辨率的最佳紫外曝光强度；最后，根据实验得到的反应时间和紫外曝光强度，制备了具有高分辨率兰花和梅花图案的BPLCF。实验结果表明，在33 ℃的恒温下，当迈克尔加成反应时间为60 min、紫外曝光强度为30 mW/cm2、曝光时间为15 s时，BP I结构保留完好，BPLCF图案清晰，边界无阴影，对应的中心波长和半峰宽分别为528 nm和53 nm，此时分辨率可达38 μm。该研究对于制备高分辨率的蓝相液晶图案及其在信息防伪以及显示领域的应用具有重要意义。  
        关键词：蓝相液晶;图案化;迈克尔加成反应;高分辨率;紫外曝光强度   
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        发布时间：2024-06-27

        器件物理及器件制备

      • “最新研究进展显示，科学家们成功研制出一种新型全息聚合物分散液晶（H-PDLC）体全息光栅，具有化学稳定性高、制作简便、成本低廉等优点。该研究为全息光波导耦合器件提供了新思路，有望在波导显示系统领域实现广泛应用。”
        ”
        朱宁,郑继红,申桐,李科,刘悠嵘
        2024, 39(6): 752-760. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0114
        摘要：全息聚合物分散液晶（holographic-polymer dispersed liquid crystal， H-PDLC）体全息光栅因其化学状态稳定、制作简单、价格低廉等优势为全息光波导耦合器件提供了一个更优的思路。本文提出了采用复合型丙烯酸酯类高/低折射率匹配调制的H-PDLC透射式体光栅的研制。首先结合耦合波理论及分子扩散理论介绍了H-PDLC光栅的形成机理。然后，通过实验对不同官能度单体的光栅材料进行筛选，并研究其全息衍射特性。在此基础上，进一步采用提高引发剂含量的方式优化了高频体全息H-PDLC光栅性能。实验结果表明，该双单体的H-PDLC配方可实现在可见光波段透过率大于90%，在空间频率为973 lp/mm下，衍射效率达到90%，响应带宽为99 nm；在2 941 lp/mm下，衍射效率为75.4%，响应带宽为29 nm。该H-PDLC光栅作为波导显示系统的耦合器件有可观的应用前景。  
        关键词：聚合物分散液晶;透射式体全息光栅;衍射效率;波长响应带宽   
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        发布时间：2024-06-27
      • “最新研究进展显示，科学家们通过共混策略和器件多层结构设计，成功制备了一种新型光子人工突触器件，能够在可见光范围内识别并记忆圆偏振光。这一突破为构建高级神经形态视觉系统提供了重要基础。”
        ”
        徐云浩,陈思雨,吴孝成,邱龙臻,王晓鸿
        2024, 39(6): 761-770. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0082
        摘要：集成圆偏振光（CPL）识别及记忆学习功能的光子人工突触（PAS）器件对高级神经形态视觉系统具有重要价值。本文通过简单的共混策略及器件多层结构设计，制备了可见光范围内的CPL突触晶体管器件。实验证明，通过手性小分子（4-［［4-（己氧基）苯甲酰基］氧基］-1，1'-［1，1'-联萘］-2，2'-二酯）苯甲酸（S6N）或（R）-（9CI）-4-（己氧基）-［1，1'-联萘］-2，2'-二（氧羰基-4，1-亚苯基）苯甲酸（R6N）与聚（9，9-二辛基芴-2，7-二基）（PFO）共混制备的薄膜经过手性诱导和退火后具有强烈的手性光学活性。以该共混膜为手性层、联噻吩-氮杂异靛蓝-含氮苯并二呋喃二酮给体-受体共轭聚合物（C13P3.75）为电荷传输层，制备的双层光电晶体管能够在405 nm CPL照射下进行多种生物突触行为的模拟。成功模拟了兴奋性突触后电流（EPSC）、双脉冲易化（PPF）及短期记忆（STM）到长期记忆（LTM）的转变。实验结果表明，制备的有机场效应晶体管（OFET）器件具有优异的CPL区分能力，对405 nm CPL的光电流不对称因子达到了-0.492。  
        关键词：手性诱导;共混;有机场效应晶体管;圆偏振光;光子人工突触   
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        发布时间：2024-06-27
      • “最新研究揭示，通过在聚（乙烯二氧噻吩）∶聚苯乙烯磺酸盐薄膜中掺杂金属卤化物，可显著提升量子点发光二极管性能。实验显示，2%的LiCl掺杂浓度最优化，使蓝光QLED亮度、效率等指标显著提高。这一发现为提升QLED性能提供了有效策略。”
        ”
        王艳林,曹松,余春燕,周利通,翟光美
        2024, 39(6): 771-780. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0087
        摘要：基于全溶液制备的量子点发光二极管（QLEDs）通常存在电子-空穴注入不平衡的问题，严重地限制了蓝光QLEDs器件性能的提升。本文研究了不同浓度的金属卤化物（LiCl）掺杂对聚（乙烯二氧噻吩）∶聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT∶PSS）薄膜的形貌、导电率、透光性以及所制备QLEDs器件性能的影响规律。实验结果表明，LiCl的掺杂浓度（质量分数）为2%时蓝光QLED器件性能的提升效果最佳，这主要归因于LiCl掺杂后的PEDOT∶PSS薄膜导电率和透光性的增强以及器件中空穴注入效率的提高。相较于未掺杂的PEDOT∶PSS基QLED器件，基于LiCl掺杂的蓝光QLED器件的最大亮度、峰值电流效率、峰值功率效率和峰值外量子效率分别从5 083 cd·m-2、0.91 cd·A-1、0.59 lm·W-1和2.31%提升到7 451 cd·m-2、1.38 cd·A-1、0.89 lm·W-1和3.51%。结果表明，采用LiCl掺杂PEDOT∶PSS空穴注入层是提高蓝光QLED性能的一种有效策略。  
        关键词：蓝光量子点发光二极管;PEDOT∶PSS;LiCl掺杂;空穴注入层;空穴注入   
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        发布时间：2024-06-27
      • “最新研究揭示了有机发光二极管（OLED）显示器在汽车智能座舱应用中的潜力，通过改进薄膜封装技术，提升了OLED的环境可靠性，为智能座舱显示技术的发展提供了新思路。”
        ”
        苗洋,邱寿发,陈志新,王亚雄,朱云龙
        2024, 39(6): 781-789. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0071
        摘要：有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode， OLED）显示器作为新一代显示技术，相比于液晶显示器（Liquid Crystal Display， LCD）具有诸多优势，包括广色域、高对比度、低功耗和轻薄等，在智能手机、平板电脑、显示器、电视等消费电子领域对LCD已有取代之势。随着新能源汽车智能化需求的提升，显示器作为智能座舱中电子系统人机界面的最终输出单元，越来越向大屏化和多屏化方向发展。考虑到座舱内空间的限制，轻薄的自发光OLED具有明显的优势，特别是其能在柔性基材上制备的特性，使OLED显示器更加适用多形态的柔性显示方案。目前OLED显示器的车载应用较少，主要是受限于OLED器件环境可靠性较差。本文从提升薄膜封装阻隔能力、改善薄膜封装稳定性和提升薄膜封装散热能力3个方面分析了通过改进薄膜封装提升OLED显示器环境可靠性的方法，为后续OLED显示器在汽车智能座舱中的应用提供参考。  
        关键词：OLED显示器;薄膜封装;可靠性;智能座舱   
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        发布时间：2024-06-27

        图像处理

      • “在液晶屏显示缺陷检测领域，研究者提出了YOLO-Mura改进模型，通过引入Involution算子、CARAFE上采样算子、BiFormer注意力模块和BiFPN加权双向金字塔结构，显著提升了微弱特征缺陷的检测精度和计算效率。”
        ”
        林峰,石艳,陈顺龙,廖映华,赵练,赵黎,周泽民
        2024, 39(6): 790-800. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0206
        摘要：针对液晶屏显示缺陷中微弱特征缺陷经多次卷积与背景纹理同化导致的检测精度低的问题，提出了一种基于YOLOv5的液晶屏微弱特征缺陷检测改进模型YOLO-Mura。首先，在主干网络中引入Involution算子扩大感受野，增强在空间范围内的微弱特征缺陷信息，并降低模型的浮点运算次数。其次，采用CARAFE上采样算子优化上采样方式，加强对微弱特征缺陷的关注能力。然后，在颈部网络，通过嵌入BiFormer注意力模块，提升网络在强背景干扰下的特征提取能力。最后，采用BiFPN加权双向金字塔结构，提高不同层级的特征融合利用率。在自制液晶屏Mura缺陷数据集上的实验结果表明，YOLO-Mura模型的精确率、召回率、mAP@0.5分别提高了2.2%、6.6%、2.7%，模型计算量降低了66.5%。通过与主流目标检测算法进行比较，结果表明本文最终改进模型对于液晶屏微弱特征的Mura缺陷有较好的检测性能。  
        关键词：液晶屏;Mura缺陷;YOLOv5算法;微弱特征检测   
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        发布时间：2024-06-27
      • “在公路隧道等弱光照环境下车辆检测领域，研究者提出了一种改进YOLOx算法，通过图像增强和网络结构优化，显著提升了检测精度和实时性，为车辆检测提供了高效解决方案。”
        ”
        杨晓寒,王峻,段中兴,惠蕾蕾
        2024, 39(6): 801-812. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0166
        摘要：在公路隧道等弱光照环境下，采集的车辆图像受外界因素影响较大，导致车辆检测精度低。针对此问题，提出了一种改进YOLOx算法的弱光照环境车辆实时检测方法。首先，基于引导滤波和区域能量特性融合准则对采集的车辆图像进行增强，解决图像中光照不均、目标轮廓信息模糊等问题。其次，基于Swin-Transformer网络结构，构建了改进YOLOx的车辆检测算法的主干网络，利用Transformer的全局建模能力对图像中的关键语义信息进行编码，强化网络细节特征的提取能力。同时，在颈部网络引入递归门控卷积替换空洞卷积，提高网络高层语义建模能力。最后，引入卷积注意力机制，加强网络对于低照度图像关键特征的提取与融合。在所构建的隧道车辆检测数据集UA-DETTUN上进行实验验证，结果表明，所提出方法的平均检测精度达到96.1%，相比于改进前的YOLOx算法提升了6.5%，同时网络的检测速度满足实时检测的要求，在车辆检测方面具有较高的应用价值。  
        关键词：弱光照环境;Swin-Transformer;车辆检测;图像增强;注意力机制   
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        发布时间：2024-06-27
      • “在遥感图像目标检测领域，专家提出了基于相似目标替换的增广方法，通过样本库建立、相似类划分、少数样本补偿和替换样本预处理等步骤，有效提升了模型的泛化能力和检测准确率。”
        ”
        孙得耀,朱明,王佳荣
        2024, 39(6): 813-821. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0195
        摘要：现今主流遥感图像目标检测算法依赖于深度学习技术的发展。在模型训练时，对训练集数据进行增广处理是增强模型泛化能力的重要方法。当前遥感图像目标检测算法的图像增广方法主要沿用通用的目标检测增广方法，亟需发展针对遥感目标特点的增广方法。本文提出基于遥感图像的相似目标替换增广方法，设计了相似目标替换的增广流程，即通过建立样本库、划分相似类、查询相似样本及替换样本预处理等步骤对数据集中的目标进行相似目标分类。首先，建立所有训练集样本的样本库，统计样本类别信息；其次，对训练集中的目标类别划分相似类；然后，针对数据集中样本数量不均衡的问题，设计了少数样本补偿机制，通过控制采样样本的概率平衡样本数据的训练比例；最后，设计了替换样本预处理机制，针对不同目标类别的特点，使用适宜的变换方法作为样本预处理方法。在 DOTA 数据集上的实验表明，使用相似目标替换增广算法的DCL检测算法检测结果的mAP值相较于baseline提高了1.34，模型对相似类别的预测准确率上升，对样本数量较少类别的目标检测能力得到提高。  
        关键词：遥感图像;目标检测;数据增广;相似目标替换   
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        发布时间：2024-06-27
      • “在图像去雾技术领域，研究者提出了一种基于多尺度残差特征融合的去雾算法，有效提升了图像清晰度，降低了背景噪声干扰，为解决雾霾天气下图像质量退化问题提供了新方案。”
        ”
        谢欣丹,李晓艳,王鹏,邸若海,孙梦宇,李亮亮
        2024, 39(6): 822-832. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0129
        摘要：针对现有去雾算法处理后图像色彩暗淡、视觉保真度差、细节特征丢失的问题，本文提出一种基于多尺度残差特征融合的图像去雾算法。首先，设计多尺度并行特征层，旨在从不同尺度下提取图像特征以提升网络的鲁棒性；然后，设计残差网络连接层，实现多个卷积层之间信息的传递和连接，提高特征的利用率，加快特征提取速度；接着，设计嵌入注意力机制的深度特征信息融合层重点关注图像关键信息，有效提高图像的清晰度，降低背景噪声干扰；最后，设计基于去雾理论及曝光融合的色彩矫正增强方法，用于解决网络去雾后图像色彩暗淡的问题。实验结果表明，所提的去雾增强算法在SOTS、OTS、RTTS公开数据集上的峰值信噪比（PSNR）、结构相似性（SSIM）、均方误差（MSE）分别达到了21.37 dB、82%、473.6，有效改善因雾霾天气造成的图像质量退化现象，性能更佳。  
        关键词：图像去雾;多尺度卷积;残差连接;注意力机制;图像融合   
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        发布时间：2024-06-27
      • “在高光谱图像分类领域，研究者提出了一种基于改进的空间金字塔注意力机制残差网络模型，有效提升了分类精度和收敛速度。”
        ”
        刘和,宋璎珞,胡龙湘,刘国辉,王侃,王爱丽
        2024, 39(6): 833-843. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0175
        摘要：为了提取高光谱图像的空间-光谱联合特征，本文提出了一种基于改进的空间金字塔注意力机制残差网络的高光谱图像分类模型。首先采用主成分分析法去除光谱冗余，结合空间金字塔注意力机制，改进残差网络的高光谱图像分类模型获取精细化特征。然后利用空间金字塔注意力模型实现多尺度联合特征关注，提升对联合特征的敏感性，并有效地强调并聚焦空间和光谱信息，实现信息交互。最后经过Softmax分类器获得分类标签。本文提出的方法在MUUFL和Tento数据集上进行了实验，结果表明，本文算法的总体分类精度分别达到了94.08%和98.32%。相比于其他高光谱分类模型，本文模型的收敛速度较快，在分类性能上取得了明显的提升，获得了更高的地物分类精度。  
        关键词：高光谱;图像分类;注意力机制;空间-光谱特征   
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        发布时间：2024-06-27
      • “在高光谱图像分类领域，研究者提出了一种新型模型SSFE-MBACNN，通过多分支特征提取和注意力机制，有效提升了分类精度，为解决噪声干扰和样本不足问题提供了创新解决方案。”
        ”
        李铁,李文许,王军国,高乔裕
        2024, 39(6): 844-855. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0158
        摘要：为了解决高光谱图像自身及分类过程中噪声干扰大、空间-光谱特征信息提取不足以及有限样本下分类性能不佳等问题，提出一种基于多分支空谱特征增强的高光谱图像分类模型SSFE-MBACNN。首先，利用多分支特征提取模块分别提取浅层空谱特征和深层空间特征信息，并引入注意力机制抑制噪声干扰。其次，设计一种改进多尺度空谱特征提取融合模块及结合双池化和空洞卷积的空间特征增强模块实现空谱特征增强，减少模型参数量和提高分类性能。最后，用全局平均池化层代替全连接层，进一步降低参数量，缓解模型过拟合问题。实验结果表明，在Indian Pines（10%训练样本）、Pavia University （5%训练样本）和Salinas（1%训练样本）数据集分别取得了0.990 7、0.997 5和0.994 7的总体分类精度。SSFE-MBACNN不仅能充分利用空谱特征信息，而且在有限样本下也取得了优秀的分类性能，明显高于其他对比方法。  
        关键词：高光谱图像分类;特征增强;多分支特征提取;注意力机制;多尺度特征;双池化;空洞卷积   
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        发布时间：2024-06-27
      • “在图像处理领域，专家提出了一种低照度图像增强算法，通过跨级特征自适应融合，有效提升了图像亮度和对比度，为低照度环境下的图像质量改善提供了新方案。”
        ”
        梁礼明,朱晨锟,阳渊,李仁杰
        2024, 39(6): 856-866. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0210
        摘要：针对低照度环境下采集的图像存在亮度低、对比度低和视觉效果不佳等问题，提出一种跨级特征自适应融合的低照度图像增强算法。该算法首先结合分级采样和广域卷积搭建网络前端，生成大面积感受野的多尺度特征，使浅层信息被充分挖掘。其次引入多头转置注意力模块嵌于网络中部，计算通道间的互协方差以生成注意力映射，隐式地建立全局上下文信息关联。然后构建联合损失函数修正模型收敛方向，辅助模型从对比度和结构等方面进行优化，提高算法的鲁棒性。最后在LOL和LOLv2数据集上进行实验验证，实验结果表明，所提算法在峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）等客观指标上整体优于大部分先进算法，主观上图像亮度自然，噪声和伪影得到有效抑制。  
        关键词：低照度图像;广域卷积;多尺度;多头转置注意力;联合损失函数   
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        发布时间：2024-06-27
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