最新刊期
      2024 年 第 39 卷 第 9 期

        材料物理

      • “报道了反式环己基联苯液晶化合物在微波介电性能上的新突破，为微波用液晶材料研究提供新方向。”
        袁骞,涂友兰,雷孟龙,吕培文,吴胜莉,张智勇,陈红梅,汪相如
        2024, 39(9): 1145-1154. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0157
        摘要：目前微波移相器用液晶材料大多以高双折射率多联苯类或多苯乙炔类液晶化合物作为主要组分，但这些液晶化合物在使用时不可避免地存在粘度大、介电损耗偏高或光热稳定性较差等缺点。反式环己基（三）联苯类液晶化合物具有相对较低的粘度、高热稳定性等特点，普遍用在显示器件之中，但在微波介电性能方面的研究报道较少。本文选择性合成了6个异硫氰基反式环己基联苯和三联苯类液晶化合物，测试了它们的相态和微波（10~30 GHz）介电性能，利用密度泛函理论（DFT），通过分子模拟计算了它们的偶极矩和极化率，并与相关结构的多联苯类液晶化合物的性能进行比较，探讨其反式环己基结构对液晶分子的微波介电性能的影响。实验结果表明，异硫氰基反式环己基（三）联苯类液晶化合物不仅其熔点相对较低（<90 ℃）、向列相温度范围宽（86~160 ℃），而且在10~30 GHz时的介电损耗低（≤7.25×10-3），使其微波的品质因素相对较高（η≥30），适于作为微波用液晶材料的有效组份。  
        关键词：反式环己基（三）联苯;微波用液晶;低介电损耗;宽温向列相态;合成   
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        发布时间：2024-09-10

        器件物理及器件制备

      • “在液晶领域，研究人员提出了在C60掺杂NLC中产生非对称光栅的方法，建立了光栅形貌的数学模型，为液晶相位光栅研究提供新视角。”
        任常愚,李尤,丁红伟
        2024, 39(9): 1155-1162. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0181
        摘要：为了研究液晶中相位光栅的动态衍射特性和光栅形貌，提出了在C60掺杂垂直排列向列相液晶（NLC）中产生非对称光栅的方法，分析了光栅产生机制并建立了光栅形貌的数学模型。首先，用水平偏振光的斜入射光束写入相位光栅。然后，利用一束光作为探测光读出光栅并利用光电探测器记录衍射光强。实验表明，光栅的最大衍射效率超过60%，且衍射强度分布不对称。基于非对称衍射的特征，提出了基于光折变效应产生非对称衍射分布和衍射效率超过对称光栅Raman-Nath衍射理论极限的物理机制。最后，给出了在NLC中形成非对称锯齿形光栅的假设，并提出了描述非对称锯齿形相位光栅的数学模型。研究结果表明，相位光栅的高衍射效率来源于液晶中非正弦调制的空间电荷场。这种非对称电场主要是表面电荷调制和Carr-Helfrich效应共同作用的结果。提出的非对称锯齿形光栅模型假设能够很好地描述非对称衍射和衍射效率突破Raman-Nath理论关于对称光栅衍射理论限制的原因。  
        关键词：向列相液晶;非对称相位光栅;衍射效率;光折变效应   
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        发布时间：2024-09-10
      • “在光波导技术领域，研究人员建立了基于叉指电极的液晶包层光波导物理模型，探索了波导模式有效折射率调制量的变化规律，为提升液晶光波导光学性能提供了新思路。”
        赵慧茹,刁志辉,穆全全,范维方,陈澳,王宇晴
        2024, 39(9): 1163-1173. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0191
        摘要：叉指电极基于单侧加电方式，有望通过简化波导层结构提升液晶包层光波导的光学性能。为此，本文建立了基于叉指电极的液晶包层光波导物理模型，并研究了该结构下波导模式有效折射率调制量的变化规律。首先，通过理论模拟明确了叉指电极所产生的电场分布特点；然后，分析了电场作用下液晶分子的排布状态及对波导模式有效折射率的作用规律，并定量化研究了液晶初始取向角度、Δn、Δε对波导模式有效折射率的影响；最后，对比了叉指电极与传统双侧电极结构下液晶光波导有效折射率调制量变化。结果表明，叉指电极会产生周期性电场分布，并导致液晶转动角度与光波导有效折射率分布呈现周期性；相比于平行取向（初始取向角为2°），垂直取向（初始取向角为88°）下所产生的有效折射率调制幅度更大，在40 V电压下，垂直取向是平行取向的10.1倍。更大的Δn和Δε有助于获得更大的光波导有效折射率调制量。与双侧电极对比，叉指电极能够在同等电压下实现更大的有效折射率调制量。  
        关键词：叉指电极;液晶;光波导   
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        发布时间：2024-09-10
      • “自适应光学技术新突破，P-U-net网络实现快速高精度像差校正，为光学系统优化提供新方案。”
        胡鸣,张琪,王红燕,徐星宇,胡启立,吴晶晶,胡立发,朱华新,黄杨
        2024, 39(9): 1174-1181. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0053
        摘要：自适应光学技术被广泛应用于像差的校正，但在实际应用中，闭环校正需要较长的时间，并且由于变形镜的非线性响应，传统的开环校正方法的校正精度会受到影响。本文提出一种基于P-U-net网络的角锥波前探测器波前校正方法。P-U-net通过数据训练建立了整个自适应光学系统的模型，在角锥波前探测器的光瞳图像与变形镜的控制电压之间构建了直接的非线性映射关系。可以通过角锥波前探测器的光瞳图像直接计算变形镜的控制电压。通过使用仿真自适应系统理论验证了该方法的可行性，可以在50 ms内完成像差校正，校正精度达到0.1 μm。与传统的闭环自适应校正算法相比，本文方法可以在更短的时间内完成像差校正，达到更高的精度，具有很好的应用前景。  
        关键词：自适应光学;角锥波前探测器;卷积神经网络   
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        发布时间：2024-09-10
      • “在显示技术领域，研究人员基于实验数据建立了非晶铟镓锌氧TFT器件仿真模型，提出了改进型反相器电路，显著提升了速度稳定性。”
        江舒,张天昊,魏晓敏,李梁栋,董承远
        2024, 39(9): 1182-1191. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0177
        摘要：薄膜晶体管（TFT）反相器的稳定性问题是影响其在玻璃上系统（SOG）显示技术等领域中实际应用的重要挑战。本文基于实验数据提取了非晶铟镓锌氧TFT器件仿真模型，拟合并得到了其阈值电压变化幅度（ΔVTH）与电压偏置时间的拉伸指数方程。在此基础上，探究了传统伪CMOS反相器的电学稳定性随偏置时间的变化规律，并提出了一种改进的TFT反相器电路，对其进行管宽调节并设计了物理版图。改进型反相器通过延迟输出级下拉管的开启使输出高电平值接近电源电压，增加了18.47%。通过反馈缓解其阈值电压漂移所导致的等效电阻增大对输出级电流的影响，显著提高了其速度稳定性。在电压偏置时间为2.56×107 s时，其上升时间的变化率只有4.09%，远低于传统伪CMOS反相器的296.11%。  
        关键词：反相器;薄膜晶体管;稳定性;非晶铟镓锌氧;玻璃上系统   
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        发布时间：2024-09-10

        显示技术

      • “在显示技术领域，专家深入探讨了健康显示的概念，分析了技术需求，并提出了提升策略，为解决视觉健康问题提供新思路。”
        邹文聪,景宇宇,韩登宝,朱杉婷,朋朝明,马聪,王文敏,陈立,魏云鹏,董敏,蔡建奇,季洪雷
        2024, 39(9): 1192-1204. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0189
        摘要：健康显示是普通消费者和显示从业者共同关注的重要话题，是显示技术发展的高层次追求。长期以来，健康显示的概念不够清晰，显示领域停留在单纯追求技术参数的阶段，忽略了消费者对健康显示的高层次需求。本文在综合前人认识的基础上，介绍了健康显示的概念和内涵，特别从人体健康的角度分析了健康显示的技术需求；总结了与健康显示相关的主要显示技术，如低蓝光、有益红光、高色域、高动态范围调节、低眩光、无频闪、高刷新率等。在此基础上，探讨了提升健康显示的3个技术维度：光谱适应性、亮度适应性、频率适应性，提出了未来健康显示提升的主要技术策略和发展方向。希望通过本文的讨论，将健康显示的概念和内涵传递给从业者和消费者，为缓解显示带来的近视等健康问题提供更多的解决方案。  
        关键词：健康显示;显示技术参数;人眼健康   
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        发布时间：2024-09-10
      • “OLED屏幕COF连接技术取得突破，通过优化设计显著降低金属层断裂风险，提高产品良品率。”
        郑宏兵,胥奇,梁钊,柳登明
        2024, 39(9): 1205-1213. DOI: 10.37188/CJLCD.2024-0145
        摘要：OLED （Organic Light-Emitting Diode）屏幕COF （Chip on Film）连接过渡区的金属层在模组弯折阶段和可靠性验证阶段容易发生断裂，导致屏幕显示异常。本文采用试验设计（Design of Experiment， DOE）方法，以弯折成型状态和可靠性状态下的金属层应力最小作为试验指标，以泡棉厚度、泡棉偏移、金属包覆层（Metal Cover Layer，MCL）厚度和U型膜偏移作为影响因子，设计L9（34）正交试验方案，使用有限元方法对9组试验方案进行数值模拟和分析，并进行弯折成型和可靠性状态下的试验验证，最终获得了最优组合方案。有限元方法和试验结果表明，U型膜贴附偏移量对COF区的金属层弯折应力的影响最大，其次是泡棉厚度，再次是MCL厚度和泡棉贴附偏移量。最优组合方案在弯折成型和可靠性状态下皆具有最小的金属层应力，其值分别为57 MPa和523 MPa。最优组合方案的弯折成型和可靠性试验达到了100%的产品良品率，满足设计和生产要求。  
        关键词：金属层;断裂;正交试验设计;弯折;可靠性;良品率   
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        发布时间：2024-09-10

        图像处理

      • “编码孔径成像技术在提高成像效果和稳定性方面取得新进展，深度学习技术的应用潜力得到验证。”
        王海伦,王跃科
        2024, 39(9): 1214-1222. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0313
        摘要：相较于单孔径光学无透镜成像技术，编码孔径成像（Coded Aperture Imaging， CAI）技术具有更高的光照强度和更高的分辨率，近年来引起了广泛的关注。然而，现有的CAI技术存在成像时间分辨率较低和成像性能较差的限制。深度学习技术由于其强大的复杂特征建模能力，被广泛应用到各类信号处理领域中。本文提出利用深度学习技术解决上述问题，构建基于卷积注意力机制的生成对抗网络模型（Convolutional Attention Mechanism Based-Generative Adversarial Network， CAM-GAN）来适应不同的情境和任务要求，提高CAI效果与稳定性。通过引入卷积注意力机制模块使生成器选择性地聚焦于数据的特定区域，恢复原始图像的细节和结构。在此基础上，以生成对抗网络的形式进行网络的训练，生成更逼真、更高质量的图像。在公开数据集的实验结果表明，与其他方法相比，CAM-GAN在图像质量上表现出色，取得了最高的峰值信噪比值，相较于次优的UNet-GAN算法提高了约0.32，充分证明了深度学习技术在CAI领域中的应用潜力。  
        关键词：编码孔径成像;深度学习;注意力机制;生成对抗网络   
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        发布时间：2024-09-10
      • “在图像分类领域，研究者提出了融合沙漏注意力的渐进式混合Transformer模型，有效提升了小数据集分类精度和收敛速度。”
        彭晏飞,崔芸,陈坤,李泳欣
        2024, 39(9): 1223-1232. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0338
        摘要：Transformer在图像分类任务中具有广泛应用，但在小数据集分类任务中，Transformer受到数据量较少、模型参数量过大等因素的影响，导致分类精度低、收敛速度缓慢。本文提出了一种融合沙漏注意力的渐进式混合Transformer模型。首先，通过下-上采样的沙漏自注意力建模全局特征关系，利用上采样补充下采样操作丢失的信息，同时采用可学习温度参数和负对角掩码锐化注意力的分数分布，避免因层数过多产生过度平滑的现象；其次，设计渐进式下采样模块获得细粒度多尺度特征图，有效捕获低维特征信息；最后，使用混合架构，在顶层阶段使用设计的沙漏注意力，底层阶段使用池化层替代注意力模块，并引入带有深度卷积的层归一化，增加网络局部性。所提方法在T-ImageNet、CIFAR10、CIFAR100、SVHN数据集上进行实验，分类精度可以达到97.42%，计算量和参数量分别为3.41G和25M。实验结果表明，与对比算法相比，该方法的分类精度有明显提升，计算量和参数量有明显降低，提高了Transformer模型在小数据集上的性能表现。  
        关键词：小数据集图像分类;Transformer;沙漏注意力;多尺度特征;混合架构   
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        发布时间：2024-09-10
      • “在视觉地点识别领域，研究者提出了平行全维动态注意力机制，有效提升了识别准确率，为环境变化下的地点识别问题提供了新解决方案。”
        刘沛津,刘淑婕,何林,彭莉峻,付雪峰
        2024, 39(9): 1233-1242. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0328
        摘要：针对天气、季节、光线等环境变化导致的视觉地点识别鲁棒性低的问题，提出了一种提升视觉地点识别特征描述子环境稳健性的多维度注意力机制——平行全维动态注意力机制 （POD-Attention）。为实现卷积核在全维度上的动态精细探索，增强特征提取网络对建筑物等不变性特征的提取与学习能力，采用全维动态卷积块在卷积核全维度（输入输出通道、卷积空间和卷积核数量）上添加互补性注意力。将1×1卷积、Skip Squeeze-and-Excitation（SSE）模块与全维动态卷积块平行融合，不仅有效提高了特征提取速率，还扩大了视觉地点识别网络的感受野，进一步提升了视觉地点的识别准确率。在公开数据集上进行的实验表明，基于VGG16及Patch-NetVLAD特征聚合的视觉地点识别方法经POD注意力机制改进后，在 Nordland 与 Mapillary Street-Level Sequences 数据集上的Recall@1 指标提升了9.7%与1.8%，充分证明了本文POD注意力机制对于网络性能的提升效果，也证明了基于本文POD注意力机制的视觉地点识别方法的有效性。  
        关键词：视觉地点识别;环境鲁棒性;深度学习;平行全维动态注意力机制;平行策略   
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        发布时间：2024-09-10
      • “在小样本点云分类领域，研究者提出了一种基于高斯分布的原型校正方法，有效缓解了过拟合问题，增强了模型的鲁棒性。”
        冯远志,夏羽,郭杰龙,邵东恒,张剑锋,魏宪
        2024, 39(9): 1243-1254. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0374
        摘要：针对基于度量的小样本学习方法原型网络中因支撑样本较少，出现的类原型容易发生偏差、网络泛化性差等问题，提出一种基于高斯分布的原型校正方法。首先根据原型网络得到类原型，通过类原型对查询样本进行近邻匹配，得到查询样本的伪标签；然后得到伪标签样本特征的高斯分布信息，即均值和方差；最后从这些分布中进行采样，生成足够丰富的样本去扩展支撑集，进而获得更准确的类原型，改善分类性能。同时对于现有的特征提取网络引入正交约束，改善模型的泛化性。本文在常见点云数据集上进行了小样本分类实验，并进一步做了消融实验。在ModelNet40、ModelNet40-C数据集上，所提方法的平均分类精度和现有方法相近；在噪声数据集ScanObjectNN和ScanObjectNN-PB上，平均分类精度优于现有方法1.36%。进一步的消融实验验证了原型校正和网络参数约束的有效性。所提方法能够有效缓解小样本点云分类中的过拟合问题，对于扰动数据具有较强的鲁棒性。  
        关键词：3D点云分类;小样本学习;原型校正;特征增强;高斯分布   
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        发布时间：2024-09-10
      • “在三维点云配准领域，研究者提出了一种基于流形聚类的欠采样方法，有效解决了点云密度不均问题，提高了配准精度和效率。”
        聂吉祥,王怡博,沈秋兵,黄和平,陈晓琳,陈辉
        2024, 39(9): 1255-1263. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0318
        摘要：三维点云配准中各个视图的激光扫描点云数据彼此之间会存在重叠的部分。针对由于重叠区域不同而造成的点云密度不均匀直接影响多站点云配准精度的问题，本文提出一种基于流形聚类的欠采样非均匀密度多站三维点云配准方法。首先，将测地距离作为相似性度量，对不平衡点云数据进行聚类划分实现点云数据精简；然后，采用K邻域搜索方法计算每个点半径范围内点的个数，划分点云分为密度区域；再对密度较大的区域进行聚类并对每个聚类进行曲面拟合，计算曲面上所有点的曲率；再提取曲率较大的点，使得密度较大的区域与密度较小的区域中点云的个数基本保持平衡，得到密度较为平衡的点云数据。最后，将流形聚类欠采样后的点云使用K均值（K-means）进行聚类并更新聚类中心和刚性变换矩阵，实现非均匀密度多站点云配准。与随机采样法和均匀采样法相比，本文方法的倒角距离较小，并且保留了点云的局部特征信息。在斯坦福大学公共数据集中的Bunny数据集上的实验表明，所提方法在保证配准精度的前提下使配准的效率提高了60%以上。  
        关键词：点云配准;多站点云;流形聚类;点云精简;k均值聚类   
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        发布时间：2024-09-10
      • “在光场深度估计领域，研究者提出了基于校正卷积的网络，有效改善了遮挡区域的深度估计，为精确深度图获取提供了新方法。”
        倪竞,邓慧萍,向森,吴谨
        2024, 39(9): 1264-1273. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0307
        摘要：光场图像能够同时记录空间中不同位置和方向的光线信息，为估计精确的深度图提供了丰富的信息。然而在遮挡和重复纹理等复杂场景下，提取图像特征不足会导致深度图的细节丢失。本文提出了一种基于校正卷积的光场深度估计网络，充分利用光场图像丰富的结构信息以改善遮挡等复杂区域的深度估计。利用初始视差图和子孔径图像生成遮挡掩膜，采用校正卷积判别和编码遮挡区域的空间信息以感知遮挡区域，结合多尺度特征以补充易丢失的边缘细节信息。通过空间注意力机制给予遮挡区域更大权重，消除冗余信息并全局优化亚像素代价体。实验结果表明，该方法在4D光场基准平台上的平均MSE和BadPix（ε=0.03）分别达到了0.951和4.261，在大部分场景下能实现最小误差的深度估计，对遮挡区域表现出较高的鲁棒性并优于其他算法。  
        关键词：光场;深度估计;遮挡掩膜;校正卷积;空间注意力   
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      • “在图像处理领域，研究者提出了一种基于Lab色彩空间的沙尘降质图像增强方法，有效去除色偏，还原清晰图像，为图像质量提升提供了新方案。”
        牛宏侠,张鸿铸
        2024, 39(9): 1274-1284. DOI: 10.37188/CJLCD.2023-0351
        摘要：针对沙尘天气导致的数字图像质量大幅下降问题，提出一种基于Lab色彩空间的沙尘降质图像增强方法。将沙尘图像增强分解为偏色校正与细节增强两个步骤处理。偏色校正部分包括去除色偏与亮度拉伸。首先对Lab与YUV色彩空间中的沙尘图像直方图偏移特点进行了分析，然后提出一种Lab空间偏色校正算法修正直方图偏移，并对初步去除偏色的图像进行亮度拉伸，提升图像对比度。在细节增强部分，引入一种基于饱和度估计透射率的去雾方法进一步增强图像细节信息。实验结果表明，相较于各对比算法，所提算法可以去除不同程度沙尘带来的色偏，且在面对中小型图像时具有最佳的时间性能表现。在量化指标方面，基于无参考感知的图像质量评估标准和基于熵的无参考图像质量评价标准分别提升了3.2%和10.7%。本文方法可以有效去除色偏，还原清晰图像。  
        关键词：图像增强;沙尘图像;Lab色彩空间;偏色校正;图像去雾   
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