Waveguide design and application with transformation optics

Waveguide design becomes more and more important with the increasing demand of efficient routing and interconnection of electromagnetic signals for advanced information technologies. Here we review the basic theory, special techniques, and potential applications of transformation optics in waveguide design. Three major design strategies of transformation optics and their limitations in waveguide applications are discussed. The recent new trends of transformation techniques by imposing specific restrictions from materials are emphasized for practical implementation. Plasmonic waveguide is used as an example to compare these transformation strategies. Applications beyond waveguides but with great practical value such as super-resolution hyperlens design are also discussed in the context of waveguiding phenomena from the perspective of transformation optics.     

远场光学探测与近场光学探测

介绍了远场光和近场光的物理图景 ,根据它们的不同性质并结合应用 ,指出远场光学探测的空间分辨能力受光学衍射极限的约束 ,近场光学探测可以突破光学衍射极限。应用近场光学设计新的传感器和探测器 ,能够提高灵敏度和分辨力     

Making structured metals transparent for broadband electromagnetic waves

In this review, we present our recent work on making structured metals transparent for broadband electromagnetic waves by surface plasmons （SPs） or spoof surface plasmons （SSPs）. First, we demonstrate that the interference between the localized and propagating SPs plays an important role in the optical transmission through arrays of sub-wavelength holes. The observed phenomena belong to the category of plasmonic Fano effects. Second, we show that the transmission enhancement originates not only from the coupling between the incident light and the excited SPs but also from the coupling among these SPs in multiple nano-aperture stacks. Finally, we demonstrate that metallic plates with narrow slit arrays can become transparent within extremely broad spectral bandwidths, and high transmission efficiency is insensitive to the thickness of the metal. This phenomenon explicitly demonstrates the conversion between light and SPs. These investigations provide guidelines to develop many novel materials and devices, such as transparent conducting panels, antireflective solar cells, and other broadband metamaterials.     

开放分布式苹果采摘机器人控制系统研究及实现

针对以往采摘机器人多采用封闭集中式控制系统,缺乏通用性、可扩展性差和可靠性低等问题,在研制开发苹果采摘机器人控制系统的工作中,采用了开放分布式结构.根据苹果采摘机器人的机械结构及其运动特点,在硬件上选用工控机、伺服驱动器等设备,通信上采用结构简单、组网容易、造价低廉的RS-485网络,从而保证了系统的软硬件开放性,同时使得系统能够分布式控制,提高了机器人的安全性.此外,对系统的控制算法、软件也进行了设计,其中着重阐述了RS-485网络的通信协议和通讯方式.最后进行了通讯试验和苹果抓取试验,验证了系统的有效性.     

具有能量补给的无线传感器网络分簇路由算法

提出一种具有能量补给的无线传感器网络分簇路由算法PHC。在PHC中,传感器节点通过周围环境获取能量补给。PHC综合考虑节点自身的能量起伏变化以及能量补给水平,修正了现有的簇头选择机制和非簇头节点的归属机制,使能量消耗平均分配到整个网络中。通过仿真表明,PHC在考虑了能量补给的同时,改善了无线传感器网络中能量消耗的均衡性,延长了网络的生命周期,网络中最终存活节点和整体残留能量提高了20%。     

融合边缘特征的高效光场深度信息估计算法

为解决基于光场传统EPI(epipolar plane image)结构的深度信息估计算法执行效率低和估计精度低的问题,提出一种融合边缘特征的高效光场深度信息估计算法。改进传统EPI结构为包含完整像素极线信息的IEPI(improved epipolar plane image)结构和对应包含边缘信息的边缘图;构建深度多流全卷积神经网络,学习IEPI及边缘图的特征;构建基于尺度不变误差的代价函数,结合HCI光场数据集指导网络训练,实现一个估计光场深度信息的网络。实验结果表明,所提算法相较于传统算法提升了估计精度和估计效率。     

基于光场的三维虚拟漫游系统

近年来基于图象的绘制方法有了很大发展,其中光场方法提供了一种有效的四维参数化模型,但是这种四维函数局限于无遮挡的空间。为了在有遮挡的环境中运行,这种四维光场函数被扩展为五维光场函数,然而该方法在显示速度上仍达不到实时。采用基于狭缝图象的四维光场模型,以减少视点在垂直方向上的自由度为代价,使在有遮挡的环境中漫游速度大大加快。介绍了光场的表示、自适应非均匀采样、重采样的过程,并在内存管理、路径预测和碰撞检测等方面做了处理,使得在漫游过程中帧间图象过渡连续。最后以澳门科技大学学生活动中心为例,实现了三维漫游系统,漫游速度可以达到准实时。     

基于奇相干光源和量子存储的量子密钥分配协议

针对传统量子密钥分配协议使用弱相干光源带来的密钥生成率较低的问题,对光源进行优化,用奇相干光源代替弱相干光源,提出了基于奇相干光源和量子存储的测量设备无关量子密钥分配协议。对比了具有奇相干光源和量子存储的测量设备无关量子密钥分配协议与基于弱相干光源测量设备无关量子密钥分配协议的性能优劣。分析了基于奇相干光源和量子存储的测量设备无关量子密钥分配协议中,密钥生成率、最小退相干时间与安全传输距离之间的关系。仿真结果表明,引入奇相干光源大大减少了传统弱相干光源的多光子数,弥补了其在光源上的不足之处。随着安全传输距离的增加,密钥生成率随之降低,但基于奇相干光源和量子存储的量子密钥分配协议性能仍然较高。     

结合灰度变换的Chan-Vese模型

幂变换和负片变换是图像增强中频繁使用的两种基本的灰度变换。该文把这两种灰度变换与Chan-Vese模型进行结合,以提高Chan-Vese模型的分割速度和效果。实验表明：该方案大大提高了Chan-Vese模型的收敛速度,而且也使Chan-Vese模型具有较好的处理直线和尖角的能力。     

油画相似度的表面光场特征点分布鉴别

目的 油画区别于其他绘画形式的重要特征之一是其颜料图层存在厚度变化。因此,油画相似度鉴别不仅关注油画的纹理色彩细节,也需考虑其表面颜料厚度的差异。针对颜料厚度的细微变化,提出一种油画相似度的表面光场特征点分布鉴别方法。采用光场成像技术观测由于油画表面厚度起伏导致的不同角度成像的差异,以量化计算油画表面光场的相似性。方法 该方法采用一块微透镜阵列板对油画表面的角度域变化进行光场编码,利用光场相机采集编码后的油画表面光场。在此基础上,选取油画表面光场中角度域差异大的特征点集合,采用K-Means方法对该特征点集合的二维分布进行多边形向量化描述。进而提出计算关键点连接线的欧氏距离与线段夹角,以度量表面光场特征点分布多边形的相似性。结果 采用Illum光场相机拍摄了多组真实油画的表面光场实验数据,实验结果表明本文方法可对存在细微颜料厚度差别的油画相似度进行鉴别。在对油画表面光场的识别区分度以及检测精度方面,本文方法显著优于现有图像特征匹配鉴别方法。结论 实验分析表明,相比于经典交并比及相似度系数,所提出油画相似性度量具有更优的相似性度量精度。通过调整编码板与测试油画表面距离的反复实验,验证所提方法能够有效检测0.5 mm以上厚度变化的表面光场差异。     

改进力场转换理论的多尺度图像边缘检测算法

为了提高多尺度边缘检测算法的定位精度,更好地抑制图像中的噪声和细节,将改进力场转换理论与多尺度图像边缘检测算法相结合,提出了改进力场转换理论的多尺度图像边缘检测算法。新算法计算每个尺度下图像中各像素点的内积能量值,利用内积能量值计算各个像素点间的引力;采用自适应阈值得到每一尺度下图像的边缘;在小尺度的检测结果下定位,执行由粗到细的边缘跟踪,得到最终的边缘结果。实验结果表明,新算法可以有效地抑制噪声,提高边缘检测的定位精度。     

Improving phrase-based statistical machine translation with morphosyntactic transformation

We present a phrase-based statistical machine translation approach which uses linguistic analysis in the preprocessing phase. The linguistic analysis includes morphological transformation and syntactic transformation. Since the word-order problem is solved using syntactic transformation, there is no reordering in the decoding phase. For morphological transformation, we use hand-crafted transformational rules. For syntactic transformation, we propose a transformational model based on a probabilistic context-free grammar. This model is trained using a bilingual corpus and a broad-coverage parser of the source language. This approach is applicable to language pairs in which the target language is poor in resources. We considered translation from English to Vietnamese and from English to French. Our experiments showed significant BLEU-score improvements in comparison with Pharaoh, a state-of-the-art phrase-based SMT system.     

一种结合MDA的高阶模型转换方法

模型转换是MDA的关键技术,也是MDA的研究热点。目前,不同的MDA开发平台都有一套相对独立的开发技术和转换框架,这使平台之间缺乏兼容性,模型转换代码重用困难。究其原因是缺少一种与具体转换语言相对应,且与平台无关的转换规则模型。为了解决以上问题,将高阶模型转换的思想与模型驱动软件开发相结合,提出了一种构造模型转换规则的高阶转换元模型,并以ATL语言为例展示了高阶转换元模型的使用方法;最后通过一个实例验证了该方法的可行性和可用性。该方法提高了模型转换语言的抽象层次,降低了模型转换语言的重用难度,在一定程度上解决了模型转换技术不兼容的问题。     

基于FPGA的结构光深度检测系统设计

为实现结构光深度检测系统的实时检测,简化结构光系统构架,降低系统成本,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的结构光深度测量系统.将结构光图像处理算法进行了适应硬件的改动,利用硬件系统的流水线技术与并行运算技术,提高了系统的处理性能,提出了采用乒乓缓存结构、Box滤波与并行像素处理计算提高处理速度,保证了算法的实时性.实验表明:该系统能够实现深度探测功能,且运行速率远远优于软件处理,满足实时性要求.     

光纤光栅传感器用的高功率宽带光源

运用单程后向结构,通过优化掺Er光纤结构,从实验上实现了一种功率达29.4mW,平均波长为1544.336nm的高功率宽带掺Er超荧光光源,3dB带宽为31.2nm,在C波段1525～1565nm之间可实现功率高于27.8mW,在1532.1～1560.6nm之间的平坦度可达±0.5dB(不加任何滤波器的条件下),可以较好地满足光纤Bragg光栅在传感领域的研究和实用化的应用要求,作为单独的光源也适用于光纤陀螺等场合.     

Attributed graph transformation with node type inheritance

The aim of this paper is to integrate typed attributed graph transformation with node type inheritance. Borrowing concepts from object oriented systems, the main idea is to enrich the attributed type graph with an inheritance relation and a set of abstract nodes. In this way, a node type inherits the attributes and edges of all its ancestors. Based on these concepts, it is possible to define abstract productions, containing abstract nodes. These productions are equivalent to a number of concrete productions, resulting from the substitution of the abstract node types by the node types in their inheritance clan. Therefore, productions become more compact and suitable for their use in combination with meta-modelling. The main results of this paper show that attributed graph transformation with node type inheritance is fully compatible with the existing concept of typed attributed graph transformation.     

基于光场耦合的时栅位移传感器设计

为了实现制造成本低、易加工、高精度的位移测量,设计了一种光场耦合式的时栅位移传感器.介绍了利用基于交变光场的两路驻波合成电行波信号,并通过鉴相的方式实现空间位移转换的测量原理;完成了传感器的结构设计,给出了传感器的系统框图,具体分析了信号处理电路的功能.实验结果表明:光场耦合式的时栅位移传感器在108 mm范围内误差为±0. 5μm.     

邻域内坐标线性变换的光流迭代求解算法

提出邻域内坐标线性变换的光流计算迭代解法。算法允许计算光流的图像间存在一定的灰度偏差,光流计算结果稳定。对于含较大位移的两幅图像,以往方法要用金字塔图像方法计算光流,而该算法则可以一步求解得到图像间最佳整体匹配,比金字塔方法更有优势。算法对图像整体的尺度、平移、旋转或其它线性变换能有效检测。用于人脸图像配准的实验显示,该算法对图像匹配空间搜索有效可行。     

基于小波变换的分形插值图像放大方法

分形插值和小波变换在数字图像处理中有着广泛的应用.结合分形插值和小波变换的特点,提出了一种新的图像放大方法.实验结果表明,通过选择合适的小波基,该方法与传统的图像放大方法相比,获得的放大图像的纹理特征和图像的边缘得到明显增强,并且具有更高的视觉分辨率.