基于“慕课”的物理类微课程设计探索

“慕课”起步,微课程先行!鉴于目前微课程设计缺乏规范模式,本文旨在对此进行深入探讨．在微课程设计缺乏充分的理论基础支持的前提下,本文首先利用文献综述法归纳得出微课程的基本特征,据此确定微课程设计原则;其次以此原则为指导,借鉴远程开放教育的设计模式,类比探索出微课程设计的基本模式;最后将这种微课程设计模式应用于物理类课程,并结合物理类课程特点进行实证分析,成功实现了物理类微课程设计．教学实践活动进一步检验了本文构建的微课程设计模式切实可行、效果良好．     

Design on a highly birefringent and nonlinear photonic crystal fiber in the C waveband

In this paper, a novel photonic crystal fiber （PCF） with high birefringence and nonlinearity is designed. The charac- teristics of birefringence, dispersion and nonlinearity are studied by using the full-vector finite element method （FVFEM）. The numerical results show that the phase birefringence and nonlinear coefficient of PCF can be up to 4.51× 10-3 and 32.8972 w-l.km-1 at 1.55 μm, respectively. The proposed PCF could be found to have important applications in the polarization-dependent nonlinear optics such as the pulse compress and reshaping in the C waveband.     

Plasticity-induced characteristic changes of pattern dynamics and the related phase transitions in small-world neuronal networks

Phase transitions widely exist in nature and occur when some control parameters are changed. In neural systems, their macroscopic states are represented by the activity states of neuron populations, and phase transitions between different activity states are closely related to corresponding functions in the brain. In particular, phase transitions to some rhythmic synchronous firing states play significant roles on diverse brain functions and disfunctions, such as encoding rhythmical external stimuli, epileptic seizure, etc. However, in previous studies, phase transitions in neuronal networks are almost driven by network parameters （e.g., external stimuli）, and there has been no investigation about the transitions between typical activity states of neuronal networks in a self-organized way by applying plastic connection weights. In this paper, we discuss phase transitions in electrically coupled and lattice-based small-world neuronal networks （LBSW networks） under spike-timing-dependent plasticity （STDP）. By applying STDP on all electrical synapses, various known and novel phase transitions could emerge in LBSW networks, particularly, the phenomenon of self-organized phase transitions （SOPTs）： repeated transitions between synchronous and asynchronous firing states. We further explore the mechanics generating SOPTs on the basis of synaptic weight dynamics.     

激光接收与彩色电视共窗口设计

介绍了激光接收和彩色电视共窗口的多波段光谱融合技术.采用一个焦距为20~450 mm的连续变焦距镜头(视场角在13.68°×10.26°~0.61°×0.46°内连续变化),在会聚光或平行光的条件下,采用立方棱镜或平板玻璃分光,分别进行了对比试验.结果显示,使用会聚光下的立方棱镜分光,在大视场13.68°×10.26°的情况下,光线入射角最大,色偏移严重,图像颜色严重失真.随着视场角的减小,光线入射角减小,图像颜色失真程度逐渐减小,越接近小视场0.61°×0.46°,图像颜色失真现象基本消失;而使用平板玻璃对平行光分光的条件下分光,连续变焦距镜头在整个视场范围内,不仅光学像差满足要求,同时解决了棱镜分光的色偏移问题,图像颜色正常,在空间尺寸苛刻的情况下,彩色电视光学系统MTF在108 lp/mm时达到了0.3,设计结果满足工程应用要求.     

基于多源信息融合的果树冠层三维点云拼接方法研究

构建了基于彩色相机和光学混合探测(PMD)相机的多源视觉系统,旨在建立具有真彩色信息的果树冠层三维点云模型,为果树的剪枝、疏花疏果和采摘等果园管理提供技术支持。针对PMD相机获取的目标场景三维点云,结合PMD相机的幅度图像和密度聚类算法提取有效点,利用前期研究的图像配准方法得到多源图像之间的坐标转换关系,完成了果树冠层多源信息融合。通过主成分分析法得到较好的初始位置,再采用最近点迭代算法,实现两组三维点云之间的拼接。对自然场景下的开花期和坐果期的果树冠层三维点云拼接方法进行了实验验证,结果表明多视角三维点云拼接误差为2.62cm,可以较好地弥补单个角度下拍摄造成的数据缺失,实现了果树冠层完整的三维显示。     

基于免疫模板聚类的模糊中波红外图像目标提取

借鉴生物先天性免疫与适应性免疫的协调作用机制,综合考虑中波红外图像的光谱成像机理和频域模板统计特征,提出一种免疫模板聚类目标提取算法。借鉴先天性免疫对抗原表面分子模式的识别作用,以最大类间方差,将模糊中波红外图像初分割为目标像素集、背景像素集和模糊像素集;借鉴先天性免疫的特征提呈作用,提取中波红外图像模糊像素的频域模板特征,将图像的像素灰度特征空间映射为频域模板特征空间;基于提呈得到的模板特征,对模糊像素集进行适应性免疫聚类,将模糊像素划分为目标像素或背景像素。用手部痕迹的模糊中波红外图像进行实验,并与经典边缘检测模板法和传统区域模板法进行了效果比较和定量评价,结果表明免疫模板聚类算法的目标提取率、与参考标准的重合度、绝对误差率均优于现有模板方法,能够有效实现模糊中波红外图像的目标提取。     

基于叶片光学属性的作物叶片水分含量反演模型研究

叶片含水量是反映作物生理特性的一个重要参数, 对生态环境的研究具有重要意义。采用小波分析方法, 分析叶片含水量对反射率的影响特征, 建立综合利用多波段信息的作物叶片水分含量反演模型。基于PROSPECT模型的辐射传输理论, 推导出由叶片反射率光谱的小波系数反演叶片水分含量CW的理论模型。利用六种常用的小波函数, 对叶片组分水、干物质和白化基本层的吸收光谱进行小波分解。选取对水分变化最敏感, 同时对其他组分不敏感的分解尺度和波段位置, 找到能稳定突出水的光谱特征的小波系数。结果表明: bior1.5小波函数在尺度为200 nm, 波段位置为1 405和1 488 nm的小波系数具有上述特征。建立由叶片反射率光谱的bior1.5小波系数反演叶片水分含量CW的反演模型, 模型有两个转换系数a和Δ都受叶片结构参数N的影响。利用PROSPECT模型生成模拟光谱数据集, 校正建立的叶片水分含量反演模型中的两个转换系数a和Δ, 并与LOPEX93实验光谱数据集结合验证反演模型。结果表明: 反演模型不仅比传统基于植被指数的统计模型在精度上有提高(反演值与实测值的R2最高达到0.987), 而且更加稳定, 普适性更高。研究表明, 小波分析方法在利用高光谱数据反演作物叶片水分含量方面具有独特的优势。     

掺钽钨青铜的制备及光学性能

以TaCl5和Na2WO4为原料, 采用水热法在170 ℃制备性能良好的掺钽钨青铜(TaxWO3)纳米线。利用Ｘ射线衍射技术(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)及拉曼光谱(Raman)等分析手段, 对该材料的结构、形貌及光谱性能进行表征。XRD结果表明: TaxWO3纳米材料为六方相结构氧化钨, 当TaxWO3中Ta/W摩尔比小于0.04时, 晶胞参数随着掺杂量的增大而逐渐增大, 当掺杂量达到大于0.04后保持基本不变。UV-Vis光谱表明, 随着钽掺杂量的增大, 紫外吸收峰发生红移, 即能隙逐渐减小。Raman光谱显示: 随钽掺杂量的增大, Raman峰位逐渐向低波数方向移动, 同时振动峰逐渐宽化, 进一步证明了钽掺杂对氧化钨结构的影响。光催化降解罗丹明B的实验显示, 制备的TaxWO3具有较高的光催化活性。     

江西“高洲石”的矿物学和谱学特征研究

印章石是我国特有的具有民族历史文化特色的艺术品, 江西“高洲石”是近年来新发现并在市场上流通的印章石品种。采用X射线粉晶衍射(XRD)、X射线荧光光谱分析(XRF)、红外光谱分析(FTIR)、扫描电镜(SEM)及差热分析(DTA)对“高洲石”的矿物学特征和谱学特征进行了系统的研究。粉晶衍射结果表明, “高洲石”的主要矿物成分为高岭石族矿物和叶蜡石, 其次含有少量的绢云母和伊利石等。其中高岭石和地开石多型可通过18°～40°(2θ)范围内一系列地开石特有的衍射峰鉴别。“高洲石”中高岭石族矿物同时出现高岭石和地开石的特征衍射峰, 主要为高岭石-地开石过渡矿物。“高洲石”主要化学成分为SiO2和Al2O3, 次要成分为Fe2O3和K2O和Na2O等, 这与高岭石族矿物的化学成分相一致。红外光谱的结果显示“高洲石”中高岭石-地开石过渡矿物在高频区一般出现3 689, 3 645和3 615 cm-1三个谱带, 其中归属于面外羟基振动的3 689 cm-1谱带和面内羟基振动的3 615 cm-1谱带强度近似相等, 部分略有变化, 其变化因含高岭石层或地开石层较多造成。扫描电镜下观察到“高洲石”中高岭石矿物的形态主要呈直径为0.5～4 μm的不规则片状或假六方板状, 与我国其他产地印石的扫描电镜特征较为相似。差热分析结果表明高岭石族矿物的脱羟吸热谷温度与其矿物种属有一定对应关系, 同时此温度还受矿物颗粒大小的影响。综合研究表明, “高洲石”的矿物类型与我国四大印石(寿山石、昌化石、青田石、巴林石)相似, 作为四大印石的替代品, “高洲石”具有广阔的市场前景。     

改进的高速铁路安全状态协同监测数据处理方法研究

将无线传感器网络协同感知方法,应用于高速铁路固定设施状态监测,具有诸多优势,而协同感知数据的处理方法尤为关键。数据融合方法是协同感知方法在数据处理层面的理想选择。在分布式融合场景下,改进的动态误差平方求权系数法,可以充分利用无线节点的存储能力,使得数据波动性减小、一致性增强;在集中式融合场景下,将求取权系数的相关矩阵法从标量推广至多维向量,使得多维向量数据的融合方法得到丰富。仿真实验表明,改进方法下数据准确性、稳定性均优于原有算法。同时,分析比较了选取不同距离函数指数对多维向量相关矩阵法的影响。