物理学史中的二月

考古学家于2017年证实他们在一座埃及金字塔内发现了一个隐密的埋葬室,这在某些方面来说是20世纪60年代所从事此计划的巅峰。有一位名叫阿尔瓦瑞兹(Luis Alvarez)的物理学家想出了利用宇宙线来绘制如吉萨大金字塔(Great Pyramid of Giza)这样密实结构的图像。     

基于方向金字塔框架变换的遥感图像融合算法

为了综合利用多光谱遥感图像与全色遥感图像之间的互补信息,提出了一种方向金字塔框架变换(SPFT),并基于此变换提出了一种遥感图像融合算法。具体融合过程是将多光谱图像的每个波段分别与高分辨力全色图像进行融合,首先将高分辨力全色图像与多光谱图像的待融合波段进行直方图匹配,然后对该波段图像以及直方图匹配后的高分辨力全色图像分别进行方向金字塔框架变换分解,融合过程就是对两图像方向金字塔框架变换分解后的系数进行组合,最后对组合后的系数进行方向金字塔框架逆变换即可得到该波段图像与高分辨力全色图像的融合图像。实验结果表明该算法在性能上优于基于亮度-色调-饱和度(1HS)的彩色空间变换以及基于离散小波框架变换(DWFT)的遥感图像融合方法,尤其对源图像之间存在配准误差的情况。     

基于非亚采样Contourlet变换的PET/CT图像融合

提出了一种新的基于非亚采样Contourlet变换的PET/CT图像融合方法。通过非亚采样金字塔(NSP)和非亚采样方向滤波器组(NSDFB)实现对图像的多尺度多方向分解。在融合处理中,对分解图像所得的高频及低频系数,根据不同分解面的特性,采用不同的加权规则进行融合。该方法既保留了Contourlet变换方法的多分辨率特性,又具有平移不变性。实验结果表明,相对于传统的拉普拉斯金字塔变换法、小波变换法和Contourlet变换法等,取得了更佳的融合效果。     

单晶硅表面均匀小尺寸金字塔制备及其特性研究

表面织构是一种通过有效的光俘获增加短路电流从而提高太阳电池效率的主要途径之一.在加入间隙式超声和NaClO添加剂的碱性四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中对单晶硅表面进行织构化处理,研究超声与NaClO在织构过程中对金字塔成核和生长的影响,以及金字塔大小对高温工艺之后的单晶硅少子寿命的影响.研究表明,通过在织构溶液中加入间隙式超声控制气泡停留在硅片表面的时间和脱离硅片表面速度,增强了小尺寸金字塔的均匀分布.织构之后硅片在AM1.5G光谱下的加权平均反射率能够达到12.4%,在高温扩散和氧化之后少子寿命的大小与金字塔大小之间存在近似于指数衰减函数的关系. 关键词： 表面织构化 反射率 少子寿命 单晶硅太阳电池     

多源图像融合算法实时优化方法北大核心CSCD

针对红外与可见光图像融合的实时性要求,介绍了一种解决目前高清或超高清多源图像拉普拉斯金字塔图像融合算法的实时实现方法。基于视频数据流设计了拉普拉斯金字塔并行流水线处理结构,分析了各流水线之间的时延及优化思路。通过片上缓存的方式补偿时延时间差,实现了算法的流水等长,保证了处理数据的完整性。该方法可以在赛灵思7系列及以上的可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)芯片上实现双通道1080×1920@60 Hz视频图像的5层拉普拉斯金字塔融合。实验结果显示,该实时并行处理方法融合效果良好,一帧图像的融合仅需10.535 ms,处理时延小于1 ms。     

Karhunen-Loeve及多尺度金字塔联合变换的彩色逆半调算法

红绿蓝(RGB)颜色空间中的各颜色分量具有高度相关性,直接分通道实施的彩色逆半调方法会残留大量人眼敏感的半调纹理,且逆半调图像色偏较大。从分析矢量误差分散半调系统模型入手,推导其加噪特性,针对性地提出了一种Karhunen-Loeve(K-L)及多尺度金字塔联合变换的彩色逆半调算法。算法以K-L变换减弱彩色分量相关性,再利用多尺度中值金字塔算子以及维纳(Wiener)滤波分离并抑制高频细节子图中的半调噪声,最后进行中值金字塔、K-L逆变换重构结果图像。实验表明,该算法能有效去除半调噪声、减小重建图像的颜色偏差,与直接分通道逆半调算法相比峰值信噪比值提高约2~3 dB,且重建图像视觉效果良好。     

基于形态学4子带分解金字塔的图像融合

提出了一种基于数学形态学滤波的多分辨力图像融合。这种融合方法使用了形态学开闭运算构造了低通与高通滤波器,将原始图像分解为4子带图像金字塔和4子带方向衬比度图像金字塔。然后利用方向衬比度和区域标准差进行图像融合得到融合的4子带图像金字塔,最后应用子带图像重构得到融合图像。融合实验表明,该方法优于传统的形态学金字塔图像融合,衬比度金字塔图像融合和小波分解图像融合。     

基于特征重聚焦网络的多尺度近岸舰船检测

针对监控视频中的多尺度近岸舰船检测问题,提出了一种基于特征重聚焦网络的舰船目标检测算法,设计了由多维特征聚合模块(MFAM)与注意力特征重构模块(AFRM)组成的特征重聚焦策略.其中,MFAM基于输入的特征金字塔构建特征聚合块,进一步融合多尺度舰船不同层次特征的语义信息.AFRM基于多分支空洞卷积以及通道与空间注意力机制提升网络对目标非局部信息的表征和对背景干扰的抑制,并构建了用于目标检测的特征重聚焦金字塔.在Seaships7000舰船公开数据集上的实验结果表明,相比其他算法,本算法对监控视频中多尺度近岸舰船的检测效果更好.     

三维金字塔立体复合基底表面增强拉曼散射特性

表面增强拉曼散射(SERS)是一种广泛应用于化学反应检测、医学诊断和食品分析等领域的高灵敏度光谱技术.基底结构的构建对提高探针分子的SERS信号有非常重要的影响.本文利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包裹银纳米颗粒制备了一种三维金字塔立体复合SERS基底,实现了对罗丹明6G (R6G)分子的高灵敏度检测.通过调节银纳米颗粒在PMMA丙酮溶液中的分散密度,实现了光在金字塔谷内的有效振荡,既保证了三维结构高密度的"热点"效应,又避免了由于金属-分子相互作用引起的吸附探针分子变形导致的信号失真等问题.同时,有效防止了银纳米颗粒的氧化,为探针分子提供更大的电磁增强作用范围,使增强的拉曼信号产生稳定的输出.此研究结果不仅提供了一种高性能、可重复使用的SERS基底的有效策略,也会对未来设计改进三维结构的SERS基底有指导意义.     

一种基于噪声修整Contourlet变换的低码率图像压缩算法*

为了克服冗余性的Contourlet变换不利于图像压缩的缺陷,提出了噪声修整的Contourlet变换结构,或称为NS-Contourlet.该结构通过迭代的方式减少了量化后的非零系数数量,并且提高了非零系数的逼近能力.设计了一种可采用提升小波实现的拉普拉斯金字塔变换,有效地提高了Contourlet中拉普拉斯金字塔变换部分的速度.提出的NS-Contourlet结构结合EBCOT编码器实现了一种图像压缩算法,并且通过实验验证了该算法的有效性.尤其当低码率压缩(小于0.2 bpp)或者待压缩图像呈现直线纹理特征时,提出算法在主观视觉质量和PSNR指标上均优于JPEG2000,平均PSNR值提高了0.1～0.5 dB.     

一种基于噪声修整Contourlet变换的低码率图像压缩算法

为了克服冗余性的Contourlet变换不利于图像压缩的缺陷,提出了噪声修整的Contourlet变换结构,或称为NS-Contourlet.该结构通过迭代的方式减少了量化后的非零系数数量,并且提高了非零系数的逼近能力.设计了一种可采用提升小波实现的拉普拉斯金字塔变换,有效地提高了Contourlet中拉普拉斯金字塔变换部分的速度.提出的NS-Contourlet结构结合EBCOT编码器实现了一种图像压缩算法,并且通过实验验证了该算法的有效性.尤其当低码率压缩(小于0.2 bpp)或者待压缩图像呈现直线纹理特征时,提出算法在主观视觉质量和PSNR指标上均优于JPEG2000,平均PSNR值提高了0.1～0.5 dB.     

多种确定性广义Farey组织的网络金字塔

提出复杂网络的另一类家族的确定性金字塔,它是由确定性的不同连接方式构造的广义Farey组织的网络金字塔(GFONP),理论推导了该类金字塔网络的拓扑性质及其转变特点,发现三种GFONP网络的度分布都服从指数分布形式,随着时间t的不断演化网络金字塔群聚系数不断减小并趋于一个常数,同时网络金字塔从异配向同配转变,度-度相关系数也趋于一个正的常数.结果显示这类型网络的新特性具有应用潜力.     

多种形式的加权广义Farey组织网络金字塔的复杂性

构建了三类确定性加权广义Farey组织的网络金字塔.理论推导并数值计算了网络金字塔的拓扑性质(度分布、平均最短路径、平均聚类系数和相称性系数等),进而将Farey序列作为网络节点的确定、随机和混合的三种权重值,以此为基础计算并拟合了三类网络金字塔的点的强度分布和边的权重分布.计算结果初步揭示了加权广义Farey组织的网络金字塔的复杂性特征,有助于了解一些实际网络的复杂性和多样性.     

光致电化学法提高垂直结构发光二极管出光效率的研究

研究了在垂直结构发光二极管(VLED)器件中, 光致电化学法(PEC)刻蚀N极性n-GaN的速率受不同刻蚀条件(刻蚀浓度、刻蚀时间和光照强度)的影响. 并选择N极性n-GaN表面含有较理想六角金字塔结构(侧壁角为31°)的样品制成器件, 研究PEC刻蚀对VLED的欧姆接触和光电性能的影响. 结果表明, 与未粗化样品相比, PEC刻蚀后的样品接触电阻率明显降低, 形成更好的欧姆接触; 其电学特性有较好的改善, 光输出功率有明显提高, 在20 mA电流下光输出功率增强了86.1%. 对不同金字塔侧壁角度的光提取效率用时域有限差分法(FDTD)模拟, 结果显示光提取效率在侧壁角度为20°– 40°有显著提高, 在23.6° (GaN-空气界面的全反射角)时达到最大.     

基于改进的非下采样Contourlet变换的超分辨率复原算法

Contourlet变换应用于图像复原时容易引人伪吉布斯现象.非下采样Contourlet变换(NSCT)具有平移不变性,能够克服伪古布斯现象,但足由于基于学习的超分辨率复原需要建立不同分辨率的关系,而NSCT变换的结果是每一层图像大小都一样,不能像拉普拉斯金字塔那样建立高低分辨率图像的对应关系及运算量较大.针对这些问题,提出了基于改进的非下采样Contourlet变换(INSCT)的超分辨率复原算法.为了表示人脸特征,算法首先建立了INSCT金字塔.然后针对人脸的特殊性,在匹配过程中,采用对应点进行匹配的方法.实验表明该算法具有较好的性能,复原出的超分辨率人脸图像无论在主观视觉效果上还是在客观评价指标上都取得较好的结果,复原的图像具有更好的视觉效果,更逼真,更接近于原始高分辨率图像.     

氧化锌纳米线耦合硅金字塔微纳复合结构的制备及其自清洁特性研究

光伏器件粉尘堆积伴随的遮光效应极其严重,可导致太阳能电池的光电转换效率降低一半以上,这是任何其他提高光伏器件性能的高新技术所不能弥补的.本文根据Cassie-Baxter理论构建出一种基于光伏器件应用的超疏水自清洁微纳复合结构,即氧化锌纳米线耦合硅金字塔.通过调控硅金字塔的尺寸和均匀性,使其尺寸效应不被遮盖以符合存在微米构型的疏水要求,同时尽量不破坏硅光伏器件绒面的减反性能.本文采用水热法在金字塔表面生长氧化锌纳米线的方案,通过系统的实验设计,首次成功地制备了符合光伏器件应用的接触角高达154?,且接触角滞后小于10?的超疏水自清洁微纳复合结构.此外,我们不仅发现硅金字塔的刻蚀存在"高温促进硅金字塔刻蚀"的温度效应和硅金字塔顶部有"圆润-方正-圆润"的时间效应,还从物理上对高温促进刻蚀、晶体的各向异性刻蚀导致的硅金字塔和我们所制备的氧化锌纳米线耦合硅金字塔复合结构的陷光效应等进行了比较充分的分析.     

基于小波变换的视差图像全局几何配准新算法

为了解决视差图像的快速、鲁棒配准问题,提出了一种基于小波近似图像和垂直细节图像由粗到精的加权全局配准策略.首先利用小波变换的多分辨率特性,对图像进行小波变换生成一个基于灰度的金字塔,从金字塔顶层到底层对每一层的近似分量进行由粗到精的配准.为了进一步提高配准可靠性,在金字塔次底层分别对近似图像和垂直细节图像进行加权相关配准,得到稳定的最优配准.     

基于PS@Ag纳米探针和Si@Ag阵列基底的表面增强拉曼散射特性的肿瘤标志物免疫检测

基于Ag包覆聚苯乙烯球(PS@Ag)纳米探针和Ag覆盖硅金字塔结构(Si@Ag)阵列基底构建"三明治"免疫结构,开展表面增强拉曼散射(SERS)特性研究,实现了肝癌肿瘤标志物甲胎蛋白(AFP)的高灵敏、高特异性的检测.通过硝酸银原位还原生成PS@Ag纳米粒子,再依次链接4-巯基苯甲酸(4-MBA)及甲胎蛋白抗体(Anti-AFP)制备得到PS@Ag免疫探针.采用Langmiur-Bloggt膜技术、等离子体刻蚀和湿法刻蚀技术,以PS球阵列为模版,刻蚀大面积硅金字塔结构,再依次沉积Ag膜和链接Anti-AFP制备得到免疫基底.结果表明,基于"三明治"免疫结构的SERS检测方案具有高灵敏度(检测极限为1.75fg·mL~(-1))和宽的动态范围(2fg·mL~(-1)～200ng·mL~(-1)).此外,对临床人体血清样品进行SERS免疫检测,得到了与化学免疫发光法一致的结果,而且具有更高的灵敏度,可应用于肝癌的早期检测与诊断.     

氧化物金字塔

文章作者利用原位电子显微镜技术实时地观察在（100）Cu氧化过程中氧化亚铜金字塔的生长过程。观察结果表明，这些氧化物最初具有正方形结构，随着生长的继续，这些正方形结构转变成台阶状金字塔，原子力显微镜观察表明，这些氧化物金字塔具有中空结构。文章作者提出了一个简单的弹性-塑性变形机理对该新颖结构的形成进行了解释。     

潮湿的沙子有助于埃及人建筑金字塔吗?

建筑古埃及金字塔的人可能向沙漠的沙子中注水,以便于拖动巨大的雪橇。德国科学家Christian Wagner和他在荷兰、伊朗及法国的同事们,通过研究不同种类的沙中摩擦力与水的含量之间的关系得到了上述结论。他们发现,埃及沙漠中的沙子在弄湿后变得特别滑溜,这一现象可能被用来搬运建筑金字塔的巨石。