激光与红外杂志

激光与红外杂志2026年第3期

• 基于计算机视觉的弱小目标检测算法综述

  张涛，刘帅，任小广，任维雅

  弱小目标检测是计算机视觉领域的重要研究方向，广泛应用于各类场景。然而，由于成像尺寸小、特征信息匮乏，弱小目标检测已成为目标检测领域的重大挑战。本文首先系统回顾了传统弱小目标检测方法的发展历程；详细阐述了基于深度学习的弱小目标检测技术；并对常用数据集以及算法评估指标进行了全面介绍。通过深入分析各类方法的优缺点，本文指出了当前弱小目标检测仍面临的挑战，并总结了该领域的未来发展方向，旨在为后续研究提供参考，推动弱小目标检测技术的进一步发展。

• 卫星激光通信技术研究现状与发展趋势

  赵思骁，宋豪壮，林玉洁

  激光通信具有速率高、安全性高、功耗低、抗干扰能力强等特点，是构建空天地一体化骨干网络、实现全球高速无缝互联的基石。通过对卫星激光通信技术的发展现状进行深入分析，梳理美国、欧洲、日本和中国在卫星激光通信领域的研究进展和应用，总结微波与激光融合组网技术、高效多体制柔性调制、光学相控阵可靠通信和自适应光学湍流校准关键技术，归纳卫星激光通信在覆盖无缝化、传输高速化、星座网络化、终端轻量化方向的发展趋势，为空天地协同一体化信息网络建设提供参考。

• 光电探测器阵列靶斑仪技术发展综述

  田恒杰，朱辰，吕坤鹏

  本文综述了光电探测阵列靶激光参数测试技术的发展趋势和未来展望。首先介绍了激光到靶参数测试的发展历程，其次介绍了光电探测器阵列法的技术组成，随后详细介绍了光学衰减设计、信号采集处理电路设计和数据处理等关键技术，最后分析了光电探测器阵列靶斑仪面临的挑战和未来展望。研究表明，光电探测器阵列靶斑仪在到靶激光参数测试中占据十分重要的地位，在未来向着更精准可靠、更便捷迅速的方向发展。

• 改进PSO算法下半导体激光器温度模糊PID控制

  李丹，付国帅

  由于在控制过程中难以精确描述半导体激光器的热传递特性，导致参数整定存在较大盲目性，而半导体激光器的热动态具有强非线性和时变特性，PID控制在处理这种非线性和时变特性系统时，难以适应这些变化，导致温度控制效果不佳。因此，为提高半导体激光器温度控制效果，提出融入改进PSO算法的半导体激光器温度模糊PID控制研究。采用复频域分析法构建半导体激光器热传递函数，减少参数整定盲目性；然后根据热传递函数对应的增益来确定初始PID参数，并通过模糊算法来获得PID参数调整量，以动态调整PID参数，从而更好地适应半导体激光器的非线性特性，实现半导体激光器温度模糊PID控制；为进一步提升半导体激光器温度控制的精度，将改进粒子群优化算法加入到模糊PID控制中，对模糊输入输出增益参数展开进一步优化，以使模糊PID适应不同工况变化。由此经优化后的模糊PID控制，获得控制量，以输入半导体激光器的温度控制装置中，实现对温度的控制。实验结果表明：该方法确定的PID参数有效提高了控制响应性能，稳态误差趋近于0，最大超调量不超过9，平均上升时间为119s，验证了所提方法具有较高的控制精度和稳定性。

• 高功率光纤激光器散热系统设计及热仿真分析

  胡传舟，，赵鸿，，张利明，，张雪霞，，张昆，，解子俨，，高平，，朱辰，

  为解决轻量化高功率光纤激光器在高功率输出情况下所面临的热管理问题，本文设计了一种集成风冷与热管的轻量化一体式散热系统。该系统集成多根铜质热管与高密度翅片阵列，将气液相变传热与强迫对流相结合，显著提升了激光器整体散热性能。并且基于计算流体力学（CFD）平台构建了一个三维流-固耦合热传导模型，通过仿真实现翅片参数优化，并为了使得器件温度分布均匀以及进一步提高散热效率，使用石墨烯铝基复合材料进行填充。最终搭建的全光纤激光器原型系统验证了所提出散热方案的有效性，其实验结果与仿真结果一致，且与同等规格商用激光器相比，系统体积减小了4702，重量减少高达74。

• 基于贝叶斯优化VMD的激光回波去噪方法

  覃则昆，郭甲崇，兀伟，张珂，刘星

  针对激光雷达远距离探测时易受到噪声干扰的问题，提出了一种基于贝叶斯优化（BO）的变分模态分解（VMD）激光回波信号去噪方法。该方法基于贝叶斯优化获得VMD参数组合，针对以最小包络熵（MEE）作为适应度函数导致VMD易过分解的问题，引入最大互信息系数（MIC）构建适应度函数，并采用趋势波动分析算法（DFA）筛选分解出的本征模态函数（IMF）中的信号主导分量，最后基于稀疏性选择适当小波分解层数对信号主导分量进行小波去噪（WT）。通过不同输入信噪比的激光雷达噪声信号进行模拟，将该方法与GWO VMD、WT VMD、VMD方法进行去噪比较，当信号2输入信噪比为0dB时，该方法的输出信噪比分别提高了23321dB、23299dB和12625dB，均方根误差分别降低了9614、9684和9612，结果表明，该方法具有较好的去噪性能和自适应性。

• 非牛顿液滴撞击光热耦合制备表面动力学研究

  王鑫东，项煜程，常义浩，崔静，杨广峰

  本文以航空用材TC4为实验基材，采用激光微织构和水热法相结合的耦合制备工艺，构建制备具有多级微纳结构的超疏水表面，并研究具有高粘度的非牛顿流体液滴在多级超疏水表面撞击过程的动力学行为特性。实验结果表明：纳秒激光加工制备微米级一级结构表面，水热法在十六烷基三甲氧基硅烷修饰条件下表面可生长出纳米针状二级结构表面；水热法在激光微织构表面成功构建纳米针阵列，EDS分析显示Ti氧化物占比达268，多级微结构接触角达143°，较单一激光处理表面70°提升73°；多级微结构表面通过协同调控表面化学组分与微结构，实现了优异的动态疏水性能，牛顿液滴在多级表面完成一次触底回弹，非牛顿流体在多级表面以类球体形式存在，展现出良好的去浸润效果和低粘附性，多级微结构通过钉扎和脱钉效应，实现快速去浸润。

• 复杂光照干扰下的结构光条纹中心提取方法

  王漫琪，鲁大硕，孟祥翔

  为了解决高压软管内壁检测中传统算法难兼顾精度与实时性的问题，提出了一种复杂光照条件下快速、准确、实时的线结构光中心线提取的方法。采用高斯、中值滤波进行图像去噪，继而转换至HSV颜色空间，通过多区间阈值分割分离红色激光条纹与高光区域；随后采用分区域自适应阈值处理与形态学优化，精确提取激光条纹的二值区域；接着经形态学优化后通过骨架化得到单像素宽的结构光条中心线；基于骨架化的点进行椭圆拟合，利用图像梯度计算法向量方向，并改进Steger算法实现亚像素级中心定位，实验表明，该算法在不同复杂光照背景下对红色激光条纹具有良好的提取能力，提取速度较传统steger算法提高了近五倍，提取精度与传统steger算法仅相差0005 像素，能够满足探测时高精度、实时性的要求。

• 调频连续波激光雷达水下测距仿真分析

  阳琴，徐诗月，，马睿，郭孟林，，张志坚，，杨峰，杨俊敏

  调频连续波激光探测体制有利于实现水下成像系统的低功耗和小型化。在仿真环境中搭建基于532nm波长的调频连续波激光雷达水下测距模型，研究了不同水体条件、激光器线宽和调制线性度对系统测距性能的影响。结果表明，对于90m距离处的水下目标，激光雷达在典型的清洁海区中接收的回波光功率相比晴朗大气环境降低约2dB，采用约100kHz线宽的激光器并保持99以内的调制线性度，可获得较高精度的测距结果。此研究结果对调频连续波激光雷达的水下探测工程应用具有一定的参考意义。

• 基于FPGA的脉冲相关激光测距系统

  李雪文，李永红，岳凤英，曾嘉鑫

  针对激光测距系统的测量对回波信号的接收依赖高、噪声干扰大、环境抗干扰性较差、不能满足高精度测量等问题，提出一种以FPGA为核心处理单元，结合多脉冲相关累加与互相关检测技术的高精度激光测距方案。系统选用1535nm人眼安全的铒玻璃激光器作为发射光源，采用1GHz高速AD芯片实现回波信号全数字化采集，通过FPGA并行处理架构完成多脉冲累加、互相关运算及激光飞行时间解算。硬件设计采用模块化架构，集成综合控制、驱动电源、探测接收及信号处理四大功能电路，配合非球面镜+窄带滤光片的光路设计，实现系统小型化与低功耗。实验结果表明：系统测程范围为50～5691m，平均误差范围为0025～0300m；整机尺寸为70mm×58mm×45mm，重150 g，功耗25W，可满足军用光电平台、手持式测距仪等场景的高精度、微型化需求。

• 国产化长波576×6红外成像电路研制

  吴庆权，孟豪，张颖，范永杰，宋德庆，黄镜振，黄中滤

  本文介绍的红外扫描成像电路，是基于576×6红外焦平面探测器组件所设计的，它相较于市面上常规的成像电路，所具有的创新点在于硬件全国产化和电路板的小型化和低功耗。在工作状态下，该成像电路上搭载的国产FPGA芯片为红外焦平面探测器提供时序信号和偏置电压等必须的信号，以确保读出电路正常运行。同时，成像电路上的FPGA还承担着对探测器的16路输出信号进行数据处理的工作。与传统的成像电路不同，该成像电路集成在单块电路板上，大幅减少了设备内部空间的占用，实现了小型化与低功耗。经过测试，该系统运行稳定、功能正常，为之后的成像电路国产化提供了一个设计方向。

• 基于正向测温的碲镉汞分子束外延生长研究

  孙宏利，折伟林，王丹，管崇尚

  利用分子束外延技术生长的碲镉汞半导体材料在第三代红外焦平面探测器领域具有广阔的应用前景。在材料生长过程中，维持稳定的表面温度是实现高质量碲镉汞单晶薄膜的关键。本文介绍了Bandit正向测温系统在分子束外延碲锌镉基碲镉汞工艺开发中的应用。利用该测温系统实现了对碲锌镉基碲镉汞生长过程中表面温度变化的实时监控，提高了工艺开发效率，并进一步获得了碲锌镉基碲镉汞材料的最佳生长条件。最终生长出高晶格质量低缺陷密度的碲镉汞材料，工艺重复性良好，大于2μm的缺陷密度控制在200cm-2以内。

• 低功耗低温二阶Sigma Delta调制器电路设计

  李华军，，李敬国，喻松林，，杨德振，郭志强

  数字化读出电路是制冷型红外探测器的重要组成部分，它的本质是将模拟信号转换成数字信号，其中需要用到模数转换器（ADC）这个关键模块。常见的ADC中，Sigma Delta ADC因其噪声整形和过采样技术简化了模拟电路结构，降低了动态功耗，成为低功耗ADC方面的首选。因此，对Sigma Delta ADC的主要部分-调制器进行研究，十分具有意义。调制器电路采用二阶CIFF结构、77 K温度下进行设计，采用浮动反向放大器（Floating Inverter Amplifier）作为积分器的运放。完成了调制器的行为级建模与参数设计；基于SMIC 018μmCMOS工艺进行了电路级设计与仿真。仿真结果表明，在5 MHz采样频率、256的过采样率下，调制器的功耗为1145 μW，SNDR为9028dB，有效位数为147 bit。

• 基于改进YOLOv10的机载红外小目标检测算法

  陈航，李江勇，王戈，苏熠

  现有的目标检测算法多是面向正常大小目标研发。为了解决现有算法对于红外小目标的针对性不强的问题，满足机载环境下对于红外小目标的高精度检测需求，本文提出了一种基于改进YOLOv10n的红外小目标检测算法，该算法引入了稳健特征下采样来降低初始卷积层下采样导致的小目标特征信息丢失，通过增加浅层特征的拼接、使用Omni kernel模块整合强化小目标的特征表示来改进特征金字塔，并在concat操作前增加Triplet Attention机制进行改进，优化多尺度特征的融合。实验结果表明，改进后的算法在验证集上mAP@05达到785，相较于原算法提高了35，mAP@［05∶[KG-*2/3]095］达到455，相较于原算法提高了2，有助于提高机载环境下红外小目标检测性能。

• 一种双分支多光谱红外舰船图像融合网络

  赵佳乐，娄树理，林超

  针对复杂环境下多光谱红外舰船图像融合算法存在特征提取能力弱、融合效率低等问题，本文分析多光谱图像红外特性，提出了一种双分支融合网络IPAFuse。首先，设计了双分支编码器Poolformer-INN，通过Poolformer提取全局基础特征、可逆神经网络（INN）捕捉局部高频细节，增强多光谱特征表征能力；其次，在特征融合阶段引入注意力机制，通过注意力机制动态调整多光谱特征融合权重，提高多光谱特征融合质量。最后，采用双阶段模型训练方法，降低模型复杂度，增强模型稳定性。与TarDAL、SDNet、Piafuse和CDDFuse等先进的融合模型相比，本文提出的模型在定性和定量的实验中，图像融合质量高、速度快。在检测任务的实验中，本文模型融合的图像精度提高了759，能够胜任复杂环境下的舰船目标检测任务。

• 通用夜视瞄准镜结构设计研究

  石彰，张晓亮，任珂珂，野路绪

  本文以某型夜视瞄准镜的设计为基础，对通用夜视瞄准镜的结构设计方法进行了研究，旨在通过选择合理的设计方案和设计流程，提升夜视瞄准镜结构设计的水平。提出了包括镜头结构、目镜结构、电池仓结构在内的多个组件的设计方案，对比了优缺点。并对瞄准镜的抗冲击性能进行了分析，对比外部减振和内部减振的设计方案。通过有限元仿真分析和实际的射击实验以及检测，对设计环节进行了充分验证，形成闭环，为后续的夜视瞄准镜设计提供了参考依据。

• 微型光谱仪的MEMS片上傅里叶变换系统研究

  翟雷应，，杨新宇

  光谱成像技术融合光谱分析与动态成像能力，在无人机遥感、OCT等技术中小型化要求突出，但数据采集效率低，分辨率不足，相关仪器操作困难需高对准，体积庞大，成本高，且小型化设计受限于局域小型化，片上系统设计困难，分辨率低，噪声大。为此本文提出了具有高分辨率的片上傅里叶光谱仪芯片，45°微镜折叠光路及动态扫描的解决方案，在平面上实现了二维静电梳齿驱动器与扫描镜的集成结构设计，步进精度高，采用棱镜分束器对光路实现分束与光路配置，实现高占空比系统集成。利用ZEMAX仿真可知，在Gaussian光源下可实现干涉条纹，光照强度分别为2678 lx，光斑均匀性为1，光效率为22[KG-*6]～44，信噪比为87dB。有限元分析结果显示，在70 V驱动电压下位移为252μm，响应时间57ms，877 f/s，扭转角±004°，最低模态频率为44214 Hz，具有良好的稳定性符合结构设计。为高水平、高密度集成的光谱成像技术提供了理论模型。

• 中波红外光学系统透过率测量精度分析

  张明亮，许洪刚，韩冰，马洪涛，宋元章，李旭，叶云健，金鑫，谷立山

  为建立一套测量精度优于±05的中波红外透过率测量系统，本文基于单通道测量法搭建了一套中波红外透过率测量装置。按照能量流通方向阐述了系统工作原理，对系统测量误差的理论分析表明，中波红外透过率测量系统误差源主要为机械斩波器和锁相放大器，其综合影响不确定度约为±022。最后，通过该系统对中波红外镜头进行了实测实验，测量结果表明，中波红外光学系统透过率测量误差约为±023，与理论分析基本一致，该结果验证了理论分析，同时，也满足研制系统测量精度的指标要求。该方法也可以推广到其它波段透过率系统误差评估中，基于相同测量原理，该方法也可推广到反射率测量误差评估中。

• 星载凸面闪耀光栅低温微变表征与热补偿设计

  张鲁铭，练敏隆，，晋利兵，李欢

  星载凸面闪耀光栅作为星载光谱仪的核心分光元件，在轨道低温环境（如 90K）下易受材料热膨胀系数差异、温度梯度等因素影响产生微形变，进而导致面型精度下降、衍射效率衰减，严重威胁星载光谱仪的在轨工作性能。为解决这一关键问题，本研究旨在揭示低温环境下 “光栅-胶接-支撑框” 系统的形变机制，并设计满足面型精度要求PV≤01λ的热补偿卸载结构。研究采用有限元分析开展热-结构耦合仿真，先通过控制变量法明确系统形变的主要诱因；随后针对性提出45°圆心角构型、减刚度设计、增加触点数量三种热补偿方案，并通过应力场分布、位移场变化及模态分析，系统评估各方案的性能表现。结果表明，支撑框与光栅之间的材料热膨胀系数差异是低温形变的核心主因；三种方案中，45°圆心角构型优化效果最优，可将光栅胶接处最大Mises 应力降至处于胶接层许用应力范围内的 9912 MPa，且引入光栅加工误差PV=0015 λ后的综合面型PV值仅为 0028 λ，完全满足星载光谱仪对光栅面型 PV≤01 λ 的技术要求。该研究成果为星载光栅的低温热设计提供了关键工程参考，对推动高稳定性星载光谱仪的研制、保障空间遥感与深空探测任务的光谱数据质量具有重要实践价值。

• 面向铁路场景的半监督点云语义分割方法

  孟维傑，，吴嘉诚，孙淑杰，刘俊博，郭剑勇，6，田媚，，黄雅平

  近年来，基于深度学习的点云语义分割方法虽取得显著成果，但其性能仍依赖大量人工标注数据，标注成本高昂一直是点云语义分割领域需要解决的难题之一。为此，本文以铁路场景的三维点云数据为研究对象，提出了一种基于主动学习的半监督点云语义分割方法。该方法采用了半监督教师学生模型，通过自适应指数加权平均方法，将学生网络的参数平滑迁移到教师网络上，并用教师网络对未标注点生成伪标签，从而提高未标注数据的利用率。同时，为了进一步挖掘未标记样本的价值，设计了基于主动学习的样本选择策略。首先，为了更好地捕捉到未标记点在不同尺度下的变化和不确定性，提出了基于邻域上下文多尺度信息融合的不确定性度量方法。此外，为了避免局部区域内相似点的重复标注，设计了几何特征抑制模块，融合几何信息与特征距离，提高了样本选择的多样性和代表性。实验结果表明，所提出的半监督点云语义分割方法在铁路场景点云语义分割任务中表现出良好的效果。

• 改进YOLO11n的轻量化光伏电池缺陷检测

  王群瑶，，林国军，，马润，，陈明举，，陈科，

  针对光伏电池表面多尺度缺陷检测任务中算法轻量化与检测效能难以兼顾的问题，本文提出一种算法模型YOLO11 Slim。首先，在骨干网络的C3k2模块中引入DualConv，增强局部细节与上下文信息的融合能力；其次，以ADown作为骨干网络的下采样模块，通过轴向分解减少计算量，同时保留更多空间信息；再以改进Slim neck为基础构建颈部网络，在轻量化的同时优化特征交互；最后，使用高效检测头Detect Efficient，通过DFL分布学习和组卷积设计，既减少模型参数量，又提升小目标定位精度，优化了训练-推理流程，更适配边缘部署。经实验对比，YOLO11 Slim相较于原模型YOLO11n，参数量和计算量分别下降279和444，召回率、mAP@50和mAP@50∶[KG-*2/3]95分别提高11、13和23，F1分数值达087，有效实现了光伏电池表面多尺度缺陷的轻量化高效检测。

• 基于机器学习的自适应光纤传感装配校正系统

  王春霞，宋芳

  装配过程中装配体与装配位置之间的偏差会导致装配后存在残余应力，偏差过大甚至会造成装配位置损伤等问题。为了实现自适应装配校正，搭建了基于多FBG传感器的应力场传感网络，设计了针对多FBG传感信号的机器学习算法。仿真分析了2种典型装配异常时的机械臂应力场分布，并根据其分布特性得到了FBG的最优布设位置。实验对不同配重目标进行测试，各FBG的波长偏移量与配重质量的平均变化率分别为129 pm/g、130 pm/g、125 pm/g和138 pm/g，其线性度均优于097。实验对2种典型装配异常进行了在线测试与自适应校正。当存在位移误差时，对应位置的FBG响应值为一正一负，最大值为56 pm。当存在与z轴的角度误差时，响应均为正值，最大值为115 pm。验证了在不同装配异常类型下各FBG的响应效果明显不同。系统可根据偏差量校正机械臂位姿，使FBG响应回归正常阈值范围，从而实现自适应装配校正。