Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online), monthly

2021 Vol.22 No.10 P.1277-1412

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Research Articles

Deep learning based wavefront sensor for complex wavefront detection in adaptive optical microscopes

Shuwen Hu, Lejia Hu, Wei Gong, Zhenghan Li, Ke Si

DOI: 10.1631/FITEE.2000422 Downloaded: 3447 Clicked: 5606 Cited: 0 Commented: 0(p.1277-1288) <Full Text> <PPT> 1275

Chinese summary <30> 自适應光學顯微中(zhōng)基于深度學習的複雜(zá)波前探測方法

胡淑文^1,2，胡樂佳^1,2，龔薇³，李政翰^1,2，斯科^1,2,3
¹浙江大(dà)學醫學院，現代光學儀器國家重點實驗室，浙江大(dà)學醫學院附屬第一(yī)醫院神經内科，中(zhōng)國杭州市，310009
²浙江大(dà)學光電科學與工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州市，310027
³浙江大(dà)學腦科學與腦醫學學院，中(zhōng)國醫學科學院情感和情感障礙的腦機制創新單元，教育部腦與腦機融合前沿科學中(zhōng)心，，中(zhōng)國杭州市，310058
摘要：Shack-Hartmann波前傳感器（SHWS）是自适應光學顯微鏡中(zhōng)用于波前傳感的重要工(gōng)具。然而，由複雜(zá)波前相位分(fēn)布引起的畸變點陣限制了其探測性能。本文提出一(yī)種基于深度學習的波前探測方法，該方法結合了基于點擴散函數圖像的澤尼克（Zernike）系數估計和波前相位分(fēn)布拼接。該方法不僅僅使用每個子孔徑的質心位移，而是通過子孔徑的點擴散函數分(fēn)布估計局部波前對應的Zernike系數，然後拼接局部波前進行重建。本文所提方法可實現高精度的複雜(zá)波前檢測，獲得的波前殘差均方根誤差值顯著降低，在自适應光學顯微中(zhōng)具有極大(dà)應用潛力。

關鍵詞組：自适應光學；波前探測；深度學習；澤尼克系數；顯微成像

Enhanced collection of scattered photons in nonlinear fluorescence microscopy by extended epi-detection with a silicon photomultiplier array

Ruheng Shi, Cheng Jin, Chi Liu, Lingjie Kong

DOI: 10.1631/FITEE.2000410 Downloaded: 4613 Clicked: 5049 Cited: 0 Commented: 0(p.1289-1298) <Full Text> <PPT> 1207

Chinese summary <27> 采用矽光電倍增管陣列擴展探測實現非線性熒光顯微技術中(zhōng)散射光子探測信号的增強

施汝恒¹，靳程¹，劉馳¹，孔令傑^1,2
¹清華大(dà)學精密儀器系精密測試技術與儀器國家重點實驗室，中(zhōng)國北(běi)京市，100084
²清華大(dà)學IDG/麥戈文腦科學研究院，中(zhōng)國北(běi)京市，100084
摘要：爲提高非線性熒光顯微技術在活體(tǐ)成像中(zhōng)的信号探測能力，人們常采用基于非退掃描的背向探測策略。然而，由于生(shēng)物(wù)樣本中(zhōng)存在嚴重散射，物(wù)鏡前孔徑處大(dà)部分(fēn)熒光光子輻射角度超出物(wù)鏡收集角範圍，因而無法被探測。本文提出一(yī)種将矽光電倍增管陣列放(fàng)置在物(wù)鏡前孔徑處以增強非線性顯微鏡對散射光子探測能力的擴展探測方案。通過數值仿真說明了擴展探測在對人體(tǐ)皮膚和小(xiǎo)鼠大(dà)腦（透過顱窗及完整顱骨）進行多光子熒光成像的信号增強情況。例如，在人類皮膚60 µm成像深度處使用紅色染料标記情況下(xià)，使用10×，0.6NA物(wù)鏡進行成像，擴展探測方案引入的信号增強可達約150%。本文論證了擴展探測是一(yī)種靈活、廣泛适用于非線性熒光顯微鏡增強探測信号的技術。

關鍵詞組：擴展背向探測；增強探測；非線性熒光顯微鏡；矽光電倍增管陣列

MPIN: a macro-pixel integration network for light field super-resolution

Xinya Wang, Jiayi Ma, Wenjing Gao, Junjun Jiang

DOI: 10.1631/FITEE.2000566 Downloaded: 3362 Clicked: 5320 Cited: 0 Commented: 0(p.1299-1310) <Full Text> <PPT> 1364

Chinese summary <22> MPIN：基于宏像素聚合的光場圖像超分(fēn)辨率網絡

王歆雅¹，馬佳義¹，高文靜¹，江俊君²
¹武漢大(dà)學電子信息學院，中(zhōng)國武漢市，430072
²哈爾濱工(gōng)業大(dà)學計算機科學與技術學院，中(zhōng)國哈爾濱市，150001
摘要：現有的大(dà)多數光場超分(fēn)辨率方法不能充分(fēn)利用角度信息，或者由于利用部分(fēn)視圖而産生(shēng)不均衡的性能。爲解決這些問題，本文提出一(yī)種基于宏像素表示的光場圖像超分(fēn)辨率聚合網絡模型（稱爲MPIN）。該網絡通過将四維光場圖像重新排列成二維宏像素圖像，将空間和角度信息進行耦合，從而同時恢複整張光場圖像。網絡利用兩種特殊的卷積分(fēn)别提取空間和角度信息。爲充分(fēn)利用空間-角度相關性，所設計的聚合殘差模塊融合兩種信息使其相互引導，以實現角度相幹性。在宏像素表示下(xià)，該網絡通過擴展角度混洗層來提高宏像素圖像的空間分(fēn)辨率，有效避免了混疊。在合成和真實光場數據集上的大(dà)量實驗表明，本文提出的方法在定性和定量上均實現了比現有方法更好的性能。此外(wài)，該方法在保持光場圖像固有極線結構的同時，具有均衡性能分(fēn)布的優點。

關鍵詞組：光場；超分(fēn)辨率；宏像素表示

Firefly algorithm with division of roles for complex optimal scheduling

Jia Zhao, Wenping Chen, Renbin Xiao, Jun Ye

DOI: 10.1631/FITEE.2000691 Downloaded: 3163 Clicked: 4726 Cited: 0 Commented: 0(p.1311-1333) <Full Text> <PPT> 1214

Chinese summary <24> 面向複雜(zá)優化調度的角色分(fēn)工(gōng)螢火(huǒ)蟲算法

趙嘉^1,2，陳文平¹，肖人彬³，葉軍¹
¹南(nán)昌工(gōng)程學院信息工(gōng)程學院，中(zhōng)國南(nán)昌市，330099
²江西省水信息協同傳感與智能處理重點實驗室，中(zhōng)國南(nán)昌市，330099
³華中(zhōng)科技大(dà)學人工(gōng)智能與自動化學院，中(zhōng)國武漢市，430074
摘要：針對螢火(huǒ)蟲算法使用單一(yī)學習策略無法有效求解複雜(zá)優化調度問題的不足，本文提出一(yī)種角色分(fēn)工(gōng)螢火(huǒ)蟲算法。算法将螢火(huǒ)蟲劃分(fēn)爲領導者、開(kāi)發者和跟随者3種角色，并爲每種角色分(fēn)配一(yī)種學習策略。領導者使用貪婪柯西突變，開(kāi)發者随機選擇兩個領導者使用精英鄰域搜索策略局部開(kāi)發，跟随者随機選擇兩個優秀粒子進行全局探索。同時，爲改善螢火(huǒ)蟲算法使用固定步長的不足，提出階梯變步長策略，以滿足算法不同階段對步長的需求。角色劃分(fēn)可平衡算法的開(kāi)發與探索能力，多策略的使用能極大(dà)提高算法面對複雜(zá)優化問題的普适性。通過3組測試函數和一(yī)個梯級水庫優化調度的仿真實驗，驗證了該算法的優化性能。

關鍵詞組：螢火(huǒ)蟲算法；角色分(fēn)工(gōng)；柯西突變；精英鄰域搜索；優化調度

A collaborative target tracking algorithm for multiple UAVs with inferior tracking capabilities

Zhi Zheng, Shuncheng Cai

DOI: 10.1631/FITEE.2000362 Downloaded: 4631 Clicked: 5465 Cited: 0 Commented: 0(p.1334-1350) <Full Text> <PPT> 1260

Chinese summary <22> 一(yī)種跟蹤性能不占優的多無人機協同目标跟蹤方法

鄭之，蔡舜誠
福建師範大(dà)學計算機與網絡空間安全學院，中(zhōng)國福州市，350117
摘要：目标跟蹤是無人機領域研究熱點之一(yī)。本文針對無人機跟蹤性能不占優，以及目标具有靈活、智能運動特征的情形，研究了多無人機協同目标跟蹤問題。提出一(yī)種基于目标意圖估計的多無人機協同跟蹤策略。首先設計了一(yī)種具有降維和最大(dà)感知(zhī)覆蓋約束的軌迹特征提取方法，以降低無人機跟蹤代價，并對目标典型的3類運動模式，根據環境和目标軌迹主要特征，設計了一(yī)種意圖估計方法；然後，設計了一(yī)種在障礙物(wù)環境中(zhōng)基于最小(xiǎo)可達距離(lí)和最小(xiǎo)轉角代價的MDA-Voronoi圖，證明分(fēn)析了目标被感知(zhī)的概率；接着，設計了無人機的協同跟蹤策略，以減小(xiǎo)目标跟蹤丢失的間隙，增加目标被感知(zhī)的時間；通過納什Q學習方法，在獎勵函數中(zhōng)考慮了避障、跟蹤代價、感知(zhī)質量、飛行約束等因素，将最優動作策略作爲無人機的控制輸入。最後，通過仿真驗證了本文方法能在無人機跟蹤性能不占優的情況下(xià)提高跟蹤質量。

關鍵詞組：協同跟蹤；意圖估計；MDA-Voronoi圖；多無人機；性能不占優

Crowd modeling based on purposiveness and a destination-driven analysis method

Ning Ding, Weimin Qi, Huihuan Qian

DOI: 10.1631/FITEE.2000312 Downloaded: 3467 Clicked: 5286 Cited: 0 Commented: 0(p.1351-1369) <Full Text> <PPT> 1215

Chinese summary <24> 基于目的性的人群建模和目标驅動分(fēn)析方法

丁甯^1,3，祁衛敏^2,3，錢輝環^2,3
¹香港中(zhōng)文大(dà)學（深圳）機器人與智能制造研究院，中(zhōng)國深圳市，518172
²深圳市人工(gōng)智能與機器人研究院，中(zhōng)國深圳市，518172
³香港中(zhōng)文大(dà)學（深圳）理工(gōng)學院，中(zhōng)國深圳市，518172
摘要：本文主要研究人群運動的多相流特性。穩定性是人群的一(yī)個重要預警因素。爲評價新到達行人的行爲和人群的穩定性，建立一(yī)種基于目的性的運動結構分(fēn)析模型，用于描述行人追求自身目标的連續性。使用目标驅動分(fēn)析方法，用自驅動粒子表示人群。這些自驅動粒子是人體(tǐ)圖像的可跟蹤特征點。然後，利用軌迹計算這些自驅動粒子的目的性，并選擇高目的性軌迹估計公共目的地和人群内在結構。最後，利用這些公共目的地和人群結構評估新到達行人的行爲和人群穩定性。研究表明，目的性參數是一(yī)個适于描述中(zhōng)等密度人群的描述符，提出的目标驅動分(fēn)析方法能夠描述複雜(zá)人群運動行爲。使用合成和真實的人類以及動物(wù)群體(tǐ)數據與視頻(pín)，驗證了所提方法的有效性。

關鍵詞組：人群建模；智能視頻(pín)監控；人群穩定性

Band-gap tunable (Ga_xIn₁₋_x)₂O₃ layer grown by magnetron sputtering

Fabi Zhang, Jinyu Sun, Haiou Li, Juan Zhou, Rong Wang, Tangyou Sun, Tao Fu, Gongli Xiao, Qi Li, Xingpeng Liu, Xiuyun Zhang, Daoyou Guo, Xianghu Wang, Zujun Qin

DOI: 10.1631/FITEE.2000330 Downloaded: 6590 Clicked: 5476 Cited: 0 Commented: 0(p.1370-1378) <Full Text> <PPT> 1334

Chinese summary <23> 磁控濺射法生(shēng)長的帶隙可調諧(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃

張法碧¹，孫巾寓¹，李海鷗¹，周娟¹，王榮¹，孫堂友¹，傅濤¹，肖功利¹，李琦¹，劉興鵬¹，張秀雲¹，郭道友²，王相虎³，秦祖軍¹
¹桂林電子科技大(dà)學廣西精密導航技術與應用重點實驗室，中(zhōng)國桂林市，541004
²浙江理工(gōng)大(dà)學光電材料與器件中(zhōng)心，浙江省光場調控技術重點實驗室，中(zhōng)國杭州市，310018
³上海電機大(dà)學機械工(gōng)程學院，中(zhōng)國上海市，200245
摘要：采用磁控濺射技術和熱退火(huǒ)技術在(0001)藍(lán)寶石襯底上制備了多組分(fēn)氧化物(wù)(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃薄膜，實現可調帶隙。詳細研究了三元化合物(wù)(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃在整個組成範圍内的光學性質和能帶結構演化。X射線衍射譜表明，Ga含量在0.11至0.55之間的(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃薄膜既有立方結構，也有單斜結構，而Ga含量高于0.74的(Ga_xIn_1?_x)₂O₃薄膜隻有單斜結構。在可見光範圍，所有薄膜透光率均高于86%，吸收邊清晰，條紋清晰。此外(wài)，随着Ga含量增加，紫外(wài)吸收邊出現380至250 nm的藍(lán)移，表明禁帶能從3.61 eV增加至4.64 eV。實驗結果爲透明導電化合物(wù)半導體(tǐ)(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃薄膜在光電和光伏行業的應用，特别是在顯示器、發光二極管和太陽能電池的應用奠定了基礎。

關鍵詞組：(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃薄膜；帶隙可調諧；磁控濺射

Pulse control of frequency and width for a real-time independently adjustable laser source

Zhiwei Yang, Xu Wu, Deqin Ouyang, Encheng Zhang, Huibin Sun, Shuangchen Ruan

DOI: 10.1631/FITEE.2000294 Downloaded: 3799 Clicked: 5358 Cited: 0 Commented: 0(p.1379-1389) <Full Text> <PPT> 1309

Chinese summary <22> 頻(pín)率脈寬實時獨立調節的脈沖種子源

楊志(zhì)偉^1,2，吳旭^1,2，歐陽德欽²，張恩誠²，孫慧斌¹，阮雙琛^1,2
¹深圳大(dà)學物(wù)理與光電工(gōng)程學院，廣東省微納光機電工(gōng)程技術重點實驗室，中(zhōng)國深圳市，518060
²深圳技術大(dà)學中(zhōng)德智能制造學院，中(zhōng)國深圳市，518118
摘要：研制了一(yī)套基于嵌入式芯片的半導體(tǐ)激光器脈沖種子源，光脈沖頻(pín)率和脈寬能獨立實時調節，可在線從增益開(kāi)關模式切換到準連續運行模式，以實現特定應用所需最佳光參數。爲探讨半導體(tǐ)激光光源物(wù)理機制，對描述半導體(tǐ)激光腔内光子載流子瞬态變化的速率方程進行數值模拟與分(fēn)析。之後，确定在設計驅動電路時需要考慮的問題。系統性能評估結果表明，光脈沖頻(pín)率調節範圍是250 Hz至42 MHz，光脈沖輸出最窄脈寬爲80 ps。脈沖種子源可驅動不同中(zhōng)心波長(1064、1550和1970 nm)半導體(tǐ)激光器，并可同時驅動兩台半導體(tǐ)激光器，輸出雙頻(pín)光脈沖。該脈沖種子源可作爲一(yī)般高功率光學系統種子源，具有良好應用價值和廣闊市場前景。

關鍵詞組：電參數控制；電子設計自動化及方法；光脈沖産生(shēng)；光控制

An adjustable anti-resonance frequency controller for a dual-stage actuation semi-active vibration isolation system

Bo Zhao, Weijia Shi, Bingquan Wang, Jiubin Tan

DOI: 10.1631/FITEE.2000373 Downloaded: 5405 Clicked: 5305 Cited: 0 Commented: 0(p.1390-1401) <Full Text> <PPT> 1296

Chinese summary <21> 雙級驅動半主動隔振系統的可調反共振頻(pín)率控制器

趙勃^1,2，史維佳^1,2，王丙泉^1,2，譚久彬^1,2
¹哈爾濱工(gōng)業大(dà)學超精密光電儀器工(gōng)程研究所，中(zhōng)國哈爾濱市，150080
²超精密儀器技術及智能化工(gōng)業和信息化部重點實驗室（哈爾濱工(gōng)業大(dà)學），中(zhōng)國哈爾濱市，150080
摘要：在半導體(tǐ)制造業中(zhōng)，被控對象的動态模型通常是在運動控制前通過掃頻(pín)方法獲得。然而，現有隔離(lí)器不能很好隔離(lí)掃頻(pín)時慣性力（頻(pín)率在0 Hz和固有頻(pín)率之間）對平台基座的幹擾。本文提出一(yī)種用于雙級驅動半主動隔振系統的可調反共振頻(pín)率控制器。雙級驅動半主動隔振系統具有顯著的反共振特性，在一(yī)個特定頻(pín)率—即所謂反共振頻(pín)率—振幅可降至接近零。本控制器的設計目的是增加一(yī)個可調的控制器反共振頻(pín)率，以充分(fēn)利用這種獨特的反共振特性。實驗結果表明了本方案的可行性，閉環傳遞率從0 Hz到初始反共振頻(pín)率小(xiǎo)于−15 dB。此外(wài)，在附加反共振頻(pín)率附近，閉環傳遞率小(xiǎo)于−30 dB，可通過改變控制器參數實現附加反共振頻(pín)率在0 Hz至初始反共振頻(pín)率之間的調節。當平台基座受到脈沖擾動時，使用本文提出的控制器，有效載荷擾動幅度從4 mm/s衰減至0.5 mm/s，降低87.5%。同時，通過跟蹤掃頻(pín)幹擾，系統可實時調整反共振頻(pín)率點，獲得良好隔振性能。這表明雙級驅動半主動隔振系統和所提控制器可應用于保證超低振動環境，特别是在半導體(tǐ)制造業的掃頻(pín)工(gōng)作中(zhōng)。

關鍵詞組：半主動隔振；雙級驅動；動态吸振；可調反共振頻(pín)率控制器

Stability analysis of uncertain fractional-order neutral-type delay systems with actuator saturation

Zahra Sadat Aghayan, Alireza Alfi, J. A. Tenreiro Machado

DOI: 10.1631/FITEE.2000438 Downloaded: 4231 Clicked: 5342 Cited: 0 Commented: 0(p.1402-1412) <Full Text> <PPT> 1354

Chinese summary <22> 執行器飽和條件下(xià)不确定的中(zhōng)立型分(fēn)數階時滞系統的穩定性分(fēn)析

Zahra Sadat AGHAYAN¹，Alireza ALFI¹，J. A. TENREIRO MACHADO²
¹沙魯德科技大(dà)學電氣與機器人工(gōng)程系，伊朗沙德魯市，36199-95161
²波爾圖理工(gōng)學院工(gōng)程研究所，葡萄牙波爾圖市，4249-015
摘要：分(fēn)析了執行器飽和條件下(xià)中(zhōng)立型分(fēn)數階時滞系統的魯棒穩定性問題。構建了一(yī)個Lyapunov-Krasovskii（LK）函數，并給出此類系統的漸近魯棒穩定性條件，這些條件使用Lyapunov直接方法構造的線性矩陣不等式（LMIs）表示。引入一(yī)種算法計算狀态反饋控制器的增益以擴展吸引域。數值示例驗證了理論結果。

關鍵詞組：分(fēn)數階系統；穩定性；中(zhōng)立時滞；魯棒性；飽和性