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:

<850>

Contents:

<680>

<<< 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: 4249 Clicked: 6545 Cited: 0 Commented: 0(p.1277-1288) <Full Text> <PPT> 1494

Chinese summary <35> 自适应光学显微中基于深度学习的复杂波前探测方法

胡淑文^1,2，胡乐佳^1,2，龚薇³，李政翰^1,2，斯科^1,2,3
¹浙江大学医学院，现代光学仪器国家重点实验室，浙江大学医学院附属第一医院神经内科，中国杭州市，310009
²浙江大学光电科学与工程学院，中国杭州市，310027
³浙江大学脑科学与脑医学学院，中国医学科学院情感和情感障碍的脑机制创新单元，教育部脑与脑机融合前沿科学中心，，中国杭州市，310058
摘要：Shack-Hartmann波前传感器（SHWS）是自适应光学显微镜中用于波前传感的重要工具。然而，由复杂波前相位分布引起的畸变点阵限制了其探测性能。本文提出一种基于深度学习的波前探测方法，该方法结合了基于点扩散函数图像的泽尼克（Zernike）系数估计和波前相位分布拼接。该方法不仅仅使用每个子孔径的质心位移，而是通过子孔径的点扩散函数分布估计局部波前对应的Zernike系数，然后拼接局部波前进行重建。本文所提方法可实现高精度的复杂波前检测，获得的波前残差均方根误差值显著降低，在自适应光学显微中具有极大应用潜力。

关键词组：自适应光学；波前探测；深度学习；泽尼克系数；显微成像

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: 6879 Clicked: 5919 Cited: 0 Commented: 0(p.1289-1298) <Full Text> <PPT> 1392

Chinese summary <32> 采用硅光电倍增管阵列扩展探测实现非线性荧光显微技术中散射光子探测信号的增强

施汝恒¹，靳程¹，刘驰¹，孔令杰^1,2
¹清华大学精密仪器系精密测试技术与仪器国家重点实验室，中国北京市，100084
²清华大学IDG/麦戈文脑科学研究院，中国北京市，100084
摘要：为提高非线性荧光显微技术在活体成像中的信号探测能力，人们常采用基于非退扫描的背向探测策略。然而，由于生物样本中存在严重散射，物镜前孔径处大部分荧光光子辐射角度超出物镜收集角范围，因而无法被探测。本文提出一种将硅光电倍增管阵列放置在物镜前孔径处以增强非线性显微镜对散射光子探测能力的扩展探测方案。通过数值仿真说明了扩展探测在对人体皮肤和小鼠大脑（透过颅窗及完整颅骨）进行多光子荧光成像的信号增强情况。例如，在人类皮肤60 µm成像深度处使用红色染料标记情况下，使用10×，0.6NA物镜进行成像，扩展探测方案引入的信号增强可达约150%。本文论证了扩展探测是一种灵活、广泛适用于非线性荧光显微镜增强探测信号的技术。

关键词组：扩展背向探测；增强探测；非线性荧光显微镜；硅光电倍增管阵列

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: 5354 Clicked: 6331 Cited: 0 Commented: 0(p.1299-1310) <Full Text> <PPT> 1556

Chinese summary <27> MPIN：基于宏像素聚合的光场图像超分辨率网络

王歆雅¹，马佳义¹，高文静¹，江俊君²
¹武汉大学电子信息学院，中国武汉市，430072
²哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，中国哈尔滨市，150001
摘要：现有的大多数光场超分辨率方法不能充分利用角度信息，或者由于利用部分视图而产生不均衡的性能。为解决这些问题，本文提出一种基于宏像素表示的光场图像超分辨率聚合网络模型（称为MPIN）。该网络通过将四维光场图像重新排列成二维宏像素图像，将空间和角度信息进行耦合，从而同时恢复整张光场图像。网络利用两种特殊的卷积分别提取空间和角度信息。为充分利用空间-角度相关性，所设计的聚合残差模块融合两种信息使其相互引导，以实现角度相干性。在宏像素表示下，该网络通过扩展角度混洗层来提高宏像素图像的空间分辨率，有效避免了混叠。在合成和真实光场数据集上的大量实验表明，本文提出的方法在定性和定量上均实现了比现有方法更好的性能。此外，该方法在保持光场图像固有极线结构的同时，具有均衡性能分布的优点。

关键词组：光场；超分辨率；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: 4255 Clicked: 5434 Cited: 0 Commented: 0(p.1311-1333) <Full Text> <PPT> 1374

Chinese summary <29> 面向复杂优化调度的角色分工萤火虫算法

赵嘉^1,2，陈文平¹，肖人彬³，叶军¹
¹南昌工程学院信息工程学院，中国南昌市，330099
²江西省水信息协同传感与智能处理重点实验室，中国南昌市，330099
³华中科技大学人工智能与自动化学院，中国武汉市，430074
摘要：针对萤火虫算法使用单一学习策略无法有效求解复杂优化调度问题的不足，本文提出一种角色分工萤火虫算法。算法将萤火虫划分为领导者、开发者和跟随者3种角色，并为每种角色分配一种学习策略。领导者使用贪婪柯西突变，开发者随机选择两个领导者使用精英邻域搜索策略局部开发，跟随者随机选择两个优秀粒子进行全局探索。同时，为改善萤火虫算法使用固定步长的不足，提出阶梯变步长策略，以满足算法不同阶段对步长的需求。角色划分可平衡算法的开发与探索能力，多策略的使用能极大提高算法面对复杂优化问题的普适性。通过3组测试函数和一个梯级水库优化调度的仿真实验，验证了该算法的优化性能。

关键词组：萤火虫算法；角色分工；柯西突变；精英邻域搜索；优化调度

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

Zhi Zheng, Shuncheng Cai

DOI: 10.1631/FITEE.2000362 Downloaded: 9604 Clicked: 6482 Cited: 0 Commented: 0(p.1334-1350) <Full Text> <PPT> 1444

Chinese summary <27> 一种跟踪性能不占优的多无人机协同目标跟踪方法

郑之，蔡舜诚
福建师范大学计算机与网络空间安全学院，中国福州市，350117
摘要：目标跟踪是无人机领域研究热点之一。本文针对无人机跟踪性能不占优，以及目标具有灵活、智能运动特征的情形，研究了多无人机协同目标跟踪问题。提出一种基于目标意图估计的多无人机协同跟踪策略。首先设计了一种具有降维和最大感知覆盖约束的轨迹特征提取方法，以降低无人机跟踪代价，并对目标典型的3类运动模式，根据环境和目标轨迹主要特征，设计了一种意图估计方法；然后，设计了一种在障碍物环境中基于最小可达距离和最小转角代价的MDA-Voronoi图，证明分析了目标被感知的概率；接着，设计了无人机的协同跟踪策略，以减小目标跟踪丢失的间隙，增加目标被感知的时间；通过纳什Q学习方法，在奖励函数中考虑了避障、跟踪代价、感知质量、飞行约束等因素，将最优动作策略作为无人机的控制输入。最后，通过仿真验证了本文方法能在无人机跟踪性能不占优的情况下提高跟踪质量。

关键词组：协同跟踪；意图估计；MDA-Voronoi图；多无人机；性能不占优

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

Ning Ding, Weimin Qi, Huihuan Qian

DOI: 10.1631/FITEE.2000312 Downloaded: 5137 Clicked: 6108 Cited: 0 Commented: 0(p.1351-1369) <Full Text> <PPT> 1436

Chinese summary <29> 基于目的性的人群建模和目标驱动分析方法

丁宁^1,3，祁卫敏^2,3，钱辉环^2,3
¹香港中文大学（深圳）机器人与智能制造研究院，中国深圳市，518172
²深圳市人工智能与机器人研究院，中国深圳市，518172
³香港中文大学（深圳）理工学院，中国深圳市，518172
摘要：本文主要研究人群运动的多相流特性。稳定性是人群的一个重要预警因素。为评价新到达行人的行为和人群的稳定性，建立一种基于目的性的运动结构分析模型，用于描述行人追求自身目标的连续性。使用目标驱动分析方法，用自驱动粒子表示人群。这些自驱动粒子是人体图像的可跟踪特征点。然后，利用轨迹计算这些自驱动粒子的目的性，并选择高目的性轨迹估计公共目的地和人群内在结构。最后，利用这些公共目的地和人群结构评估新到达行人的行为和人群稳定性。研究表明，目的性参数是一个适于描述中等密度人群的描述符，提出的目标驱动分析方法能够描述复杂人群运动行为。使用合成和真实的人类以及动物群体数据与视频，验证了所提方法的有效性。

关键词组：人群建模；智能视频监控；人群稳定性

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: 15779 Clicked: 6498 Cited: 0 Commented: 0(p.1370-1378) <Full Text> <PPT> 1506

Chinese summary <28> 磁控溅射法生长的带隙可调谐(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃

张法碧¹，孙巾寓¹，李海鸥¹，周娟¹，王荣¹，孙堂友¹，傅涛¹，肖功利¹，李琦¹，刘兴鹏¹，张秀云¹，郭道友²，王相虎³，秦祖军¹
¹桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室，中国桂林市，541004
²浙江理工大学光电材料与器件中心，浙江省光场调控技术重点实验室，中国杭州市，310018
³上海电机大学机械工程学院，中国上海市，200245
摘要：采用磁控溅射技术和热退火技术在(0001)蓝宝石衬底上制备了多组分氧化物(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃薄膜，实现可调带隙。详细研究了三元化合物(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃在整个组成范围内的光学性质和能带结构演化。X射线衍射谱表明，Ga含量在0.11至0.55之间的(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃薄膜既有立方结构，也有单斜结构，而Ga含量高于0.74的(Ga_xIn_1?_x)₂O₃薄膜只有单斜结构。在可见光范围，所有薄膜透光率均高于86%，吸收边清晰，条纹清晰。此外，随着Ga含量增加，紫外吸收边出现380至250 nm的蓝移，表明禁带能从3.61 eV增加至4.64 eV。实验结果为透明导电化合物半导体(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃薄膜在光电和光伏行业的应用，特别是在显示器、发光二极管和太阳能电池的应用奠定了基础。

关键词组：(Ga_xIn₁₋_x)₂O₃薄膜；带隙可调谐；磁控溅射

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: 6395 Clicked: 6255 Cited: 0 Commented: 0(p.1379-1389) <Full Text> <PPT> 1519

Chinese summary <27> 频率脉宽实时独立调节的脉冲种子源

杨志伟^1,2，吴旭^1,2，欧阳德钦²，张恩诚²，孙慧斌¹，阮双琛^1,2
¹深圳大学物理与光电工程学院，广东省微纳光机电工程技术重点实验室，中国深圳市，518060
²深圳技术大学中德智能制造学院，中国深圳市，518118
摘要：研制了一套基于嵌入式芯片的半导体激光器脉冲种子源，光脉冲频率和脉宽能独立实时调节，可在线从增益开关模式切换到准连续运行模式，以实现特定应用所需最佳光参数。为探讨半导体激光光源物理机制，对描述半导体激光腔内光子载流子瞬态变化的速率方程进行数值模拟与分析。之后，确定在设计驱动电路时需要考虑的问题。系统性能评估结果表明，光脉冲频率调节范围是250 Hz至42 MHz，光脉冲输出最窄脉宽为80 ps。脉冲种子源可驱动不同中心波长(1064、1550和1970 nm)半导体激光器，并可同时驱动两台半导体激光器，输出双频光脉冲。该脉冲种子源可作为一般高功率光学系统种子源，具有良好应用价值和广阔市场前景。

关键词组：电参数控制；电子设计自动化及方法；光脉冲产生；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: 8157 Clicked: 6112 Cited: 0 Commented: 0(p.1390-1401) <Full Text> <PPT> 1511

Chinese summary <26> 双级驱动半主动隔振系统的可调反共振频率控制器

赵勃^1,2，史维佳^1,2，王丙泉^1,2，谭久彬^1,2
¹哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所，中国哈尔滨市，150080
²超精密仪器技术及智能化工业和信息化部重点实验室（哈尔滨工业大学），中国哈尔滨市，150080
摘要：在半导体制造业中，被控对象的动态模型通常是在运动控制前通过扫频方法获得。然而，现有隔离器不能很好隔离扫频时惯性力（频率在0 Hz和固有频率之间）对平台基座的干扰。本文提出一种用于双级驱动半主动隔振系统的可调反共振频率控制器。双级驱动半主动隔振系统具有显著的反共振特性，在一个特定频率—即所谓反共振频率—振幅可降至接近零。本控制器的设计目的是增加一个可调的控制器反共振频率，以充分利用这种独特的反共振特性。实验结果表明了本方案的可行性，闭环传递率从0 Hz到初始反共振频率小于−15 dB。此外，在附加反共振频率附近，闭环传递率小于−30 dB，可通过改变控制器参数实现附加反共振频率在0 Hz至初始反共振频率之间的调节。当平台基座受到脉冲扰动时，使用本文提出的控制器，有效载荷扰动幅度从4 mm/s衰减至0.5 mm/s，降低87.5%。同时，通过跟踪扫频干扰，系统可实时调整反共振频率点，获得良好隔振性能。这表明双级驱动半主动隔振系统和所提控制器可应用于保证超低振动环境，特别是在半导体制造业的扫频工作中。

关键词组：半主动隔振；双级驱动；动态吸振；可调反共振频率控制器

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: 10298 Clicked: 6207 Cited: 0 Commented: 0(p.1402-1412) <Full Text> <PPT> 1545

Chinese summary <27> 执行器饱和条件下不确定的中立型分数阶时滞系统的稳定性分析

Zahra Sadat AGHAYAN¹，Alireza ALFI¹，J. A. TENREIRO MACHADO²
¹沙鲁德科技大学电气与机器人工程系，伊朗沙德鲁市，36199-95161
²波尔图理工学院工程研究所，葡萄牙波尔图市，4249-015
摘要：分析了执行器饱和条件下中立型分数阶时滞系统的鲁棒稳定性问题。构建了一个Lyapunov-Krasovskii（LK）函数，并给出此类系统的渐近鲁棒稳定性条件，这些条件使用Lyapunov直接方法构造的线性矩阵不等式（LMIs）表示。引入一种算法计算状态反馈控制器的增益以扩展吸引域。数值示例验证了理论结果。

关键词组：分数阶系统；稳定性；中立时滞；鲁棒性；饱和性