最新刊期
2024年第32卷第24期
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基于频率调制的煤矿高灵敏甲烷检测技术研究 AI导读
“在煤矿监测领域，专家搭建了基于近红外激光器的频率调制光谱系统，实现了高浓度甲烷快速测量，为低检测限、高灵敏气体传感提供广阔应用前景。”摘要：为满足煤矿监测CH4气体浓度的需求，搭建了基于近红外分布反馈式激光器的频率调制光谱系统，用于高浓度甲烷快速测量。系统通过仿真优化与实验，得到了最佳调制频率区间，获取了吸收分量最佳信噪比。在调制频率为353 MHz，功率为25.08 mW，有效光程为0.6 m时，选用6 046.83 cm-1的CH4吸收谱线，实现了1 Hz的CH4气体浓度检测。频率调制吸收分量信号幅值与浓度呈线性关系，线性度误差为2.88%，线性拟合系数R2为0.997 4。针对体积分数为2%的标准CH4气体，相对误差小于1.3‰，在积分时间为1 s时，阿伦方差为4.032 1 ppmv，积分时间为347 s时，阿伦方差为0.222 8 ppmv，检测灵敏度为2.28×10-7，满足了高速高灵敏CH4气体的测量需求。实验结果表明频率调制光谱技术在低检测限、高灵敏气体传感方面有着广阔的应用前景。关键词：甲烷浓度检测;频率调制光谱;煤矿甲烷13|2|0更新时间：2025-02-24 - “在微型复杂环境下物理参数检测领域，研究者开发了一种新型椭球状非本征型法布里-珀罗腔光纤探针传感器，具有高灵敏度、低成本、抗电磁干扰等优点，为生物检测领域提供新应用前景。”摘要：针对微型复杂环境下的物理参数检测，尤其是涉及折射率（Refractive Index，RI）和温度检测需满足的高灵敏度、低成本、抗电磁干扰等要求，本文提出一种制备简单、结构新颖的椭球状非本征型法布里-珀罗（Fabry-Perot，F-P）腔光纤探针传感器。首先将端面切平的单模光纤（Single Mode Fiber，SMF）插入陶瓷插芯，并在SMF端面依次固定UV胶和氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）构成端帽结构的椭球状双F-P腔光纤探针传感器。然后对该传感器的RI和温度特性进行了理论分析和实验研究。实验结果表明：在RI为1.353 2~1.391 2范围内，随着RI增加，该传感器的干涉光谱发生红移，RI灵敏度为119.1 nm/RIU，RI与波长偏移量的线性相关系数为0.99；在20~60 ℃范围内，传感器温度灵敏度为116 pm/℃。本文设计的探针传感器具有结构简单、抗干扰能力强、制作成本低、输出光谱稳定、检测区域小等优点。同时，GO独特的物理化学属性使其在抗原分子、细菌病毒等生物检测领域具有良好的应用前景。关键词：光纤传感器;法布里-珀罗腔;氧化石墨烯;折射率;温度17|2|0更新时间：2025-02-24
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电润湿电子纸的图像灰度信息自适应误差扩散 AI导读
“在电润湿电子纸显示领域，研究者提出了图像灰度信息自适应误差扩散技术，有效提升了图像边缘清晰度和细节还原度，增强了电润湿电子纸的可读性。”摘要：为解决当前电润湿电子纸显示灰度等级受驱动芯片限制和油墨回流影响，存在图像显示灰度等级丰富度不足，细节难以区分等问题，本文提出了一种用于电润湿电子纸的图像灰度信息自适应误差扩散技术。首先，对输入图像进行去噪和灰度化处理，以获得一个具有256级灰度的灰度图作为原始参考图；其次，通过亚像素边缘检测将图像细致地划分为边缘区域和平滑区域：本文强调了边缘区域，同时根据图像邻域灰度的变化，对平滑区域的纹理进行了优化，以符合人眼的局部视觉特性；最后，本文根据原始图像的灰度信息分布特点，调节阈值进行自适应误差扩散，以实现更精细的图像还原效果。实验结果表明，本算法处理后的图像在五分制的平均意见得分中获得4.227 8分，图像峰值信噪比的平均值达45.903 3 dB，相较于其他先进技术提升了16.47%~48.89%；平均视觉信息保真度达0.964 3，相较于其他先进技术提升了1.53%~50.02%。本文所提方法使电润湿电子纸显示的图像边缘更加清晰、细节还原度更高，提升了电润湿电子纸的可读性。关键词：电润湿电子纸;灰度等级;误差扩散;图像灰度信息7|2|0更新时间：2025-02-24
现代应用光学
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集群航天器自主拼接控制地面实验系统设计 AI导读
“在航天器自主拼接领域，专家设计了高精度全物理仿真系统，实现了0.1°姿态和1mm位置控制精度，为大规模卫星集群仿真实验提供借鉴。”摘要：针对地面三自由度气浮平台模拟集群航天器自主拼接实验精度不高和实验系统过于复杂的问题，基于嵌入式系统和串级PID旋翼推进控制设计了一套连续小推力高精度全物理仿真系统。首先根据集群航天器在轨相对动力学，结合地面仿真环境扰动分析，建立了带扰动修正的地面全物理仿真系统动力学模型；设计了一套位姿解耦旋翼式推进系统，结合运动捕捉系统和主控上位机与底层下位机平台，设计了基于μCOS操作系统的仿真航天器单体和基于串级PID算法的三自由度运动控制系统。后续的双航天器自主拼接气浮实验表明，本文建立的全物理仿真系统动力学模型仿真数据与实验数据吻合，地面仿真航天器的实测姿态指向控制精度不低于0.1°，位置控制精度不低于1 mm，达到了集群航天器自主拼接半物理仿真的高精度需求，为大规模卫星集群仿真实验系统的搭建提供了借鉴方案。关键词：集群航天器;自主拼接;全物理仿真系统;PID控制;旋翼推进10|1|0更新时间：2025-02-24 -
面向显示墨水打印的基板高精度纠偏及定位 AI导读
“在电子纸显示墨水打印领域，专家提出了高精度基板角度纠偏及定位方法，显著提高了打印设备的良率，对国产化具有指导意义。”摘要：在电子纸显示墨水打印中，针对基板偏转角度和像素坑位置计算误差较大的问题，提出了一种高精度基板角度纠偏及定位方法。首先，根据喷墨打印需求搭建了视觉检测系统，用于基板标记的高分辨成像，并通过改进相机内外参标定方法和改进显微成像标定方法，对视觉系统进行了安装角度标定和多相机相对位置标定。然后，对基板标记进行边缘检测、轮廓矩特征计算，提取标记中心像素坐标，并利用坐标转换和最小二乘法直线拟合，实现了基板的高精度纠偏。最后，间接利用基板对位标记，完成了打印起始像素坑定位。实验结果表明，纠偏算法对基板角度的校正误差在±2″以内，像素坑定位误差在±3 μm以内，远高于墨水填充的精度要求。通过搭建视觉检测系统和设计基板纠偏及定位算法，实现了显示墨水的高精度、高效率打印填充，提高了打印设备的良率，对显示墨水打印填充设备国产化具有重要的指导意义。关键词：墨水打印;多相机标定;角度纠偏;像素坑定位7|1|0更新时间：2025-02-24 -
间接激励磁耦合式压电旋转发电机 AI导读
“在无线传感监测领域，研究人员开发了一种新型压电旋转发电机，通过优化结构参数，实现了自供电系统的高效能量转换。”摘要：为满足远程无线传感监测系统的自供电需求，提出一种间接激励磁耦合式压电旋转发电机，通过改变气体腔高改善系统的动力学响应，并利用多片压电振子耦合发电，提升了系统的体积能量密度。通过建模和仿真分析，获得了激励磁铁数量比、激励磁铁与受激磁铁间距、系统等效刚度等参数对系统振幅放大比的影响规律。在此基础上，设计制作了样机并进行了试验研究，获得了激励磁铁数量比、激励磁铁与受激磁铁间距、气体腔高及负载电阻对压电发电机输出性能的影响规律。研究结果表明，激励磁铁数量比和激励磁铁与受激磁铁间距对发电机输出电压有较大影响，气体腔高可以显著调节发电机的转速带宽，故可通过结构参数设计调节发电机的输出电压和有效带宽；其他条件一定时，存在最佳负载电阻（16 kΩ）使输出功率最大（12 mW）。关键词：旋转;间接激励;发电机;能量收集;压电5|0|0更新时间：2025-02-24
微纳技术与精密机械
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多尺度特征增强的多帧自监督单目深度估计 AI导读
“在深度估计领域，研究者提出了一种多尺度特征增强的多帧自监督单目深度估计模型，有效提高了预测精度，为室外场景深度估计问题提供解决方案。”摘要：针对目前的深度估计网络对室外场景下图像的空间特征提取不够充分的问题，导致输出深度图存在物体边缘失真、模糊和区域伪影等缺陷，本文提出了一种多尺度特征增强的多帧自监督单目深度估计模型。首先，该模型编码器引入大核注意力的激活模块，提高编码器对输入图像全局空间特征的提取能力，保留空间上下文信息；同时，提出了一种结构增强模块，使其能够在通道维度上判别重要特征，增强网络对图像结构特征的感知能力；最后，解码器中使用动态上采样方法代替近邻插值的上采样方法，恢复细节信息，优化了深度图的伪影现象。实验结果表明，本文提出的深度估计网络在KITTI和CityScapes室外数据集的测试结果优于目前的主流算法，尤其在KITTI数据集上的预测正确率达到90.3%。可视化结果也表明，本文网络模型生成的深度图边缘更加清晰准确，有效地提高了深度估计网络的预测精度。关键词：单目深度估计;自监督;多帧;大核注意力;特征增强9|2|0更新时间：2025-02-24 - “在无人机交通巡检领域，MCAI算法通过跨层注意力交互和多特征交叉，有效提升了目标检测精度和极端天气下的鲁棒性。”摘要：针对无人机交通巡检存在的航拍图像背景复杂、目标密集、目标尺度分布不均匀等问题，提出了一种跨层注意力交互下的多特征交叉无人机目标检测算法（Multi-feature Crossover under cross-layer Attentional Interaction，MCAI）。首先，在主干网络部分设计自适应跨层注意力交互模块（Adaptive Cross-layer Attentional Interaction，ACAI），使模型聚焦于关键特征区域以实现对全局关键特征信息的有效筛选，从而淡化复杂背景的影响。其次，设计了一种基于可变形自注意力的编码器（Deformable Encoder，DeEncoder），该编码器通过扩大特征层感受野，弥补丢失的目标特征。最后，为有效识别区域内不同尺度的微小目标，提出多尺度交叉融合模块（Multi-scale cross fusion module，MSCF），该模块通过小波变换和特征表示结合的方式，融合浅层空间信息和深层语义信息，以有效捕捉不同尺度目标的细粒化特征。通过在VisDrone2019-DET、BDD-100K数据集和LZTraffic Video数据集上的实验结果表明，MCAI相较于RT-DETR模型，mAP0.5分别提高了3%，2.2%和4.5%，显著提高了无人机巡检的检测精度。此外，在阴雨场景中，MCAI的mAP0.5相较于RT-DETR模型提升了2.1%，极端天气鲁棒性表现更优。关键词：无人机巡检;目标检测;注意力交互;编码器;小波变换10|4|0更新时间：2025-02-24
- “在坐标转换领域，专家设计了一种公共点优选方法，提升了坐标转换效果，具有稳健性。”摘要：坐标转换质量受公共点位置分布及测量精度等多因素影响。为提升坐标转换效果，设计了一种兼顾位置分布和测量精度的公共点优选方法。首先，利用抗差估计方法处理数据，剔除粗差；然后，将剩余同名点重心化，按象限分组，计算同名点在所属象限中轴线上的投影长度并排序，选择各象限投影长度较大的部分点作为待采样点集；其次，遍历待采样点集，从每组点集中抽取至少一个同名点，获取多个组合，计算每个组合的误差方程系数矩阵条件数及坐标转换的内符合精度；最后，取部分条件数较小组合中内符合精度最高的组合作为最优组合。通过仿真试验与实例分析验证方法性能，结果表明，同文献［24］、［28］相比，所提方法内外符合精度更优，坐标转换质量更高，具有稳健性。关键词：坐标转换;公共点;抗差估计;象限;重心化6|0|0更新时间：2025-02-24
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多尺度与三维交互特征优化的皮肤镜图像分类 AI导读
“在皮肤癌诊断领域，MTIFNet通过多尺度与三维交互特征优化，显著提升了分类准确率和医疗决策的准确性。”摘要：皮肤癌的早期诊断有助于增加病患的治愈机会，减轻医疗系统的负担。针对皮肤镜图像分类存在的特征提取过程中会造成信息丢失与难以同时识别图像中独立的不同类型特征信息等问题，提出了一种多尺度与三维交互特征优化网络（MTIFNet）。首先，该网络应用多尺度空间自适应模块，在训练过程中提取图像全局与局部上下文信息，利用多尺度增强病灶周围模糊的像素点与像素点间的联系。其次，设计了一个在不同维度之间建立联系、对信息进行交流和整合的三维交互特征优化模块。最后，使用交叉熵损失衡量预测概率分布与真实类别分布之间的差异，以优化模型的准确性。基于ISIC 2018与ISIC 2017数据集的实验结果表明，该网络分别将准确率、精确率、召回率、特异性分别提升至94.32%，91.61%，93.00%，98.39%和98.57%，98.20%，98.47%，99.13%。与目前流行的ResNeSt，ConvNext，Fcanet等分类网络相比，MTIFNet具备更好的特征提取与交互能力，有助于医生做出更准确的诊断和治疗决策。关键词：皮肤癌;图像分类;多尺度;空间自适应;三维交互8|1|0更新时间：2025-02-24 - “在三维场景理解领域，专家提出了一种新型机载点云分类方法，有效提升了分类精度，为解决样本类别不均衡问题提供新方案。”摘要：激光点云分类是实现三维场景理解的基础。针对机载点云大场景分类中存在的特征表达不足、样本类别不均衡的问题，本文提出一种整合边缘卷积与全局-局部自注意力的机载点云分类方法。首先，以U-net为网络框架，融合Point Transformer与边缘卷积模块，使得模型能够关注到复杂地物边界和纹理信息，获得表达能力更好的局部几何特征。其次，创新性地提出一种融合全局上下文信息和局部结构特征的自注意力机制，全局自注意力模块倾向于整个输入序列的信息，而局部自注意力模块则更注重于局部区域的细节。两种机制结合增强了对长距离依赖关系和局部结构的捕捉，同时使得模型能够兼顾少数类别的关键特征，在一定程度上降低样本类别不均衡对分类精度的影响，有助于提高模型对复杂地物关系的分类能力。最后，在公开的ISPRS-3D数据集和WHU-Urban3D数据集上对本文所提出的方法进行验证，实验结果表明，该方法在两个数据集上的分类精度分别为82.5%和87.4%，优于PointNet++，Stratified Transformer等经典网络及ISPRS 3D官网竞赛网络，可有效提升机载点云分类精度。关键词：机载激光雷达;点云分类;边缘卷积;全局-局部自注意力;U-net6|0|0更新时间：2025-02-24
信息科学
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