最新刊期
2025年第33卷第1期
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基于反格雷码辅助相移法的高鲁棒三维测量 AI导读
“在结构光三维测量领域，专家提出了正反互补格雷码结合相移法等技术，有效提升了系统稳定性与精度。”摘要：为了解决结构光三维测量系统受测量环境干扰、被测物体几何特性等因素造成的稳定性不强、精度不高等问题，对该系统的投影编码方式、投影加速等算法进行研究，提升系统稳定性与精度。根据结构光系统稳定性不强的问题提出了正反互补格雷码结合相移法。考虑投影张数造成的时间消耗较长等问题，提出了合成图案并行加载方法缩短投影时间。其次，考虑被测物体几何特性造成的光线遮挡与阴影问题，提出双投影单相机系统结构扩大测量视场范围，消除阴影等现象。最后，与互补格雷码结合相移法、多频外差法进行性能比对，证明了所提方法的有效性。实验表明，所提方法的系统稳定性与整体性能较优，合成图案并行加载相比未改进前投影效率提升55.51%，测量标准差为0.014 mm。所提方法极大地提升了系统稳定性，性能优于传统编码方法。关键词：三维测量;反格雷码;相移法;投影加速;双投影单相机174|37|0更新时间：2025-03-07 - “在大型设备制造领域，专家提出了基于激光跟踪的六自由度测量系统标定方法，有效提升了远距离大视场中的姿态测量精度。”摘要：基于激光跟踪的六自由度（6DoF）测量系统在大型设备生产、制造、装配等环节具有广泛的应用，其中姿态测量精度是实现高精度位姿测量的保障。为解决激光跟踪姿态测量系统在远距离大视场中的标定问题，提出一种建立在多位姿标靶上的系统标定方法。以基于相机的激光跟踪姿态测量系统为研究对象，介绍了该系统的组成及姿态测量原理；其次对系统姿态求解算法性能进行了分析，得出对系统标定精度的影响因素；并在此基础上提出一种基于空间多位姿标靶的系统参数标定方法，基于空间几何约束和最小二乘原理，实现了标定参数的最优求解；最后，搭建基于全站仪的激光跟踪实验平台，使用移动标定板构建立体标靶进行标定。实验结果表明：在3~15 m的测量范围内，采用本文标定方法的姿态测量精度相较于改进前可提升25.4%以上。该方法在远距离大视场测量中具有重要的应用价值。关键词：激光跟踪;姿态测量;远距离;大视场;标定98|2|0更新时间：2025-03-07
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膜厚监控系统准直聚焦耦合光路的研制 AI导读
“在光学膜厚监控领域，专家设计了准直聚焦耦合光路系统，提高了监控精度和光谱矩形度，为制备高精度窄带滤光膜提供解决方案。”摘要：针对直接式光学膜厚监控系统中卤素灯光源发散和探测器接收信号幅值弱，导致短波波段监控精度差，并且制备窄带滤光膜（带宽<5 nm）监控误差大引起光谱矩形度差等问题，通过分析HLX64623卤素灯的光强分布和光纤耦合原理，根据镀膜机的结构参数设计准直聚焦耦合光路系统的初始结构，通过采用非球面U型反光镜结构和自由曲面透镜实现发散光源的准直以及光信号聚焦与光纤耦合，利用Zemax软件以基板和光纤接收端面上的辐照强度和光斑尺寸为优化目标进行迭代优化，相比于独立光源结构，优化后基板辐照强度提高了147%，光纤接收端辐照强度从0提高到1.53%。将准直聚焦耦合光路系统安装在镀膜机上进行测试，相比独立光源信号强度提高了362.3%，信噪比提高了91.9%，通过制备365 nm带宽10 nm的窄带滤光膜，连续镀制三炉的中心波长偏移量在1 nm以内，半高宽均为10 nm。实验结果表明，该装置可实现对近紫外到可见近红外波段高精度窄带滤光膜的稳定监控。关键词：光学薄膜;膜厚监控;光路设计;光纤耦合;光学膜厚42|3|0更新时间：2025-03-07 -
基于双投射结构光系统的多尺度点云融合 AI导读
“在三维重建领域，研究者提出了一种多尺度点云融合方法，有效解决了双投影结构光系统尺度差异问题，为物体表面三维重建提供新方案。”摘要：针对双投影结构光系统的相对参照物不同会造成双点云尺度差异，进而导致点云难以直接融合的问题，提出了一种基于双投射结构光系统的多尺度点云融合方法。对双投射结构光系统分别进行标定获得相机、投影仪的内参和外参以及系统间的外参。运用加权最小二乘相位展开法来获取绝对相位，并结合已标定参数计算出点云数据。分别求解两系统重叠区域内的任意两点在不同系统下的空间距离，并计算出系统间的距离比例值，完成双点云的尺度统一。接着，利用主成分分析法对点云的实施粗配准，并采用基于迭代最近点的匹配算法求解出全局最优的变换矩阵。最后，依据变换矩阵将源点云变换至目标点云，同时利用欧式距离来评价融合后相邻点的距离，删除给定阈值下的离群点云，从而实现双投射结构光系统的多尺度点云融合。实验结果表明：融合前后平面拟合误差的标准差数值约下降了19.56%，充分证实了所提方法能够有效实现不同尺度下的点云融合和物体表面的三维重建。本研究不仅能为双投射结构光系统因点云尺度差异所造成的误差问题提供有效的解决方案，而且可以消除因遮挡导致的点云缺失状况。关键词：结构光系统;三维重建;双投射;点云融合72|23|0更新时间：2025-03-07 - “在高功率白光超连续谱领域，研究者通过自调Q技术，成功构建了高功率白光超连续谱光纤激光器，为新型光源研发提供新方案。”摘要：为了获得光谱更宽、功率更高以及结构简单的白光超连续谱输出，通过光纤中的受激布里渊散射（SBS）和瑞利散射（RS）机制，探索了自调Q技术在产生高功率白光超连续谱中的应用。通过实验构建了一个半开腔结构，利用掺镱光纤、光子晶体光纤和高反射率光栅，无外部脉冲调制的条件下，当泵浦功率达到97.4 W时，成功获得了光谱覆盖410~1 700 nm、输出功率为24 W、重复频率为188.7 kHz的高功率白光超连续谱。该白光输出的光-光转换效率为24.6%。实验结果表明，基于SBS自调Q机制的白光超连续谱光纤激光器作为一种新型光源，具有结构简单、光谱范围广、平坦度较好等优点，为高功率白光超连续谱光源的研发提供了新方案。关键词：光纤激光器;白光超连续谱;受激布里渊散射;被动调Q59|52|0更新时间：2025-03-07
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网格激光高反抑制与中心提取误差修正 AI导读
“在工业测量领域，专家设计了网格激光偏振态获取方法，有效抑制金属表面高反光，提升三维重建精度，为工业测量提供新方法。”摘要：线激光在扫描金属工件时，部分金属表面存在高反光区域导致扫描效果不好，网格激光相较于单线与多线而言扫描效率更快，但存在中心提取以及光平面定位困难等问题。为了满足金属工件高效实时检测的需求，设计了一种网格激光的偏振态获取方法，对偏振片旋转角度进行标定，达到对高反光表面的最佳程度抑制。基于法向量的激光中心与光平面对应方法，利用像素Hessian矩阵特征值最大时的特征向量，将激光中心与所属的光平面对应。采用基于仿射变换的中心提取方法，将非正交网格通过仿射变换转为正交后提取中心点，提高三维重建的准确性。最后建立了测量误差与高度的误差修正模型，减少了测量系统误差。实验结果表明，网格激光传统算法扫描金属表面高反光区域，扫描结果会有边缘缺失，测量误差为0.8 mm；而本文所提方法能够有效抑制金属表面高反光带来的影响，实现激光中心提取与光平面的准确对应，测量误差达到0.39 mm，最后经过误差修正，金属表面高光区域测量精度有较大提升，测量误差可达0.1 mm。本文所提方法与网格激光传统算法测量结果相比，测量误差减少了87.5%。该方法实现了金属表面高反光抑制下的网格激光扫描三维重建，扫描效率与测量精度得到提升，为未来的工业测量提供方法和参考。关键词：三维测量;网格激光;偏振态;中心提取;法向量49|22|0更新时间：2025-03-07
现代应用光学
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光纤准直非球面微透镜阵列模压成形 AI导读
“在光纤阵列准直领域，专家深入研究非球面微透镜阵列模具加工精度控制和面形误差补偿方法，实现了高精度制造，为批量生产提供技术路径。”摘要：为了提高光纤阵列准直用非球面微透镜阵列的加工精度和加工效率，深入研究了非球面微透镜阵列模具加工精度控制和面形误差补偿方法和理论。根据非球面微透镜阵列设计的光学几何结构特点，提出局部螺旋金刚石铣削方法，对磷化镍合金模具材料进行加工；针对模具材料和玻璃材料的高温特性及工艺参数会产生面形误差的问题，提出了非球面微透镜阵列模具补偿方法；通过模具轮廓补偿设计提高模压成形精度，提升光学性能，实现了10×10非球面微透镜阵列的高精度制造。实验结果表明：非球面微透镜阵列的面形误差PV控制在220~380 nm，表面粗糙度Ra可达7~10 nm。该方法为非球面微透镜阵列的高精度高效率批量制造提供了有效技术路径。关键词：超精密加工;螺旋金刚石铣削;非球面微透镜阵列;玻璃模压成形;面形误差74|17|0更新时间：2025-03-07 -
镍渣改质及其在磁性复合流体抛光中的应用 AI导读
“在精密抛光领域，研究人员提出利用镍渣改质后应用于磁性复合流体抛光的新方法，为提高镍渣再利用性提供解决方案。”摘要：为了提高镍渣的再利用性，基于镍渣中的磁性元素，提出一种将镍渣改质后应用于磁性复合流体（Magnetic Compound Fluid，MCF）精密抛光的方法，研究抛光过程中改质渣含量对MCF的抛光质量的关系。通过对镍渣进行熔融氧化、破碎、磁选获得具有磁性的改质渣，分析其组分及磁性能。通过观察含有不同质量分数改质渣的MCF抛光液对聚甲基丙烯酸甲酯抛光后表面形貌特征，分析其对粗糙度Ra和材料去除率的影响规律；通过观察外加磁场下MCF抛光前后的形貌特征，探究改质渣对MCF抛光液磁簇成型的影响；通过测量不同抛光液的抛光作用力，分析MCF形貌与抛光作用力的内在联系。最后，通过观察含有改质渣的MCF抛光簇的微观形貌特征，结合MCF形貌、抛光力特征构建含改质渣的MCF抛光液的抛光机理。实验结果表明：改质渣的饱和磁化强度是镍渣的5.64倍；随着改质渣的质量分数的增加，MCF抛光性能下降；在改质渣含量为10%时，MCF抛光10 min后，工件表面粗糙度从0.502 μm降低至0.010 μm，表面粗糙度下降率Ra达到97.966%；相较于使用无改质渣的MCF抛光后的表面粗糙度下降率仅下降了0.482%；对比使用改质渣含量为15%的MCF抛光后的下降率则高出3.603%；材料去除率达到1.237×108 μm3/min；随着改质渣含量的增加，抛光时磁性颗粒形成的链状结构曲度增加，抛光力下降，进而影响其抛光性能；结合抛光性能，剪切力，磁簇的微观结构，提出了含改质渣的MCF的抛光机理。镍渣改质后可应用于MCF抛光，当MCF抛光液中改质渣质量分数低于10%时，抛光性能优异。关键词：磁性复合流体;镍渣;抛光;表面粗糙度78|21|0更新时间：2025-03-07 - “在柔性致动器领域，专家提出了基于实时钳位状态信息的高速钳位切换策略，有效提升了尺蠖致动器的驱动速度。”摘要：研究了一类柔性钳位型尺蠖致动器的钳位-驱动协同机制和控制方法，提出一种基于实时钳位状态信息的高速钳位切换策略。该策略利用柔性钳位机构的寄生运动信息缩短钳位交替时间，获得相同设计下更高的驱动速度。依据柔性钳位型尺蠖致动器的结构配置，建立钳位机构的寄生运动静力学模型，并完成仿真验证。进一步分析基于实时钳位状态信息的钳位切换机理，完成基于实时钳位切换的驱动设计，搭建实验系统进行测试验证。实验结果表明：单步切换时间缩短了28%，在相同设计与驱动电压斜率下，连续多步驱动速度可提升33.6%。在合理误差范围内，实验结果验证了理论推导与仿真分析的准确性。该驱动策略可有效减小尺蠖驱动的单周期时间，实现连续稳定驱动，最终达成尺蠖致动器驱动速度的提升。关键词：柔顺机构;尺蠖致动器;寄生运动;协同切换控制69|39|0更新时间：2025-03-07
微纳技术与精密机械
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基于纹理奇异值分解的全参考图像质量评价 AI导读
“在工业视觉系统领域，提出了基于纹理信息加权的奇异值分解全参考图像质量评价模型，有效提高了评价精度和泛化性。”摘要：对于工业领域的视觉系统，主观评价成本高，无参考图像质量评价预训练耗时长，需要高准确度的全参考图像质量评价模型。为此，提出了一种基于纹理信息加权的奇异值分解全参考图像质量评价模型。对参考图像块进行奇异值分解，利用参考图像块的奇异向量与失真图像块估计失真块的奇异值，据此得到亮度相似度分量；利用估计的失真图像块的奇异值评价平均偏移失真与对比度变化失真，得到对比度性相似度分量；通过失真图像块与参考图像块的奇异向量对单位矩阵的偏移量估计图像的结构相似度；最后，利用图像的纹理信息进行对亮度、对比度、结果相似度进行加权，得到全参考图像质量评价模型。依据4项评价标准，在6个常用的图像质量评价数据库上进行测试。实验结果表明，本模型在上述数据集中的加权Spearman秩序相关系数为0.896 3；对于对比度变化失真，本模型Spearman秩序相关系数为0.859 5，比第二名提高了85%。与多种全参考图像质量评价模型相比，本模型在预测精度、泛化性与计算复杂度方面具有明显的优势。关键词：图像质量评价;全参考;奇异值分解;纹理信息;图像对比度53|14|0更新时间：2025-03-07 - “在计算机视觉领域，研究者提出了融合注意力机制的改进型DeepLabv3+语义分割网络，显著提高了分割精度。”摘要：针对DeepLabv3+语义分割网络计算复杂度高、对图像细节提取能力弱、分割的图像边界模糊的问题，提出了一种融合注意力机制的改进型DeepLabv3+语义分割网络。以轻量级网络MobileNetV2为骨干，在保持较高表征能力的同时显著减少模型参数，在骨干网络的低层特征后面加入轻量级、无参数注意力机制（Simple， Parameter-Free Attention Module，SimAM），对输入的特征进行加权，以增强关键特征的提取能力。将ASPP模块的全局平均池化替换成Haar小波变换下采样（Haar Wavelet Downsampling，HWD），以避免丢失空间信息，同时在ASPP模块之后加入外部注意力机制（External Attention，EANet），以更好地利用上下文信息，实现多尺度融合，从而提升语义理解能力和语义分割的准确性。实验结果表明，该模型在VOC2012数据集上相较于原有的DeepLabv3+语义分割模型，平均交并比（mIoU）提高了2.82%。本文提出的改进模型显著提高了模型语义分割的精度，为计算机视觉领域应用提供了新的思路。关键词：语义分割;DeepLabV3+;Haar小波变换下采样;外部注意力机制;多尺度融合64|277|0更新时间：2025-03-07
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多模态语义交互的文本图像超分辨率重构 AI导读
“在文本图像超分辨率领域，专家提出了多模态语义交互方法，有效提高了文本识别精度。”摘要：针对现有方法在文本图像特征表示缺乏尺度变换，分辨率不足导致识别器难以提取到正确的文本内容信息指导重构网络的问题，提出多模态语义交互的文本图像超分辨率重构方法。利用语义推理模块中的注意力掩码对文本内容信息进行校正，获得语义先验信息，约束并指导网络重构语义正确的文本超分辨率重构图像。为增强网络的表征能力，适应不同形状和长度的文本图像，设计了多模态语义交互块，其基本单元由视觉双流集成块、跨模态自适应融合块和正交双向门控循环单元组成。视觉双流集成块利用全局统计特性和局部拟合能力互补优势，获得包含上下文理解的多粒度视觉信息，跨模态自适应融合块动态执行语义信息与多粒度视觉特征之间的交互协作，缩小模态间的特征差异；最后，正交双向门控循环单元建立多模态特征在垂直和水平方向上的文本依赖。实验结果表明，在TextZoom测试集上，本文提出的方法在PSNR和SSIM定量指标上相比于其他主流方法均有所提升，并且在ASTER，MORAN，CRNN 3种识别器的平均识别精度相比TPGSR模型分别提高了2.9%，3.6%和3.7%。由此表明，采用多模态语义交互方法的文本图像超分辨率重构，可以有效提高文本识别精度。关键词：超分辨率重构;文本图像;多粒度;语义先验;多模态77|39|0更新时间：2025-03-07 - “在红外与可见光图像融合领域，研究者提出了一种新模型，有效提升了图像融合质量，为该领域研究提供了新方向。”摘要：针对去噪扩散模型在红外与可见光图像融合任务中缺少基准真实值和可见光信息利用不足的问题，提出一种条件扩散和多通道高低频并行的红外与可见光图像融合模型。条件扩散模型利用拼接技术将拼接源图像作为基准真实值进行训练，获得红外与可见光图像特征提取任务的最优先验分布，在反向去噪过程中引入多通道似然校正模块，更有效地模拟红外与可见光图像的多通道复杂分布。然后，提出细节自适应去噪网络来完成红外与可见光图像的多通道高低频特征提取任务。最后，在融合网络中设计了一种多通道高低频并行融合模块，采用区域一致性融合网络和多通道低频特征融合网络分别完成高低频特征的融合。该模型为红外与可见光图像融合任务提供了一种可训练的扩散模型范式用于特征提取，使用特定的卷积神经网络进行特征融合。通过与近年来提出的9种高水平方法相比，在MSRS和RoadScene数据集上的实验结果表明，本文方法的8种客观评价指标平均提升了4.52%~59.62%。本文方法在色彩保真度和纹理细节保持等方面都优于其他方法，符合人眼视觉特性，能够很好地处理各种光照和环境场景下的红外与可见光图像融合任务。关键词：图像融合;红外与可见光;条件扩散模型;细节自适应去噪网络;多通道高低频并行融合模块68|32|0更新时间：2025-03-07
信息科学
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