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2025年第33卷第15期
- “在透明玻璃三维测量领域，研究者提出了视触融合测量方法，有效提高了测量精度，为机器人感知与重建透明玻璃提供解决方案。”摘要：传统视觉测量方法难以有效感知透明玻璃表面，而触觉检测受限于采样效率和测量分辨率，难以实现高精度面型重建。为克服这些局限性，提出了一种基于相位测量偏折术与主动触觉探测的视触融合测量方法。视觉测量提供相对表面相位梯度信息，触觉传感提供绝对位置信息，从而有效消除梯度-高度二义性，并抑制由底面玻璃偏折引起的幽灵条纹干扰。实验搭建了一套基于深度相机Realsense D435和 UR10 机械臂的测量系统，并在平面与近似平面玻璃样品上进行验证。实验结果表明：该方法可实现平面与近似平面玻璃的感知与重建，相比深度相机结合显像剂的方法，提出的方法在凹面玻璃表面重建中RMS降低了80.59%，在凸面玻璃表面重建中RMS降低了96.33%。提出的方法充分利用机器人自身的视觉-触觉传感能力实现了透明玻璃的三维测量与定位，为机器人在透明玻璃的感知与重建的应用中提供了一种解决方案。关键词：相位测量偏折术;视触融合;玻璃检测;波前重建108|32|0更新时间：2025-09-02
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深度学习融合模型共轭涡旋光干涉微位移测量 AI导读
“在微位移测量领域，研究者提出了基于深度学习的共轭涡旋光干涉测量方法，实现了亚纳米级位移的高精度检测，为微位移测量精度和稳定性的提升提供了新方案。”摘要：针对涡旋光干涉微位移测量技术中传统干涉条纹位移反演算法精度受限的问题，提出一种基于深度学习融合模型共轭涡旋光干涉微位移测量方法。采用集成FasterNet轻量化骨干网络与CARAFE动态上采样模块的YOLOv8s-Seg分割网络对干涉图像中的花瓣区域进行精确分割，以抑制相位信息提取过程中背景噪声和光束畸变的干扰。设计14层卷积神经网络架构对花瓣区域进行多尺度分层特征提取，构建花瓣形态变化与旋转角度的精准映射关系，实现亚纳米级位移的高精度检测。实验结果表明，在0~500 nm 标准位移内，花瓣区域分割的平均精度（mAP）达96.5%，整体位移测量精度优于0.94 nm，平均绝对误差为0.63 nm。通过独特的双网络协同架构，该方法增强了对条纹畸变和噪声的抗干扰性能，在微位移测量的精度和稳定性方面具有明显的优势。关键词：微位移测量;共轭涡旋光干涉;YOLOv8s-Seg分割网络;多尺度分层特征提取0|0|0更新时间：2025-09-02 -
全息环纹噪声的空频协同智能抑制 AI导读
“在数字全息成像领域，FUResNet模型有效抑制环纹噪声，提升成像精度，为定量相位成像提供解决方案。”摘要：数字全息成像中，由微观散射体衍射产生的环纹噪声在数值重建中被非线性放大为结构化相位误差，制约了定量相位成像与三维重建精度。针对环纹噪声理论模型及抑制方法，提出一种新型空域与频域协同的卷积神经网络模型FUResNet，建立多颗粒衍射场叠加模型精确模拟环纹噪声，结合傅里叶神经算子、残差学习框架和注意力机制，以实现环纹噪声的高效抑制与全息图关键特征的精准保留。FUResNet在仿真及实测全息图中均优于现有方法，其中，背景噪声标准差降低73.9%，峰值信噪比提升13.46 dB，仿真中结构相似性提高13.9%，在噪声抑制、图像保真和结构保护三个关键维度上取得实质性改进，为高精度定量相位成像提供有效解决方案。关键词：数字全息;环纹噪声;相位成像;傅里叶神经算子;卷积神经网络0|0|0更新时间：2025-09-02 - “在柔性屏产业领域，研究人员利用多通道数字图像相关技术，实现了柔性折叠屏在动态弯折过程中的多结构层变形与应变场的同步测量，为柔性屏可靠性研究提供了可靠的无损检测工具。”摘要：随着以折叠屏手机为代表的柔性屏产业快速兴起，实现柔性屏在弯折状态下各层结构变形与应力分布的同步测量，已成为结构设计与性能测试中亟需突破的核心技术难题。基于多通道数字图像相关（DIC）技术，结合荧光标记与屏幕显示，利用彩色多通道光学测量系统，实现了柔性折叠屏在动态弯折过程中的多结构层变形与应变场的同步测量。在多层散斑图案制备方面，显示层通过自身发光机制直接呈现红色散斑图案，表面保护层采用喷涂荧光粉末生成蓝色散斑，实现了对量产柔性屏的无损荧光散斑制备；此外，在制造阶段在任意中间结构层掺杂绿色荧光粉末可进一步拓展对任意结构层的变形同步测量。不同颜色的散斑由彩色相机系统同步采集并光谱分离，随后通过DIC算法分别解算各结构层的全场变形与应变分布。所构建的测量系统面内与面外变形测量精度分别达到1 μm和5 μm，可满足柔性屏结构设计与性能测试中对多层材料同步测量的高精度需求。实验结果表明，该方法能够高精度同步获取柔性屏各层的变形与应变分布，为柔性屏可靠性研究提供了可靠的无损检测工具。关键词：数字图像相关;柔性屏;显示散斑;荧光散斑;应变测量0|0|0更新时间：2025-09-02
- “在高铁轨枕HRB400钢筋微裂纹检测领域，研究人员开发了基于金纳米复合材料光声传感的超声检测方法，实现了微裂纹量化检测，为高铁基础设施结构健康监测提供技术支撑。”摘要：为解决传统检测方法抗电磁干扰弱、复杂工况适应性差的问题，针对高铁轨枕HRB400钢筋微裂纹高精度检测的需求，开发了一种基于金纳米复合材料（Au-PDMS）光声传感的超声检测方法。首先，探究光声转换理论模型，制备4.01 wt%，5.23 wt%，6.01 wt%，7.69 wt%浓度梯度Au-PDMS薄膜样品；然后，采用532 nm脉冲激光激发超声信号，结合巴特沃斯带通滤波与db4小波分解复合算法处理数据；最终通过COMSOL Multiphysics搭建HRB400钢筋有限元模型，分析超声信号多维度特征与裂纹深度定量关系。本研究分析采用5.23 wt%浓度样品的超声主频达4.58 MHz、信噪比19.56 dB；实测裂纹深度检测精度640 μm。定量研究表明：裂纹深度为1 mm时首波幅值提升；深度3 mm时波形分裂为双峰结构，峰间隔达1.50 μs；通过建立裂纹深度与峰值幅度、能量、主频率及到达时间的多参数协同响应模型，实现HRB400钢筋微裂纹量化检测。该系统兼具微米级分辨率、强抗电磁干扰性和复杂工况适应性，为高铁基础设施结构健康监测提供可靠技术支撑。关键词：光声传感;超声检测;HRB400钢筋;多物理场仿真;微裂纹生长0|0|0更新时间：2025-09-02
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激光三角二维速度与距离同步测量 AI导读
“在工业高精度测量领域，研究者提出了一种激光三角测量新方法，实现了运动物体横向速度与表面轴向距离的二维正交测量，测量精度达到亚微米级，拓展了激光三角传感器的应用维度。”摘要：传统的激光三角测量仅能测量轴向距离，且横向分辨力受表面微观结构的影响，测量精度通常为微米级。为拓展其在工业高精度测量领域的应用范围，提出可同步进行运动物体横向速度与表面轴向距离二维正交测量的方法和一种不受散斑噪声影响的边缘检测轴向距离测量方法。本研究结合直射式激光三角测量传感器所遵循的Scheimpflug定律，在理论层面构建被测物横向运动、轴向表面起伏与成像光斑特性变化的映射关系模型。在算法层面，基于几何光学与散斑效应，引入数字图像相关技术捕捉散斑内部纹理位移，并结合Canny算子与Zernike亚像素边缘检测算法实时定位光斑边缘动态变化，实现了移动表面的横向速度与轴向位置的同步测量。实验结果表明，测量的相对误差和相对不确定度可低至10-4，基于边缘检测的横向测量分辨力可提高一个数量级且测量精度达到亚微米级。该方法拓展了激光三角传感器的测量和应用维度，可为多自由度的运动机械、流体力学等动态行为研究提供技术支撑。关键词：激光三角测量;二维正交测量;散斑效应;数字图像相关;边缘检测1|0|0更新时间：2025-09-02 -
相位调控双向剪切散斑干涉表面变形测量 AI导读
“在高精度变形测量领域，专家提出了基于相位调控的双向剪切散斑干涉技术，为单波长光学干涉法提供解决方案。”摘要：针对单向剪切散斑干涉的方向敏感性问题，提出一种基于相位调控的双向剪切散斑干涉技术。该技术将剪切干涉中的成像、剪切和相移操作视为系统对物光的相位变换作用。利用两个共面耦合的菲涅尔衍射透镜在像面产生具有横向错位的两幅图像，形成剪切干涉。通过在液晶空间光调制器（LC-SLM）上动态加载具有不同相位基线的双透镜相位掩模，产生相移剪切干涉图，并采用时间相移法进行相位求解。实验结果表明：相位调控双向剪切散斑干涉系统可以自由调整剪切的方向和大小，并引入可控的时间相移；利用单向剪切相位重构变形相位时，非剪切方向上的误差水平为剪切方向上的3.5~4.6倍，而利用双向剪切相位重构的变形相位，在各剪切方向上都具有较低的误差水平，且一致性较高，两个方向上的误差偏差为8%。相位调控双向剪切散斑干涉技术具有结构简单、集成度高等特点，为高精度变形测量提供了一种单波长、单偏振、单相机、单孔径的光学干涉法解决方案。关键词：干涉测量;剪切干涉;相位调控;时间相移;表面变形测量0|0|0更新时间：2025-09-02 -
散斑条纹自适应寻线滤波 AI导读
“数字散斑干涉技术领域取得新进展，专家提出了散斑条纹自适应寻线滤波方法，有效提升滤波效果和自动化能力，为工程化应用提供可靠支撑。”摘要：数字散斑干涉技术测量得到的原始相位图通常受到散斑噪声的干扰，进而影响解包裹结果的准确性与可靠性。为了提升滤波效果，并增强该技术在复杂应用场景中的实用性，提出了一种散斑条纹自适应寻线滤波方法。使用YOLOv8自动识别与定位散斑条纹区域，减少无效区域计算；结合波峰特征分析动态规划最优取样路径，提升对复杂条纹结构的表征能力；通过B样条拟合建立局部方差熵评价模型，在量化滤波平滑程度的同时有效保留关键相位跳变信息。实验结果表明，该方法在多种场景下均表现出良好的滤波性能与自动化能力，为数字散斑干涉技术的工程化应用提供了可靠支撑。关键词：数字散斑干涉;滤波评价;自动滤波;自适应寻线0|0|0更新时间：2025-09-02 -
道岔参数在线测量中激光条纹中心自适应提取 AI导读
“在结构光视觉测量领域，专家提出了基于改进Steger算法的光条中心自适应提取方法，有效提高了测量精度，适合道岔参数在线测量应用。”摘要：激光条纹中心的提取精度是影响结构光视觉测量精度的核心因素。在结构光道岔参数在线测量系统中，道岔搬动引起的激光条纹位置变化及环境干扰会造成激光条纹亮度、宽度分布不均匀，影响系统的测量精度。针对上述问题，提出了一种基于改进Steger算法的光条中心自适应提取方法，该方法具有环境适应能力强、精度高等特点。通过Otsu阈值分割结合Two-Pass算法得到有效光条区域，从而消除杂散光的干扰，提高计算速度；随后，通过细化算法提取光条骨架并确定初始中心点，提出一种基于邻域几何法线方向的光条宽度计算方法。最后，通过关联光条宽度与高斯核参数σ，实现卷积核尺寸的自适应调整，最终获得光条亚像素级中心点。测量结果显示，标准量块的平均误差在0.09 mm以内，适合道岔参数在线测量的应用。关键词：视觉测量;线结构光;中心线提取;Steger;自适应0|0|0更新时间：2025-09-02 - “在光度立体深度学习领域，研究人员提出了MMF-Net，有效获取物体表面低频和高频信息，为三维高精度重建提供参考。”摘要：为解决光度立体深度学习在实现物体表面法向量重建过程中存在的表面纹理的高频信息丢失而导致重建精度偏差大的问题，提出了一种多层多元特征权重自适应融合三维重建网络（MMF-Net）。网络主要将PS-FCN作为基准模型，引入对称式编码-解码结构，增强网络的学习和特征表达能力，提升了不同层级之间特征整合能力；设计独立层间权重自适应调节的多元卷积层，通过增加额外的可训练权重，兼顾具有形状信息与纹理信息，并且能够更好地捕捉到表面纹理的细节变化信息，使得该网络在高频信息较密集的场景下表现更加稳定和准确；辅助增加跳跃连接结构，通过中间层特征跨层连接至后续层级，保留物体高频信息且强化低频信息，以实现物体高低频特征信息的融合性应用。利用DiLiGenT基准数据集进行了相关测试，实验结果表明，MMF-Net能够实现平均MAE达到6.94°，对比PS-FCN（Norm）的7.39°提升了6%，在其中两幅含有高频信息物体的重建误差Avg为11.03°，对比先前方法FUPS-Net的12.52°提升了12%。MMF-Net实现了光度立体物体表面低频信息和高频信息的有效性获取，为以物体表面法向量为基础的三维高精度重建提供参考。关键词：深度学习;光度立体视觉;多元卷积;深浅层特征融合;自适应权重0|0|0更新时间：2025-09-02
- “在数字全息显微领域，研究者提出了基于MScU-Net的相位恢复新方法，有效解决了噪声和像差问题，为微纳尺度三维形貌测量提供解决方案。”摘要：数字全息显微术中相位恢复面临噪声导致的解包裹误差与像差引入的相位畸变双重挑战，现有分步处理方法存在计算效率低与误差传递的固有局限，亟需发展同步求解新范式。为此，提出了一种基于多光谱通道U-Net（MScU-Net）的数字全息显微相位恢复方法。该网络在ResU-Net架构中引入Transformer增强的多光谱通道注意力机制，通过端到端非线性映射，直接从含噪、失真的包裹相位数据中实现相位解包裹与像差补偿的同步求解。实验结果表明，MScU-Net在相位恢复中表现出显著优势，其中，峰值信噪比PSNR达29.82 dB，结构相似度SSIM保持0.96；背景区域噪声标准差（0.000 4~0.003 0 rad）较最优对比方法降低82.6%~95.8%；实测台阶高度系统偏差≤3.74%，测量局部波动达到亚纳米级（s = 0.42 nm），该方法为微纳尺度的三维形貌测量提供了有效解决方案。关键词：数字全息显微;相位解包裹;像差补偿;多光谱通道注意力机制0|0|0更新时间：2025-09-02
- “在数字图像相关领域，研究者提出了基于Swin Transformer的位移与应变同步预测网络模型，有效提高了复杂变形测量的可靠性与精度。”摘要：为解决传统数字图像相关（DIC）方法依赖固定子集而导致的高频位移捕捉能力不足及对复杂应变适应性差的问题，提出了一种基于Swin Transformer的位移与应变同步预测网络模型。该模型由ST-DIC-d（位移预测）和ST-DIC-s（应变预测）两个子网络组成。首先，利用Swin Transformer的分层编码器-解码器结构进行多尺度特征提取；然后，通过注意力机制与跳跃连接有效捕捉图像的局部和全局特征，从而得到位移场；最后，通过应变计算层从位移场精确计算应变分量。在DIC Challenge数据集上的实验结果表明，ST-DIC相比传统DIC方法和基于CNN的模型，平均绝对误差在垂直位移预测上减少21%。在实际拉伸实验中，ST-DIC在高梯度区域最大应变精度提高8%。本文所提出的方法在测量复杂变形方面具有更高的可靠性与精度。关键词：数字图像相关;Swin Transformer;高频位移;多尺度特征提取;应变测量0|0|0更新时间：2025-09-02
- “在高温三维变形测量领域，专家提出了三色三孔数字剪切散斑干涉测量方法，有效抑制高温自发辐射光干扰，获取物体三维变形信息。”摘要：三色数字剪切散斑干涉虽抗干扰并对刚体位移不敏感，但在高温下受自发辐射光干扰且只能测量位移梯度、无法直接得到三维变形信息。针对此问题，提出三色三孔数字剪切散斑干涉测量方法，用于实现高温环境下三维变形的测量。利用设计的三色三孔光阑结构，进行三通道独立的窄带滤波，抑制高温环境下物体的自发辐射光干扰。利用复合梯形积分方法重建位移场，得到被测物体的三维变形信息。结果表明，该方法的最小可检测位移为30 nm，可以有效获取物体的高温三维变形信息，能够抑制被测物体的高温自发辐射光，实现三维变形的测量。关键词：数字剪切散斑干涉;变形测量;热辐射干扰;复合梯形积分0|0|0更新时间：2025-09-02
- “在管道内表面形貌测量领域，专家提出了单相机双棱镜全景三维数字图像相关方法，简化系统结构，实现高精度变形测量，具有准确性与实用性。”摘要：提出一种单相机双棱镜全景三维数字图像相关方法，以实现360°表面变形测量，并验证其在圆管内表面形貌测量及管道缺陷检测中的有效性和实用性。首先，采用单相机结合双棱镜的光学系统，通过成一定角度摆放的两块棱镜折射光线，使单相机同时捕获左右视角图像，达到双相机的成像效果。然后，利用凸面镜反射实现全景观测，覆盖待测内表面360度范围。最后，对采集的图像进行数字图像相关计算和坐标变换，重建三维形貌及变形场。结果表明，形貌测量的最大绝对误差为0.4 mm，大部分位置的最大绝对误差在0.1 mm以内。本文方法测量的应变与应变仪结果相比，最大相对误差为3.86%。本文通过光学设计简化了系统结构，实现了高精度管道内表面变形测量，具备一定的准确性与实用性。关键词：全景测量;数字图像相关;单相机;内表面变形0|0|0更新时间：2025-09-02
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