最新刊期
2025年第33卷第20期
- “在病理组织样本检测领域，专家提出了多因素跨模块误差校正模型，显著提升了Mueller矩阵偏振成像系统的检测精度和稳定性，为甲状腺癌辅助诊断提供了新方法，具有良好的应用前景。”摘要：针对Mueller矩阵偏振成像系统探测中存在的多种误差因素，提出一种多因素跨模块的误差校正模型，以提升系统在病理组织样本检测中的精度和稳定性，并探索其在甲状腺癌辅助诊断中的应用潜力。首先，分析系统误差主要来源，利用解析法与数值重构法建立误差传递光路模型，构建含16个标定参数的多因素跨模块误差校正模型。其次，利用非线性最小二乘拟合法对16个参数进行标定；根据误差校正模型，探测空气与空白切片的Mueller矩阵以评估探测精度。然后，以甲状腺乳头状癌与结节性甲状腺肿的未染色切片为样本，利用Mueller矩阵极化分解方法提取四个矢量参数（Δ，P，D，R），并提取各矢量参数图像的纹理特征，构建随机森林和支持向量机两种分类模型获取混淆矩阵和ROC曲线。最后，通过计算Precision，Recall，F1-score以及AUC来评估分类效果。实验结果表明：标定精度提高12%，标定稳定性提高21.5%，探测精度提高59%；各矢量参数图像的纹理特征均可有效区分甲状腺癌乳头状癌与结节性甲状腺肿样本，随机森林的分类效果优于支持向量机的分类效果，在随机森林分类器中Δ参数分类效果最为显著，F1-score和AUC分别达到了0.96和0.99。提出的多因素误差校正模型显著提升了系统检测精度和稳定性，结合Mueller矩阵极化分解方法与纹理分析，可有效区分甲状腺乳头状癌和结节性甲状腺肿样本，为癌症早期辅助诊断提供了新的方法，具有良好的应用前景。关键词：偏振成像;误差校正;Mueller矩阵矢量参数;纹理特征;随机森林16|0|0更新时间：2025-11-28
- 摘要：针对犬类心力衰竭诊疗中呼吸频率连续监测的临床需求，开发一种混合式TOF（Time-of-Flight）传感的新型非接触式呼吸监测系统。提出单点-点阵混合式TOF传感架构，构建自适应空间监测模型以适应宠物不同姿态的监测。基于STM32嵌入式平台实现传感器时序协同控制与原始信号预处理，通过LabVIEW上位机开发实时呼吸波形解析算法，并光学校准测试优化点阵TOF测距参数。静态场景下对小型犬的测试表明，系统呼吸频率测量误差≤2 BPM（breaths per minute）。LabVIEW界面可实时显示呼吸波形与BPM值，验证了光学TOF传感在活体监测中的可行性。单点-点阵混合TOF系统通过光学测量优化与空间自适应策略，实现了高精度犬静态呼吸监测，为宠物医疗领域提供了小型化、低成本的生物光学测量新方案。关键词：TOF传感器;非接触式监测;宠物呼吸频率;心力衰竭犬;LabVIEW9|0|0更新时间：2025-11-28
- 摘要：为实现对转基因和非转基因棉籽油的准确分类鉴别，本研究提出一种基于改进黑翅鸢算法优化极端梯度提升（XGBoost）模型的可解释分类模型。首先，应用太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统采集转基因和非转基因棉籽油样品在0.3~1.8 THz频段的太赫兹吸收光谱。然后，通过引入双目标适应度函数优化策略、反向学习初始化种群策略和瑞利分布函数控制Lévy飞行策略对传统黑翅鸢算法（BKA）进行改进，并利用改进的黑翅鸢算法（DLBKA）对XGBoost模型的树深度、学习率和最大迭代次数进行双目标超参数优化，构建出DLBKA-XGBoost分类模型。最后，应用该模型对转基因棉籽油进行鉴别，并结合SHAP方法对模型鉴别结果进行了可解释性分析。结果表明，改进黑翅鸢算法优化的XGBoost可解释分类模型不仅提升了对转基因和非转基因棉籽油鉴别的准确率（其测试集准确率高达97.78%，较传统黑翅鸢算法优化模型提升了4.45%，较传统鲸鱼算法（WOA）优化模型提升了14.45%），还对模型给出了解释，明确了关键特征频率对鉴别结果的正向影响机制，提升了模型的透明度与可信度。因此，本研究为转基因棉籽油的鉴别提供了一种快速准确的分析方法，也为其他转基因物质的鉴别提供了有价值的参考。关键词：太赫兹光谱;转基因棉籽油;极端梯度提升;改进黑翅鸢算法;可解释性分析17|0|0更新时间：2025-11-28
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机器视觉测量明暗场复合照明系统优化设计 AI导读
“在机器视觉测量领域，专家建立了明暗场复合照明系统的照度分布模型，采用改进算法优化光源布置，有效提升目标区域光照均匀性。”摘要：为提高机器视觉测量系统的图像质量，本文对明暗场复合照明的光源优化布置问题进行研究。首先，基于朗伯辐射特性和线性叠加原理，首次建立了明暗场复合照明系统的照度分布模型，构建了含变异系数和最小/最大值比双指标的优化目标函数。接着，采用改进的模拟退火-粒子群算法求解最优布置参数，根据优化结果搭建实验平台并测量目标区域照度分布情况。然后，为评估优化方案的实施效果，采集目标区域中工件图像，计算其照度均匀度并与实验结果进行对比分析。实际测得最优照度均匀度为0.921 9，与AE-SAPSO算法优化结果的相对误差为2.59%，测得工件表面照度均匀度与实验结果的最大相对误差为3.42%。最后，对比不同缺陷在三种照明方式下，从二值化和均匀度两个角度对本文优化方案进行分析。结果表明，本文提出的光源优化布置方法能有效提升目标区域的光照均匀性。关键词：机器视觉;明暗场复合照明;照度均匀度;光照设计14|0|0更新时间：2025-11-28
现代应用光学
- “在磁流变抛光领域，专家提出基于Halbach阵列的永磁体排列方式，有效提升抛光性能。”摘要：为提升磁流变抛光的励磁性能及加工质量，提出一种基于Halbach阵列的永磁体排列方式，并分析工艺参数对K9玻璃抛光性能的影响规律。通过磁场仿真对比Halbach阵列与传统N-S极交替阵列及内外交替阵列的磁场强度、磁通密度模、梯度分布及羰基铁粉受力情况；结合单因素实验，探讨工件转速、磁场转速、工作间隙及励磁间隙对表面粗糙度和材料去除率的影响规律。Halbach阵列扩大磁场有效作用面积，保持良好均匀性，提高磁场强度及磨粒受力，展现优越励磁性能；工件转速、磁场转速和工作间隙增加时，表面粗糙度呈先降后升，材料去除率先升后降；励磁间隙增大则导致粗糙度持续升高、材料去除率下降。在工件转速650 r/min、磁场转速70 r/min、工作间隙1.2 mm、励磁间隙4 mm及抛光30 min条件下，K9玻璃表面粗糙度达到0.029 7 μm，材料去除率为51.928 nm/min。Halbach阵列励磁方式及其抛光工艺有效提升了磁流变抛光性能。关键词：磁流变抛光;Halbach阵列;K9玻璃;表面粗糙度;材料去除率20|0|0更新时间：2025-11-28
- 摘要：为提升Mini/Micro LED芯片流磁巨量转移中永磁定位阵列磁针的磁密峰谷效应，提出了一种阶梯式聚磁永磁定位磁针。针对该阶梯式聚磁永磁磁针结构，建立了包含非线性退磁效应和磁路饱和特性的多阶等效磁路模型，以及考虑芯片运动特性和流固耦合作用的力学动态模型。在此基础上，以提升磁场峰谷变化率和峰谷变化速率为核心目标，借助有限元分析软件对磁针各阶高度与直径参数进行了分步参数化仿真，确定了特定几何尺度及工艺约束下高性能磁针的最优三维结构参数。基于优化结果研制了一台磁针样机，并通过磁针磁密测量试验和巨量转移试验验证了优化结果的有效性。结果表明，优化后的磁针磁密峰谷变化率δ达到82.3%，峰谷变化速率ζ达到44.8 mT/mm，分别提升了20.1%和28.7%。在180 mm×160 mm的接收基板上进行了4 500颗芯片的流磁巨量转移实验，转移时间仅为3 min，相较于现有方案用时减少了40%。关键词：巨量转移;阶梯式结构;动态模型;磁场优化13|0|0更新时间：2025-11-28
- “在永磁同步电机控制领域，专家设计了基于模糊滑模控制及谐波电压补偿器的复合控制方法，有效提高了系统的动态响应性能、鲁棒性和转速控制精度。”摘要：为了提高永磁同步电机控制系统的抗扰动能力和稳态控制精度，本文设计了一种基于模糊滑模控制及谐波电压补偿器的复合控制方法。针对滑模控制方法的抖振问题，设计了模糊滑模趋近律，利用系统状态设计模糊规则将指数项增益模糊化，引入自适应函数取代切换项的固定参数实现动态调整，在保证系统鲁棒性和动态响应能力的同时可有效抑制滑模抖振；针对电机控制系统的脉动谐波问题，设计了基于二阶广义积分滤波器的谐波电压补偿器，通过二阶广义积分滤波器提取定子电流信号中的谐波分量，经由谐波电压补偿器实现谐波分量的控制和在线补偿，从而有效降低系统中的电流脉动谐波，提高转速控制精度。实验结果显示，相比于传统PI控制方法，采用基于模糊滑模控制及谐波电压补偿器的复合控制方法后，系统的动态响应速度提高了44.36%，突加力矩扰动时最大转速波动值减小了30.38%，q轴电流中的6次谐波脉动分量降低为0.77×10-3。实验结果表明，本文提出的复合控制方法可有效提高系统的动态响应性能、鲁棒性和转速控制精度。关键词：永磁同步电机;模糊滑模控制;谐波电压补偿器;转速控制19|0|0更新时间：2025-11-28
- 摘要：为了满足微纳电子制造领域中晶圆检测系统及扫描电子显微镜光学系统内部的精密驱动需求，本研究提出了一种具有宏-微-纳跨尺度驱动的粘滑型压电驱动器。首先，详细阐述了该驱动器的动、定子结构设计及其驱动原理，通过有限元仿真方法对定子结构尺寸参数进行了优化。然后，构建了驱动器的动力学模型，进一步分析其步进特性。动力学仿真结果表明，该驱动器具备微观步进位移能力。最后，制作了驱动器的原理样机，并搭建试验系统对其输出性能进行了评价。试验结果表明：驱动器最大空载速度为20.3 mm/s，最大步进位移为15.82 μm，定位分辨率可达70 nm，最大负载为2.2 N，能够满足宏观大行程连续移动、微米级步进位移及纳米级高精密定位的跨尺度驱动需求。本研究为粘滑型压电驱动器在扫描电镜光学系统内部光阑板驱动中以及晶圆检测平台中的应用提供了重要的理论与实验依据。关键词：粘滑型压电驱动器;跨尺度;精密定位;动力学建模14|0|0更新时间：2025-11-28
微纳技术与精密机械
- 摘要：现实世界中手不可避免地要与物体进行交互，因此理解人手与物体的交互行为与意图具有重要的研究意义。本文针对手与物体交互过程中的相互遮挡、手部自遮挡及复杂交互背景等因素导致姿态估计精度低的问题，提出一种联合多模态特征与结构感知的手部与交互物体三维姿态估计方法。该方法利用彩色图像和深度图像的多模态特征实现信息互补，有效解决背景复杂、手部自遮挡及手物相互遮挡的问题；其次，基于图结构分别设计手部、交互物体及手物交互结构感知模块，辅助估计更加合理和准确的手与交互物体的二维姿态；最后，将获取的二维姿态与深度图像中的深度信息进行合并，再利用纹理特征对合并得到的三维姿态进一步优化得到最终的手物交互三维姿态。为了验证本文方法的有效性，在FPHA，HO-3D等数据集开展了系列实验，手部和交互物体的姿态误差分别降低到9.62 mm和14.37 mm。实验结果表明，所提方法优于现有的手物交互姿态估计方法，具有较强的鲁棒性和泛化性。关键词：手物姿态估计;图卷积网络;多模态特征;结构感知13|0|0更新时间：2025-11-28
- “在点云配准领域，研究人员设计了一种无监督算法，通过特征交互和点匹配增强，有效提升了配准精度和鲁棒性。”摘要：为了解决点云配准过程中因异常点干扰、部分点重叠及非对应相似点等因素导致点云间部分点对误匹配问题，本文设计了一种融合特征交互和点匹配增强的无监督点云配准算法。首先，设计了一种特征融合模块，将提取的源点云和目标点云特征信息进行交互，并将该交互特征与其对应位置的上一层提取特征进行融合，以增强特征表达能力。其次，提出了一种图卷积-Transformer融合模块，利用图卷积提取局部几何信息且通过Transformer的自注意力机制获取全局上下文信息，同时引入交叉注意力机制实现点云间特征交互融合。最后，引入了一种点匹配增强模块，利用源点云和目标点云的点特征欧式距离及点的邻域特征相似性来匹配点间对应关系。本文算法在ModelNet40（含噪声），7Scenes，ICL-NUIM，KITTI和ScanObjectNN数据集上进行了验证，实验结果表明，相较于IFNet算法，本文算法在均方根误差RMSE（R）上分别下降31.93%，23.72%，19.76%，10.53%和21.05%，充分验证了所提算法在配准精度和鲁棒性方面的优势。综上所述，本文算法在配准精度、泛化能力与抗噪性方面表现优异，展现出良好应用潜力。关键词：点云配准;特征交互;交叉注意力;点匹配增强;无监督19|0|0更新时间：2025-11-28
- 摘要：针对睑板腺图像分割中的多阶段处理和边缘模糊问题，本文设计了一种端到端的多粒度分割算法。在编码阶段，采用TransUNet编码器架构，能够高效提取眼睑和腺体区域的共享特征；在解码阶段，采用双解码路径针对眼睑和腺体区域的不同特征分别设置不同的解码器分支。同时，针对腺体区域，设计了多尺度特征融合模块，并在跳跃连接中加入通道注意力机制。这些优化提升了边缘精度、纹理清晰度和形状轮廓，从而有效解决了边缘模糊和腺体粘连的问题。对于眼睑区域，则采用标准解码器结构进行分割预测。通过与现有先进分割方法的实验对比，所提算法在上下睑板腺的精度均值上表现优异，尤其在关键指标平均交并比和Dice相似性系数上，分别达到了79.9%和76.5%，较TransUNet分别提高了3.2%和5.3%。本文算法能够精准地分割睑板腺图像的目标区域，可以为睑板腺功能障碍的辅助诊断提供依据。关键词：睑板腺图像分割;多粒度分割;CNN;Transformer;医学图像处理11|1|0更新时间：2025-11-28
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自适应采样与几何-空间特征融合的点云配准 AI导读
“在三维重建领域，提出了一种自适应采样与几何-空间特征融合的点云配准算法，有效提高了匹配精度和鲁棒性。”摘要：针对点云配准在三维重建应用场景中的挑战，传统局部特征描述方法往往因有效特征点不足、几何描述能力弱及匹配鲁棒性差导致配准失败。针对这一问题，提出一种自适应采样与几何-空间特征融合的配准算法。首先，通过自适应密度体素化与最近邻替换降采样方法，解决低重叠率两片点云的尺寸差异与密度分布不均衡问题，并在此过程中完成高效降采样；然后，通过单次KD树搜索高效计算法向量，并设计基于邻域点数与线性度约束的筛选机制，对筛选后的特征点融合几何-空间特征描述符，克服传统方法计算冗余和描述能力不足的问题；最后，提出基于直方图相似度的双向对应匹配获取可靠对应关系，并结合RANSAC配准方法，实现低重叠率点云的高精度鲁棒配准。本文算法基于公开数据集，并结合真实数据对本文算法进行验证。实验表明本文提出的算法在匹配误差上较传统ISS+3DSC+K4PCS，ISS+FPFH+RANSAC和TOLDI+RANSAC方法分别平均减少了51.14%，64.16%，78%，且在成功配准的对比算法中运行效率最高，综合来看具有较好的表现。关键词：点云配准;低重叠率;特征融合;三维重建20|0|0更新时间：2025-11-28
信息科学
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