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最新刊期
2008 年 第 2 期
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胶片摄影空间相机动态成像质量评价
摘要：对以胶片为图像载体的可见光高分辨率空间相机来说，除光学系统本身的像质和胶片分辨力对相机的最终成像质量产生影响外，相机的像移补偿机构、像移速度控制系统、最佳成像焦面位置的确定等都对相机的最终成像质量产生影响，通过对胶片式可见光高分辨力空间相机整机系统的成像理论进行分析探讨，采用光学传递函数的方法进行相机整机系统的像质评价及像面位置的准确标定。详细给出了空间相机的实验室检测和在轨摄影的动态摄影传递函数及数据分析结果，通过理论值与此方法分析出的传递函数值作对比，证明了胶片摄影刀口阴影经付立叶变换等方法处理所得MTF的方法可以用来评价空间相机的动态成像质量，对用实验室实测的相机动态MTF结果来预估相机在轨动态MTF及在轨摄影分辨力方面做出了有益的尝试。关键词：空间相机;动态成像;像质评价;调制传递函数（MTF）- 67
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发布时间：2020-08-12 -
大口径反射镜支承设计
摘要：对用于某大型激光装置的大口径反射镜的定位、安装、调整等问题进行分析，在满足稳定性要求的前提下，运用精确约束理论，模块化设计反射镜组件，以达到快速维修更换的要求。本文将对大口径反射镜支承的结构特点和力学分析及试验进行介绍。关键词：激光装置;大口径反射镜支承;运动学支承;稳定性- 51
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发布时间：2020-08-12 -
干涉法实时测量浅度非球面技术
摘要：提出了一种干涉实时检测非球面的新方法，该方法无需补偿器，CHG等辅助元件就能实现对浅度非球面的测量。对非球面度较小的非球面，直接利用标准球面镜作为参考表面，通过数字干涉仪可以测得全孔径位相分布，将所得的数据剔除参考球面波相对理论非球面的偏差，并运用最小二乘拟合求得机构定位误差，消去此误差，从而能够获得真实的面形信息。利用该方法对一口径为350mm的浅度双曲面进行了测量，通过数据分析和处理得到面形误差的PV值和RMS值分别为0.387λ 和 0.048λ ( =632.8nm)。并将该结果与零位补偿的检测结果相比较，两面形分布是一致的，其PV值和RMS值的偏差分别为0.033λ 和 0.006λ 。说明该技术对检测浅度非球面是切实可行的。关键词：光学检测;非球面;干涉术;非球面度;最小二乘拟合- 41
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发布时间：2020-08-12 -
激光分布对抽运Nd:YVO4晶体热效应的影响
摘要：以解析各向异性分析理论为基础，研究矩形横截面Nd:YVO4激光晶体受到超高斯分布LD端面抽运时，激光晶体温度场分布和晶体抽运面热形变分布。通过激光晶体工作特点分析，考虑了激光分布和激光光束半径变化，建立了符合激光晶体工作状态的热模型。利用各向异性介质热传导方程的一种新求解方法，得出了矩形截面Nd:YVO4晶体的温度场、端面热形变场的通解表达式。研究结果表明：当使用输出功率为15W半导体激光器（超高斯阶次为1）端面中心入射Nd:YVO4晶体（晶体掺钕离子质量分数为0.5%）时，在抽运端面中心获得243.8C最高温升和1.99m最大热形变量，与实验结果一致。这种方法可以应用到其它激光晶体热问题研究中，为有效解决激光系统热问题提供了理论依据。关键词：激光物理;Nd:YVO4激光器热分析;超高斯分布;矩形截面;各向异性- 62
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发布时间：2020-08-12 -
数字X线影像仪中激光扫描光学系统的设计
摘要：数字X线影像仪是计算机和激光技术快速发展的产物，而其中的激光扫描光学系统是其核心技术之一。针对数字X光影像仪的使用特点，对激光扫描系统中的Fθ镜头、光束扩展器、扫描器这几个关键部件进行了较详细的论述分析，提出并解决了其中一些关键问题，如光阑位置浮动对像质的影响、影响系统扫描光点大小的因素、扫描器的确定等。最后用ZEMAX光学设计软件对系统的光学性能进行了设计模拟,得到扫描光斑直径小于0.1mm、焦距和视场满足线性关系的设计结果。像质评价分析结果表明，所设计的镜头像质优良，轴上与轴外质量相当，像质达到衍射极限。关键词：激光扫描光学系统;Fθ镜头;光学设计- 48
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发布时间：2020-08-12 -
子孔径合成光学成像系统像质评价研究
摘要：子孔径合成光学成像系统的出瞳波前是离散的，需要同时引入波象差和衍射光学理论，拟合最佳高斯参考球面，计算出瞳波前和波象差，并通过对像面的衍射积分，评估系统像质。对比了两种像质评估的方法，其一是直接利用干涉仪实测获得的整体出瞳波面参数拟合Zernike多项式衍射直接积分法计算像面复振幅分布，其二是对子出瞳波面衍射直接积分在像面的复振幅的叠加。设计并制造了一个三子镜合成的成像光学系统，在此基础上用ZYGO GPI XP干涉仪验证并对比了使用两种方法的对像质计算的特点。结果表明，子出瞳波面直接衍射积分叠加法的精度更高，但计算量大；在衍射限附近，前者的拟合精度也能满足像质的定性评估要求，且计算量较小。关键词：合成孔径光学系统;拼接镜面;象差;误差分析;波前- 69
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发布时间：2020-08-12 -
弯月镜结构补偿镜的折反型望远系统
摘要：目的：本文介绍的新型折反型望远结构相对于经典折反型望远镜在光学元件的材料，加工，装校，要求能实现易于加工，装校，但光学性能要求达到卓越级别。方法：本文提出了一种基于弯月镜结构补偿镜的球面折反型望远系统，提出的新结构将传统折反中的非球面球面化，完全去除了前置的大口径补偿镜，代以基于弯月镜结构的补偿镜，其位于主镜与次镜之间，构成了双通光路,相当于起到了两片透镜的作用.其直径仅是有效入瞳的1/3，因此其重量尺寸的相对前置大口径的R-C望远镜将非常的轻巧,支撑结构也变得简单易行，因此这样系统容易制造了。结果：此新型相机镜头的光学性能如下：其全视场为2°。相对孔径可以作到 F#7,遮拦比0.33，MTF衍射极限是0.40@70pl/mm，波长范围可以作到400nm-1100nm.设计，加工和装校后总的MTF>0.35@70pl。结论：新型光学系统使光学元件制造容易，装校的公差也比传统的R-C结构宽松2倍,。由于没有前置校正镜以至于机械结构更简单。所有的这些努力，终于使折反型望远镜能够容易制造,和普及。 关键字：弯月镜结构补偿镜；折反望远镜；球面主反射镜；球面次反射镜；无前置补偿镜。关键词：弯月镜结构补偿镜;折反望远镜;球面主反射镜;球面次反射镜;无前置补偿镜- 48
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发布时间：2020-08-12 -
基于采样控制理论的光电跟踪伺服系统内模控制研究
摘要：针对外部扰动对光电跟踪伺服系统精度的影响，对稳定回路提出了一种两自由度内模控制，将控制器的设计转化为标准的H∞优化问题，使得系统对模型误差及参数摄动具有较强的鲁棒性。采用jump变换、提升操作等采样控制系统的理论与方法来优化设计相应的鲁棒控制器，综合考虑了系统的多采样率行为及采样点间的动态特性。仿真结果表明了所设计的控制系统具有较高的指令跟踪精度及较强的扰动抑制性能。本文的研究为高精度光电跟踪伺服控制系统的设计提供了新方法。关键词：光电跟踪;伺服系统;内模控制;鲁棒优化;采样控制- 73
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发布时间：2020-08-12 -
基于RBF神经网络的数字闭环光纤陀螺温度误差补偿
摘要：为了消除数字闭环光纤陀螺温度误差，设计了基于径向基函数（RBF）神经网络的温度误差补偿方案，对该方案所采用的标度因数误差模型和偏置误差模型进行了研究。首先，根据光纤陀螺的温度误差分布情况设计了标度因数误差和偏置误差联合补偿的方案。接着，将基于多尺度分析的噪声和趋势项分离算法应用于建模数据预处理，以提高建模数据准确性。然后，建立了RBF神经网络模型，并改进模型的学习方法以防止网络的过拟合。最后，讨论了模型输入向量对神经网络规模的影响。温度补偿的结果表明：标度因数误差模型的残差均方（RMS）达到0.73 ，偏置误差模型的RMS达到0.051 。该建模方法可以满足中、高精度光纤陀螺实时温度补偿的要求。关键词：光纤陀螺;神经网络;温度误差;误差模型;误差补偿- 32
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陆-陆光电成像系统识别能力分析
摘要：地面目标经陆基光电系统成像在CCD靶面上要经过许多环节,其中目标特性、大气条件和CCD性能及光学系统等都会对成像质量产生影响。本文分析了陆－陆光电成像系统的各个性能参数的匹配计算及其各环节具体参数的确定，并对光学系统的探测能力进行了详细的分析和预估，并通过具体的试验结果来证明这些分析的必要性与正确性。关键词：光电系统;CCD;光学系统;探测能力- 40
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发布时间：2020-08-12
现代应用光学
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注射成型工艺参数对微结构零件复制度的影响
摘要：为改善微结构零件的复制度，以具有广泛应用前景的精细微结构零件——微透镜阵列为案例，将制品成型重量作为制品复制度的量化衡量指标，运用单因素实验方法实验研究了注射成型工艺参数（熔体温度、模具温度、注射时间、保压压力、保压时间）对微结构零件制品重量的影响规律。实验结果表明，增加熔体温度和模具温度能使保压压力更有效地通过浇注系统传递到微型腔，增加制品重量；成型重量大的制品，微结构的填充要好于重量轻的制品，微结构零件复制度与成型重量存在对应关系。制品重量可初步评价微结构零件的复制度，研究各工艺参数对制品重量的影响规律对提高微结构零件的复制度有重要意义。关键词：微结构零件;复制度;注射成型;工艺参数;制品重量- 49
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发布时间：2020-08-12 -
Gough-Stewart平台机构的普适工作空间及其几何求解
摘要：针对大型光学望远镜副镜位姿调节机构设计，为了实现不同Gough-Stewart平台机构的性能比较，提出普适工作空间的概念，并给出其几何求解方法。普适工作空间是以杆长为限定条件时，动平台在36个特定方向上运动范围的交集。普适工作空间具备的优点表现在无需降维描述，外形为简单规则的旋转体、采用几何方法直接求解空间边界、计算结果唯一。经算例验证，不同结构参数的Gough-Stewart平台机构都能求解出形状相似、规则、简单的普适工作空间，使得同一性能指标在该空间内具有可比性，为Gough-Stewart平台机构进一步的优化设计提供了参考依据。关键词：望远镜副镜;位姿调节机构;Gough-Stewart平台机构;工作空间;解析解- 42
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发布时间：2020-08-12 -
机载光电平台中采用复合控制提高数引跟踪精度的研究
摘要：简述了机载光电平台的工作原理与功能，介绍了平台速度环和跟踪位置回路的经典控制方法，从提高系统的跟踪精度出发, 提出了复合控制在机载光电平台数引跟踪中的应用。介绍了前馈控制的原理和局限性，及在光电平台数引跟踪回路中的具体设计方法。并给出了实验结果，与没有进行复合控制相比较，结果表明，对机载光电平台实施前馈复合控制能够在不改变系统闭环稳定特性的前提下，提高系统的数引跟踪精度。- 52
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微热压印过程聚合物流动形貌研究
摘要：为研究模具结构对聚合物流动形貌的影响，利用Deform-2D对微热压印成型过程进行了有限元模拟。首次系统的研究了模具占空比、宽厚比、阴模、阳模及不对称结构对聚合物流动形貌的影响。模拟结果显示随着占空比的减小，聚合物截面流形从单峰过渡到双峰，从陡峭过渡到平坦，当宽厚比大于1.5时，截面流形开始表现为双峰形式。其仿真结果和相关实验结果吻合。和阳模压印时没有明显的高度差相比，使用阴模压印时，微结构之间存在较大的高度差。针对压印过程易出现的填充效率不佳，提出了模具拓扑结构优化策略，通过在模具边缘布置一些流动坝，达到降低边界处聚合物流动率、促进聚合物有效填充的目的。仿真结果表明优化策略对促进聚合物填充具有很好的效果。关键词：热压印;流动形貌;拓扑优化;有限元法- 31
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发布时间：2020-08-12 -
一种新的混合Preisach迟滞模型及其性质研究
摘要：压电陶瓷执行器物理结构复杂，应用参数化方法辨识经典Preisach模型描述其迟滞特性时，难以找到合适的Preisach函数，模型预测误差较大。为了提高建模精度，定义了均值迟滞模型作为经典Preisach模型的补充，将均值迟滞模型与经典Preisach 模型加权叠加得到一种新的混合Preisach模型，并将权值定义为迟滞度参数，用以描述模型的迟滞非线性强烈程度。同时证明了混合Preisach模型具有类似于经典Preisach模型的擦除特性和一致特性，给出了混合Preisach模型表示定理。最后结合神经网络完成了混合Preisach模型的辨识过程。实验数据证明，在三角波信号下和衰减正弦信号下，混合Preisach模型的预测误差较经典Preisach模型分别降低了1.77 和1.26 。关键词：压电陶瓷执行器;迟滞特性;Preisach模型- 44
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发布时间：2020-08-12 -
振动轮式微机械陀螺动态特性光学测试方法研究
摘要：振动轮式微机械陀螺尺寸小、振动频率高，为了精确评价其动态特性，建立了基于高速摄像技术、显微技术与数字图像相关技术的光学测试系统。配有光学显微镜的高速摄像设备(32000fps)记录并保存被测物瞬时序列图像，根据被测物的角振动特性设计相应的图像相关计算方法以获得振子各时刻的运动位移，并通过位移时间曲线分析振子的固有频率、阻尼系数及品质因子等动态特性参数。实验结果显示，图像相关精度达0.01像素，频率测量误差小于0.01%。高精度地测量了振动轮式微机械陀螺的动态特性，为微结构动态特性的研究提供了一个有效方法。关键词：高速摄像;图像相关;振动轮式微机械陀螺;固有频率;品质因子- 55
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发布时间：2020-08-12 -
无摄动椭圆轨道卫星编队设计算法研究
摘要：研究无摄动椭圆参考轨道的卫星编队飞行设计，在RAC坐标系下研究两星相对运动问题。利用RAC坐标系下的敏感矩阵，将轨道根数差与从星的RAC坐标建立联系，从而推导出椭圆轨道编队设计算法。利用此算法设计出同轨迹主从编队飞行轨道。通过仿真验证，此算法的位置误差控制在毫米量级，速度误差控制在毫米/秒量级，可以满足当前编队飞行任务的要求。关键词：编队飞行;椭圆轨道;轨道设计- 64
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发布时间：2020-08-12
微纳技术与精密机械
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基于短程线主动轮廓线的图像多目标面积同时测量研究
摘要：提出了一种新颖的图像多目标面积的同时测量方法，它可以同时精确测量多个不同形状的图像目标面积。该方法应用了短程线主动轮廓线模型，它分为2个步骤。它首先利用水平集函数的迭代使主动轮廓线由初始位置向各个目标的轮廓边缘收敛。其次，对于收敛后的主动轮廓线，使用亚像素面积测量和计数图像目标内部像素个数，从而同时求出各个图像目标面积。实验表明该方法的测量重复性误差小于0.5% 。和传统的面积测量方法比较，这种方法具有测量效率高（同时测量多目标面积）和测量精度高的优点。关键词：视觉检测;图像测量;面积计算;短程线主动轮廓线- 71
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发布时间：2020-08-12 -
CCD像素响应不均匀的校正方法研究
摘要：在机器视觉的应用中，人们习惯认为CCD输出的像素灰度值反映了目标的图像信息，因此大多数情况中忽略了灰度值的标定，但由于CCD中存在的暗电流和像素的不均匀性，其上的每个像素在同一辐照度下形成的灰度值，并不相同，所以在光学精密测量过程中，需要对CCD各像素的灰度值进行校正，使其在相同辐照度下，输出确定的灰度值，以便反映目标的正确信息。文中通过对造成CCD像素灰度不均匀的原因详细分析，提出了一种基于最小二乘法的CCD非均匀的校正算法，该算法通过求取期望灰度值和辐照度的关系参数，推导出了像素的补正参数。仿真表明，该方法能有效地校正CCD像素的非均匀性。关键词：CCD;像素响应不均匀;灰度值校正;最小二乘法参数估计- 47
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发布时间：2020-08-12 -
激光主动成像系统信噪比模型的研究
摘要：为衡量激光主动成像系统的性能，根据主动成像系统的成像过程，通过分析目标与背景的辐射特性、大气的后向散射特性，距离选通特性以及激光发射器和接收器的性能，建立了激光主动成像系统的信噪比模型。并利用工作波长为0.532μm的固体激光器，ICCD相机，以及基于CPLD技术设计的距离选通同步控制板，开展了距离选通激光主动成像实验，通过实验结果分析，验证信噪比模型的正确性。- 52
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发布时间：2020-08-12 -
基于无线传感网扩频通信的跨层CSMA多用户接入
摘要：无线传感网是一个应用于恶劣传输环境下的异步通信系统，且对于节点的体积功耗具有较高要求。本文对异步扩频通信系统中的载波侦听多址接入（CSMA）碰撞机制进行改进，通过建立协议层和物理层的联系来减小碰撞概率，实现多用户基本同时的信息交互。其基本思想是通过侦听到的信号的相位调整发送信号的相位，使不同信息发送节点到达同一接收节点的扩频码相位不同，从而使接收节点可实现多用户分辨接收，并通过接收端的长时间相关峰值平方和来进行捕获确认，短时间相关峰值来进行解扩处理。从而使系统在对单信道接收系统复杂程度增加不大的情况下，具有多用户接入能力。关键词：传感网;扩频;多用户- 42
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发布时间：2020-08-12 -
改进的遗传算法在实时图像分割中的应用
摘要：为了自动确定图像分割的最佳阈值，提出了一种改进的自适应遗传算法，并利用该算法对二维Fisher准则图像分割评价函数进行全局优化提高分割阈值的求解速度，快速得到最佳分割阈值。该算法能够根据个体适应度大小和群体的分散程度自动调整遗传控制参数，从而能够在保持群体多样性的同时加快收敛速度，克服了基本遗传算法的收敛性差、易早熟问题。采用TI公司的DSP芯片TMS320VC5416，结合FPGA，搭建了多目标实时测量平台，并利用本文算法对图像阈值快速求解，实现了多目标的实时测量计算。实验结果表明，该算法具有良好的收敛速度和稳定性，阈值计算时间比二维Fisher准则法缩短了18ms(约63%左右)；阈值范围稳定在3个像素以内，能够满足实时多目标测量要求。关键词：自适应遗传算法;图像分割;Fisher准则;二维直方图- 48
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一种基于RBF隐式曲面的离散数据快速重建方法
摘要：本文针对空间散乱数据， 提出一种基于RBF（Radial Basis Function）隐式模型的快速曲面重建方法，并实现了隐式曲面的可视化。三维离散数据由于分布稠密、不均匀，空间拓扑结构未知的特点，本文首先强调大规模散乱数据预处理的重要性。通过基于空间法向量约束和主元分析两种方法进行数据简化和特征提取。其次采用K-d tree数据结构进行空间数据分割，将全局模型转化为局部的RBF模型，从而通过求解线性方程组得到模型的权值系数。最后在局部交叠空间光滑拼接，得到一个代数表达形式的光滑曲面。实验结果表明，该方法适用于任意复杂物体的三维曲面重建，而且具有较高的重建精度。关键词：三维散乱数据曲面重建;数据预处理;径向基函数;隐式曲面- 49
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小波神经网络在CCD图像噪声处理中的应用
摘要：目的：CCD相机响应功能的非线性，导致了CCD噪声模型的复杂性，使得滤波效果不佳，本文提出一种针对于数字图像中CCD噪声的小波神经网络滤波器。方法：首先，分析CCD噪声模型，找出导致CCD噪声模型复杂的原因——CCD相机响应功能（camera response function简称CRF）的非线性；接着，在对ANS滤波器分析的基础上，针对影响滤波效果的两大问题：滤波窗口和图像强度，将小波神经网络非线性逼近CCD噪声曲线，按照噪声参数对图像进行区域划分并分配相应的权值，然后结合相应的非线性滤波器进行针对性滤波，最后综合输出。结果：实验结果表明：本文改进的滤波器滤波效果明显，信噪比得到进一步提高（24.65）。结论：利用神经网络良好的非线性函数逼近性，将其结合ANS滤波器构造出神经网络非线性ANS滤波器（NN-NANS filter），试验结果表明，该滤波器在去除噪声的同时边缘细节也得到了很好的保留，同时提高了信噪比。关键词：图像处理;CCD噪声;非线性滤波器;神经网络;自适应噪声平滑滤波器- 47
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发布时间：2020-08-12 -
基于嵌入式计算机的紫外内窥系统研究
摘要：电气设备在长时间运行中，由于绝缘材料的老化、破损等情况会引起局部放电现象。这种电气设备内部不易被发现的故障可能会加速设备的损坏，甚至会造成严重的事故。为了实现电气设备内部的故障检查，针对电气设备特殊的内部环境，将紫外放电检测和视频内窥技术相结合，研制了具有紫外放电检测和图像采集功能的紫外内窥检测系统。文中详细介绍了紫外脉冲放电信号的检测原理，检测系统硬件平台的构建，嵌入式Linux操作系统和Qtopia文件系统的启动与运行，USB摄像头的视频图像采集，并给出了该新型电气设备内窥系统的应用程序流程图，最后通过实验验证了该紫外内窥系统在电力设备检测方面的实用性。关键词：电气设备;紫外检测;图像采集;内窥系统;嵌入式计算机- 67
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发布时间：2020-08-12 -
基于序列局部图像的尺寸高精度测量方法
摘要：为实现大尺寸机械零件的高精度视觉测量，研究基于序列局部图像的视觉测量方法。首先分析机械零件图像边缘的过渡分布特征，提出边缘像素补偿法，消除实际边缘不能精确定位对测量精度的影响。然后以直线边缘距离测量为原型，提出基于序列局部图像尺寸特征的测量方法：对零件进行微小区域成像，生成在空间上连续的序列局部图像；应用相关系数法和双线性插值法获得相邻序列图像的亚像素级尺寸特征线，从而得到各局部图像的尺寸特征；对这些尺寸进行求和与补偿，得到零件的总体尺寸。实验表明，对常规尺寸零件的单幅图像运用边缘像素补偿法，相对测量误差在0.008%以内；对大尺寸零件应用序列图像测量法，相对测量误差在0.01%以内，具有误差积累小的优点，可用于机械零件的精密自动化测量。关键词：视觉测量;图像处理;序列图像;边缘补偿;特征匹配- 69
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发布时间：2020-08-12
信息科学
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