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最新刊期
2008 年 第 4 期
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RLVIP制备Ge1－xCx薄膜的X射线光电子能谱研究
摘要：应用低压反应离子镀（Reactive Low Voltage Ion Plating：RLVIP）在Ge基底上沉积了Ge1-xCx薄膜。制备过程中，低压等离子源作为辅助等离子源，Ge作为蒸发材料，CH4作为反应气体，在相同的条件下以不同沉积速率制备了C含量( x )从0.23到0.78的Ge1-xCx薄膜。X射线衍射测试表明制备的Ge1-xCx薄膜为无定形结构。通过X射线光电子能谱研究了不同C含量下Ge1-xCx薄膜的化学键合变化。测试结果表明当 x > 0.78时，成键为C-H键；当x在0.53至0.62时，成键为C-C键；当x < 0.47时，成键为Ge-C键。关键词：Ge1-xCx 薄膜;低压反应离子镀;X射线光电子能谱;离子辅助- 32
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发布时间：2020-08-12 -
激光直写中S曲线光强控制模型的参数优化方法
摘要：为了进一步提高激光直写封闭线条时的对接质量，本文提出一种S曲线光强控制模型的参数优化方法。建立了S曲线光强控制模型的参数变化和线条闭合质量之间的关系，优化了光强控制函数中的圆弧弧度θ和曲率半径R，并推导了优化后的对接区域长度模型，优化后的对接区域长度可由圆弧弧度θ唯一确定。实验结果表明，本文提出的优化方法进一步增加了对接区域曝光量分布的有效过渡长度，减缓了曝光量在路径方向上的变化速率，且当圆弧弧度θ较小时，优化后的对接长度大小仅为斜线段光强控制方法的2倍，从而在保证直写效率的同时提高了线条对接质量，该方法有效地解决了激光直写中线条质量和直写效率之间的矛盾关键词：激光直写;S曲线光强控制方法;对接质量;曝光量分布- 48
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发布时间：2020-08-12 -
用于生物组织层析成像的共聚焦内窥镜
摘要：为了获取生物组织的层析图像，建立了共聚焦内窥镜成像系统,对该系统的横向和轴向分辨能力进行测量和分析，并且对其在猪皮肤组织的层析成像能力进行研究。首先根据系统工作要求，说明系统的工作原理和组成结构，然后给出系统空间分辨能力的理论计算式，最后测试系统性能，说明测量值与理论值存在偏差的主要原因。实验结果表明：建立的系统轴向分辨能力约为10 ；横向分辨能力约为1.9 ；该系统可以对猪皮肤组织进行层析成像。关键词：层析成像;生物组织;共聚焦内窥镜- 22
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发布时间：2020-08-12 -
激光跟踪测量系统跟踪转镜的误差分析
摘要：激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统，可对空间运动目标进行跟踪并实时测量其三维空间坐标，具有精度高、范围大、实时快速等特点。然而，激光跟踪测量系统中跟踪转镜的几何误差严重影响了其测量精度；所以激光跟踪测量系统在使用前必须对其进行建模和误差分析。在全面研究了激光跟踪测量系统结构和工作原理的基础上，建立了系统运动学模型和跟踪转镜中心偏移数学模型。详细分析了系统测量中基点位置变动误差、转镜跟踪目标反射器跟踪误差和转镜反射面与激光束不垂直误差等。结果表明跟踪转镜中心偏移、回转轴不对称、基点位置变动、光束反射点与基点不重合是导致测量误差的主要原因。因此，在跟踪转镜结构设计中，为保证激光束反射点与基点位置重合及转镜旋转跟踪目标反射器时基点空间位置保持不变，应尽量减少跟踪转镜旋转点与镜面之间的距离。关键词：激光跟踪测量系统;误差分析;跟踪转镜;建模- 35
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发布时间：2020-08-12 -
微型X射线数字成像系统研究
摘要：X射线数字成像检测与诊断技术是X射线检测的发展趋势，微型X射线数字成像系统采用X射线敏感CCD面阵探测器作为射线探测元件，具有体积小、分辨率高、实时性好的特点。本文研制了基于X射线敏感CCD的微型X射线数字成像系统，介绍了整个系统的组成，阐述了X射线敏感CCD的工作原理，选定了系统采用的X射线敏感CCD，设计了CCD探测器的驱动电路、模数转化电路、数据采集与通讯电路、图像获取及处理软件等。该系统采用USB2.0接口与计算机进行通讯，直接采用USB接口电源供电，无需外部电源，结构简单。分辨率测试表明，该系统的分辨率>10lp/mm。关键词：X射线成像;X射线敏感CCD;分辨率;辐射剂量- 23
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发布时间：2020-08-12 -
基于径向基网络的光电编码器误差补偿法
摘要：将神经网络与数字信号处理技术(DSP)应用至光电轴角编码器的设计中，提出了一种新的编码器误差修正技术。建立了径向基函数网络模型，以高精度检测仪器的检测值为学习目标，以生成最小映射误差为原则调节网络权因子、径向基函数中心和宽度，使建立的网络具有良好的学习能力和泛化能力。利用DSP的在线烧写技术保存网络建模参数，运用此方法无需拆改编码器系统即可实现误差的补偿与修正，并且可根据使用需要进行程序更新.仿真和实验表明，采用此种方法可有效地提高编码器的系统精度并且很好地解决了非线性误差对系统的影响.关键词：光电编码器;神经网络;DSP;误差补偿- 43
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发布时间：2020-08-12 -
硅片激光弯曲成形的数值模拟与实验
摘要：介绍了一种利用脉冲激光塑性化弯曲单晶硅片的新方法。在分析和描述光脉冲时空特性的基础上，运用有限元分析软件ANSYS对硅片弯曲过程进行建模仿真，得到了脉冲激光弯曲过程中温度场与应力应变的仿真结果。对脉冲激光作用过程中温度场与应力应变的周期性瞬间变化特征进行了描述，指出了脆性材料硅片的脉冲激光弯曲机理不属于简单意义上的温度梯度机理或屈曲机理，而是二种机理共同作用的结果。通过6次扫描试验实现了对硅片的有效弯曲，弯曲角度达6.5º，仿真结果与验证性试验相符。关键词：硅片;脉冲激光;弯曲成形- 48
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用于高速测量的CCD激光位移传感器的研究
摘要：介绍了一种用于高速测量的CCD激光位移传感器测量系统，可用于高速、实时地测量运动物体的位移或高速振动。传感器测量系统由光学系统、具有7500像元的高速线阵CCD、转换速率达40MHz的高速ADC、高速缓存FIFO、比较器筛选电路、CPLD时钟驱动电路、像元脉冲计数器和数字信号处理器DSP构成。在系统中采用自适应控制方法，通过调节激光的发射频率和输出电流强度来调节发射激光光强，从而适应各种被测对象和外界环境条件。采用特殊设计的比较器筛选电路来控制FIFO对高速AD采样数据的存储和DSP对高速FIFO中数据的读取，使 FIFO只存储CCD输出的有效像元信号，从而减轻了DSP数据处理的负担，实现对CCD传感器信号的采集与处理同时进行，以满足高速测量的需要。实验表明数据转换速率可达40M，最小采样间隔时间为0.1ms。关键词：激光;线阵CCD;传感器;DSP;高速数据采集- 64
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发布时间：2020-08-12 -
基于市售设备的结构光系统模型及标定
摘要：在射影几何矩阵模型和三角法解析模型的基础上，结合市售数码相机和投影仪内部结构参数精度高、工作稳定的特点建立了结构光三维测量系统的实用数学模型。提出一种借助数码相机赋予投影仪"视觉"功能，向标定模板投射正交格雷码图案，从而确定DMD像面点和空间标准点对应关系的投影仪标定方法。作为上述数学模型的基础，设计了基于共线特征的校正模板，采用图像法将数码相机镜头畸变参数分离于系统参数之外单独标定。文中具体给出了数学模型、标定公式及校正模板，最后进行了标定、测量实验。仿真系统验证了方法的可行性，测量相对误差约为0.2%；实际系统平面测量相对误差小于0.7%，重构的复杂表面具有良好视觉效果。- 34
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发布时间：2020-08-12 -
基于线结构光视觉传感器的圆孔定位误差分析
摘要：针对空间圆（类圆）孔几何量测量，传统视觉测量方法一般采用双目立体模型，基于立体像对实现对圆孔空间位置的测量，由于传感器成本、体积、重量等的限制，在特殊视觉系统，尤其在发展迅速的基于工业机器人平台的柔性视觉检测系统中均凸显其不足。本文基于单摄像机架构的线结构光视觉传感器，提出圆（类圆）孔定位两步法，并对被测圆心x ,y ,z 向坐标测量误差进行了详细讨论和分析。通过对被测圆心定位误差的分析计算，在实际测量应用中，z 向测量精度可以优于±0.25mm，x, y 向测量精度优于±0.006mm。研究结果表明该方法切实可行，可以满足实际测量需求，极大地扩展了线结构光视觉传感器的应用范围。关键词：线结构光视觉传感器;圆（类圆）孔;定位;误差分析- 35
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发布时间：2020-08-12
现代应用光学
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一种新型柔性直线导向机构及其运动精度分析
摘要：Roberts机构是一种近似直线机构，由于机构中不存在交叉的杆件，使得它适合应用在一体化加工的柔性机构中，从而设计出大行程高精度的柔性直线导向机构。单个Roberts机构可由四个参数完全决定几何特征，其中轨迹点P的位置参数对机构运动直线度的影响最大。文中通过对Roberts柔性机构的伪刚体模型进行分析，说明了对应某一行程，轨迹点P的位置存在最优解使其运动直线度最高，并给出一种直线度等值线图方法确定最优解的大概位置，最后借助有限元方法进行进一步的优化。单个Roberts机构只能提供点的直线运动，可将两个Roberts机构进行并联得到一个柔性导向机构。本文对这种柔性导向机构进行了设计加工、仿真以及试验，结果表明这类柔性导向机构可以在毫米级行程时，垂直运动方向上的偏移小于1um。关键词：Roberts机构;柔性机构;直线导向机构;直线度- 64
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发布时间：2020-08-12 -
基于体硅工艺的定位平台制作工艺分析研究
摘要：介绍了一种基于体硅工艺的大尺寸、大深宽比的纳米级定位平台的制作工艺。对定位平台的制作中的关键工艺进行的分析，总结了导致器件失效的主要原因，探讨了减少失效的方法。同时介绍了一种可行的面内侧面压阻的加工方法。通过对深度反应离子刻蚀（DRIE）工艺参数的调整成功了刻蚀出了大尺寸、大深宽比的结构释放窗口，释放了最小线宽为2.5μm，厚度为50微米的梳齿结构。研制了一种良好性能的集成位移检测的纳米级定位平台。关键词：体硅工艺;深度反应离子刻蚀;背片技术;面内侧面压阻;纳米级定位平台- 34
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发布时间：2020-08-12 -
超磁致伸缩致动器的广义最小方差-模糊PID控制方法研究
摘要：摘要：目的：为了克服超磁致伸缩致动器用于精密驱动定位时，磁滞现象带来的影响，在进行磁滞补偿的前提下，研究了自校正PID控制的方法，建立了基于广义最小方差原理（GMV）及模糊（Fuzzy）规则的广义最小方差-模糊PID（GMV-Fuzzy PID）控制方法。方法：首先，介绍了广义最小方差原理的主要思想，并由此推导出PID参数与被控对象参数的关系。接着，在上述关系的基础上，建立了以误差与误差变化量为输入，待定参数k为输出的模糊规则。最后根据在线估计的被控对象参数及GMV-Fuzzy PID的输出，在线调整PID参数，实现在磁滞补偿后对致动器的控制。结果：实验结果表明：采用GMV-Fuzzy PID控制器，每次运算时间比Fuzzy PID控制器缩短了0.0154s，跟踪误差均方差相差0.036μm。结论：能有效消除被控对象由于扰动带来的影响并缩短运算时间，在保证精度的前提下，提高实时性。关键词：超磁致伸缩致动器;广义最小方差;模糊控制- 45
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发布时间：2020-08-12 -
声控微型无阀压电喷流泵
摘要：摘要：提出了一种声控微型无阀压电喷流泵，利用声控电路控制无阀压电泵开启、关闭和喷流状态，实现了无需信号发生器直接驱动压电泵工作。阐述了声控电路设计结构和工作机理，设计并加工了声控振荡电路和声控开关电路板，并与无阀压电喷流泵匹配进行了系统调试，实验结果表明：压电泵喷流状态随外界声音频率、振幅变化而变化，声音频率越高、振幅越大，压电泵喷流高度增高，出水量增大；当声音频率与压电泵基频产生共振时，压电泵达到最佳喷流效果。- 51
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发布时间：2020-08-12 -
外骨骼式多指测量机器人研究
摘要：提出了一种新的外骨骼式多指测量机器人，用于对舱外航天服手套力学特性测量。本文设计的基于平行四边形连杆的外骨骼式机械手指，机械刚度大，指节长度根据需要可调节，能够围绕航天服手套实现包络运动且可实现双向驱动。根据机械手的结构特点,建立了其运动学模型。在手指动力学基础上设计了鲁棒μ控制器，分析了系统的模型不确定性，将负载动力学作为系统的反馈不确定，建立了合理的被控对象标称模型，轨迹跟踪实验表明μ控制器能够抑制干扰对机器人系统的影响，使系统具有鲁棒的稳定性和性能。测量实验表明外骨骼式多指机器人人系统的可靠性和测量原理的正确性。关键词：外骨骼多指机器人;航天服手套;鲁棒控制;μ综合- 37
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发布时间：2020-08-12 -
“Y”形流管无阀压电泵模拟与试验研究
摘要：为了对“Y”形流管无阀压电泵的工作特性有更深入的了解，使其更好地满足输血、输液等工作的需要，对“Y”形流管无阀压电泵内部流场及泵流量特性进行了模拟及试验研究。采用CFX软件对“Y”形流管无阀压电泵泵腔内的流场特性进行了模拟分析。结果表明：“Y”形流管无阀压电泵工作时泵腔内的压强变化很小，涡旋对流体传输活体细胞及长链大分子基本无影响。实际制作了“Y”形流管无阀压电泵，并通过改变“Y”形流管的几何尺寸，研究了压电泵进出口端压差的变化规律。试验结果表明压差随支管夹角增大而减小，并且当两支管宽的和接近主管宽时，压差值达到最小，当支管夹角为5°，宽为1.2mm时，压差达到最大的74mm水柱。关键词：“Y”形流管;压电;泵;有限元法- 64
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发布时间：2020-08-12 -
基于惯性冲击原理的变摩擦式微位移机构运动特性的研究
摘要：针对目前无法使用对称的正弦波产生逆压电效应驱动微位移机构的现状，提出了利用正弦波信号驱动压电双晶片振子的技术方案，应用惯性冲击力实现机构的微小位移，建立了机构运动的数学模型。设计了斜面结构使正弦波作用产生的周期性惯性冲击力形成竖直作用于微位移驱动机构的分量，通过改变正压力调整摩擦阻力的大小，并推导了QU关键词：振动;惯性冲击;摩擦;微位移机构;压电双晶片;正弦波- 24
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发布时间：2020-08-12 -
碳纳米管压阻微悬臂梁红外热探测器的研究
摘要：研究了压阻复合层微机械悬臂梁红外探测器的热挠曲理论模型。利用IC工艺和微机械加工技术设计制作了一种硅/铝/碳纳米管三层微机械悬臂梁红外探测器，该探测器基于硅和铝两种材料热膨胀系数的差异，存在双物质效应，不同温度下梁的挠度不同，其形变可通过梁根部的压敏电桥检测。为提高探测器的红外吸收特性，实验探索出了在微机械悬臂梁上涂敷碳纳米管吸热层的工艺方法。实验研究了具有碳纳米管薄膜吸热层的三层微机械悬臂梁红外热探测器对红外辐射的响应规律,结果表明涂敷碳纳米管吸热层使响应灵敏度提高近一倍。关键词：红外探测器;微悬臂梁;微机械技术;碳纳米管- 78
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发布时间：2020-08-12 -
化学机械抛光过程中护环对硅片表面接触压强分布和宏观轮廓的影响
摘要：为了获得单晶硅片化学机械抛光过程中护环对接触压强分布的影响规律，根据有护环化学机械抛光实际出发，建立了抛光过程的接触力学模型和边界条件，利用有限元的方法对有护环抛光接触状态接触压强分布进行了计算和分析，并利用抛光实验对计算获得结果进行了验证；获得了硅片与抛光垫间的接触表面压强分布形态，以及护环几何参数对压强分布的影响规律；结果表明护环抛光接触压强的分布也存在不均匀性，而且在硅片外径邻域内接触压强最大，这些也能导致被加工硅片产生平面度误差和塌边，选择合理地护环几何参量和负载比，可以改善接触压强场分布的均匀性。关键词：化学机械抛光;单晶硅片;接触压强分布;平面度误差- 25
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发布时间：2020-08-12
微纳技术与精密机械
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基于多尺度LBP特征的人脸描述与识别
摘要：为提高人脸识别的准确性和鲁棒性，提出了一种基于多尺度LBP特征的人脸描述与识别算法。先对原始人脸图像进行二级小波分解，并采用LBP算子分别计算两幅低频逼近图像的LBP特征谱，再将LBP特征谱划分为若干个互不重叠的特征区域，并分别进行直方图统计，最后将所有区域的LBP直方图序列连接起来得到多尺度LBP特征，将其作为人脸的鉴别特征用于分类识别。所提出算法在ORL人脸数据库上取得高达99%的人脸识别率。实验分析表明，多尺度LBP特征具有较强的人脸图像描述能力和可鉴别性，且对人脸表情及位置的变化具有较高的鲁棒性。关键词：人脸识别;多尺度分析;LBP算子;直方图- 48
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发布时间：2020-08-12 -
基于视觉掩盖效应和奇异值分解的图像质量评测方法
摘要：图像质量的客观评测一直是视频和图像工程中富有挑战性的重要课题。传统的以PSNR为代表的检测方法对图像间的差异过度敏感，因此其结果常偏离主观感受；而以人眼视觉系统仿生理论为指导的评价方法则由于算法模型过于复杂而无法得到广泛应用。当前，基于图像特征参数检测的理论方法成为研究的新热点，设计能代表图像特征的参数是其关键。奇异值体现的是图像的内蕴信息，其对一定程度噪声扰动、比例伸缩、旋转、平移等具有较好的稳定性，因此非常适合作为图像的特征参数。本文通过将人眼视觉特性和图像本征特性相结合，设计一套基于视觉掩盖效应和奇异值分解的图像质量客观评测方法。该方法能在充分利用奇异值优势的前提下，根据视觉掩盖效应提高其对典型劣化形态的检测灵敏度，从而使评测结果与主观质量感受具有更好的相似性。关键词：图像质量;奇异值分解;视觉掩盖;客观评价- 28
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发布时间：2020-08-12 -
基于非线性响应的红外焦平面阵列非均匀性自适应校正算法
摘要：针对红外焦平面阵列(IRFPA)使用过程中，非均匀性随时间和环境改变而发生缓慢变化及探测单元非线性响应带来的校正误差，提出一种基于非线性响应的IRFPA非均匀性自适应校正算法。该算法以探测单元非线性响应模型为基础，以校正误差的均方值最小为准则自适应消除响应参数的温度漂移，通过对初始响应参数进行优化选取，来实现算法的快速收敛和高精度校正。在介绍算法实现原理的基础上，推导出其数学模型，并给出实验结果。实验结果表明了算法的优越性。关键词：非线性响应;红外焦平面阵列;自适应校正;响应参数;温度漂移- 31
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发布时间：2020-08-12 -
一种用于POCT的嵌入式实时图像采集处理系统
摘要：本文设计并构建了一种基于带有数字处理模块FPGA的实时图像采集处理系统，介绍了该系统的软硬件设计和构建流程。调试结果表明该系统能在TFT显示屏上实时显示130万像素，15fps的视频图像。该系统可用于POCT（Point-of-care Test）中生化分析结果中图像信号的采集和处理，为POCT仪器提供了一种新的硬件平台。实验结果表明，该系统提供的高分辨率的彩色图像能够满足生化分析中图像信号的检测工作。关键词：实时图像采集;FPGA;POCT- 43
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提高CCD激光自准直测角精度的硬件方法
摘要：设计了一个CCD激光自准直测角系统。为提高系统的测量精度和实时性，对系统中的硬件参数进行研究，有效改善了采集到图像的质量。降低数据处理难度的同时，缩短了图像处理时间和提高了系统的测量精度。对系统中小孔光阑的直径，CCD的积分时间，会聚镜头的焦距值，采集卡的亮度和对比度参数分别进行分析，寻找优化值对系统进行改进。对改进前后的系统进行对比实验，实验结果表明，改进后系统的测角精度由原来的5.0″提高到了1.0″，处理一帧图像的时间缩短到了0.417s。关键词：CCD激光自准直;硬件参数;图像质量;精度- 39
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发布时间：2020-08-12 -
基于各向异性Markov随机场的三维显微图像复原
摘要：提出了基于小波域各向异性马尔可夫随机场模型的三维显微图像复原算法。小波是当前研究的热点，它能够很好地刻画图像的边缘信息。为了有效地保留图像的边缘，根据小波变换后各个子带小波系数的方向性特点，以各向异性马尔可夫随机场模型作为小波系数的先验概率模型进行正则化处理；本文采用正则化比例系数自适应调整方法，当算法收敛到全局最优时，正则化比例系数也达到最优选择；考虑到噪声的影响，算法在每一步迭代求解过程中，对估计出的图像进行去噪处理。实验结果表明，本文算法能够有效地保留图像边缘等细节信息，去除层间干扰并抑制噪声。关键词：图像复原;边缘保持;各向异性马尔可夫随机场;小波变换- 74
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发布时间：2020-08-12 -
基于多级维纳滤波的OCT图像除噪方法研究
摘要：为了实现光学相干层析成像（OCT）过程中采集信号的噪声去除，设计了基于维纳滤波和对比度增强的OCT图像处理方法。首先对OCT图像的噪声进行了分析，继而针对OCT信号的噪声干扰问题提出一种除噪算法，通过多尺度维纳滤波器对图像进行滤波处理，然后根据区域特性采用对比度增强方法提高图像对比度。实验结果表明：经该方法处理后图像的背景方差（BV）较原始图像降低了3-7倍，而且信噪比高，细节方差和背景方差之比（DV/BV）提高了3-6倍。该方法不仅有效去除了OCT图像的噪声，而且视觉效果良好，是一种有效的图像后处理方法。关键词：光学相关层析成像;多级维纳滤波;除噪;对比度增强- 42
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基于最小偏度采样的UPF算法
摘要：针对一般的粒子滤波中的退化问题，提出了一种改进的Unscented卡尔曼粒子滤波算法。首先，提出了最小偏度采样策略,将该策略用于UKF(Unscented kalman filtering)算法中，以UKF方法生成建议分布并从中采样，解决了一般粒子滤波算法中以转换先验密度函数作为替代分布所引发的粒子退化等问题。其次，将多项式重采样和分层重采样两种方法结合起来进行重采样，有效地减弱了粒子退化问题。最后，给出了非线性序列的仿真算例。理论分析和仿真结果均表明，改进的UPF算法提高了滤波的精度，算法的运行效率也得到了较大的提高。关键词：粒子滤波;Unscented变换;Unscented卡尔曼粒子滤波;采样策略- 28
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发布时间：2020-08-12 -
基于谱间预测和码流预分配的高光谱图像压缩算法
摘要：为解决高光谱图像数据量巨大带来的传输和存储问题，提出一种波段预测去除谱间冗余和码流预分配的高光谱图像压缩算法。由于波段预测后各波段残差图像分配的码流长度关系到该波段的清晰度，同时该波段作为预测波段对后面波段的预测编码产生影响，因此必须设计一种合理的分配各波段码流长度的算法。首先用DPCM预测求出各波段的预测残差图像的标准差，然后根据标准差的大小对该波段进行SPIHT编码需要分配的码流长度预测。最后基于均方差最小的线性预测器对图像各波段进行预测，根据事先分配的码流长度对各波段预测残差图像进行SPIHT编码。该算法在波段间采用最佳线性预测，有效的去除了高光谱图像的谱间相关性。同时设计的分配码流长度的算法能够根据各波段信息量大小，以及和相邻波段的相关性来分配码流长度。实验表明，重建图像平均PSNR高出3D-SPIHT算法0.9～2.5db。因此该算法对高光谱图像有损压缩非常适用。关键词：高光谱图像压缩;SPIHT算法;谱间预测;码流长度分配- 24
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发布时间：2020-08-12
信息科学
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