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最新刊期

2009 年第 10 期

现代应用光学

电控可变焦128×128元自适应液晶微透镜阵列
李晖,张新宇,张天序,沈绪榜
2009, 17(10): 2351-2358.

摘要：借鉴已有的单圆孔电极液晶透镜的结构与设计方法，发展得到了新型的电控可变焦128×128元的液晶微透镜阵列。该面阵液晶微透镜使用ITO玻璃作为上下基板，其中上基板电极是将ITO膜通过光刻技术和盐酸腐蚀方法得到了128×128元圆孔阵列图案；而下电极基板就是ITO膜。上基板电极的圆孔阵列整齐的排列，每个圆孔的直径为50μm，圆孔之间的间隔为100μm。夹在上下基板之间的液晶层的厚度为20μm。该面阵液晶微透镜的特性为：在0.2VRMS～5.0 VRMS电压范围下，该面阵液晶微透镜的焦距范围为50μm～400μm。进一步的测试实验结果表明，该面阵液晶微透镜的点扩展函数近似于理论数值，并且该面阵液晶微透镜的工作电压与焦距是成反比例关系，以及该面阵液晶微透镜具有与传统制作的面阵微透镜一样的多重像成像效果。
关键词：自适应光学;液晶;大面阵微透镜

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发布时间：2020-08-12
基于Lowtran软件包和Gabor匹配提高紫外告警系统探测距离
陈兆兵,荣誉,郭劲,姜伟伟
2009, 17(10): 2359-2364.

摘要：紫外告警的虚警率较低但探测距离太近，而红外告警则与之互补。基于此提出一种将紫外告警与红外跟踪相复合的应用于地面设备的新型告警/跟踪一体化模式。重点分析了紫外告警系统的探测机理、捕获条件及作用距离影响因素。据此提出了一种基于Lowtran软件包的紫外告警系统探测距离估算模型，用于精确估算紫外告警系统对近程固体推进剂导弹的探测距离。针对UVCCD图像信号处理对探测距离的重要影响，提出基于Gabor特征的图像匹配方案。通过系统仿真实验，证明该模型在系统硬件不变的条件下能将探测距离估算的准确性控制在5%以内，将目前紫外告警系统的探测距离由最远5km提高到最远8km，大大提高了告警系统的探测质量。本方案模型可用于其他光电探测设备。
关键词：复合告警;紫外告警;探测距离;目标探测;信噪比

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发布时间：2020-08-12
光学加工中高频误差对散射损失比的影响
戴一帆,吴冬良,王贵林
2009, 17(10): 2365-2370.

摘要：以大型光学系统主镜为研究对象，根据光学镜面面形误差近似高斯平稳随机过程特征，结合Harvey-Shack散射理论以及统计光学理论，建立了光学镜面中高频误差RMS与散射损失比RSL之间的数学关系模型，利用实际加工数据进行了仿真验证。研究表明，散射损失比RSL随着中高频误差RMS的增加近似呈指数规律增加，同时在聚焦范围内，理论分析与仿真计算结果非常吻合。在中频误差和高频误差RMS值分别小于λ/63时，对RSL的影响均小于1%，为光学镜面的进一步修形提供理论支持。
关键词：光学主镜;中频误差;高频误差;散射损失比;误差均方根

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发布时间：2020-08-12
白光日冕仪光学系统杂散光抑制
张红鑫,卢振武,夏利东,刘华
2009, 17(10): 2371-2376.

摘要：“夸父计划”是由“L1+极轨”的三颗卫星组成的一个空间观测系统，夸父A星中一个重要的仪器是白光日冕仪(2.5 R⊙ -15 R⊙ )，并且在我国是首次研制。日冕仪的工作特点决定了其对杂散光抑制要求及其严格。本文通过分析系统工作特点，设计了白光日冕仪，系统视场4度、角分辨率14角秒、口径30mm、焦距200mm、系统总长1080mm、其中光学系统370mm，37pl/mm的MTF值大于0.5；根据其杂散光抑制的结构特点，利用多个光阑互相共轭的空间位置关系，系统的四个主要杂散光光源从结构上被全部抑制，从而达到了良好的杂光抑制水平。
关键词：日冕仪、杂散光、光学设计

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发布时间：2020-08-12
相位法激光测距接收系统
贾方秀,丁振良,袁峰
2009, 17(10): 2377-2384.

摘要：相位法激光测距作为一种高精度的测距方法，在很多领域中得到广泛应用，在激光调制频率一定的情况下，测距速度和精度取决于相位差测量的速度和精度，并受信号串扰等因素的影响。基于此，提出了一种新的相位差放大测量的方法，在不增加测量时间的同时将测相精度提高1/N倍，并结合欠采样技术避免了混频器和其他多余器件的使用，减小了串扰对系统的影响；高频弱光信号入射到雪崩光电二极管上，会在输出信号上产生相位延迟导致测距误差，我们提出灵活控制加在雪崩光电二极管上的反向偏压的方法减小该相位延迟，对于调制频率为18.5MHz波长为650nm的激光，当入射光强度为0.5uW时，可将相位延迟从1.4度压缩到0.03度之内；建立了信号串扰产生测相误差的数学模型，并通过实验给出了采取不同屏蔽措施时串扰对测相误差的影响。实验结果证明，当调制频率为18.5MHz时，测相精度为0.014度，相应测距精度可达0.3mm 。
关键词：激光测距;接收系统;串扰;欠采样;相位测量

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发布时间：2020-08-12
机载光电平台球罩的视轴指向误差
韩松伟
2009, 17(10): 2385-2391.

摘要：摘要:机载光电平台光学镜头前的通光窗口,多选用内外球心重合的等厚球形玻璃球罩。球罩在加工过程中产生内外表面球心不重合，会给视轴指向精度带来附加误差。本文根据光路图推导出了产生这种误差的数学表达式，分析了内外球心偏离对视轴指向精度的影响。实验结果表明，实测数据与数学推导结果吻合得很好。当某型号球罩的内外表面球心沿视场中心线的偏离达到0.26mm时,45视场处的视轴指向误差实测值达到0.075,超出了0.029（0.5mrad）的允许值。为了将球罩加工误差带来的视轴指向偏差减小到0.017（0.3mrad），内外球心偏离必须控制在0.10mm以内。
关键词：光电平台;玻璃球罩;视轴指向精度

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发布时间：2020-08-12
相关函数拟合极值法在二维位相板衍射光斑定位中的影响因素
郎治国,谭久彬
2009, 17(10): 2392-2400.

摘要：为了提高相关函数拟合极值法在二维位相板衍射光斑亚像素定位中的计算效率，针对相关函数拟合极值法中的模板大小、拟合窗口大小及相关函数三种影响因素进行了详细分析，分析过程以仿真图像检验法为理论基础。分析结果表明，三种影响因素均对计算效率产生较大影响，整像素搜索时模板和拟合窗口大小的选取对定位精度影响最大。同理，对二维位相板衍射光斑亚像素定位实验中的搜索模板和拟合窗口大小进行了优化设计：最佳模板大小为51×51pixel，拟合窗口的最佳大小为3×3pixel，与选用恰好包含整个衍射光斑时的模板（131×131 pixel）相比较，整个定位过程的计算时间缩短了40%，在不损失定位精度的同时有效提高了计算效率。
关键词：计算效率亚像素模板相关函数拟合窗口

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发布时间：2020-08-12
大型望远镜四通变形对俯仰轴系
赵勇志,张景旭,吴小霞
2009, 17(10): 2401-2405.

摘要：摘要：为了解决大型望远镜俯仰轴系检测精度不能达到系统指标，而系统运转性能却优异的问题。本文通过对影响1m望远镜俯仰轴系精度主要因素—中间体（四通）进行了有限元分析和运算，得出四通在不同俯仰角度的变形曲线，并与实际检测结果进行对比，找出两者的相同特征进行补偿。按此方法使得望远镜俯仰轴系晃动误差PV值从2.42″降到0.95″，RMS值从0.7″降到了0.3″，提高了系统精度模型的准确性。
关键词：四通;俯仰轴系精度;有限元法;误差补偿。;1m望远镜

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发布时间：2020-08-12
激光束照射下大芯径SI-PDF光纤传输特性研究
张美
2009, 17(10): 2406-2410.

摘要：应用于短距离传输的大芯径SI-PDF光纤，必须考虑漏泄光线对光纤传输功率的贡献。本文应用射线光学分析方法，推导了不同入射角的激光束与大芯径SI-PDF光纤的功率耦合传输公式，对不同入射角激光束照射下不同长度SI-PDF光纤的输出功率特性进行了实验研究。给出了在激光束照射下SI-PDF光纤光耦合功率随入射角度的变化关系曲线，并给出不同入射角度激光束在光纤中的损耗系数。结果表明：对大于12°入射的激光束，输出功率随入射角增加成指数衰减规律；不同角度入射激光束在光纤的单位长度内损耗值随角度增大而增大，在12°时损耗值为26 dB/km，在24°时达到了82 dB/km。
关键词：SI-PDF光纤漏泄模式光线光纤传输特性

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发布时间：2020-08-12
大型激光装置光学元件的稳定性分析
谢娜,周海,张军伟,林东晖,陈良明
2009, 17(10): 2411-2417.

摘要：大型高功率固体激光装置对打靶精度有很高的要求，总的打靶精度通常在几十微米。而分配到单个光学元件的稳定性指标只有几微米或者几个微弧度，某些光学元件的稳定性指标甚至小于一微弧。这就对结构的稳定性提出了很高的要求。以一大型激光装置为背景，以关键光机系统为例进行稳定性设计。应用有限元理论对关键光学元件及其支撑结构的稳定性进行分析，以验证光机结构设计的合理性。分析结果表明关键光学元件均满足稳定性设计指标和裕度系数。
关键词：高功率固体激光装置;光学元件;支撑结构;稳定性

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喇曼放大器中噪声的性能影响分析
袁建国,张本,叶文伟
2009, 17(10): 2418-2424.

摘要：分析了拉曼放大器(RA)的ASE噪声、等效自发辐射因子、等效噪声系数以及RA中ASE噪声、瑞利噪声、光纤长度和开关增益分别对光接收机信噪比的影响，并对双重瑞利背向散射噪声进行了理论计算，且进行了相关数值仿真。计算与仿真结果表明：在同一信号输入条件下，RA相对掺铒光纤放大器（EDFA）能提高光接收机的信噪比；RA的等效自发辐射因子小于1且其随开关增益的增加而减小，因而优于EDFA；RA的瑞利噪声可以忽略的条件为RA的增益小于15dB; 并且还得到对优化设计RA具有重要参考价值的一些其它结论。
关键词：放大自发辐射噪声;瑞利噪声;双重瑞利背向散射(DRB);信噪比;喇曼放大器

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发布时间：2020-08-12
基于光栅的贴片机对准系统的精度标定
刘文超,钟毓宁,王选择,谢铁邦
2009, 17(10): 2425-2430.

摘要：贴片机对准系统的精度标定是视觉定位的关键环节，直接影响贴片精度与贴片质量。传统的标定方法往往需要进行大量的矩阵计算和分析，来确定相机的坐标系与世界坐标系和图像坐标系之间的关系，因此要掌握大量的三维几何知识与投影理论，并且计算繁杂。本文提出的基于光栅的精度标定方法，将光栅图像灰度值之和形成一组周期固定的准正弦信号，通过像元平移把图像条纹灰度值变为李萨如图。通过对李萨如图及其数据进行分析与处理，直接计算出光学系统的分辨率，实现光学系统的精度标定。实验结果表明这种标定方法的精度高，偏差小于0.2微米,精度达到亚微米级，满足贴片机的对准精度要求。
关键词：贴片机;对准系统;精度标定;光栅;李萨如图

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发布时间：2020-08-12
锻压制件及其模具的三维光学测量系统精度评价新方法研究
张德海,梁晋,郭成
2009, 17(10): 2431-2439.

摘要：VDI2614/2634是三维光学测量系统精度评价的通用方法，国标锻压制件及其模具光学三维几何量检测规范正在草拟中，提出了一种应用于锻压制件的光学测量系统精度评价新方法，制定了测量方案。以每组为一个子系统，分别计算出每组的极差、平均差和标准差，定义平均差和测量平均值的比值为子系统的系统相对误差，定义极差和测量平均值的比值为子系统的偶然相对误差。综合考虑各子系统的相对误差和权重，计算出测量系统的系统精度和偶然精度。为统一评价标准，提出了标准系统精度、标准偶然精度和标准精度的概念和计算方法。利用此方法对自主开发的XJTUOM光学测量系统进行了评价，得出其标准精度为0.89的结论，该方法为锻压制件检测的国标制定提供了参考。
关键词：平均值;极差;标准精度;光学

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发布时间：2020-08-12
光谱成像仪CCD组件热分析及验证
许杰,郭亮
2009, 17(10): 2440-2444.

摘要：某型光谱成像仪是一台集多光学通道和多探测器于一身的复杂的空间光学遥感器，其光机结构、安装方式和载荷分布均呈非对称形式，整机热控十分复杂。CCD组件作为成像的重要组成部分，同时也是整机热控的难点，其热设计的好坏直接关系到成像的质量。本文着重讨论分析了某型光谱成像仪CCD组件热设计的特点，给出了相应的热设计方案，应用IDEAS-TMG对此组件进行了仿真分析，达到了热控设计的指标要求，最后通过试验对热设计方案进行了验证。
关键词：光谱成像仪;CCD组件;热分析;热试验

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发布时间：2020-08-12

微纳技术与精密机械

光纤磁流体电磁场传感新方法研究
胡涛,赵勇
2009, 17(10): 2445-2449.

摘要：摘要：以磁流体纳米功能材料为腔内介质，提出一种新型的光纤F-P电磁场传感器，并给出了基于光纤光栅波长扫描的信号解调方法。对磁流体的可控折射率特性及其对电磁场测量原理进行了充分的分析，介绍了传感器系统的结构和原理。对所提出的方法以及影响测量结果的因素进行了初步的实验，结果表明，测量特性具有较好的线性度，且得出温度和磁流体薄膜厚度都会对测量结果有影响的结论。
关键词：光纤F-P滤波器;磁流体;光纤传感器;电磁场测量

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发布时间：2020-08-12
空间成像光谱仪主体支撑技术研究
许杰,张军强
2009, 17(10): 2450-2455.

摘要：为了改善某型号空间成像光谱仪主体支撑方式对系统光机结构稳定性的影响，从三个方面分析了系统光机结构稳定性的表达方式，介绍了常用空间光学遥感仪器的支撑方式。在传统支耳支撑方式不能满足离轴非球面三反射镜（TMA）系统热稳定性的情况下，提出了一种新的双耦合的支撑方案并对其进行了理论分析。优化设计过程中，采用有限元分析软件MSC.PATRAN对的三维样机进行工程分析，结果表明，在正弦振动载荷作用下，主体一阶频率为95Hz；在10℃均匀温降与自重耦合作用下，各反射镜面RMS最大值为12nm、PV最大值为60nm，主镜绕Z轴的转角由原来的55''降低为12''。热真空环境下整机成像试验获得的光谱数据验证工程分析的正确性，双耦合的支撑方案能满足整机刚度和光机系统的热稳定性的要求。
关键词：成像光谱仪;支撑技术;结构设计

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发布时间：2020-08-12
基于自锁原理的磁悬浮飞轮电磁锁紧机构
韩邦成,刘强
2009, 17(10): 2456-2464.

摘要：摘要：针对空间用磁悬浮飞轮在发射过程需要保护的性能需求，提出了一种基于机构自锁原理的可重复电磁锁机构，针对某型磁悬浮飞轮设计了质量为158克的锁紧/解锁机构，尺寸为45mm×49mm×40mm，建立了锁紧/解锁机构的数学模型；针对地面和空间两种环境，分析了机构在锁紧和解锁过程中锁紧力和解锁力的变化曲线，结果表明最大锁紧力为650N，保持锁紧和解锁状态的力分别为133.8N和-9.4N，可有效实现锁紧和解锁功能，重力对锁紧机构的性能影响很小，并根据某型卫星发射过程中的正弦振动、随机振动和冲击力学试验验证了锁紧机构，从而为磁悬浮飞轮的空间应用奠定了坚实的技术基础。
关键词：磁悬浮飞轮;锁紧机构;自锁

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发布时间：2020-08-12
多通道柔性神经微电极加工工艺研究
邢玉梅,惠春,徐爱兰,李刚,赵建龙,任秋实
2009, 17(10): 2465-2472.

摘要：目的：设计并制作多通道柔性神经微电极，对微电极的加工工艺进行研究。方法：采用一种新型的柔性聚合物材料——聚对二甲苯（parylene C）作为微电极的基底和绝缘材料，借助微细加工技术，制作柔性神经微电极。结果：利用上述方法制作了36通道（按6×6矩阵排列）的柔性神经微电极，微电极的尺寸分别为150m（圆形）和150m×150m（方形），电极引线线宽为30m。无论微电极为圆形或方形，表面均平整光滑、轮廓清晰。电学性能测试结果表明：1kHz时微电极的阻抗仅为7k左右，且随着频率的增加，阻抗逐渐降低，呈明显高通特性。结论：微电极加工质量较好，电学性能优良。实现了微电极和柔性基底的集成，有利于高效率批量制作。为视觉假体中柔性神经接口的研制奠定基础。

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发布时间：2020-08-12
Al2O3陶瓷薄片CO2连续激光弯曲试验研究
吴东江,张强,郭东明
2009, 17(10): 2473-2479.

摘要：脆性材料的激光弯曲成形技术是激光快速成形技术的重要应用，有着广阔的应用前景。本文通过改变激光功率、扫描速度等工艺参数，利用CO2连续激光对氧化铝陶瓷薄片进行弯曲试验，同时引入线能量密度来寻求适合弯曲的最佳工艺参数，并结合氧化铝陶瓷的高温性能分析了其激光弯曲特点。试验结果表明：采用CO2连续激光可以对氧化铝陶瓷薄片进行弯曲，弯曲角度可达2°；氧化铝陶瓷的激光弯曲过程具有强烈的温度敏感性，当试样表面温度大于临界温度时，弯曲角度迅速增加；适合弯曲的最佳线能量密度范围为17～24 J/mm 。
关键词：激光弯曲;氧化铝陶瓷;温度敏感性;塑性变形

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发布时间：2020-08-12
阵地地貌反求测量中像机标定技术研究
王崴,唐一平,张宇红,时冰川,徐晓东
2009, 17(10): 2480-2485.

摘要：针对阵地地貌测量重构中相机参数标定问题，基于像机的内参数模型，提出了一种多相机并联阵地地貌测量标定方法。该方法基于主动视觉原理，利用测量支架在线性独立位置安装四部相机，并采用并联装置驱动相机同时拍摄，从而实现与三次独立线性平移效果相同的拍摄。根据该标定方法设计了阵地地貌测量标定实验，实验结果表明fu /fv的相对误差小于3.87%，u0、v0绝对误差在4个像素的范围内，s的变化范围在3倍以内，该方法适合于阵地地貌测量的方便、快捷标定。
关键词：阵地地貌;地貌测量;相机标定

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发布时间：2020-08-12
基于圆心约束最小二乘圆拟合的短圆弧测量方法
朱嘉,李醒飞,谭文斌,向红标,陈诚
2009, 17(10): 2486-2492.

摘要：坐标测量中通常采用最小二乘法拟合几何元素。测量短圆弧时，由于特征点数少，受到的噪声干扰大，测量精度难以保证。本文针对基于机器视觉系统的短圆弧测量，分析了采用最小二乘法多点测圆时，圆弧中心角对圆心及半径测量误差的影响，提出了圆心约束最小二乘圆拟合方法。利用本文的方法测量理论半径10mm，中心角20°的短圆弧，测量误差小于0.01mm。对比实验表明，利用圆心约束最小二乘圆拟合法测量短圆弧能有效提高拟合精度。
关键词：最小二乘法短圆弧半径测量

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发布时间：2020-08-12
蓝宝石晶体双面研磨加工的实验研究
文东辉,洪滔,张克华,鲁聪达
2009, 17(10): 2493-2498.

摘要：为了实现对蓝宝石晶体的高效低损伤研磨加工，对蓝宝石晶体的双面研磨加工表面粗糙度、研磨均匀性和亚表面损伤层的深度进行试验研究。采用280#碳化硼磨粒双面研磨(0001)面蓝宝石晶体，首先考察了研磨时间对材料去除速率、表面粗糙度的作用规律，根据蓝宝石晶体切割表面状态确定了双面研磨的加工余量，接着，通过WYKO粗糙度仪从微观上分析了蓝宝石晶体表面的研磨均匀性，最后应用纳米压入测试分析了亚表面损伤层的深度。实验结果表明：蓝宝石晶体经过120分钟的双面研磨加工后可以获得Ra0.523μm，Rt<6.0μm的表面，亚表面损伤层小于1μm。
关键词：蓝宝石;双面研磨;均匀性;亚表层损伤

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发布时间：2020-08-12
基于改进模拟退火算法的关节臂式坐标测量机参数辨识
高贯斌,王文,林铿,陈子辰
2009, 17(10): 2499-2505.

摘要：结构参数误差是影响关节臂式坐标测量机精度的主要因素之一，精确辨识其结构参数可以有效地提高测量机的精度。建立基于Denavit-Hartenberg模型的六自由度关节臂式坐标测量机坐标变换方程，分析基于锥孔的参数辨识原理，提出一种改进的模拟退火算法用于测量机的结构参数辨识，该算法在接近最优解时将减小搜索范围以提高搜索效率和求解精度，并保留中间过程的最优解。以单点重复精度为目标函数，利用改进的模拟退火算法对研制的六自由度关节臂式坐标测量机的结构参数进行辨识。实验结果表明，经过参数辨识后，测量机的单点重复精度提高了7.87倍，长度测量精度提高了5.59倍。
关键词：关节臂式坐标测量机;结构参数辨识;标定;精度;模拟退火算法

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发布时间：2020-08-12
轴棱锥顶点加工精度分析
吴逢铁,江新光
2009, 17(10): 2506-2511.

摘要：由菲涅耳衍射理论出发详细地分析轴棱锥顶点加工误差对光束传输特性的影响。分析指出，当轴棱锥顶点加工成圆形时，它相当于一个平凸镜，对光束起点聚焦作用；而双曲线顶点模型更贴近真实加工的轴棱锥，这时衍射光束因为干涉原因产生振荡，形成畸变无衍射光束。文章理论推导了不同顶点加工轴棱锥的衍射光场表达式，模拟分析了光束传输变换特性，最后针对双曲线顶点加工的轴棱锥提出改进方案，修正后的光束特性效果理想，对实际加工的轴棱锥应用具有很好的指导意义。
关键词：轴棱锥;顶点加工精度;无衍射光束

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发布时间：2020-08-12
金刚石飞切加工微结构表面的表面粗糙度研究
赵清亮,郭兵,杨辉,王义隆
2009, 17(10): 2512-2519.

摘要：为了获得具有纳米级表面质量的微结构表面，利用‘Nanosys-300’超精密复合加工系统实现了微结构表面的三维金刚石飞切加工，研究了主轴转速、进给量以及背吃刀量对微结构表面粗糙度的影响。通过对理论表面粗糙度分析可知：金刚石飞切加工微结构时理论表面粗糙度沿法线方向并没有变化，而沿进给方向存在着周期变化。减小进给量f和金刚石飞刀前端角ε或增大切削半径可以降低理论粗糙度值。实验分析结果表明：表面粗糙度值Ra随进给量的增加而增加，主轴转速对Ra影响不大。切削PC时，在5μm-40μm范围内，Ra随背吃刀量的增加而增加；而切削LY12时，在2μm-10μm范围内，Ra随背吃刀量的增加而减小。实验中Ra最好可达38nm（LY12）和43nm（PC）。最后利用优化工艺参数加工出了微沟槽阵列和微金字塔矩阵微结构。
关键词：超精密加工;微结构表面;飞切加工技术;金刚石刀具;表面粗糙度

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晃动基座下激光陀螺捷联导航系统初始对准预滤波新方法
吕少麟,谢玲,陈家斌
2009, 17(10): 2520-2527.

摘要：激光陀螺捷联惯性导航系统在晃动基座下进行初始对准，外界的干扰会令激光陀螺和加速度计的噪声增大，从而使初始对准的时间延长，甚至不能完成对准。对激光陀螺和加速度计输出简单的采用低通滤波的方法，并不能有效的抑制传感器噪声。采用小波方法，虽然能够抑制噪声的影响，但是由于小波的高计算复杂度和块处理结构，很难在线实现。针对这个问题，本文提出一种新的预滤波方法，将传感器输出通过低通滤波之后再通过一个基于隐式马尔可夫模型的稳态卡尔曼滤波，这样就能有效的降低基座晃动带来的噪声，同时不降低对准的精度。实验结果表明，本文提出的预滤波方法计算复杂度低，滤波效果明显，能够很好的辅助激光陀螺捷联导航系统在晃动基座下完成精对准。
关键词：激光陀螺;捷联导航系统;初始对准;隐式马尔可夫模型;卡尔曼滤波

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信息科学

基于升序复核的并行三维图像骨架化算法
康瑕,滕奇志,唐棠,何小海
2009, 17(10): 2528-2534.

摘要：提出了一种新的基于升序复核的并行三维图像骨架化算法。设计判别简单点的新方法，称之为8-6树。只需遍历8树和6树，即可判别出简单点，而不用计算欧拉描述。通过新的标记规则和升序复核，将距离变换和6轮子迭代并行细化相结合，弥补了一般串行算法的缺陷。通过保留凸点控制噪声对骨架带来的影响。最后得到的骨架不仅位置准确,而且其连续性和拓扑结构都能得到保证。对大量三维图像进行实验取得了很好的效果。此外，本算法也可用于骨架化二维图像。
关键词：骨架化;8-6树;升序复核;并行算法

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双通道卫星通信信号快速盲检测（重投）
彭耿
2009, 17(10): 2535-2541.

摘要：能量谱检测在信噪比较高时具有很强的鲁棒性，但在信噪比较低时检测性能会急剧下降；而双谱检测利用非高斯噪声和信号的双谱信息，在信噪比较低时也可能获得较高的检测概率。针对卫星通信侦察环境的复杂时变、低信噪比等特点，提出了基于能量谱和双谱切片的双通道卫星通信信号快速盲检测方法。它同时利用了信号的二阶和三阶统计信息，增加了检测所可利用的信息量，有利于检测性能的提高。计算复杂度分析表明了算法的快速实时性，仿真结果验证了算法的有效性。
关键词：信息处理技术;盲检测;能量谱;双谱切片;卫星通信信号

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基于粒子滤波的彩色图像跟踪算法的研究
吴川,杨冬
2009, 17(10): 2542-2547.

摘要：摘要；在以往的视频跟踪中,目标检测和跟踪常常需要两个计算法则,过程比较复杂，实现耗时较多。为了实现序列彩色图像的实时检测与跟踪，本文以目标有无信息和目标位置信息为变量建立联合状态向量，利用粒子滤波方法实现目标检测及跟踪。此外为了减少计算量并且充分考虑到跟踪区域各像素的权重，建立基于颜色信息的特征直方图作为观测向量，用于后验估计。实验证明本文提出的方法能够在14.37ms内检测并跟踪目标，并且对目标的旋转变化和尺度变化具有一定的鲁棒性
关键词：目标检测;跟踪;粒子滤波;特征直方图

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基于NAND型闪存的高速大容量图像存储器的研究
余辉龙,何昕,魏仲慧,王东鹤
2009, 17(10): 2548-2554.

摘要：针对单片闪存存储速度低，容量小，且存在无效块的问题，提出了高速大容量图像存储器的可靠性存储方案。通过分析闪存的组织结构和特征，并区分闪存写入无效块和非写入无效块，提出了基于CAM的数据分类匹配检测机制，提高无效块信息匹配速度，采用SRAM阵列冗余备份防止数据写入错误，在此基础上，提出了具有双总线结构的双流水线机制，多个流水线级出现写入无效块时，不中断流水线。通过搭建硬件平台，实验证明，该方法能够在5个系统时钟周期内实现无效块匹配，其持续存储速度达到960Mb/s，持续读取速度达到1.152Gb/s，擦除速度达到27.3Gb/s,系统存储容量为80Gbyte。
关键词：无效块管理;内容可寻址存储器;冗余备份;双流水线;双总线结构

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掌纹图像采集装置的研究
苑玮琦,赵继忠
2009, 17(10): 2555-2560.

摘要：鉴于目前掌纹采集系统都采用扫描仪或图像采集卡采集掌纹，利用PC机来实现掌纹识别的系统结构，本文提出了一种新型的基于DSP的掌纹采集系统。通过视频解码器SAA7113H将掌纹图像转换成数字图像，利用TI公司的TMS320VC5509A DSP为控制芯片，实现了脱机模式的掌纹图像的采集。通过掌纹图像采集实验，得到了采集最佳掌纹图像的光源及光学结构。由实验所得结论，该系统满足实时性要求，有很高的识别率。
关键词：DSP;环形光源;SAA7113H;掌纹采集

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基于彩色图像的结构光重构三维表面颜色渲染
于晓洋,赫佳峦,黄明,吴海滨,魏正宜
2009, 17(10): 2561-2568.

摘要：许多行业已不仅需要获取物体的三维形貌信息，还需要获取物体的颜色信息，因此表面颜色渲染技术受到了广泛关注。但在直接赋颜色的过程中，存在由于被测表面几何特性不同而带来的误差。为了反映被测表面的几何特性变化，本文将被测表面分解为若干子单元，因此被测表面几何特性的变化即可视为各子单元与投影仪以及摄像机之间相对位置的变化。在此基础上建立了上述位置关系的数学模型，分析了各子单元的斜率变化与其入射、反射光强的关系，结合这种关系对颜色的影响，并从消除入射光、反射光的影响给颜色渲染的误差出发，给出了子单元选取准则，从而提出一种不受入射、反射光强影响的颜色渲染方法。利用结构光三维测量系统得到的三维测量数据，进行了颜色渲染仿真实验和物理实验，结果表明：被测表面各局部位置的入射、反射光强得到了统一的修正，经过渲染后的被测表面颜色信息与其真实颜色基本吻合，变换测量角度仍能获得良好的视觉效果。
关键词：颜色渲染;子单元;彩色图像;光强修正

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基于三元伪随机编码的可控震源信号设计
孙锋,王忠仁,陈祖斌,樊丹丹
2009, 17(10): 2569-2575.

摘要：常规的可控震源Chirp扫描信号的地震响应存在着相关信号旁瓣大、分辨率低的缺点。本文针对可控震源地震勘探的特点，对伪随机编码扫描方式进行研究，并分别采用二元伪随机扫描工作方式和三元伪随机扫描工作方式进行对比，研究了二元、三元伪随机码的生成方法，利用得到的伪随机码得到实际应用的伪随机序列，并将所研制的三元伪随机编码扫描信号发生器嵌入到了具有自主知识产权的电磁驱动可控震源上，通过测试将得到的自相关函数进行分析，得到了适合于地震勘探的伪随机编码扫描信号。
关键词：可控震源;三元伪随机序列;编码;相关噪声

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基于形态学top-hat变换的支票方形印鉴自适应分割方法
何瑾,刘铁根,张忠传
2009, 17(10): 2576-2585.

摘要：摘要：目的：为了准确分割支票中的方形印鉴图像，为印鉴真伪自动识别提供无失真的二值待验图像和预留图像，本文提出一种基于top-hat变换的自适应形态学分割算法。方法：根据支票印鉴的色彩信息和拓扑结构特点得到方形印鉴的灰度图像。为了准确分割印鉴中具有不同笔划结构和背景均匀度的印鉴成份，印鉴灰度图像被分成四个子区域。对每个子区域中的字符和印框分别作top-hat变换增强图像细节后，再用Otsu方法二值化。Top-hat变换中所用结构元素的尺寸对分割结果有很大影响。本文根据每个子区域中印框和字符的结构特点分别迭代地计算适用于它们的最佳尺寸结构元素。结果：分割350枚不同支票方形印鉴，分割准确率为99.43%。可以准确地分割笔划复杂且分布密集的方形支票印鉴图像。结论：能够准确分割支票方形印鉴图像，有效的减少了分割结果中容易出现的笔划粘结和残缺失真，降低了对原始印鉴图像的质量要求。
关键词：支票方形印鉴;图像分割;自适应;top-hat变换;结构元素

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基于模式匹配及其参数自适应的PCB焊点检测算法
吴福培,邝泳聪,张宪民,欧阳高飞
2009, 17(10): 2586-2593.

摘要：为了提高在线自动光学检测(AOI)系统检测印刷电路板(PCB)焊点的准确率和速度，对PCB焊点进行了研究。通过研究由特定结构光源和3CCD彩色相机获取的PCB焊点图像，基于常见的良品、多锡、少锡、假焊等焊点类型，提取焊点图像关键子区域的面积特征，在此基础上，建立了五种焊点类型的特征矩阵模型，并根据同类焊点相似程度最大为原则设计了检测焊点的模式匹配算法。此外，本文还给出了一种参数自适应方法对各检查项所用到的阀值参数进行学习与校正。在实验研究中，对含有1040个Chip焊点的PCB进行了检测，结果显示本文所提算法对焊点检测的准确率可达96.5%，检测所用时间为9秒。研究结果表明，本文算法具有较高检测准确率和检测速度。
关键词：自动光学检测系统;焊点检测;特征矩阵;模式匹配;参数自适应

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卫星数传通信仿真系统设计与实现
郭旭静,王祖林,涂歆滢,许建忠,赵毅寰
2009, 17(10): 2594-2599.

摘要：提供了一种卫星数传通信系统运行仿真平台的设计方法。首先利用带通采样定理，对仿真系统进行了采样率设计，总结了最低等效载波频率的计算公式，可直接应用该公式进行设计，同时进行了与实际系统时间和频率的等效设计；其次根据系统的功能结构，设计了系统软件架构和运行进程；最后根据需要建立了相应的功能模型。该卫星数传通信仿真系统包括独立运行和网络调度运行两种工作模式，能够仿真包括射频调制在内的发射和接收所要求的功能模型，并提供分析评估模型。通过分析评估模型，给出了整体仿真系统的频谱、眼图、误码率与信噪比的情况，通过分析，仿真的结果与理论是相吻合的。
关键词：卫星通信;采样;仿真等效;级联编码;调制解调

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基于三阶非线性Volterra模型的自适应快速辨识算法
刘立峰,汤建华,田兴志
2009, 17(10): 2600-2605.

摘要：摘要：目的：在RFID倒扣封装设备研制中，高速倒扣机械手具有很强的非线性和时变特性，线性控制方法难以满足要求，因此采用非线性自适应逆控制方法进行控制。此方法的关键是采用三阶非线性Volterra模型对机械手进行在线实时辨识，并满足建模精度和速度的要求。但采用常规方法因其计算时间长不能满足辨识速度要求。文章提出了一种快速辨识算法，可使系统辨识满足以上要求。方法：首先，利用不同阶输入向量的结构关系，由低阶输入向量直接构建高阶输入向量。接着，根据不同阶核的相关性从低阶核加速估计高阶核。最后，把线性变步长LMS方法引入到非线性自适应算法中，并用Lyapunov全局稳定理论进行证明。结果：通过对实际系统的辨识实验表明：与常规方法比较，辨识时间从100毫秒缩短为30毫秒，提高辨识速度3.3倍，降低辨识失调93.3%，同时还具有更高的辨识精度。结论：满足了对非线性系统辨识的精度要求和实时性要求。
关键词：非线性;自适应;辨识;Volterra;快速算法

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跟踪窗口自适应的Mean Shift跟踪算法
颜佳,吴敏渊,陈淑珍,张青林
2009, 17(10): 2606-2611.

摘要：目的：针对传统Mean Shift跟踪算法中当目标发生形变时因跟踪窗不能动态改变导致跟偏甚至跟丢的缺陷，提出了一种新的跟踪窗口大小和方向自适应的改进算法。方法：首先采用跟踪窗口内协方差矩阵的主分量分析方法来计算跟踪目标的方向和尺寸大小；然后联合相似性度量和卡尔曼滤波器来更新跟踪窗口。结果：实验证明，本算法针对不断旋转和缩放的运动目标仍能对其进行准确实时的跟踪。结论：改进算法能够满足非刚体目标跟踪系统的要求。
关键词：Mean Shift;目标跟踪;主分量分析;形变目标;卡尔曼滤波器

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红外图像实时显示增强系统设计
吴家伟
2009, 17(10): 2612-2619.

摘要：为了解决红外实时图像处理系统中热像仪输出大动态范围和监视器显示输出小动态范围之间的矛盾，满足信息处理系统大数据量高实时性的要求，设计了一种新的基于FPGA实现的红外实时图像增强算法。首先采用均值滤波的思想统计图像的局部极值，然后使用多级均值法计算图像灰度变换区间分界点，最后对图像作分段线性灰度变换，整个算法通过FPGA实现。实验结果表明，该方法不仅解决了非制冷红外焦平面阵列探测器输出值随其工作时间变化的问题，而且消除了图像中探测器盲元的干扰，丰富了图像背景细节，增强了图像显示效果。与直方图变换等传统图像增强算法相比，该算法计算时间缩短了1.38ms，占用存储资源减少了42倍。在工程应用上，该方案简单可靠，成本较低，易于FPGA实现，可为其他红外实时图像处理系统的设计提供参考。
关键词：局部极值;多级均值;线性变换;图像增强;实时处理

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发布时间：2020-08-12

争鸣专栏

利用异形像元探测器的超分辨成像方法
刘妍妍,张新
2009, 17(10): 2620-2627.

摘要：随着光学成像全面进入光电数字成像时代，大多数成像系统的空间分辨率受限于探测器，所以提高探测器分辨率成为高分辨光电成像系统中的核心问题。而探测器的低分辨率主要是由于低采样频率和像元感光区的孔径效应而造成。最直接的解决方法就是减小像元尺寸，但会降低其他性能参数；针对最主要的限制因素——采样频率不足，目前多采用基于过采样原理的超分辨重建技术，通过提高探测器采样的频率来提高探测器的空间分辨率，但是其提升效果受到像元孔径效应的制约。为了进一步提高探测器受限的成像系统的空间分辨率，提出一种基于异形像元探测器的超分辨成像方法，将两列线阵异形像元探测器亚像元推扫实现像元细分，然后利用两列探测器所输出的灰度矩阵信息，重建出最终的高分辨图像。并分别通过理论评估和具体实验两方面验证该方法可以同时提高探测器的采样频率和截止频率，拓展带宽，从而实现高分辨率的目的。
关键词：超分辨成像;异形像元;像元细分

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