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最新刊期

2009 年第 3 期

现代应用光学

高精度紫外探测器辐射定标系统
王锐,宋克非
2009, 17(3): 469-474.

摘要：为了对紫外探测器进行高精度定标,满足紫外遥感定量化的需求,构建了一套高精度紫外探测器辐射定标系统。以NIST(美国国家标准技术研究院)紫外标准探测器为基准,在200~400 nm波段对响应度未知的紫外硅探测器,紫外增强型光电倍增管和日盲型紫外光电倍增管进行了绝对标准的传递和光谱响应度、量子效率的标定,并在350 nm对紫外硅探测器的空间均匀性进行了标定。按照国际通用不确定度评估规范,对测量结果进行了不确定度分析和评估。结果表明,总的传递不确定度＜2％。实验证明了以标准探测器为基准,运用替代法建立高精度紫外探测器定标系统的可行性。
关键词：辐射定标;紫外探测器;标准探测器;绝对标准

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发布时间：2020-08-12
紫外-真空紫外空间遥感仪器漫反射板的制备
李博,林冠宇,张明宇,李明明,李权
2009, 17(3): 475-481.

摘要：在铝制漫反射板传统工艺的基础上,提出了紫外-真空紫外遥感仪器使用的铝制漫反射板物理磨砂和化学磨砂的新工艺与检测方法,并搭建了主要测试装置。测试结果表明,新工艺的朗伯余弦辐射特性得到明显改善,在0°与45°入射时,归一化曲线接近标准余弦曲线;300 nm处半球反射率均匀度从0.77提高到0.98;200~400 nm处半球反射率平均提高33%;将其应用于紫外-真空紫外遥感仪器上进行了角度响应测试,漫反射特性明显优于美国2002年发射的同类仪器SBUV/2。
关键词：紫外-真空紫外遥感;漫反射板;散射特性;碱蚀磨砂;半球反射率

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发布时间：2020-08-12
氟化镁窗口氘灯的真空辐射衰减特性
张振铎,王淑荣,李福田
2009, 17(3): 482-487.

摘要：针对真空环境下使用氟化镁窗口氘灯时,氘灯表面易受污染,导致氘灯的紫外-真空紫外辐射强度逐渐衰减的问题,对紫外-真空紫外波段辐射传递标准光源氘灯的真空辐射衰减机理进行了分析。在此基础上,研制了液氮制冷屏装置来抑制氘灯衰减。建立了氘灯真空辐射特性测试系统,利用该系统对液氮制冷屏装置的有效性进行了考察。测试结果显示,在160~300 nm波段,氘灯平均衰减率可由原来的7%/h下降为1%/h,表明液氮制冷屏装置能有效地抑制氟化镁窗口氘灯在真空环境下的辐射衰减。
关键词：辐射传递标准光源;真空辐射衰减;液氮制冷屏;氘灯

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光纤光栅在低阻抗材料动态性能测试中的应用
王为,林玉池,朱萍玉
2009, 17(3): 488-492.

摘要：研究了光纤Bragg光栅在材料性能测试方面的应用。介绍了基于分离式霍布金逊压杆(SHPB)的低阻抗材料动态性能测试的原理,探讨了光纤光栅传感器用于SHPB实验装置中进行应变测试的相关问题。推导了低阻抗弹性杆中传播的应力波与光纤光栅传感器的波长漂移量之间的关系式,构建了光纤光栅高频动态应变测试系统,对SHPB实验装置中被撞击弹性杆的表面应变进行了测试,并与现有仪器进行了对比。实验结果显示,构建的光纤光栅动态应变测试系统在10 kHz的频率范围内,具有40 dB的信噪比。研究表明,光纤光栅在低阻抗材料的动态性能测试中具有很好的应用前景。
关键词：光纤Bragg光栅;低阻抗材料;分离式霍布金逊压杆;动态解调

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二维快速控制水冷反射镜装置设计
邵帅,高云国,郭劲,宣明
2009, 17(3): 493-498.

摘要：为了进一步精确控制激光发射方向,减少反射镜热畸变以提高光束质量,设计了一种新型二维快速控制水冷反射镜装置。根据高功率激光反射镜的设计和制作原则,对反射镜的材料性能进行了分析,采用主动水冷铜镜来减小镜面热畸变使镜面变形控制在0.1 μm以内。然后,分别从机械结构、驱动器和控制系统、角度检测元件3方面设计了反射镜装置,其x-y轴框架式的机械结构形式,可减小反射镜的冷却水管对轴系回转精度的影响,使回转精度＜2″。实验测试结果表明,二维快速控制水冷反射镜装置工作稳定、可靠,控制光束稳定的精度＜1″,可满足对激光传输方向的精确实时控制和对光束整体倾斜方向进行校正等要求。
关键词：高能激光系统;快速控制反射镜;水冷;音圈电机

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基于马赫-曾德尔干涉仪的单相关峰联合变换相关技术
邓晓鹏
2009, 17(3): 499-505.

摘要：针对经典联合变换相关器互相关峰能量分散以及输入图像大小和相对位置受到限制的缺陷,提出了基于马赫-曾德尔干涉仪的单相关峰联合变换相关技术。目标图像和参考图像通过马赫-曾德尔干涉仪的两臂无相对位移输入,实现了互相关峰重叠位于探测器中心,缓解了输入图像的大小和相对位置与变换透镜孔径和探测器接收面积之间的矛盾;采用功率谱相减技术,消除了零级自相关峰对互相关峰的影响,增强了衍射效率。理论分析和实验结果表明,该方法不仅能获得高强度的单相关峰,使抗噪声能力是CJTC的6倍,从而大大增强了识别能力,而且充分利用了输入面空间带宽和探测器的效率,降低了系统成本,特别适合于弱信号噪声环境和大尺寸图像的识别。
关键词：联合变换相关;马赫-曾德尔干涉仪;单相关峰;相对位移

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应用振幅调制纯相位滤波器实现旋转不变识别
吴丹,路远,凌永顺,马超杰,李玉波
2009, 17(3): 506-512.

摘要：提出了一种基于振幅调制纯相位滤波器(AMPOF)的旋转不变识别新算法。该算法充分利用振幅调制纯相位滤波器区分能力强的优点,结合综合鉴别函数方法,拓展了综合鉴别函数(SDF)在畸变不变模式识别领域的应用。利用各幅训练图像傅里叶变换的振幅和相位信息,逐一构建成子滤波器,并将它们加权求和得到合成滤波器;然后采用迭代算法求解出合理的权重系数。仿真实验结果表明:对于实验采用的目标训练图像和非训练图像,改进算法的相关输出峰值大约提高95%~112%;对于只有少量像素的局部训练图像,改进算法的相关输出峰值大约提高74%。这种优化算法使得振幅匹配和相位匹配更加充分,相关输出增益明显增强,能够一定程度地降低训练量。
关键词：旋转不变识别;振幅调制纯相位滤波器;综合鉴别函数;Newton-Raphson迭代算法

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发布时间：2020-08-12
固着磨料加工碳化硅反射镜的微观理论模型
王旭,张学军
2009, 17(3): 513-518.

摘要：基于固着磨料加工碳化硅反射镜的微观作用原理,从理论上定量分析了金刚石磨料压入碳化硅工件的深度对材料去除率、光学元件表面粗糙度的影响,分别获得了材料去除率数学模型及粗糙度的仿真计算结果。实验与理论模型的对比结果表明:去除率实验值与理论值走势相同并稳定在同一数量级内;粗糙度实验所使用的W1.5,W3.5,W5等丸片获得的粗糙度理论值与实验偏差分别为5.97%,3.19%,3.59%,由此验证了理论分析的正确性。
关键词：碳化硅反射镜;固着磨料;丸片;去除率;粗糙度

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像差修正拼接法测量非球面精度的评定
乔玉晶,吕宁
2009, 17(3): 519-524.

摘要：针对用子孔径干涉像差修正拼接法测量非球面的拼接精度问题,提出了一种基于t分布统计的拼接精度分析评定方法。根据测量原理及拼接模型特点,利用残差分析对模型进行回归诊断,使用因变量预测算法和t分布统计模型对拼接精度进行估计与分析。实验结果显示:按t分布评定拼接结果的扩展不确定度为0.362 3λ(0.229 μm),而常规的系统误差检验方法评定拼接结果的扩展不确定度为0.234 μm,两种方法结果基本一致,表明基于t分布统计的方法在保证评定结果准确度的前提下,克服了比较分析法的不确定性,解决了正态分布统计法中置信系数k不能反映子样标准差可靠性对置信概率的影响问题。
关键词：拼接测量;拼接精度;精度评定;t分布;像差修正

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水中总氮的无损快速分析
刘宏欣,张军,王伯光,卢锷
2009, 17(3): 525-530.

摘要：在空气背景下使用不同光程石英样品池(1、2、4 mm)采集了55个自然水样近红外光谱(NIRS),并应用逐步多元线性回归(SMLR)和偏最小二乘(PLS)方法对水样的总氮(TN)含量进行回归分析,建立相应的定量分析模型。实验结果表明:样品池为1 mm时,模型的TN分析值与国标法得到的标准值相关性最高,达到0.97,在显著性水平＞0.05的条件下对近红外光谱分析法与国标法的测定结果进行t-检验,二者无显著差异。结果表明,使用近红外光谱分析法不需任何化学试剂,检测时间短,能够实现水样总氮指标的无损快速分析,并且可以为进一步开发研制总氮在线自动监测系统提供参考。
关键词：总氮;近红外光谱;无损分析;水质监测

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发布时间：2020-08-12
中阶梯光栅光谱仪光学系统的安装及检测
李娜娜,安志勇,崔继承
2009, 17(3): 531-536.

摘要：为提高系统分辨率,保证成像质量,研究了中阶梯光栅光谱仪光学系统的安装及检测方法。通过对光学系统中狭缝、准直镜、棱镜、中阶梯光栅及聚焦镜的准确安装,使之达到设计精度要求。介绍了中阶梯光栅光谱仪所特有的光学元件的安装方法及保证精度的手段。最后,对光学系统的分辨率进行了检测,以瑞利判据为基础推导出分辨率的计算公式,并实际测量得出中阶梯光栅光谱仪的分辨率已达到10 000,满足了设计要求。提出的安装方法可为同类精密仪器的安装和调试提供参考。
关键词：中阶梯光栅光谱仪;分辨率;光学系统

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临界角法检焦系统的设计
郝贤鹏,任建岳,邹振书
2009, 17(3): 537-541.

摘要：利用临界角法检焦具有分辨力高、损失光能小、结构简单、系统调试容易的特点设计了亚微米级检焦系统。介绍了临界角法离焦检测的基本原理,通过合理假设,利用菲涅尔公式和高斯光学公式得到了离焦误差信号的计算公式。实验采用单光路临界角法,利用He-Ne激光器、临界角棱镜、四象限光电探测器、信号采样电路、数据采集卡等元器件组成离焦检测系统,实现离焦信号的提取;通过数字滤波、归一化处理等技术得到离焦误差信号(FES),以此获得FES的大小和变化趋势与离焦量的关系曲线。实验表明,临界角法探焦系统静态分辨力＜15 nm、线性范围可达±4 μm,满足亚微米级检焦系统的设计要求。
关键词：临界角法;离焦检焦;亚微米级

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发布时间：2020-08-12

微纳技术与精密机械

惯性约束聚变束靶耦合的监测及精度分析
刘炳国,刘国栋,浦昭邦,庄志涛,陈凤东
2009, 17(3): 542-548.

摘要：为了提高惯性约束聚变实验中高功率激光驱动装置束靶耦合的精度,介绍了几种束靶耦合监测方法,包括靶室外直接监测,靶室内直接监测,靶室内基于共轭原理的传感器监测等。分析了各种方法的优缺点,并重点对基于光学共轭原理的传感器的耦合精度进行了研究,分析了图像测量误差,CCD保护玻璃引入的误差,调焦导轨运动时引入的误差及传感器标定装校时引入的误差。实验测试及精度分析表明,共轭式传感器引入的束靶耦合误差为±10 μm。采用这种基于光学共轭原理的传感器,可以实现大型激光驱动装置的快速、高精度束靶耦合。
关键词：惯性约束聚变;束靶耦合;误差分析;传感器

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压电微动工作台的动态迟滞模型
张栋,张承进,魏强
2009, 17(3): 549-556.

摘要：为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型。压电工作台的运动定位精度主要受工作台动态特性和迟滞特性的影响,在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型,并给出了采用Prandtl-Ishlinskii (PI)迟滞算子的动态迟滞模型参数辨识途径。以TRITOR100型压电工作台为例进行实验研究,结果表明:当压电工作台在30 μm的定位范围内以±900 V/s的输入电压速率进行快速运动定位时,动态迟滞模型的模型精度比以往常用的线性动态模型和迟滞模型有较大提高,其平均误差为0.16 μm,最大误差为0.38 μm,为高性能运动定位工作台控制系统的设计提供了模型基础。
关键词：压电微动工作台;运动定位;动态迟滞模型;PI迟滞模型;扫描探针显微镜

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发布时间：2020-08-12
用Nd:YAG激光焊接殷钢薄板材料
吴东江,尹波,周秋菊,王续跃,金洙吉
2009, 17(3): 557-562.

摘要：用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源,对殷钢材料Invar36分别进行了平板单道焊接试验和对焊试验,分析了工艺参数(激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量)变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响。检测了0.85 mm厚的殷钢薄板对焊接头的硬度、成分以及拉伸强度。结果表明:激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区面积的主要因素;扫描速度对焊缝表面的鱼鳞状条纹间距影响尤为明显;离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性;合理匹配工艺参数能够实现0.85 mm厚度薄板的对焊,并且获得形貌良好的焊缝。焊缝的组织成分没有发生明显变化,拉伸强度和基体强度相当,显微硬度略低于基体硬度。
关键词：Invar36殷钢;激光焊接;对焊;熔宽;Nd:YAG激光器

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发布时间：2020-08-12
旁路励磁的钢缆索索力传感器
姜建山,黄尚廉,陈伟民,唐德东
2009, 17(3): 563-569.

摘要：基于钢缆索逆磁致伸缩索力测量原理,讨论了一种旁路励磁的索力传感器。用磁导分析法对磁路做了详细的推导,结果表明可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受的外力,传感器输出与外力信号本身的变化、感应线圈的匝数、材料截面积、外激励磁化场及该磁场下的材料磁导率有关。在外力缓慢变化的情况下,可通过求感应积分电压得到外力。从激励磁化方式、参考工作点的选取、传感器的尺寸设计原则等3个方面做了讨论,确定了传感器的参数。最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做了拉力模拟实验,实验结果表明,旁路励磁的传感器测量灵敏度达到1.6 mV/kN,磁路分析与参数设计比较合理,可用于钢缆索的索力测量。
关键词：索力传感器;钢缆索索力;逆磁致伸缩效应;磁路;参数设计

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发布时间：2020-08-12
深切口椭圆柔性铰链
陈贵敏,韩琪
2009, 17(3): 570-575.

摘要：提出了一类椭圆柔性铰链——深切口椭圆柔性铰链,其切口的宽度为椭圆的短半轴,而切口的深度为椭圆的长半轴。基于材料力学中的变截面梁的弯曲理论,通过引入离心角作为积分变量,推导出了这类柔性铰链的转角、转动精度和最大应力的解析计算公式。这些公式简洁、规范,可用于工程设计中的计算和分析。用有限元分析软件ANSYS分析了多个不同尺寸的椭圆柔性铰链,分析结果与解析计算公式的计算结果吻合得很好。其中转角的最大误差不超过4%,最大应力的最大误差不超过5%,转动精度的最大误差不超过7%,说明了这些解析计算公式的正确性。分析结果也表明,这类铰链非常适合于要求高精度传动的应用场合。
关键词：椭圆柔性铰链;柔度;转动精度;有限元法

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发布时间：2020-08-12
应用磁传感器阵列定位跟踪消化道诊疗胶囊
郑小林,李金,侯文生,何金
2009, 17(3): 576-582.

摘要：为实现对消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与跟踪,建立了一种基于三轴磁传感器阵列的磁目标实时定位跟踪系统。该系统使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁传感器阵列检测固定在电子胶囊中的永磁体产生的磁场,通过控制电路和USB接口适配器,将检测出的磁场信号传入计算机,使用非线性最优化方法由磁场信号解出电子胶囊的位置和姿态信息,最后由定位软件实时显示定位结果并保存数据。实验结果表明,该系统对于距离传感器阵列平面150 mm的电子胶囊,平均定位精度＜7 mm,平均定向精度＜6°;同时,该系统能够对距离传感器阵列平面60~220 mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现实时跟踪;并且该系统对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感,基本上能够满足消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与连续跟踪的要求。
关键词：定位;实时跟踪;磁传感器;磁场检测;微型诊疗装置

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发布时间：2020-08-12
硅基PZT压电功能结构
王蔚,田丽,刘晓为,任明远,张颖
2009, 17(3): 583-588.

摘要：为获得适合单片集成的硅基PZT压电功能结构,对近年PZT薄(厚)膜在MEMS领域的研究现状进行了综述分析,提出了一种新型的双杯PZT/Si膜片式功能结构。采用有限元方法对双杯PZT/Si膜片进行了结构优化,得到PZT和上下硅杯的结构优化值为D_PZT∶D₁∶D₂ =0.75∶1.1∶1,一阶模态谐振频率为13.2 kHz。以氧化、双面光刻、各向异性刻蚀以及精密丝网印刷等工艺技术制作了双杯硅基PZT压电厚膜膜片,膜片具有压电驱动功能,PZT压电膜厚达80 μm。实验表明,双杯PZT/Si膜片式功能结构的MEMS技术兼容性好,对芯片内其它元件或电路的影响小,适合作为MEMS片内执行元件的驱动机构。
关键词：PZT;压电功能结构;执行器元件;微机电系统

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油液在线监测系统中的磨粒识别
李绍成,左洪福,张艳彬
2009, 17(3): 589-595.

摘要：针对机械设备磨损状态监测要求,构建了基于显微图像分析的油液在线监测系统。根据系统的光路特点,对磨粒图像进行了基于彩色特征的转换,并通过与背景图像的差值处理来快速提取磨粒目标。基于最小二乘支持向量机设计了两类磨粒分类器,并利用粒子群优化算法对最小二乘支持向量机模型中的参数进行了优化选取。在此基础上,根据磨粒识别体系,设计了磨粒综合分类器。最后,利用铁谱分析技术对系统性能和识别效果进行了检验,结果表明,系统的识别精度达到95％以上,满足磨粒在线监测要求。
关键词：磨粒;机器磨损;在线监测;图像识别;支持向量机;粒子群优化算法

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星上电池的均衡控制
徐拓奇,金光
2009, 17(3): 596-602.

摘要：同组蓄电池中单体电池品质上的不均衡是影响卫星电源系统性能的最重要因素之一。本文针对单体电池的不均衡度建立了数学模型,基于此模型研究了电池的不均衡特性。提出了一种星上电池均衡控制的方法,此方法可在充电与放电状态下,根据每节电池各自的荷电状态对整组串联电池组进行有效均衡。详细说明了基于此种方法的均衡器的硬件电路设计方案和软件设计思想,并且给出了基于51单片机的软件流程图。最后实验证明了通过此种方法可使电池在充电和放电结束后的不均衡度下降到原来的了13.42%和9.39%。实验结果表明此种星上电池均衡控制技术可有效降低同组电池的不均衡度。
关键词：卫星;电源系统;电池均衡

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发布时间：2020-08-12
大型离轴三反相机桁架式主支撑结构的设计与优化
张雷,贾学志
2009, 17(3): 603-608.

摘要：为了提高空间相机主支撑结构的刚度,减轻结构质量,根据大型离轴三反空间相机的特点,研究了其主支撑结构的形式。应用Rayleigh法推导了桁架式主支撑结构的基频计算公式,分析了桁架杆间夹角对其基频的影响,并以此为基础研究了其优化方法和优化过程。优化设计了某预研空间相机的桁架式主支撑结构并对其结构特性进行了分析。分析结果表明,设计的主支撑机构的质量减轻了22 kg,基频可达146 Hz,表明本研究对大型离轴三反空间相机主支撑结构的设计具有参考价值。该研究结果已成功应用于某预研相机的样机研制中。
关键词：空间相机;桁架式主支撑结构;刚度分析;优化设计

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空间相机直线调焦机构的设计
安源,齐迎春
2009, 17(3): 609-614.

摘要：针对空间相机在使用时受空间环境中重力、温度及压力等因素的影响,引起各光学镜面位置相对变化,从而导致像平面与焦平面不重合的问题,在分析空间相机的3种调焦方式及调焦机构设计基本原则的基础上,针对某空间相机的要求设计了一种直线调焦机构。利用滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动,并结合直线导轨约束运动形式,采用绝对式编码器检测位移。该机构具有低摩擦、传动简单等优点,可有效地减少过多的传动环节所带来的传动误差。采取开环控制和闭环控制两种方式检验了该机构的精度,并讨论了误差产生的原因。实验数据的统计分析及残差分析表明,直线调焦机构的开环调焦精度为0.002 5 mm,闭环调焦的精度可达到0.001 5 mm,满足0.01 mm使用要求。
关键词：空间相机;调焦机构;误差分析

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发布时间：2020-08-12
空间相机调偏流机构的设计与控制
谷松,王绍举
2009, 17(3): 615-620.

摘要：为了减小像移对空间相机成像质量的影响,提高相机分辨率,对空间相机像移补偿方法进行了研究。分析了偏流角产生的原因及调整原理,根据本相机自身特点,设计了高精密像移补偿机构。系统采用正弦机构作为传动形式,以80C31作为偏流角控制器,以步进电机为执行元件,以绝对式编码器作为偏流角测量元件,实现了偏流角位置的闭环控制。由于偏流角调整范围在-4°~ +4°之间,以-4°、-2°、0°、+2°、+4°作为假想偏流角期望值,用编码器测得了10组偏流角调整实际数据。实验结果表明:偏流角控制系统精度可达到2',满足系统对控制系统精度＜3'的要求,可以实现高精度的像移补偿。
关键词：空间相机;调偏流机构;像移补偿;偏流角控制

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发布时间：2020-08-12
空间相机消杂光设计及仿真
钟兴,贾继强
2009, 17(3): 621-625.

摘要：针对空间相机中的杂光会引起像质模糊和对比度下降问题,设计了空间相机消杂光机构。研究的空间相机基于同轴三反系统,消杂光机构主要由内外镜筒、视场光阑、里奥光阑和挡光板组成。在内外镜筒的设计中参考了卡塞格林系统的设计方法并利用CAD建模进行辅助设计。为了对消杂光效果进行评价,采用了基于计算机随机光线Monte-Carlo仿真方法。介绍了对表面的散射特性进行描述的双向散射模型、关键面的选取和模型的建立。利用计算机分析得到了空间相机的杂光系数和点源透射比的曲线,子午方向+10°入射的杂光在像面造成的杂光系数在0.35％以下,0~20°的非成像视场点源透射比为10^-6量级,该结果可作为进一步优化设计消杂光系统的参考依据。
关键词：空间相机;同轴三反;杂光;仿真

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发布时间：2020-08-12

信息科学

融合局部和全局结构的流形学习
黄鸿,李见为,冯海亮
2009, 17(3): 626-632.

摘要：提出了一种融合局部与全局结构的保持嵌入(LGPE)算法。该方法首先假定目标空间的整体映射函数,然后结合数据的全局几何结构分布信息进行数据重构,最后通过最小化准则函数来得到嵌入高维空间的低维子流形。LGPE方法在保持数据局部结构的同时保留了全局结构信息,在信噪比为10 dB的稀疏Swiss-roll(N=400)和COIL-20多姿态数据集上都取得了较好的维数约简效果。与其他局部流形学习方法相比,该方法在AT&T人脸图像库中,当嵌入特征矢量维数d<40时,其识别率提高了约15%。在人工与真实数据库的实验结果表明,本文方法对噪声和稀疏数据具有较好的鲁棒性。
关键词：维数约简;流形学习;全局几何结构;局部全局保持嵌入

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发布时间：2020-08-12
大视场双目视觉传感器的现场标定
孙军华,吴子彦,刘谦哲,张广军
2009, 17(3): 633-640.

摘要：分析了摄像机和双目视觉传感器的数学模型,针对大视场视觉测量应用,提出了一种基于基线尺的大视场双目视觉传感器标定方法。在测量空间内任意多次摆放基线尺,由两摄像机拍摄基线尺图像。利用基本矩阵及基线尺上两特征点之间距离的约束,采用线性解和非线性优化相结合的方法同时估计摄像机的内部参数以及双目视觉传感器的结构参数。该标定方法操作简单,标定效率高,无需初始参数即可估计双目立体传感器的全部参数。实验结果表明,该方法适合双目立体视觉传感器的现场标定,在6000 mm×4500 mm的范围内可以得到0.06 mm的测量精度。
关键词：立体视觉传感器;标定;大视场;基线尺;基本矩阵

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发布时间：2020-08-12
应用SLLE实现手写体数字识别
杨晓敏,吴炜,何小海,陈默
2009, 17(3): 641-647.

摘要：针对在手写字符识别中由于书写习惯和风格的不同而造成的字符模式不稳定问题,提出了一种基于流形学习的手写体数字识别方法。在流形学习非监督的基础上引入了监督信息,从而保证高维到低维的映射在保留流形某些结构的同时也可进一步分离不同类别的流形。算法首先利用基于监督的局部线性嵌入(SLLE)对手写体数字图像进行字符特征的降维,然后再对降维后的特征进行分类识别。对MINST库中手写体数字数据库进行了实验,实验结果表明,利用SLLE降维以后的特征能够有效地区分字符,识别率可达到93.27％;由于具有较好的识别率,能够发现高维空间的低维嵌入流形。
关键词：流形学习;监督局部线性嵌入;手写字符识别;非线性降维

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发布时间：2020-08-12
旋转运动模糊的实时恢复
李仕,张葆,孙辉
2009, 17(3): 648-654.

摘要：提出了一种旋转运动模糊恢复算法,用来解决航空成像时旋转运动模糊的实时恢复问题。对旋转运动模糊这种具有异速像移的空间变化模糊进行了分析,并推导出旋转运动模糊的数学模型。用基于Bresenham画圆法的坐标转换方法将旋转圆弧上的空间变化模糊转变为常见的线性空间不变模糊,并使用一维维纳滤波对圆弧轨迹上的像素点进行模糊恢复。实验结果显示:本文算法在GPU处理平台下用3.31 ms即能恢复一帧1 024×1 024,8 bit旋转运动模糊图像,且极好地恢复了图像上的细节信息,恢复图像的峰值信噪比(PSNR)为28.76。算法的速度及效果表明本文所提出的算法具有较大的实用价值。
关键词：航空成像;旋转运动模糊;空间变化模糊;实时恢复

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发布时间：2020-08-12
单条纹截面轮廓传感器的设计与标定
于晓洋,卢丙辉,李琦,刘浩
2009, 17(3): 655-661.

摘要：为实现单条纹截面轮廓传感器的设计与标定,建立了单条纹截面轮廓传感器测量物体表面点空间坐标的数学模型,基于此模型分析了单条纹截面轮廓传感器的测量误差,得出了传感器各结构参数与测量误差之间的关系。在综合分析各结构参数对测量误差的影响的基础上,得出了传感器结构参数设计的依据,并给出了结构参数设计及标定的实例。最后,通过实验的方法对传感器的测量精度进行了验证。实验结果表明:深度测量相对误差＜0.3%,重构的复杂表面具有良好的视觉效果。
关键词：单条纹;轮廓传感器;设计;标定

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发布时间：2020-08-12
基于块遍历的直线边缘特征提取
张建伟,张启衡
2009, 17(3): 662-668.

摘要：为了能够快速而精确地提取图像中扩展目标的直线边缘特征,提出了一种基于块遍历的直线提取方法。该算法先通过块遍历整个图像,然后按照直方图把块分类并进行二值化,再通过链码得到相同单像素直线的多个块表示,然后通过这些直线的斜率和截距进行分类,最后对分类结果求均值。仿真结果表明,该方法不仅能正确地提取直线特征且提取的直线可以达到亚像素精度,其角度定位精度超过0.01 rad。从运算量和复杂性来看,其综合性能要优于经典霍夫变换方法,可以得到很好的直线提取结果,并为硬件实现打好基础。
关键词：直线检测;特征提取;Freeman链码;二值化;亚像素

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发布时间：2020-08-12
高速CCD图像数据光纤传输系统
张达,徐抒岩
2009, 17(3): 669-675.

摘要：提出了一种多路高速CCD图像数据光纤并行传输系统,并应用于空间遥感相机中。设计并实现了单路有效数据率最高可达1.28 Gb/s的光纤传输通道。阐述了系统设计思想,光纤传输通道结构,并对其中的关键技术-高速总线接口、高速串行光电接口等进行了详细分析。实际完成了5通道TDICCD图像数据光纤并行传输系统,总有效数据率高达5.7 Gb/s。实验证明该系统工作稳定可靠,实时传输效果好,无误码,满足了高速多通道CCD图像数据的速率和距离传输要求。
关键词：光纤传输;数据传输;图像数据;电荷耦合器件

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星空背景数字图像的生成
张伟,潘海斌,鲍文卓,丛明煜,曹移明,李克新
2009, 17(3): 676-682.

摘要：提出了一种相机在回路的星空背景数字图像生成方法。依据光度量与辐射度量的关系,建立恒星成像信号强度模型,计算目标在焦面的成像强度。通过星图软件SKYMAP对天区内恒星数目及星等进行统计,拟合得到相机观测视场内恒星数目与星等的统计函数。使用该统计函数模拟相机视场内的恒星数目及其对应的星等。最后,基于成像信号强度模型、恒星数目及星等的统计函数以及恒星在焦面的成像特性,提出全天区统计的星空背景数字图像生成方法。基于具体的相机CCD与光学系统参数,对星空背景数字图像生成方法进行仿真验证。结果表明,该方法可生成较大星等(星等＞10)的星空背景图像,基本满足了现有空间目标检测与跟踪算法对星空背景数据的要求。
关键词：空间监视;星空背景;星等;数字图像;成像;灰度值

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发布时间：2020-08-12
由形态学边缘模式匹配实现数字稳像
王小鹏,阎国梁,裴建刚,晏鑫
2009, 17(3): 683-689.

摘要：针对在一些实际应用场合摄像机设备的震动造成的视频序列失稳,提出了一种基于形态学边缘模式匹配的数字稳像方法。该方法首先利用形态学方法提取视频图像边缘,然后利用当前帧子块与参考帧子块的边缘进行特征匹配,以确定当前帧子块相对于参考帧的局部运动矢量。对得到的局部运动矢量进行分析判决,以确定该局部运动矢量是否为真正的抖动偏移量,消除视频帧本身因存在局部运动目标、低对比度、纹理区域等因素对全局运动矢量估计的影响;最后,通过判别确认的局部运动矢量确定全局运动矢量并进行运动补偿,实现数字稳像。仿真实验表明,由于该方法的块局部运动矢量采用1 bit边缘进行最大相关值估计,因而复杂度低,而采用异常情况判决准则消除了其对真正运动矢量估计的影响,稳像精度高,可应用于因摄像头平移震动等因素造成的视频序列失稳。
关键词：数字稳像;形态学边缘;模式匹配;运动矢量:运动补偿

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发布时间：2020-08-12
星载遥感图像JPEG2000压缩算法的去量化
杜列波,肖学敏,罗武胜,吕海宝
2009, 17(3): 690-694.

摘要：随着空间技术的发展,空间遥感图像的数据量呈几何级数增加。为了满足JPEG2000星载遥感图像压缩系统的实时性要求,提出了一种对压缩算法进行优化和改进的方法。分析了离散小波变换后拉伸提升算法和JPEG2000量化算法。然后,通过一个新的拉伸量化因子将量化过程与后拉伸小波变换中的提升过程结合起来,减少了JPEG2000压缩算法的量化操作。最后,介绍了去量化处理方法的定点实现。实验结果表明:应用去量化处理方法可以使JPEG2000压缩算法中拉伸和量化过程所需要的时间降低50％,提升了JPEG2000星载遥感图像压缩系统的实时处理能力。
关键词：遥感图像;JPEG2000;图像压缩;离散小波变换;后拉伸;提升算法

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发布时间：2020-08-12

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