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最新刊期

2009 年第 9 期

微纳技术与精密机械

空间相机电子设备热控系统设计
陈立恒,吴清文,罗志涛,董吉洪,江帆
2009, 17(9): 2145-2152.

摘要：摘要：为了解决大功率的空间相机电子设备的散热问题，对其热控系统进行了设计与仿真分析。针对需要散热的电子元器件、印制板以及机箱采取了加导热片、表面发黑处理、涂导热填料等导热和辐射方式进行散热。根据电子设备的空间环境和采取的热控措施，应用TMG软件建立了热分析模型，对其热控系统进行了仿真分析，同时进行了电子元器件的结温计算。结果表明，电子设备的印制板的温度范围为35.6℃～45℃，电子元器件的结温温度范围为45.4℃～88.5℃，均低于降额热控温度指标。热控系统设计合理，所采取的热控措施能够满足设计要求。
关键词：空间光学;空间相机;电子设备;热控系统;仿真

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发布时间：2020-08-12
月球探测器软着陆最优控制
单永正,段广仁,吕世良
2009, 17(9): 2153-2158.

摘要：研究了一种应用非线性规划求解有限推力作用下月球探测器软着陆最优控制问题的方法。从庞德里亚金极大值原理出发，将有限推力作用下月球软着陆问题转化为两点边值问题；在考虑边界条件及横截条件的前提下，将两点边值问题转化为针对共轭变量初值和末时刻的优化问题；而后应用非线性规划方法求解形成的参数优化问题，为了降低初值猜测的敏感性，引入一种变换，用控制变量初值代替了共轭变量初值。仿真结果表明了所提设计方法是简单、有效的。

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发布时间：2020-08-12
基于噪声分析的波长表面等离子体共振分析仪的数据处理
郝鹏,吴一辉
2009, 17(9): 2159-2164.

摘要：波长SPR（表面等离子体共振）分析仪的分辨率主要取决于仪器的灵敏度和噪声水平决定的波长分辨率两部分，但高波长分辨率的光谱仪往往以牺牲波长探测范围为代价。因此，为了在保证波长SPR分析仪的动态范围的同时，提高其分辨率，降低波长SPR分析仪噪声的影响，分析了分析仪的噪声来源：与光强有关的光源本身产生的噪声和入射光光子噪声；与光强无关的信号后处理电路、温度等引起的噪声两部分噪声对SPR分析仪探测力的影响。以波长SPR分析仪的信噪比为目标，对波长SPR的数据处理进行了优化。其优化结果：最佳的处理曲线部分为SPR信号最强波长所对应的反射系数R1与信噪比最大波长所对应的反射系数R2之间前半部分的SPR曲线。基于这段最佳的处理曲线，提出了一种部分质心法的数据处理算法。实验结果表明，经优化后波长SPR分析仪，其分辨率提高了将近10倍，动态范围扩大了2倍，采用此种算法测得的折射率在1.3325-1.3600甘油溶液的线性相关系数大于0.99，说明此种算法对测试结果的线性度不会产生不利的影响。
关键词：表面等离子体共振传感器;生物传感器;噪声分析;数据处理

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发布时间：2020-08-12
鲤鱼尾鳍瞬时三维形态测量
蒋明,张曙,何小元
2009, 17(9): 2165-2169.

摘要：提出了鱼在自由游动状态下尾鳍实时三维形貌的测量方法。将影栅云纹投射在鲤鱼尾鳍表面，产生包含三维形态信息的云纹，由高速摄像机采集瞬时序列变形条纹，运用傅立叶变换轮廓术对序列图像进行处理，并将相位解包裹方法用于动态过程瞬时三维相位场的相位展开中，重建了鲤鱼尾鳍自由游动的瞬时三维形态，再现了尾鳍的连续摆动过程。
关键词：高速摄像;影栅云纹;傅立叶变换;鲤鱼尾鳍;瞬时三维形态

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发布时间：2020-08-12
用于大功率激光二极管列阵的硅基微通道热沉研制
杨涛
2009, 17(9): 2170-2175.

摘要：将田口稳健设计方法用于面向大功率激光二极管列阵的硅基屋脊式微通道热沉的优化设计，利用正交试验和信噪比分析实现了参数的稳健优化。采用激光二极管条对样品进行了封装和测试。利用砷化镓激光波长的温度漂移系数估算出了中间的激光二极管条的有源区温升。测试结果表明，该微通道热沉的单位面积热阻约为0.070 K•cm2/W，与有限元分析结果基本一致。
关键词：激光二极管列阵;微通道热沉;稳健设计;数值传热分析;封装

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发布时间：2020-08-12
丘形柔性神经微刺激电极阵列
孙晓娜
2009, 17(9): 2176-2183.

摘要：为了实现电极位点与靶细胞的良好接触，改善刺激效果，同时保证刺激电极自身安全，本文提出了一种具有圆滑外形的丘形柔性神经微电极阵列。以光敏性聚酰亚胺(Durimide 7510)为基质材料，利用光刻和金属层图形化结合电镀工艺，本文制作了6×6丘形柔性神经微电极阵列，每个电极位点底面直径为150μm，高度约为50μm。通过数值模拟、形貌观测和电学性能测试对制备的微电极进行了评价。实验结果显示，相对于传统的平面微电极阵列（具有相同底面积），三维丘形电极位点的阻抗（@1kHz）降低了约4倍，可实现更有效的刺激。而相对于塔形电极，丘形电极则具有更均匀的表面电流密度分布，有利于电极长期工作的安全性。
关键词：刺激电极;丘形柔性电极;微电极阵列;电流密度

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发布时间：2020-08-12
微电铸中电流-流体耦合场数值分析及实验
邵力耕,杜立群,王立鼎
2009, 17(9): 2184-2190.

摘要：微电铸是LIGA/UV-LIGA的核心技术，在微机电系统和微纳米制造领域有着很好的应用前景。为了探究微电铸的内在规律，需要对影响铸层生长的阴极电流密度和流体流场进行数值仿真研究。以微流控芯片的微模具为研究对象，在建立微电铸的数学模型的基础上，分别给出描述电流密度和流体流场的偏微分方程。运用有限元法对微电铸体系进行三维数值仿真，得到电流密度分布和流体流场分布的数值结果。选择十字铸层上的测量点，由测量点处电流密度和流体流速仿真数据计算出微电铸4小时的铸层生长高度仿真值，与相同工艺条件的微电铸实验铸层生长高度进行对比。结果表明，对应各测量点微电铸生长高度仿真值和实验值的变化趋势接近，绝对偏差小，最大绝对偏差为4.437μm，最小绝对偏差为0.264μm。这种数值仿真方法能够用于微电铸工艺和设计的辅助分析，缩短微电铸工艺的开发周期。
关键词：微电铸;阴极电流密度;流体;三维数值仿真

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发布时间：2020-08-12
加速度的扰动补偿在控制系统中的应用
刘晶红,朱志强,沈宏海,韩松伟
2009, 17(9): 2191-2198.

摘要：为了提高直流力矩电机速度控制系统的伺服性能，使精密光电稳定平台具有更好的动态性能和更强的抗干扰能力，提出了一种基于加速度信号的扰动补偿控制方法。该方法建立了标称控制器，并利用加速度信号构造扰动观测器，快速、精确地补偿外界扰动及由模型误差造成的影响，从而提高系统的响应速度及抗扰动能力。实验结果表明，该控制方法显著地改善了电机控制系统的动态性能，使电机响应迅速而且没有超调；对于阶跃型外界扰动，系统的速度仅出现了宽度仅0.1 s的脉冲型波动，且幅度比PID控制至少减小50%。此外，控制系统对于电机模型的不确定性具有鲁棒性。本文所述控制方法容易实现，适于工程应用。
关键词：电机控制；伺服系统；扰动补偿；加速度

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发布时间：2020-08-12
高精度无导轨位移平台的结构设计
张倩
2009, 17(9): 2199-2205.

摘要：为了使现阶段在各个机械相关领域中广泛使用的高精度位移平台性能更加完善，位移直线度、定位精度更高，制造成本更低，而研制了高精度无导轨位移平台机构。该机构是根据平行四边形和比例杆运动原理研制出来的，并且通过各项指标实验证明该机构完全能够达到以上要求，此外，该机构安装方便，体积小，养护简便，在有无重力的条件下均能正常使用，既可应用于航天等领域，也可以应用于其它要求的高精度位移系统中。
关键词：无导轨;高精度;位移平台;平行四边形;比例杆驱动结构

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发布时间：2020-08-12
静电陀螺仪长球形空心转子的径向变形设计
陶丽芝,孙新民
2009, 17(9): 2206-2211.

摘要：根据弹性力学薄壳理论的载荷弹性变形计算公式，应用小变形独立作用与合成原理，构建了静电陀螺仪空心转子表面径向载荷的径向变形与离心载荷的径向变形的迭加计算公式，并按径向变形迭加计算公式构造了两极长、赤道短的长球形空心转子。该长球形空心转子在高速旋转工作时能具有较为理想的圆球形。最后，以示例对两极长、赤道短的长球形空心转子的设计、加工、测量进行了说明。
关键词：静电陀螺仪;球形空心转子;长球形空心转子

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发布时间：2020-08-12
压电陶瓷管微位移测量与非线性校正
宋志杨,董维杰,崔岩
2009, 17(9): 2212-2217.

摘要：介绍了一种用于原子力显微镜的压电陶瓷管X/Y方向微位移特性的测量与校正简易方法。采用涡流位移传感器测量微位移，通过100倍放大提高检测灵敏度；产生X/Y方向控制电压的D/A和采集微位移信号的A/D均为16位，最高位移分辨率计算值为0.4nm。根据原子力显微镜中压电陶瓷管的工作特点，利用测量得到的确定扫描范围下的位移-电压关系，通过对等间隔像素点施加所对应的非等间隔控制电压序列的方法进行非线性校正，控制电压序列可依据像素点精度要求通过插值算法获得。系统采用LabVIEW虚拟仪器技术，扫描频率和扫描像素分辨率调节方便，校正前后的压电陶瓷管最大位移滞回偏差分别为10.1％和0.4％。
关键词：压电陶瓷管;涡流位移传感器;非线性校正;虚拟仪器

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发布时间：2020-08-12
基于高场非对称波形离子迁移谱的生化传感器的设计
李华,王晓浩,唐飞,林镇翔
2009, 17(9): 2218-2223.

摘要：基于高场非对称波形离子迁移谱原理设计了一种由离子源，迁移区和检测器3部分组成的生化传感器。传感器采用真空紫外灯作离子源，高纯氮(99.999%)为载气，在常压下工作。加工了两种由两平行金属极板组成的迁移区，一种由两平板铜块组成，尺寸为25 mm×10 mm×1 mm；另外一种由微机电（MEMS ）工艺加工，尺寸为20 mm×10 mm×1.5 mm。MEMS工艺加工的迁移区间距为1.5 mm，电场强度＜10 000 V/cm，不能过滤丙酮离子;铜块迁移区间距为1 mm，电场强度＞10 000 V/cm。当方波非对称射频电压峰峰值为1 600 V，频率为195.8 kHz，占空比为30%，补偿电压为-8.63 V时，采用平板铜块迁移区实现了丙酮离子的位移补偿，实验结果验证了传感器的性能。
关键词：高场非对称波形离子迁移谱；生化传感器；迁移区；微机电系统

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发布时间：2020-08-12
飞行器侧摆和前后摆对空间相机成像质量的影响
闫得杰
2009, 17(9): 2224-2229.

摘要：通过分析飞行器侧摆和前后摆对成像质量的影响，提出了空间相机对飞行器侧摆角和前后摆角范围的要求以获取高信噪比和高分辨力的图像。根据空间相机像移产生的机理，给出了侧摆和前后摆情况下像移计算参数的公式，及侧摆角和前后摆角引起的像移。使用调制传递函数作为图像质量的评价依据，确定了满足空间相机成像质量要求的侧摆角和前后摆角范围。分析了侧摆和前后摆对地面像元分辨力的影响。通过计算得出，满足积分级数为96级，调制传递函数不小于0.95的要求，当相机成像时侧摆角和前后摆角的控制误差为0.1°，侧摆角和前后摆角应不大于4.8°；或当侧摆角和前后摆角的控制误差为0.05°，侧摆角和前后摆角应不大于9.5°。实验结果表明，本文提出的方法简单，易于实现，适用于空间相机成像质量的研究。
关键词：空间相机;侧摆和前后摆;像移;调制传递函数;像质

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发布时间：2020-08-12

现代应用光学

采用在线成型工艺的光纤光栅传感器
李剑芝,杜彦良,刘晨曦
2009, 17(9): 2069-2075.

摘要：为了实现对光纤光栅的温度补偿功能，基于一种新型的热应力温度补偿机制，设计并制造出一种新型的、采用在线成型工艺的光纤光栅温度自补偿应变传感器，该传感器不仅具有温度补偿功能，而且可以实现应变增敏，解决了管式封装胶粘不牢、胶层老化的问题，以及温度补偿的传感器不能测量应变的问题。实验结果表明，在-20℃~40℃的温度变化范围内，传感器实现了良好的温度补偿和应变增敏效果；其中在实验温度范围内，光栅传感器的波长基本保持不变；应变敏感性为1.69pm/，增至原来的1.4倍，与理论计算值吻合的很好。
关键词：光纤光栅温度补偿在线成型应变负膨胀

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发布时间：2020-08-12
400mm薄镜面主动光学试验系统
李宏壮,林旭东,刘欣悦,王富国,杨飞,张丽敏,王建立,韩昌元
2009, 17(9): 2076-2083.

摘要：采用400mm口径，12mm厚的球面反射镜进行了主动光学实验，通过背部12个主动支撑点校正面形，实验中通过干涉仪测试镜面面形，采用阻尼最小二乘法计算各支撑点的校正力。通过校正，将初始状态的1.22波长RMS的面形误差校正到0.12波长RMS，接近了镜面加工的0.1波长RMS面形精度，说明所采用的主动校正过程是正确可行。
关键词：主动光学；主动支撑；阻尼最小二乘法

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发布时间：2020-08-12
人眼波前像差测量中的照明系统设计
张培茗,陈家璧,杨雪,谢海明
2009, 17(9): 2084-2090.

摘要：使用Hartmann-Shack传感器测量大像差人眼时，细平行光照明会导致波前像差测量的精度下降。设计并实现了一种自动的可调照明系统，在入射光路中加入了一个位置可以自动调整的准直透镜，调整这个透镜的位置可以准确的改变照明光的光屈度，精密电控平移台可以对准直透镜的位置进行快速准确扫描定位。实验中对模拟人眼像差进行了测量，分别用细平行光照明和自动可调照明系统的实验结果进行了对比。实验结果显示，使用自动可调照明使传感器获得图像的信噪比由2:1提高到10:1，对近视-5D模拟人眼测量的结果也由-4.285D±0.208D提高到-5.041D±0.157D，结果显示，使用自动可调照明系统提高了Hartmann-Shack传感器图像的信噪比，使测量结果更加准确。
关键词：人眼像差;照明系统;Hartmann-Shack传感器;电控平移台

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发布时间：2020-08-12
卫星光通信天线系统轴向间隔的精确调试方法研究
俞建杰,谭立英,韩琦琦,杨玉强
2009, 17(9): 2091-2098.

摘要：在卫星光通信系统中，光学天线是影响激光信号发射和接收的关键子系统，干涉仪则是实现其精确装调的有效工具。由于实际使用的干涉仪的波长与光学天线的工作波长通常并不相等，此时利用干涉仪只能完成垂轴像差的调整，而不能完成轴向间隔的精确调试。为实现单波长干涉仪对不同波长光学天线轴向间隔的高精度装调，必须考虑由干涉仪和光学天线的波长差异引入的间隔偏差。根据光学天线在干涉测量装置中的光程差表达式，建立了由波长引起的光学天线物镜和目镜的轴向间隔偏差与干涉条纹变化量的关系式，并据此提出了精确调试光学天线轴向间隔的方法。模拟仿真结果表明，利用该关系式能较精确的完成光学天线轴向间隔的调试，其模拟调试误差小于15%，基本满足卫星光通信终端对光学天线的装调要求。

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发布时间：2020-08-12
一种帘幕式快门曝光精度分析
张雷,丁亚林,蒋贵德
2009, 17(9): 2098-2105.

摘要：为了确定帘幕式快门各尺寸参数曝光精度的关系，推出曝光精度的数学模型。分析了影响快门曝光时间精度的主要因素，用误差合成法对快门曝光时间进行了精度分析，为设计提供了依据。首先，结合帘幕式快门的工作原理及快门的曝光时间表达式建立了曝光精度的数学模型。然后，对曝光时间表达式中的各个参数的误差进行了分析，应用误差合成法对各个参数误差对曝光时间的影响程度做了分析计算。最后，对现有航空相机中应用的快门进行了精度的分析计算。实验表明：曝光时间精度随着帘缝宽度的增加而提高，现有航空相机的快门的曝光时间最低精度为曝光时间的6.4％，高于理论计算精度8.59％。在1/1000s－1/100s范围内快门的有效曝光时间与帘缝宽度成正比，帘缝宽度对曝光精度的影响是帘缝速度对曝光精度影响的3.6倍，快门曝光时间的精度随着帘缝宽度的增加而提高。
关键词：帘幕式快门;曝光时间;误差分析;曝光精度

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发布时间：2020-08-12
基于Zn2SiO4:Mn的硅基成像器件紫外响应增强薄膜制备及其表征
刘猛,张大伟
2009, 17(9): 2106-2111.

摘要：为了增强CCD、COMS等硅基光电成像器件的紫外响应，在其光敏面镀上“紫外—可见”变频薄膜将紫外光变为可见光，以实现CCD、COMS等硅基光电成像器件的紫外响应。 Zn2SiO4:Mn由于粒子直径小，稳定性好，荧光量子效率高等优点，在增强光电器件紫外响应领域有着很广泛的应用前景。现用“旋涂法”法在石英基底上生成 Zn2SiO4:Mn紫外增强薄膜，并对其透射光谱、吸收光谱、激发光谱与发射光谱等光学性质进行测量分析。实验测得薄膜在300nm以下透过率极低，在300nm以上透过率很高且平稳；对300nm以下的光具有很强的吸收，对300nm以上的光吸收很弱且很平稳；激发峰在265nm,发射峰在525nm,即能将紫外光转化为可见光。同时分析了Zn2SiO4:Mn 薄膜的均匀性、厚度、稳定性等物理性质对其变频性能的影响，可知Zn2SiO4:Mn 薄膜是一种可用于增强CCD等光电器件紫外响应的紫外增强薄膜。
关键词：Zn2SiO4:Mn;成像器件;紫外响应;薄膜

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发布时间：2020-08-12
斩盘产生的中子脉冲特性模拟
李新喜
2009, 17(9): 2112-2119.

摘要：为更好地进行转盘式中子斩波器的设计，分别对单盘和异向双盘的中子脉冲的形成特性进行了模拟计算。采用国际上常用的Mcstas模拟计算软件，建立单盘和双斩盘的结构模型，分别针对相应物理参数进行模拟。获得了相关物理参数对斩盘产生脉冲的影响曲线，讨论了单斩盘与双斩盘脉冲形成的束流特性的差别与优缺点。结合实际应用，针对异向旋转双盘，在特定物理参数下，第二斩盘窗口宽度的选择应在不超过34mm的范围内综合选择。计算结果可为斩波器的理论设计以及相关物理参数的选择提供理论支撑。
关键词：中子斩盘;物理参数;Mcstas软件;束流脉冲

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发布时间：2020-08-12
激光粒度测量的综合反演及参数选择
王燕民
2009, 17(9): 2120-2127.

摘要：本论文提出了一种应用于激光粒度测量的无模式综合反演算法，即，二阶段迭法算法。该算法综合采用了改进共轭梯度法和松弛迭代法各自的优点，使用了共轭梯度法作为第一步预迭代，利用其快速收敛性和解的平滑性得到第二步迭代的初始解，而后，采用了改进的松弛迭代法对第一步的初始解进行改进。使用该方法能使解在稳定性和准确性方面得到了一定程度的改进。对算法进行了分块操作，并对所有模块如共轭迭代法，正则化法，松弛迭代法进行分析，指出模块的可行性与必要性，同时进行参数的最优化选择。
关键词：激光;光能;粒度测量;反演算法

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发布时间：2020-08-12
激光测距仪中基于脉冲电流供电的高精度温度控制系统
贾方秀,丁振良,袁峰
2009, 17(9): 2128-2135.

摘要：半导体激光器及雪崩光电二极管作为激光测距仪中发射和接收系统中的关键器件，温度对其性能的影响限制激光测距仪的测量精度。而且二者均为小功率器件，精密测温电路中采用Pt电阻测温时，Pt电阻的自热效应产生的测温误差不能忽略。基于此，在对Pt电阻测温的误差产生机理做详细分析的基础上，提出了一种新的脉冲电流供电的方案，建立了脉冲电流供电电路及其自热升温过程的数学模型，给出了脉冲宽度和热量积累的关系，通过合理控制脉冲宽度大大减小了自热效应引起的测温误差；使用高阶正交多项式拟合的方法对Pt电阻的非线性进行了补偿，给出了该系统温度测量模块测量数据与一级标准铂电阻温度值的比较实验，在不同的温度点，该温度测量系统的最大误差为 0.0006度。系统稳定性测试结果表明，该系统在0度到15度的温度范围内各温度点控制稳定度均优于±0.005度。
关键词：激光测距;温度控制;脉冲供电;自热效应

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发布时间：2020-08-12
在轨光学相机探测图像数字仿真系统设计与实现
程军,张伟,鲍文卓,曹移明,丛明煜
2009, 17(9): 2136-2144.

摘要：根据在轨光学相机测量原理与工作环境，建立了空间目标相对运动学与反射光学特征模型、相机成像模型以及背景恒星成像模型；分析了相机测量噪声及相机探测灵敏度并在仿真中考虑了对干扰因素成像质量的影响，完成了现有星表中背景恒星的视星等根据相机的探测波段范围进行了仪器星等的等效计算，以提高仿真图像的逼真度；根据相机工作原理设计了仿真流程，应用Visual C++与Open GL技术完成了仿真软件的实现。
关键词：在轨光学相机探测数字仿真天基测量

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发布时间：2020-08-12

信息科学

流水线并行处理提高星敏感器数据更新率
钟红军,杨孟飞,卢欣
2009, 17(9): 2230-2235.

摘要：星敏感器是当前广泛应用于航天器姿态测量的高精度光学姿态敏感器。小型化、低功耗、高精度、高数据更新速率是现阶段星敏感器发展的共同特点。本文介绍了星敏感器数据更新时间的组成；着重介绍了流水线并行处理机制提高星敏感器数据更新率的方法，并给出了串行工作机制、二级流水线机制、三级流水线机制在星敏感器中实现结果。最后介绍了多星敏探头和软件插值等提高数据更新率的方法。
关键词：星敏感器;数据更新率;流水线;并行处理

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发布时间：2020-08-12
DSP并行系统的并行粒子群优化目标跟踪
许廷发（理工）
2009, 17(9): 2236-2240.

摘要：摘要：针对串行粒子群优化（Particle Swarm Optimizer, PSO）算法存在计算量大、速度慢的问题，给出了一种基于DSP并行系统的并行PSO跟踪算法。在研制的4个DSP并行系统上，采用基于消息传递模型及单种群的Master-Slave模式设计实现并行PSO跟踪算法。DSP-A实现初始化设置，其他3个DSP-B、DSP-C、DSP-D并行计算每个粒子的适应值。最后，DSP-A比较每个粒子的适应值与其个体极值的优劣，选择较好的个体极值和比较选择整个种群的最优解，更新每个粒子的位置与速度。利用系统采集实际序列图像进行了算法仿真验证，与串行PSO跟踪算法相比，加速比提高2.525，效率提高63.13％。关键词：目标跟踪；并行PSO算法；DSP；并行系统
关键词：目标跟踪;并行PSO算法;DSP;并行系统

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发布时间：2020-08-12
超高速FFT处理器的设计与实现
范进,金声震,孙才红
2009, 17(9): 2241-2246.

摘要：为了满足精密检测系统的需要，设计高速FFT是系统的核心问题，而并行流水线技术是实现大规模高速FFT运算的基本技术。该FFT处理器主要基于现场可编程门阵列芯片（FPGA）, 采用并行处理和SDF(Single—path Delay Feedback)流水线技术，内存资源较并行结构有所减少，运算速度较单独的SDF流水线结构有所提高。建立了处理器的算法和设计模型，并根据模型对处理器组成模块进行了优化设计，在保证处理器速度的同时，大大减小了资源消耗，其工作频率可以达到150MHz，数据率超过600Msps，其FPGA仿真结果和实验室平台测试验证了设计的可行性。
关键词：快速傅里叶变换;流水线结构;并行处理;现场可编程门阵列

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发布时间：2020-08-12
光电跟踪系统鲁棒自调整内模控制设计与分析
姬伟,李奇,许波,赵德安
2009, 17(9): 2247-2254.

摘要：光电跟踪系统广泛应用于制导武器、航空航天观测设备以及靶场光电测量仪器等领域。针对光电成像测量时滞和模型不确定性，设计了一种鲁棒自调整内模控制算法。给出基于相位裕度和幅值裕度指标的系统控制器整定方程，分析得到了模型失配情况下的系统鲁棒稳定条件以及参数的设计准则，引入基于二次型性能指标的优化方法在线自适应调整控制滤波器参数来提高系统的控制性能和鲁棒性。在光电跟踪转台上的实验结果表明，所设计算法可有效地克服光电图像跟踪器测量时滞所造成的跟踪偏差，跟踪精度小于1密位，保证了成像传感器对目标的快速准确跟踪。
关键词：光电跟踪系统;内模控制;二次型性能指标;鲁棒稳定性

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发布时间：2020-08-12
小波滤波及奇异性分析在三维表面形貌评定中的应用
崔长彩,张耕培,张彬,张倩
2009, 17(9): 2255-2261.

摘要：在机械加工领域，表面信息对于表面加工的指导作用至关重要。相对于表面二维信息，三维表面结构信息更能充分反映加工表面的实际特征，是热点研究问题。由于测量仪器的机械传动系统和测量环境等震动因素的存在，接触式测量方法得到的表面信号往往包含震动带入的误差信号，而这些信号存在其自身特点——奇异性特征。目前，小波变换是用于信号处理的有效工具。为透彻分析表面信号并剔除震动误差信号，本文介绍了通过小波变换对奇异信号进行检测的原理，并且给出了具体算法。在实验中利用该方法对表面测量信号进行预处理，并用小波滤波将表面结构分解得到粗糙度尺度轮廓，对其三维典型参数进行了计算，并与高斯滤波得到的粗糙度评定参数进行了比对。计算和比对表明小波奇异性分析是有效的，可得到更加合理的评定结果。
关键词：小波分析;奇异性检测;表面粗糙度;小波滤波;高斯滤波

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发布时间：2020-08-12
适于硬件实现的低复杂度图像压缩
徐勇,徐智勇,张启衡,赵汝进
2009, 17(9): 2262-2268.

摘要：对于高速图像压缩应用，普通压缩算法和基于DSP或PC机的实现已不能满足高速和小体积的要求。能否获得一种专为硬件实现设计，并具有较高性能的图像压缩算法，成为用VLSI或FPGA硬件实现高速图像压缩的关键。为此，本文提出一种基于5/3小波变换的低复杂度图像压缩算法。该算法首先采用3级二维小波变换去除图像相关冗余，并根据小波子带的变换增益对其进行最佳量化，再对量化后的LL子带进行二维预测，最后针对小波系数概率分布特点采用自适应零游程编码联合指数哥伦布编码实现图像压缩。该方法在保证较高压缩质量的同时，具有低复杂度和硬件易实现的特点，若通过FPGA最快可实现高达175Mpixel/s的超高速图像压缩。
关键词：小波变换;优化量化;零游程编码;指数哥伦布编码;图像压缩

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CT图像边缘退化模型的建立及其在图像尺寸测量中的应用
陈平,潘晋孝
2009, 17(9): 2269-2275.

摘要：本文为了提高图像尺寸测量的精度，提出了基于构造边缘退化的近似函数的尺寸测量算法。该算法首先根据原图像的灰度信息以及拐点信息构造边缘退化的近似函数，并确定最佳边缘检测点，再利用这个函数对原图像进行校正，准确提取图像的边缘信息，从而完成CT图像的尺寸测量。实验表明该方法能够有效地提取CT图像边缘信息，且尺寸测量精度较高。
关键词：工业CT;尺寸测量;边缘提取;近似函数;拐点

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发布时间：2020-08-12
图象特征点提取及匹配算法
杨晓敏
2009, 17(9): 2276-2282.

摘要：针对图像特征提取与匹配的适应性和准确性的问题,本文提出将尺度不变特征变换算法应用到图像特征点提取与匹配。算法首先采用SIFT提取图象的特征点及其描述，然后采用基于置信度的匹配算法进行特征点的匹配。通过对不同光照条件、焦距、拍摄角度的图像进行特征点的提取及匹配，实验结果表明，本文算法对图像的平移、旋转和仿射变换具有很好的适应性和准确性,可以进一步应用到图像识别，图像重建等领域。
关键词：特征匹配;尺度不变特征变换;SIFT特征;置信度

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综合边缘和颜色特征的IC类贴装期间的检测
吴晖辉,张宪民,洪始良
2009, 17(9): 2283-2291.

摘要：为了适应IC类贴装元件检测的实时性要求，提出了一种基于边缘积分投影和统计颜色统计特征的检测算法。首先分析了元件在三色(红、绿、蓝)结构光下的特征；然后以Sobel算子提取图像的水平和垂直边缘，接着对边缘作积分投影，在此基础上，利用最大邻域梯度法和滑动滤波窗算法定位引脚的水平和垂直边界，并检测缺件、错件、偏移、歪斜等缺陷；最后引入HSI（色度、饱和度和亮度）空间的统计颜色特征，完成对翘脚，极性错误的检测。实验结果表明:本文算法可有效的检测IC类元件常见的缺陷，具有较高的准确率和检测速度。

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等面积递归分解的部分重叠局部直方图均衡
孙春凤,袁峰,丁振良
2009, 17(9): 2292-2300.

摘要：针对现有的直方图均衡算法在图像细节信息增强的同时无法保持输入图像亮度的缺点，以部分重叠局部直方图均衡算法（POSHE）为基础，将递归分解的思想引入子块图像直方图均衡过程，提出了一种改进的部分重叠局部直方图均衡算法。子块图像根据其累积概率密度（CDF）的中值递归地进行不同深度的分解，然后对每一个分解的子图像在其灰度范围内进行直方图均衡，并将均衡后的子图像合并，最后根据移动步长对子块图像进行线性或双线性插值消除块效应对图像细节信息的影响。实验结果表明，这种算法既能有效地增强图像的细节信息，又能保持输入图像的亮度，并且彻底地消除了块效应对图像均衡结果的影响，使均衡后的图像具有更加自然的视觉效果。
关键词：局部直方图均衡;递归分解;亮度保持;块效应

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适于图像融合的快速颜色传递方法
李光鑫,徐抒岩
2009, 17(9): 2301-2310.

摘要：为获得具有自然日光色彩效果的融合图像，利用线性YCBCR空间和Reinhard统计颜色传递策略，提出了一种适于图像融合的颜色传递方法：YCBCR颜色传递方法。此方法不仅计算复杂度低，而且非常适合彩色图像融合，使得利用高对比度灰度融合图像替换彩色融合图像亮度分量，从而增强彩色融合图像亮度对比度的操作变得简单易行。本文从数学上证明了YUV等符合通用YCBCR空间模型的颜色空间用于颜色传递所产生的重染色结果，与用YCBCR空间得到的结果相同。实验结果表明，YCBCR颜色传递方法可以赋予彩色融合图像一种自然的日光色彩效果，其重染色彩色融合图像的能力好于Reinhard方法。
关键词：颜色传递;彩色图像融合;YCBCR变换;红外图像;可见光图像

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发布时间：2020-08-12
基于模糊分类的弱小目标检测方法
李欣,赵亦工,陈冰,薛晶
2009, 17(9): 2311-2320.

摘要：提出了一种新的基于模糊分类的红外云层背景弱小目标检测方法。本文直接从待分类图像入手提取出不同的类别区域，这样得到的分类模板就准确的体现了当前图像的不同类别，在此基础上进行分类就能得到图像的准确的类别分类从而实现弱小目标检测。首先，对红外天空背景弱小目标图像进行分析，将图像中的三类物体：净空、云及弱小目标细分为11个类别区域；其次，定义了类别特征矢量并基于此提出了类别核的定义；再次，根据类别核的定义从待检测图像中提取出11类区域的类别核；最后，根据模糊分类的理论，定义了类别相似系数和类别贴近度，通过类别核对图像进行分类和类别归并，保留弱小目标类别完成检测。实验结果表明，该方法能够对红外弱小目标图像中不同类型的区域进行准确分类，较好的实现了对低信杂比的复杂云层背景图像中的弱小目标检测。
关键词：目标检测;模糊分类;红外弱小目标;类别核

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发布时间：2020-08-12
基于Rao-Blackwellizedli粒子滤波的多特征融合多光谱目标自适应跟踪
李春鑫
2009, 17(9): 2321-2327.

摘要：针对复杂背景下视频目标跟踪的实时性和可靠性问题，提出了基于Rao-Blackwellized粒子滤波的颜色矩形特征和方向边缘信息融合的自适应跟踪算法。该算法采用Rao-Blackwellized粒子滤波提高滤波算法性能，采用积分图像快速计算颜色特征和方向边缘信息，根据跟踪实际情形，利用模糊逻辑自适应调节各特征权值，提高算法的跟踪速度和精度。视频跟踪仿真试验表明该算法是稳健的，能够在复杂的背景下对可见光及红外等运动目标进行有效、可靠的跟踪。
关键词：Rao-Blackwellized粒子滤波;多特征自适应融合;积分图像;颜色矩形特征;方向边缘

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发布时间：2020-08-12
利用自适应窗口实现不连续保护立体匹配
卢阿丽,唐振民
2009, 17(9): 2328-2335.

摘要：摘要：针对计算机视觉中图像对应点的误匹配问题，提出了一种以扫描线优化为能量最小化框架，以最佳自适应窗口为匹配基元的立体匹配算法。该算法首先采用一种融合亮度和梯度信息的非相似度，然后通过平均匹配误差、匹配误差方差及较大窗口的偏移组成的窗口代价函数选取每个视差的最佳窗口作为匹配基元，并利用扫描线优化法及视差变化伴随亮度变化的约束寻找一条最优的匹配路径，最后通过回溯最佳路径得到稠密的视差图。实验结果表明，所提算法不仅能够保留基于自适应窗口的匹配算法能较好地处理大的低纹理区域和视差不连续区域的优点，而且可以加强相邻匹配基元间的视差连续性，从而获得更平滑、准确的视差图，另外所提算法的计算量比原有算法缩短了约3/ 4 。
关键词：计算机视觉;立体匹配;非相似度;自适应窗口;扫描线优化

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发布时间：2020-08-12
提取直线特征实现机场跑道实时检测
邸男,朱明,王毅楠
2009, 17(9): 2336-2341.

摘要：鉴于现有的基于链码跟踪和霍夫变换的传统直线检测方法对于噪声敏感和计算量大的缺点，本文提出将改进的链码跟踪与霍夫变换相结合的方法提取直线，成功实现了航拍图像中机场跑道的实时高精度检测。通过采用改进的链码跟踪，首先剔除短的和弯曲的线段，大大减少了霍夫变换处理的点数，同时确定直线的近似方向，缩小了霍夫变换的角度搜索范围。然后对霍夫变换进行金字塔分层计算，大大减小了计算量。在程序设计方面，为图像建立链表结构数组，固定了内存空间大小，避免了动态分配内存方式生成链表产生的越界问题。目前算法已经成功嵌入TMS320C6416硬件平台，实验表明，本算法比传统霍夫变换算法运算量减少了约29倍，与单纯的链码跟踪直线检测相比，能够克服图像的模糊、遮挡等干扰，成功实现机场跑道的实时精确检测。
关键词：直线检测链码跟踪霍夫变换机场跑道

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发布时间：2020-08-12
Rao-Blackwellized粒子滤波的红外多个弱目标检测前跟踪
李翠芸,姬红兵
2009, 17(9): 2342-2349.

摘要：针对红外图像低信噪比下数目可变的多个弱目标的检测与跟踪问题,提出了基于Rao-Blackwellized粒子滤波器(RBPF)的多目标检测前跟踪算法.对每个目标利用RBPF把状态变量分解为线性变量与非线性变量,分别进行Kalman滤波与基本粒子滤波.将已出现目标的状态构成新目标的约束初始化函数,多个滤波器并行跟踪多个弱目标.对红外图像弱目标的仿真实验表明,约束初始化可以避免已有目标的干扰,RBPF可以减小状态变量的的估计误差, RBPF的检测性能优于10倍粒子数PF的性能,对单目标进行检测前跟踪平均每帧耗时为0.3287秒,可以满足实时处理的要求。新方法在不同空间位置的实验对比中,出现延迟,消失延迟和均方根误差等参数对比也验证了算法的有效性.
关键词：多个弱目标;Rao-Blackwellized粒子滤波;约束初始化;出现与消失

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发布时间：2020-08-12

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