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最新刊期
2011 年 第 4 期
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离轴非球面的计算全息图高精度检测技术
摘要：为了实现离轴非球面高精度定位、光路对准及面形检验,提出了一种使用计算全息图(CGH)技术实现离轴非球面高精度光学检测的方法。将被检非球面倾斜平移后作为轴上自由曲面进行CGH补偿检测设计, 从而减小了检测光路的相对口径和CGH所需补偿像差,提高了CGH检测精度。使用自行开发的CGH专用设计计算软件,设计完成的CGH同时具有非球面检验、检测光路对准、被检非球面基准定位等多项功能。采用该方法设计(设计精度优于λ/10 000 rms)并制作CGH对面形精度优于λ/50 rms的离轴非球面进行了检测,误差分析表明,其检测精度优于λ/100,与传统null-lens方法的检测结果精确吻合。实验表明,采用该CGH可同时实现离轴非球面位置高精度定位、CGH与干涉仪对准以及离轴非球面高精度面形检验。关键词：计算全息图;衍射光学元件加工;离轴非球面;光学检测- 85
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发布时间：2020-08-12 -
编码结构光系统模型及误差分析
摘要：根据编码结构光检测原理,建立了结构光测量系统的数学模型,研究了该模型各参量之间的相互关系及误差,得到了优化的系统结构参数。按照系统的几何结构,建立了深度信息的计算模型。分析了系统参数对模式成像的影响,实现了测量系统的模式像在不同参数值下的动态变形,并确定了图像坐标随深度值变化的几何关系。通过分析系统参数与深度信息的误差关系,确定了系统集成应遵守的约束条件,集成了最优系统结构。实验结果表明,按照优化参数建立的系统,其测量相对误差约为0.3%,基本满足编码结构光测量系统三维重建的高精度要求。关键词：编码结构光;系统模型;误差分析;三维重建- 54
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发布时间：2020-08-12 -
基于离焦星点图的RC式望远镜装调技术
摘要：为了实现大口径望远镜的装调,基于离焦星点图的图像处理和分析,研究了RC式望远镜的装调技术。首先,根据横向几何像差分析离焦像点图像和系统装调误差之间的关系,重点讨论了横向误差中离心和倾斜导致的偏心彗差和内外轮廓圆的圆心位置偏离距离的关系,以及彗差消除后残余的像散导致外轮廓椭圆的偏心率随长轴增大而逐渐减小的特点。然后,分析了主次镜之间纵向误差导致的球差和最小圆半径大小的关系。最后,应用Zemax建模仿真验证了上述分析,总结了如何应用离焦星点图指导装调过程以及图像处理的方法。实验结果表明:无论是横向误差还是纵向误差,应用该方法得到的实验结果和理论分析值均符合得很好,其中通过倾斜调整彗差和偏心率调整像散误差均可控制在5%以内。关键词：装调;RC式望远镜;离焦星点图;彗差;像散;球差- 72
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发布时间：2020-08-12 -
微硅狭缝紫外-可见光谱仪杂散光的产生与抑制
摘要：采用MEMS技术,研制了一种基于微硅狭缝的紫外-可见光谱仪。介绍了该光谱仪的系统组成,分析了其杂散光的产生原因,着重讨论了光谱仪的关键部件-微硅狭缝的直线度、厚度与杂散光之间的关系,并对狭缝直线度产生的杂散光进行了实验验证。针对以卤钨灯为光源的紫外-可见光谱仪进行测量时,紫外部分能量低,杂散光严重的问题,提出一种组合滤光片法,通过在入射狭缝前和探测器前增加双重滤光片,平衡紫外-可见光范围内各谱段的光波强度,抑制紫外波长处杂散光的影响。实验结果表明:采用组合滤光片法抑制杂散光后,杂散光降低为抑制前的23%。关键词：紫外-可见光谱仪;杂散光;滤光片;微硅狭缝- 77
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发布时间：2020-08-12 -
Wolter-I型掠入射反射镜的加工
摘要：针对Wolter-I型掠入射反射镜柱面内表面的特殊结构,研究了弹性球状小磨头以旋偏方式运动逐环带修正面形时的去除函数模型。分析了相关工艺参数,如磨头-工件旋转角速度比、旋偏角大小、磨头中心压强以及磨头和工件的趋近距离对去除函数的影响,通过实验获得了驻留时间和去除函数中心去除深度的关系。采取两步加工法控制研抛后的表面质量,分析表明:当磨头-工件角速度比为1.41时,反射镜的表面质量最好。介绍了计算机控制光学表面成形(CCOS)法加工Wolter-I型掠入射反射镜的过程。选择微晶玻璃为反射镜的镜胚,在自行研制的研抛设备上,以不同粒径的氧化铈作为抛光液,对金刚砂砂轮粗磨后的工件进行抛光。通过改变磨头相对工件的压入深度,获得不同大小的磨头去除区域,实现了对上一个抛光周期后的残留误差的有效去除。最终获得的反射镜面形精度为PV:1.39 μm, RMS:0.34 μm,圆度均方根误差优于0.1 μm。实验结果表明:提出的两步法旋偏加工方案可用于掠入射反射镜的加工。关键词：掠入射反射镜;柱面内表面;弹性球状小磨头;两步加工法;表面质量- 71
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发布时间：2020-08-12
现代应用光学
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面向聚合物微器件超声波精密封接的阵列微导能结构
摘要：为提高聚合物超声波精密封接的可控性,预防高温度场下聚合物的熔融流延影响封接界面质量和精度,提出了阵列式微导能结构。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微小管道的封接为实验对象,研究了阵列微导能结构的尺度对超声波封接过程的影响;采用热压成型工艺在被封接表面制作了5组不同高度的微结构。采用基于声波传递效率反馈的超声波精密封接方式,对超声波作用下聚合物界面的润湿行为进行了观察分析,讨论了结构尺度对超声波封接质量的影响。结果表明,随着微结构尺寸的增大,实现完全联接需要的超声波能量呈递增的趋势。该种微导能结构有效控制了聚合物熔融流延,获得了均一的封接面,可实现高质量精密封接。关键词：超声波精密封接;MEMS;聚合物器件;导能结构;润湿- 46
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发布时间：2020-08-12 -
电容读出式非制冷红外焦平面阵列设计
摘要：设计了一种长支腿式电容读出式红外焦平面阵列结构,并分析了这种像元结构的热导率、热机械灵敏度和热时间常数,从中优化出了该模型的部分结构参数,并以此为依据对像元整体尺寸进行了设计。在该尺寸模型下,得到的像元热导率为3×10-7 W/K,热机械灵敏度为162 nm/K,热时间常数为35 ms,该热时间常数满足人眼识别频率的需要。讨论了焦平面阵列能够高灵敏度工作的关键参数—噪声等效温差,分析计算显示,得到噪声等效温差为6 mK。进行了仿真计算,得到的噪声等效温差为5 mK,与计算结果非常吻合。实验表明,该系统的噪声等效温差足够小,可满足稳定输出信号的需要。最后,基于牺牲层工艺制备了长支腿结构焦平面阵列,验证了制备工艺的可行性。关键词：红外焦平面阵列;热机械灵敏度;热时间常数;噪声等效温差- 57
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发布时间：2020-08-12 -
曲轴轴承座/连杆激光加工裂解槽的组织与胀断性能
摘要：采用Nd∶YAG脉冲激光对连杆所用材料C70S6钢和发动机曲轴轴承座常用材料灰铸铁进行了裂解槽加工,并在裂解设备上进行了胀断实验。采用工具显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度仪等对比研究了裂解槽的几何形貌、裂解槽附近显微组织和显微硬度变化以及断口形貌,探讨了脉冲激光加工裂解槽的特性,揭示了脉冲激光加工韧/脆性材料裂解槽对胀断工艺的影响机制。结果表明:脉冲激光加工韧/脆性材料裂解槽的几何形貌、缺口效应均明显优于拉削加工和线切割加工,其中灰铸铁的缺口敏感性得到显著增强,在韧/脆性材料裂解槽附近均生成了易碎的马氏体,在槽的根部出现了微裂纹,组织明显细化;韧/脆性材料熔化区显微硬度约为820/850 HV,相变硬化区约为860/550 HV,显微硬度均高于基体,硬化效果显著;在C70S6钢槽根部区域未见韧性撕裂现象,韧/脆性材料断口都表现出脆性断裂特征,满足裂解工艺要求。关键词：韧/脆性材料;裂解槽;脉冲激光;显微组织;脆性断裂- 58
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发布时间：2020-08-12 -
车载平台变形对测角误差的影响分析与修正
摘要：分析了车载平台变形对经纬仪测角误差的影响,将平台变形分为平移变形和旋转变形转两类。采用数值模拟实验论证了平台旋转变形是影响测角误差的主要因素,建立了车载经纬仪测角误差与旋转变形角的关系模型,并在此基础上对目标位置和平台旋转变形对测角误差的影响进行了仿真。利用基于莫尔条纹的自准直测量系统测量平台偏向角,倾角传感器测量平台倾斜角,对测量得到的结果进行了实验验证。数据分析表明:该模型能有效修正因车载平台变形而带来的测角误差,使方位测角精度提高了103.7″,高低测角精度提高了89.4″,为实现车载经纬仪高精度测量提供了理论依据和技术支持。关键词：车载平台;变形;测角误差;莫尔条纹;倾角传感器- 70
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发布时间：2020-08-12 -
静电驱动的亚微米悬臂梁谐振器非线性特性
摘要：理论分析了亚微米尺寸的悬臂梁结构的非线性力学模型,研究了非线性产生的物理机制。采用外部静电激励机制,使悬臂梁谐振器产生谐振,借助Polytec激光多普勒测振系统检测了悬臂梁的频率响应曲线。测试结果表明,悬臂梁具有显著的非线性效应(即"弹簧变软"效应)。实验证实了这种非线性效应几乎和交流电压无关,却随着直流电压的增大而显著增大,最大峰值偏移达到 0.5 MHz。提取出3组一阶机械弹性系数分别为79.62,31.75和14.92 N/m,实验结果符合理论规律。对实验中的偏差做了进一步的分析和讨论,利用软件ANSYS对过腐蚀对结构刚度和频率响应的影响做了相应的模拟,结果和实验测量数据相吻合。关键词：静电驱动;悬臂梁谐振器;非线性;频率响应- 62
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发布时间：2020-08-12 -
Rainbow型压电换能结构的有限元分析与实验
摘要：提出了一种换能部分采用新颖的Rainbow型压电结构的多方向振动能量收集装置。为了分析和测试Rainbow型压电换能结构的发电性能,对该装置进行了有限元分析和实验测试。有限元分析表明,金属基片的宽度与厚度、压电薄膜的宽度与长度及换能结构初始曲率半径的增大会引起换能结构输出开路电压的降低;金属基片长度的增大会引起换能结构输出开路电压的增加;压电薄膜厚度的增大会使得换能结构输出开路电压先增加后减小。实验显示,有限元分析与实验结果具有较好的一致性,且都在压电薄膜厚度为0.25 mm时换能结构的输出电压最大,得到的结果验证了有限元分析的可靠性。另外,在输出功率测试中,换能结构的输出功率达到了7.75 μW。分析及测试结果为Rainbow型压电换能结构的设计、制作提供了指导性意见。关键词：Rainbow型压电换能结构;多方向振动能量收集;有限元分析;发电- 27
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发布时间：2020-08-12 -
五相混合式步进电动机在空间扫描驱动机构中的应用
摘要：介绍了采用步进电动机、谐波减速器和绝对式编码器构成的扫描镜驱动机构进行成像光谱仪运动补偿的方案。说明了选用五相混合式步进电动机的合理性,研究了五相混合式步进电动机在该应用中的特殊要求,驱动技术和控制实现方法。首先,指出了扫描镜和相应驱动方案对步进电动机的特殊要求。接着,针对扫描镜低速运动补偿和高速运行回归初始位置两种工况,提出了一种基于隔相五边形绕组联结方式的新型驱动方法,即调频调压结合恒频变脉宽调制(PWM)的方法,重点分析了该驱动方式对扫描机构运行性能的影响。最后,利用相关测试设备和相应方法对扫描镜的运行精度进行了实验测量。结果表明:扫描镜在以0.1~0.5(°)/s低速进行匀速运行和跟踪给定运动补偿曲线运行两种情况下,角速度的均方根误差均＜5.5%,基本满足一般成像光谱仪对扫描机构的工程应用要求。关键词：空间扫描驱动机构;成像光谱仪;运动补偿;五相混合式步进电动机- 49
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发布时间：2020-08-12 -
微杠杆在硅微谐振式加速度计中的应用
摘要：从基于DDSOG(Deep Dry Silicon on Glass)工艺的硅微谐振式加速度计样机入手,阐述了加速度计中微杠杆结构对惯性力的放大作用,证明了标度因数与系统放大倍数n为正比关系,并以加速度计样机中的单级微杠杆为例,建立了加速度计的理论模型。推导了微杠杆的放大倍数A和轴向刚度K的计算公式,以此为基础导出了加速度计系统放大倍数n的计算方法。依据公式计算得到加速度计样机的系统放大倍数n的理论值为21.820,并用有限元方法对理论值进行了仿真验算,得出n的仿真值为19。最后对加速度样机进行了实际测试,测得加速度计的标度因数为127.33 Hz/g,系统放大倍数n为25.466。对所得结果的比较表明,系统放大倍数的理论值与仿真值及实验值的误差分别为14.8%和14.3%,误差在可接受范围内。关键词：硅微谐振式加速度计;微杠杆;放大倍数- 48
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发布时间：2020-08-12 -
航空相机前向像移补偿的线性自抗扰控制
摘要：为消除飞机姿态角速度变化对摆扫式航空相机反射镜组件进行前向像移补偿时的扰动,设计了线性自抗扰控制器(LADRC),研究了角速度扰动与力矩扰动的等效关系和扰动估计及补偿方法。首先,分析了飞机姿态角速度扰动对像移补偿的影响;然后,建立了有力矩扰动作用时反射镜系统的数学模型,设计了用于扰动观测与估计的线性扩张状态观测器及带扰动补偿环节的控制律。最后,在反射镜组件上对LADRC的控制性能进行了实验,并与目前航空相机常用的滞后超前校正进行了比较。实验结果表明,与滞后超前校正相比,施加同样的扰动,线性自抗扰控制的扰动残差在1.4%以内,减小了75%左右,稳速精度达到0.25%,提高了扫描反射镜的稳速性能和鲁棒性。关键词：像移补偿;角速度扰动;扰动估计;扩张状态观测器;线性自抗扰控制- 70
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发布时间：2020-08-12 -
微型直接甲醇燃料电池阴极集流板多孔结构设计
摘要：针对自呼吸微型直接甲醇燃料电池阴极氧气传质效率低和性能差等问题,对微型直接甲醇燃料电池阴极集流板多孔结构进行了设计和实验研究。通过建立甲醇燃料电池阴极模型,分析了集流板开孔形状和开孔率的变化对电池性能的影响,指出开孔形状对阴极电流几乎没有影响,开孔率在一定范围内变化时阴极电流变化较小。然后对得出的结果进行了实验验证。提出了一种具有平行沟道的阴极集流板多孔结构,通过对阴极氧气浓度、速度和电流密度的模拟仿真,说明了提出的结构可以有效改善氧气传质和提高电池性能。利用微精密加工技术实现了有效面积为8 mm×8 mm的自呼吸微型直接甲醇燃料电池,室温下测试显示,当甲醇溶液浓度为1 mol/L,流速为1 ml/min时,最大输出功率达到11 mW/cm2,为便携式微能源系统的应用开发奠定了基础。关键词：微型直接甲醇燃料电池;阴极集流板;自呼吸;平行沟道- 63
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发布时间：2020-08-12 -
复合型超精密表面形貌测量仪
摘要：研制了基于同一显微镜基体实现原子力探针扫描测量与非接触光学测量两种功能的复合型超精密表面形貌测量仪。分析了基于白光显微干涉原子力探针的测量方法、探针微悬臂变形量与白光干涉条纹移动量的关系以及探针微悬臂测量非线性误差的修正方法,和通过融合垂直扫描系统的位移量和悬臂梁变形量得到了原子力探针的工作方式。研制了三维精密位移系统和基于白光显微干涉的原子力探针测头。采用原子力探针扫描测量对NT-MDT公司生产的扫描探针校准光栅TGZ2_PTB进行了重复性实验,实验显示标准差为0.96 nm,相对重复性误差为3.08%。给出了原子力探针扫描测量、相移干涉测量及白光干涉垂直扫描测量的测量实例。实验结果表明,所研制的超精密表面形貌测量仪可用于超精密加工工程表面、光学表面以及微纳几何结构的测量。关键词：超精密测量;表面形貌测量;原子力探针扫描;白光干涉- 56
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发布时间：2020-08-12 -
大范围高速原子力显微镜的前馈反馈混合控制方法
摘要：为了扩大原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)使用范围,研制了一套大范围高速AFM系统。针对大范围高速扫描时Z方向控制问题,提出了前馈反馈混合控制方法。前馈控制包括自动调平前馈和基于前一行扫描前馈,前者通过多线扫描确定样品倾斜位置,将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,然后将其换算为Z向驱动电压后驱动下扫描器运动;后者利用前一行扫描高度数据作为当前行Z向扫描器驱动的参考输入。反馈控制为在普通比例-积分(PI)控制基础上改进的动态P参数PI控制,P参数设置与误差大小有关。实验结果表明:采用本控制方法最大控制误差由40.17 nm减小为6.01 nm,误差均方根值由22.85 nm减小为2.01 nm,明显抑制了误差信号,提高了Z向控制效果,获得了更精确的高度图像。关键词：原子力显微镜(AFM);高速扫描;Z向控制;前馈反馈混合控制- 104
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显微动态散斑法测量压电陶瓷位移特征曲线
摘要：采用显微动态散斑相关法来测量压电陶瓷的压电位移特性并标定其线性区间。推导了透射相位衍射体在显微系统中的散斑光强互相关函数,并讨论了显微系统分辨率与放大倍率对测量微位移的影响。为在计算中避免散斑去相关的影响,采用了逐级位移相关叠加法。设计了显微散斑采集系统并测量了压电陶瓷的位移磁滞曲线。实验结果表明:使用放大倍率为100、数值孔径为1.25的显微物镜,在测量光路放大倍率为42.1时,测量位移的理论精度达到0.082;考虑衍射极限时,实际的极限位移分辨率为0.348 μm。本测量系统满足压电陶瓷位移曲线测量及线性区间标定的要求;与其他方法相比较,该方法简化了测量光路,提高了运算速度,且对装配误差要求低。关键词：动态散斑;散斑相关;压电陶瓷;曲线拟合;磁滞曲线- 45
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磁场作用下磁流变液的挤压与拉伸特性
摘要：为研究磁流变液在不同磁场作用下的挤压与拉伸力学性能,建立了用于测试磁流变液挤压与拉伸特性的实验装置,并通过ANSYS/Multiphysics对此实验装置磁路的磁感应强度分布进行了仿真分析。利用此装置研究了磁流变液在不同外加磁场强度下的挤压和拉伸特性,并建立了拉伸屈服应力与剪切屈服应力之间的关系。挤压实验表明,磁流变液在挤压应变约为0.15时具有最小的压缩弹性模量;当挤压应变大于0.15时,挤压应力和挤压弹性模量与挤压应变表现为指数关系,且指数随着外加磁场的增大呈上升趋势。拉伸屈服应力约为剪切屈服应力的4倍,据此计算得到的剪切屈服应变角在13.8~16.9°,验证了物理模型对磁流变液剪切应力描述的合理性。关键词：磁流变液;挤压应力;拉伸屈服应力;剪切屈服应变角- 59
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发布时间：2020-08-12
微纳技术与精密机械
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空间遥感相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置
摘要：为了提高空间TDI CCD遥感相机的成像质量,研究了相机TDI CCD积分级数和增益的优化设置方法。分别讨论了信噪比(SNR)和调制传递函数(MTF)与积分级数的关系,指出增加积分级数能解决光能量不足问题并有效提高SNR,但同时会引起系统MTF下降;增加增益也可解决光能量不足问题,但不能改变系统的SNR和MTF,因此优化积分级数和增益可改善图像质量。采用SNR×MTF作为图像质量评价指标,对积分级数和增益设置进行了优化。数值计算结果表明:在给定的相机参数下,当卫星俯仰角速度为0.005 (°)/s,曝光量为饱和值的1/66时,积分级数选为44级,增益设置为1.5可获得较好的图像质量。关键词：TDI CCD;信噪比;调制传递函数;增益;积分级数;优化- 67
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基于粒子滤波的多自由度运动目标跟踪
摘要：为了在复杂背景下跟踪视频序列中的多自由度运动目标,基于粒子滤波理论提出了一种多自由度运动目标的稳健跟踪算法。首先,采用均值漂移算法目标模型与候选模型的相似度作为观测值的构造基础;然后,在核函数下颜色直方图的基础上,对目标的中心位置和表征目标形状的协方差矩阵进行更新,从而自适应地调整核函数带宽的大小, 修正跟踪窗口的尺寸,实现对多自由度运动目标的跟踪。在粒子滤波中,取粒子数N为100,目标参考区域中心在x,y轴上的坐标分量随机游动的方差为5,参考区域在x,y轴上的尺度及角度随机游动的方差为0.1;在不同场景和不同目标的跟踪实验中,提出的算法能够稳健、可靠地跟踪多自由度运动目标,对目标尺度和角度变化具有良好的适应性。关键词：目标跟踪;粒子滤波;多自由度;核带宽;均值漂移- 53
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扫描平面激光坐标测量系统校准方法的优化
摘要：介绍了一种基于旋转平面激光单站测角、多站交汇的坐标测量系统,并对其校准方法进行了优化。分析了系统的测角方式和多传感器交汇测量的特点,阐述了基于传统方法的单基站方位信息测量原理及系统结构,并提出了相应的单站结构参数和系统参数校准方法。针对转轴直线和光平面的特点,设计了配套附件并借助经纬仪标定了结构参数,同时通过接收器确定光平面初始位置来实现多站系统校准。为进一步完善校准技术,分析了影响校准精度的主要误差因素,基于此分别对结构参数标定方式和系统校准过程的控制加以改进,研究了一种系统一体化标定方法。实验显示,系统整体测量误差达到0.1 mm,证明了提出的校准方法切实可行,提高了校准精度。关键词：大尺寸测量;坐标测量;激光测量法;校准;误差分析- 52
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组合核函数支持向量机高光谱图像融合分类
摘要：针对高光谱图像分类,提出了一种利用组合核函数融合目标光谱域和空域信息的支持向量机学习算法。该算法首先用主成分分析方法对高光谱图像进行特征提取和降维,用虚拟维数估计策略预估原始图像的本征维数,并且在预估的基础上确定要保留的主成份分量数目;然后用数学形态学操作在选取的主分量图像上提取目标的形态信息,得到扩展的空域形态矢量。最后,通过不同的组合策略,构造组合核函数,从而在分类器中引入空域信息,和原有的谱域信息一起,利用支持向量机进行分类。高光谱数据实验表明,在训练时间没有显著差别的情况下,总体分类精度和Kappa系数均提高了2%左右。实验表明,本文提出的方法较单独使用谱域或空域信息进行分类具有一定的优越性。关键词：高光谱图像;图像融合;数学形态学;组合核函数;支持向量机- 71
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基于特征子模式典型相关分析的热释电红外信号识别
摘要：为使现有热释电红外(PIR)探测器具有识别检测区域内红外辐射源的功能,提出一种基于典型相关分析(CCA)特征融合的人体和非人体PIR信号识别方法。该方法首先提取PIR信号的频谱和小波包熵特征,然后对频谱进行子模式划分,并分别与小波包熵特征进行CCA融合,把融合后的结果作为判别信息,从而实现了特征融合且消除了特征之间的信息冗余。最后通过多数投票方式融合判别结果。作为子模式CCA特征融合的一种特殊情况,文中分析了特征与自身子模式特征CCA融合的分类性能。实验结果表明,当频谱分为5个子模式时,能有效地对人体和非人体红外辐射源进行识别,识别率可达95.2%,比直接采用频谱与小波包熵CCA融合的识别率提高了2.7%。而采用小波包熵与自身子模式特征CCA融合的识别率最高为90.7%,比单独采用小波包熵的识别率提高了2.3%。关键词：热释电红外(PIR)探测器;小波包熵;子模式典型相关分析(CCA);特征融合- 62
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SIFT特征匹配和差分相乘融合的运动目标检测
摘要：针对运动目标检测的难点问题,提出了一种结合尺寸不变特征变换(SIFT)和差分相乘算法的运动目标检测方法。首先,用SIFT特征匹配算法配准运动图像的旋转、缩放和平移量,利用SIFT匹配的稳定性和准确性,精确补偿运动摄像机下的背景图像。然后,用差分相乘方法,准确分割出运动目标的轮廓。最后,通过实拍视频序列的试验,证明算法的有效性和可行性。系列实验显示,连续4帧图像差分相乘的方法即能够较好地满足应用要求。实验结果表明,SIFT特征匹配和差分相乘融合的方法具有较好的鲁棒性和抗噪能力,对于摄像机运动、亮度变化、遮挡等影响因素具有较强的适应能力。关键词：尺度不变特征变换算法;差分相乘;动态背景;运动目标检测- 62
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三维人脸表情动态采集系统的设计
摘要：针对3D动画设计对人脸表情动态变化的三维数据信息的需求,设计了人脸表情动态采集系统。首先,采用标记光栅和空间映射法构建了人脸测量模型;设计了标记光栅图,并给出了利用相位图获取特征矩形的方法。然后,通过光栅上的特征矩形位置信息将测量得到的相对相位转化为绝对相位,再利用空间映射法获取三维坐标点信息。最后,进行了精度验证和人脸测量实验。测量了一个(220±0.01) mm标准半球的直径,平均值为219.95 mm,5次直径拟合的均方差为0.48 mm;5次测量中,三维数据点同标准球面距离的均方差为0.28~0.46 mm。对一名实验人员面部表情进行了测量实验,仅用一幅带有特征矩形的变形光栅图即完成了对人脸表情的三维数据动态采集, 所获得的三维造型真实,数据信息丰富,获取速度快。关键词：人脸表情;动态测量;三维数据;数据采集;标记光栅- 49
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发布时间：2020-08-12 -
结合统计分布和非下采样Contourlet 变换的红外小目标检测
摘要：在分析存在背景和噪声干扰下的红外小目标检测方法的基础上,提出了一种时空结合的红外小目标检测算法。首先,基于相邻帧背景图像灰度值变化的特点,提出了基于三阶中心矩统计分布确定小目标区域方法,接着对图像进行非下采样Contourlet变换(NSCT),定义子带的能量系数,并结合各个子带的能量系数得到各点的能量值,进而得到一个基于各点能量值的图像。最后,根据能量图像中小目标、背景及噪声的不同分布特点,利用阈值分割得到要检测的小目标。仿真实验结果表明,该方法能较精确地检测出红外小目标,具有较高的检测率和较小的平均虚警数;对单一背景和运动背景下的红外小目标进行检测,其检测率分别达到了98%和97%,平均虚警数仅为0.05和0.17,并且在小目标出现快速以及不规则运动时仍能进行有效检测。关键词：小目标检测;非下采样Contourlet变换;统计分布;红外图像- 50
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发布时间：2020-08-12 -
利用状态空间模型联合估计波达方向和频率
摘要：针对阵列信号多维参数估计计算量大,需要参数配对运算等问题,提出了一种利用状态空间模型联合估计波达方向(DOA)和频率的方法。首先,构造一个特殊的状态空间模型,其系统矩阵包含信号的波达方向和频率信息;然后,通过选取合适的辅助变量,利用信号的二阶统计特性抑制噪声干扰,并利用正交投影理论和奇异值分解得到广义可观测矩阵的估计值;最后,由广义可观测矩阵得到系统矩阵的估计值,由系统矩阵估计值的特征分解得到信号的波达方向和频率。实验结果表明,在信噪比为0 dB的情况下同时估计两个信源时,信号频率估计的均方根误差为0.003 5 rad,信号到达角估计的均方根误差为0.38°,基本达到了联合估计算法的设计要求。关键词：状态空间模型;波达方向估计;频率估计;联合估计- 41
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发布时间：2020-08-12 -
适于硬件实现的无损图像压缩
摘要：针对常见嵌入式小波编码算法硬件实现困难、成本较高等问题,提出了一种适用于硬件实现的无损图像压缩算法。该算法根据子带属性的不同将小波系数分为1个低频子块和3个高频子块,然后使用不同的方法分别进行量化编码。对于低频子块,首先使用脉冲差分编码调制(DPCM)方法压缩其数据动态,然后使用改进的比特位平面编码算法编码输出对应码流;对于各高频子块,则使用提出的改进集合树分裂(SPIHT)算法分别进行量化编码。在改进的SPIHT算法中,通过加入A类集合的分类优化了码流输出;通过消除链表,降低了内存需求并避免了内存的动态管理;通过使用集合极值矩阵,避免了扫描过程中的重复判断,提高了编码效率。实验结果表明,与传统SPIHT算法相比,本文算法可使各国际标准测试图像的编码比特率均降低0.14 bit/pixel以上,而编码速度提高3倍以上。该算法具有实时性高、内存需求低、适于硬件实现的特点。关键词：图像压缩;无损压缩;小波变换;SPIHT算法;硬件实现- 39
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发布时间：2020-08-12 -
LED显示图像的非均匀度校正改进方法
摘要：针对LED显示屏在拼接过程中会出现显示图像非均匀度过高的问题,基于对现有CCD校正技术的改进,提出了非均匀度校正改进方法——畸变校正法。首先,介绍了现有的基于CCD的非均匀度校正技术,同时,阐述了技术需要改进的原因。以模块拼接的LED显示屏为例,构建了畸变校正模型。该模型根据畸变模块位置和理想模块位置之间的非线性关系,修正LED显示屏各像素点的灰度值,实现非均匀度的校正。按照构造的模型,描述了畸变校正的实现步骤。最后,在一个分辨率为128 pixel×128 pixel,模块的像素中心间距为7.62 mm,一个模块内只有一个像素点的LED显示屏上实现了该方法。实验结果表明,采用这种改进的方法,可以将LED显示图像的非均匀度由采用基于CCD的校正技术校正后的8.9%降低到0.97%。关键词：LED显示图像;非均匀度;畸变校正;模块- 64
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发布时间：2020-08-12 -
成像激光雷达与摄像机外部位置关系的标定
摘要：为了确定成像激光雷达与摄像机两种不同传感器的相互位置参数,建立两者的一一映射关系,在现有激光雷达与摄像机外部参数标定方法的基础上,通过引入奇异值分解技术,对现有标定算法进行了改进。首先,介绍了改进标定算法的基本原理,采用奇异值分解方法求解超定方程组,得到成像激光雷达坐标系与摄像机坐标系之间的投影变换矩阵。为了降低噪声影响,使用非线性优化算法优化初值。然后,利用自制的立体标定靶进行了标定实验,并使用已标定出的结果对成像激光雷达图像和摄像机图像进行了融合实验来验证提出的标定算法。实验结果表明,该算法平均标定精度达到13.33 μm,标准差为7.49 μm,比原始算法提高了1倍,基本满足图像融合对标定精度的一般要求。关键词：成像激光雷达;摄像机;外部参数;标定;图像融合- 70
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发布时间：2020-08-12
信息科学
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