English Version Light学术出版中心

最新刊期

2011 年第 6 期

现代应用光学

基于光纤-镜面干涉腔的光纤加速度计
林巧,陈柳华,李书,吴兴坤
2011, 19(6): 1179-1184. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1179

摘要：设计、研制了一种基于光纤-镜面干涉腔的光纤加速度计。介绍了该加速度计的传感原理及弹性结构设计,并对其性能进行了实验测试。该加速度计用固定于圆网状弹性结构上的硅微反射镜与处理过的光纤端面构成光纤-镜面干涉腔来产生相位差随外界加速度改变的光干涉信号;采用相位生成载波技术通过对干涉信号的调制和解调实现对相位差的精确测定。应用工程软件Cosmosworks (Solidworks) 对该加速度计弹性结构的灵敏度进行了理论分析,并与样机测试比较。结果表明,该光纤加速度计的灵敏度为63.2 rad/g,共振频率为160 Hz,分辨率为4 μg而动态范围接近10⁸,结果与理论分析符合得较好。该加速度计不仅结构简单,还集成了多维加速度计的优势。
关键词：光纤加速度计;相位生成载波技术;灵敏度;分辨率

48

|

10

|

1

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757623 false

发布时间：2020-08-12
应用条纹投影法测量薄膜反射镜的成形
张鹏,张元,金光,钟兴,张雷,姚劲松
2011, 19(6): 1185-1191. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1185

摘要：针对国内外现有薄膜反射镜面形检测方法存在动态测量不便,测量面形单一等问题,提出了基于正弦条纹投影的反射镜面形测量方法。基于此方法搭建了测量平台,分析推导显示,该方法的测量不确定度<0.385 μm,该平台的测量不确定度<4.25 μm。在此平台上对标准球面镜进行了测量,验证了此平台的适用性。最后,对优化控制下的Ф300 mm静电拉伸薄膜反射镜的面形进行了多次测量,结果表明,中心矢高测量值与理论值基本一致,优化后最佳镜面面形RMS值为5 μm,PV值为39 μm,相对于优化前RMS值减少了34.17%,PV值减少了26.4%,显示所搭建的基于正弦条纹投影方法的测量平台满足了现阶段薄膜反射镜面形测量的需要;而提出的面形控制算法可控制薄膜反射镜得到所需面形,并有效地提高面形精度。
关键词：薄膜反射镜;面形测量;正弦条纹投影;优化控制

42

|

10

|

2

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756990 false

发布时间：2020-08-12
14nm低原子序数材料多层膜的设计和制备
吴文娟,张众,朱京涛,王风丽,陈玲燕,周洪军,霍同林
2011, 19(6): 1192-1198. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1192

摘要：为了减小常规多层膜的带宽,提高其光谱分辨率,对采用低原子序数材料组成的适用于极紫外和软X射线波段的多层膜进行了研究。首先,在14 nm波长处选取3种低原子序数材料对Si/B₄C,Si/C和Si/SiC组成多层膜,用随机搜索的方法优化设计了这3种多层膜以及在此波段常用的Mo/Si多层膜。然后,用直流磁控溅射的方法制备Si/B₄C,Si/C,Si/SiC和Mo/Si多层膜,并用X射线衍射仪测量拟合多层膜的周期厚度。最后,用同步辐射测试多层膜的反射率。同步辐射测试结果显示,Mo/Si多层膜的带宽最大,为0.57 nm;Si/SiC多层膜的带宽最小,为0.18 nm,结果与理论基本一致。实验结果表明,低原子序数材料多层膜的带宽要比常规Mo/Si多层膜窄,使用低原子序数材料组成多层膜可以提高多层膜的光谱分辨率。
关键词：极紫外与软X射线;多层膜;低原子序数材料;磁控溅射;光谱分辨率

44

|

11

|

1

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757602 false

发布时间：2020-08-12
平转动大磨头加工大口径非圆形球面的粗磨试验
罗霄,郑立功,张学军
2011, 19(6): 1199-1206. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1199

摘要：提出了用于大口径非圆形球面反射镜研磨和抛光的平转动大磨头加工技术,该技术基于平转动小磨头计算机控制光学表面成形技术,通过增大磨头口径的方式来提高其材料去除效率。针对大口径磨头比较突出的边缘效应,通过低阶拟合以及高阶补偿相结合的方法,在虚拟加工算法中引入边缘效应的影响,保证材料去除效率提高的同时具有一定的面形收敛率,从而有效地缩短加工周期。最后对一块1 100 mm×800 mm的体育场形SiC坯料进行了加工试验,共进行22轮加工,总加工时间约51 h,面形从122 μm(PV)收敛至5.9 μm(PV)。与传统小磨头加工技术相比,效率提高了1倍以上,实现了大口径非圆形球面在粗磨阶段的高效去除。
关键词：大口径反射镜;边缘效应;光学加工;粗磨

57

|

12

|

0

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756977 false

发布时间：2020-08-12
大口径大曲率半径光学元件的高精度检测
杨李茗,叶海仙
2011, 19(6): 1207-1212. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1207

摘要：针对目前已有的光学检测设备无法实现大口径大曲率半径光学元件高精度检测的问题,提出利用长程轮廓仪(LTP)来进行大口径大曲率半径(正、负)光学元件的精确测量,并通过实验证明了LTP检测大曲率半径光学元件的优势。分析计算了LTP测量曲率半径的算法精度,设计了合理的机械结构进行旋转测量,得到了全口径的曲率半径分布。最后与球径仪、刀口仪的测量结果进行了对比。对R=37.108 m和R=41.065 m的球面镜测量结果显示,LTP的测量重复性在0.05%以内,与球径仪、刀口仪的测量值相差均在0.05%以内。研究结果表明,LTP可以用来解决目前几十米的大R曲率半径光学元件难以高精度测量的难题。
关键词：长程轮廓仪;曲率半径测量;算法精度;旋转测量

34

|

9

|

8

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757591 false

发布时间：2020-08-12
离轴三反射系统的热光学分析和温控指标的制定
巩盾,田铁印,王红
2011, 19(6): 1213-1220. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1213

摘要：考虑空间环境中温度是光学系统成像质量的主要影响源,针对离轴三反射光学系统提出了一套由有限元分析到光学分析的热光学分析方法。在有效分析均匀温度场对系统影响的基础上,采用有限元分析得到温差影响下的镜面面形畸变,并用Zernike多项式拟合畸变面形;将Zernike系数代入光学设计软件CODE V,理论分析了温差影响下的光学系统成像质量,提出了光学系统温控指标。以温控指标为依据对光学系统采用主动热控进行热光学试验,所得试验结果均达到56 lp/mm下光学系统全视场MTF值>0.2的光学参数要求,实验结果证明了理论分析的准确性和温控指标的合理性。
关键词：离轴三反射系统;热光学;有限元模型;调制传递函数

51

|

14

|

5

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756965 false

发布时间：2020-08-12
基于散射光功率比值测量的抗扰浊度探测器
刘瑞鹏,刘桥,祁志美
2011, 19(6): 1221-1227. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1221

摘要：针对水下长期在线浊度探测需考虑器件不稳定以及出光窗口污染对探测精度的影响等问题,提出了一种使用双散射光功率比值表征浊度的探测方法。该方法使用一束平行光照射待测环境, 并沿光路同时探测两点的90°散射光功率;然后,对获得的两个散射光功率值进行比值处理,以此得到待测环境的浊度。使用该方法设计了一种新的浊度探测结构,该结构满足严格的90°散射探测。理论推导和结构分析表明,该浊度探测器能有效降低光源漂移和窗口污染造成的扰动。实验结果显示,该方法表征的浊度系数与光衰减度线性良好,对于峰值变化30%的光源扰动,浊度系数最大变化仅为5%,显示该方法对光源漂移或出光窗口污染不敏感,适宜于水下在线探测浊度。
关键词：浊度探测器;散射光功率比值;浊度系数;水下探测

56

|

13

|

4

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757577 false

发布时间：2020-08-12
三波段电晕检测光学系统的设计
刘建卓,王学进,黄剑波,郭帮辉,曲锋,王健,方伟,孙强
2011, 19(6): 1228-1234. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1228

摘要：为了对电晕放电进行全天候的检测,设计了一套包含日盲紫外、可见光和长波红外的三波段电晕检测光学系统。为了减小系统体积,提高系统性能,日盲紫外和可见光波段采用共光路结构;长波红外段采用独立光路,利用衍射面特殊的色散特性和非球面技术对系统进行单色像差和色差校正,减少系统的镜片数量。系统采用单镜片调焦设计来保证其在-40~60 ℃内清晰成像。对设计的系统进行了像质评价,结果表明,在空间频率60 lp/mm处,20 ℃时全视场内日盲紫外波段系统的MTF>0.37,可见光波段系统的MTF>0.35;在空间频率20 lp/mm处,全视场内长波红外波段系统的MTF>0.6,3个波段均能清晰成像,满足电晕检测的要求。
关键词：电晕放电检测;三波段光学系统;日盲紫外;长波红外

64

|

14

|

7

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756945 false

发布时间：2020-08-12
高光谱遥感系统调制传递函数的在轨测试
赵慧洁,秦宝龙,贾国瑞
2011, 19(6): 1235-1243. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1235

摘要：为了实现高光谱遥感系统调制传递函数(MTF)的在轨测试,以色散推扫型高光谱遥感系统为例分析了系统的像质退化因素并研究了MTF检测方法和流程。首先,分析了色散型高光谱遥感系统MTF三维可分性原理。然后,针对高光谱遥感图像信噪比一般较低的特点,提出了一种抗噪声的MTF检测方法;又根据该图像波段众多的特点,提出了高光谱图像刀刃法MTF测试区域的选择标准。最后,以PHI遥感图像为例对所提出的方法进行了检验。用本文提出的方法对PHI图像进行MTF提取,利用提取出的MTF对原退化图像进行了恢复。结果显示,各波段图像平均梯度提高了67.1%,细节信号能量提高了65.2%,结果证明了MTF检测方法的有效性。
关键词：高光谱遥感;调制传递函数检测;抗噪声;区域选择

67

|

13

|

4

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757404 false

发布时间：2020-08-12
准连续输出大功率半导体激光器的结温测试
田振华,孙成林,曹军胜,郜峰利,宁永强,王立军
2011, 19(6): 1244-1249. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1244

摘要：基于大功率半导体激光器的热传导模型提出了一种测量准连续输出大功率半导体激光器结温的方法。实验通过测量980 nm大功率半导体激光器在不同电脉冲宽度(5~200 μs)下的时域光谱和输出特性dλ/dT=0.3 nm/℃来确定它的结温;同时,根据热传导模型推导出准连续工作条件下结温的近似解析表达式来验证测量得到激光器的结温。结果表明,实验测量结果和通过解析表达式理论计算结果之间符合得很好。所提出的解析表达式可准确预测大功率半导体激光器在准连续工作条件下的结温而无需测量时域光谱,是一种简便快速的预测方法。
关键词：半导体激光器;结温测试

65

|

16

|

3

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757560 false

发布时间：2020-08-12
复合材料结构机翼表面残冰的近红外多光谱检测
高建树,韩仁义,于之靖,乔文
2011, 19(6): 1250-1255. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1250

摘要：提出了一种新的近红外多光谱检测法对碳纤维复合材料结构机翼表面的残冰进行检测。建立了该方法的理论模型并进行了实验验证。首先,根据冰与水和除冰液在不同红外波段下具有不同反射光谱特性,提出了用于残冰检测的理论算法。然后对参考通道,低通道及高通道所测图像的灰度值进行比较分析, 总结得到了判断机翼蒙皮上残冰存在的对比度阈值C。最后,分析了误差可能产生的区间及消除方法。实验结果表明,对于白色涂层的复合材料结构蒙皮,当C>0.03时,就可以断定结构表面上存在残冰;当C<0时,可以断定表面上肯定没有冰;当C处于0~0.03时,为安全起见需要对蒙皮进行二次检查以消除不确定因素产生的误差。而对于其他颜色涂层蒙皮的残冰检测,要根据不同的颜色设定不同的对比度阈值C。本研究证明了可以将冰与水的近红外反射光谱差异特性应用到以复合材料结构为机翼蒙皮的残冰检测中。
关键词：近红外多光谱;残冰检测;机翼蒙皮;对比度

62

|

16

|

2

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756931 false

发布时间：2020-08-12
提高玻璃表面强度的材料去除模式
陈晓苹,谢京江,宋淑梅
2011, 19(6): 1256-1264. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1256

摘要：为了增强玻璃质材料的表面强度,研究了表面强度变化的主要工艺阶段,根据所得表面强度值绘出了工艺变化曲线。分析了表面强度降低的主要原因,提出了相应的解决办法。阐述了用腐蚀法去除应力集中及最大压应力增强玻璃表面强度的理论,并分析了不同去除模式对脆性材料表面强度的影响。最后,介绍了柔性研磨方式,给出柔性研磨方式的工艺控制条件。总结出不同非成像表面相应粗糙度基本要求,并提出了相应的加工工艺办法。实验结果表明,应用去除速率≤25 μm/h及磨料粒度≤15 μm的柔性研磨可以得到类似抛光的表面。柔性研磨方式使表面最大压应力增大,并能够避免危害表面强质的纵向显微裂纹产生,从而提高玻璃的表面强度。
关键词：玻璃质材料;表面强度;柔性研磨;表面最大压应力;表面破坏层;非成像表面粗糙度

49

|

19

|

0

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757545 false

发布时间：2020-08-12
满足消像散条件的Czerny-Turner光谱仪光路的防干涉设计
陈芳,徐彭梅
2011, 19(6): 1265-1271. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1265

摘要：理论分析了准直镜和聚焦镜采用球面面型的Czerny-Turner光谱仪系统中由消像散条件引起系统发生光路与结构件干涉的现象。为了在设计阶段就克服这种干涉问题,提出了Czerny-Turner结构的防干涉设计条件。结合消像散条件及光路结构防干涉条件,总结出了Czerny-Turner光谱仪消像散优化和结构优化的设计步骤,提出了准直镜入射角θ_C和聚焦镜入射角θ_F的选定准则。对根据总结的设计步骤及入射角选定准则设计的光谱仪系统进行了光线追迹法验证,发现其既能满足消象散条件又不会发生光路与结构件的干涉现象,能满足航天遥感对其宽谱段、高分辨率的要求。
关键词：光栅光谱仪;Czerny-Turner光学系统;消像散;干涉

57

|

14

|

4

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756920 false

发布时间：2020-08-12
空间光谱成像仪热设计及其分析与验证
郭亮,吴清文,颜昌翔
2011, 19(6): 1272-1280. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1272

摘要：为确保空间光谱成像仪的温度水平和温度梯度满足指标要求,分析讨论了空间光谱成像仪整机热设计的特点,根据其结构特点和导热路径,给出了整机热设计方案。采用有限元数值分析方法,建立了整机热平衡方程和热分析计算模型,应用有限元热分析软件IDEAS-TMG在给定温度边界条件下进行稳态仿真分析,给出了整机热响应性能以及关键部件稳态温度分布云图。热分析结果表明,整机平均温度水平为17.3~23.7 ℃,温度梯度最大值为1.3 ℃,获得的分析结果能够满足热控指标要求,为提高整机的可靠性和热设计优化提供了理论依据。最后,通过试验对热设计方案进行了验证,验证结果与数值分析结果吻合较好,其最大偏差均不超过8%,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。试验过程中整机平均温度水平为17.2~22.5 ℃,温度梯度最大值为1.4 ℃。
关键词：空间光学;光谱成像仪;热设计;热分析;热试验

64

|

16

|

13

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757531 false

发布时间：2020-08-12

微纳技术与精密机械

压电陶瓷执行器迟滞的滑模逆补偿控制
赖志林,刘向东,耿洁,李黎
2011, 19(6): 1281-1290. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1281

摘要：为了降低迟滞特性对压电陶瓷执行器的影响,研究了基于Preisach逆补偿的滑模控制策略。首先,利用分类排序方法在控制平台上实现了迟滞的Preisach逆模型;然后,将其串联到压电陶瓷执行器前用于抵消迟滞非线性。考虑到迟滞逆补偿的非完全抵消、模型参数的不确定性以及扰动等问题,设计了一种分段边界层滑模控制律。最后,为了验证所设计的控制策略的有效性,设计并实现了逆补偿+PI控制器。实验结果表明,逆补偿+滑模控制提高了基于压电陶瓷执行器驱动的纳米定位系统的跟踪精度,其跟踪正弦输入的平均绝对误差为0.020 6 μm。与逆补偿+PI控制策略相比,逆补偿+滑模控制对不同的输入信号有很好的适应性,保证了纳米定位平台的定位精度。
关键词：压电陶瓷执行器;迟滞非线性;Preisach模型;滑模控制;逆补偿

65

|

18

|

22

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756904 false

发布时间：2020-08-12
基于经验模态分解和希尔伯特-黄变换的精密孔镗削颤振特征提取
李欣,梅德庆,陈子辰
2011, 19(6): 1291-1297. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1291

摘要：针对精密孔镗削加工过程中容易出现颤振现象,影响精密孔的表面质量问题,建立了镗削加工的监测系统,对镗削颤振信号进行特征提取,以实现对镗削颤振的快速预报。首先,根据颤振信号的时频特点,将经验模态分解(EMD)和希尔伯特-黄变换(HHT)引入颤振特征提取过程,并介绍了其基本原理及具体实现过程。然后,在线拾取镗杆的振动信号,并对振动信号进行EMD分解和HHT变换。最后,通过对各本征模态函数分量的Hilbert谱分析,提取出了颤振发生的征兆特征。实验结果表明,利用EMD和HHT对镗削振动信号进行特征提取,可以在颤振形成之前0.5 s得到颤振爆发的征兆,为后续的颤振抑制工作赢取时间,进而确保精密孔的表面加工质量。
关键词：精密孔镗削;颤振;经验模态分解(EMD);希尔伯特-黄变换(HHT);特征提取

51

|

12

|

9

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756776 false

发布时间：2020-08-12
半电极含金属芯压电纤维的弯曲振动模型
边义祥,裘进浩
2011, 19(6): 1298-1305. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1298

摘要：建立了悬臂梁结构的半电极含金属芯压电纤维(HMPF)的弯曲振动模型和动态测试模型。基于外加电压时的等效弯矩,推导了悬臂梁结构的HMPF的弯曲振动模型;用第一类压电方程,推导了外加简谐激励电压时,HMPF的表面电位移、电荷和导纳,建立了动态测试模型,通过测量共振频率f_r、反共振频率f_a和低频电容C_LF,得到HMPF的弹性柔顺系数s₁₁^E、机电耦合系数k₃₁、介电常数ε₃₃^T和压电常数d₃₁。叙述了弯曲振动模型和动态测量模型的建立过程和测试步骤,测试了3根HMPF样品,得到各参数的平均值,s₁₁^E为16.856×10^-12 Pa^-1,k₃₁为0.179,ε₃₃^T为2 251,d₃₁为-103.621 pC/N。测试结果表明所建立的动态测试方法可以快速、准确地测量HMPF的主要参数。
关键词：半电极含金属芯压电纤维;压电振动;动态测试模型

35

|

11

|

5

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757519 false

发布时间：2020-08-12
旋转式微发电机的设计与制造
孙韶春,石庚辰
2011, 19(6): 1306-1312. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1306

摘要：为了实现旋转式微发电机对微系统的持续供电,研究了旋转式微发电机的设计、制造以及实验方法。首先,设计了具有单转子和单定子的三相、永磁同步微发电机模型。使用传统的磁路分析法得出了微发电机气隙磁密和感应电动势的表达式,确定了微发电机的主要设计参数。对模型进行有限元分析,得到了感应电动势波形。然后,利用精密加工技术加工了转子和定子各构件,并装配成为尺寸为(Φ7×2) mm³的微发电机样机。最后,通过实验得出了微发电机在不同气隙厚度和不同转速下的感应电动势。实验结果显示,在气隙厚度为300 μm,转子转速为10 kr/min时,微发电机的一相感应电动势峰峰值为26.2 mV;当接入0.23 Ω的对称负载时,三相输出功率为357.3 μW。结果表明,微发电机输出结果比较理想,有望作为微系统的电源装置。
关键词：微机电系统;微电源;微发电机;旋转式发电机

50

|

12

|

2

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756893 false

发布时间：2020-08-12
柔性双补偿杆式动镜支撑机构的设计
柳华,刘伟奇,冯睿,魏忠伦,张健
2011, 19(6): 1313-1319. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1313

摘要：对红外傅里叶变换光谱仪动镜支撑机构的核心部分—柔性铰链机构进行了研究。以柔性单补偿杆式机构为基体,设计出一种柔性双补偿杆式机构。利用有限元分析软件Patran和Nastran对其进行了模拟计算,并和目前国内最好的柔性单补偿杆式机构进行比较。然后,根据模拟计算得出的结构参数加工出简易实物,并对实物进行了实验测试及误差分析。结果表明,在模拟计算中,柔性双补偿杆式机构使动镜的垂直耦合位移缩小为柔性单补偿杆式机构的6.8%;误差分析认为柔节的长度公差是引起动镜垂直耦合位移的一个重要因素。因此,若要提高动镜支撑机构的精度,加工时必须严格控制与柔节相关的尺寸公差。
关键词：红外傅里叶变换光谱仪;迈克尔逊干涉仪;动镜机构;柔性铰链机构;有限元分析;垂直耦合位移

60

|

11

|

4

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757501 false

发布时间：2020-08-12
音圈电机驱动的球面副支撑式快速控制反射镜设计
徐新行,王兵,韩旭东,王恒坤,刘廷霞
2011, 19(6): 1320-1326. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1320

摘要：为了精确控制光束的传输方向,设计了一种以直线式音圈电机为驱动器的球面副支撑式快速控制反射镜(FSM)。在明确所需FSM系统功能和设计要求的基础上,分别对其机械结构、平面反射镜、驱动元件以及角度测量元件进行了设计和选择。完成精密加工、装配、调试后,对FSM系统进行了实验测试分析。结果表明,该球面副刚性支撑式FSM系统结构简单,承载能力强,谐振频率约为120 Hz,反射镜稳定精度优于2″,且对振动、冲击、回转等动态工作环境具有较强的适应性,满足系统使用要求。
关键词：快速控制反射镜;球面副支撑;直线位移传感器;音圈电机

57

|

13

|

9

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756879 false

发布时间：2020-08-12
无源压电振动发电机接口电路的改进
朱莉娅,陈仁文
2011, 19(6): 1327-1333. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1327

摘要：为了克服压电振动发电机接口电路中负载匹配及电路损耗问题,提出了一种改进的无源同步电荷提取电路。利用无源峰值检测开关电路及单端反激变换电路,使压电振动发动机中压电元件两端电压适时反向,从而输出与负载大小无关的恒定功率。使用Multisim进行电路仿真,仿真结果表明该无源同步电荷提取电路输出功率为1.83 mW,且不存在最优负载问题。搭建了压电振动发电机实验平台,分别对无源同步电荷提取电路及经典电路进行发电性能测试,结果表明,无源同步电荷提取电路实际输出功率达到1.135 mW,是经典电路实际输出功率0.381 mW的2.98倍。
关键词：能量采集;压电发电机;悬臂梁;同步电荷提取电路

49

|

11

|

3

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757490 false

发布时间：2020-08-12
仿尾鳍式变截面摆动振子无阀压电叠堆泵的结构设计
胡笑奇,张建辉,黄毅,夏齐霄,黄卫清
2011, 19(6): 1334-1343. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1334

摘要：受具有高速巡游速度的金枪鱼的启发,提出了一种微脉动、大流量、仿尾鳍变截面振子无阀压电泵。以压电叠堆为激励源,设计了仿尾鳍变截面振子,实验验证了振子的二阶弯振和金枪鱼高速巡游的摆动模式一致。利用有限元分析软件ANSYS分析了振子的模态振型,提出了模态分离更好的Y型振子。为避免压电叠堆受力不均匀而受到损坏,采用钢球和隔离块作为压电叠堆传递力和振动的媒介,实现了压电叠堆和泵腔内液体的干湿分离。设计了二级杠杆/柔铰机构,放大了振子端部柔性叶片摆动幅度。最后,研制了样机,并进行了不同驱动频率下的仿尾鳍式变截面摆动振子无阀压电叠堆泵的流量测量,结果表明,在80 V正弦电压的激励下,激励频率为1 350 Hz时泵的流量达到峰值(400 ml/min)。本设计方案能够有效地提高泵的性能,满足工程实践中对大流量无阀压电泵的需求。
关键词：无阀压电泵;仿尾鳍式;变截面摆动振子;压电叠堆

56

|

11

|

8

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756862 false

发布时间：2020-08-12
微流体数字化技术制备基因芯片微阵列
耿鑫,侯丽雅,杨眉,王洪成,章维一
2011, 19(6): 1344-1352. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1344

摘要：采用以脉冲为微流动基本形态、脉冲当地惯性力为主动力的微流体数字化技术进行了基因芯片微阵列制备实验。在搭建的基于微流体数字化技术的基因芯片微阵列制备系统上,实验验证了脉冲点样系统参量(收敛角2θ、微喷嘴内径d、电压幅值U和驱动频率f)对样点直径和脉冲点样稳定性的影响规律。以实验规律为依据,提出了制备样点直径约为100 μm的中等密度微阵列的实验路线,制备出了样点平均直径为102.2 μm、微阵列密度约为4 000 spot/cm²的基因芯片微阵列(点样溶液为3×SSC柠檬酸盐缓冲液)。得到的研究结果可为建立高密度基因芯片脉冲点样技术提供实验研究基础。
关键词：微流体数字化;脉冲点样;基因芯片微阵列

58

|

13

|

4

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757475 false

发布时间：2020-08-12

信息科学

工业增强现实中的相机跟踪
潘绍松,左洪福
2011, 19(6): 1353-1359. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1353

摘要：提出了利用工业对象表面共面圆进行相机位姿跟踪的解决方案。首先,利用共面圆构建对象坐标系;用扩展卡尔曼滤波器预测相机位姿限定椭圆轮廓点搜索的位置及范围,计算梯度归一化互相关系数来形成轮廓点候选数据集;然后,剔除候选数据集中的野值,用最大似然估计法进行高精度椭圆拟合;最后,根据二次曲线的射影理论计算相机位姿并更新滤波器的状态。实验表明,本文方法跟踪相机位姿的最大误差角度为1.4°,平移为3.5 mm,跟踪速度为10~12 frame/s,满足工业增强现实中相机位姿跟踪的应用需求。
关键词：计算机视觉;相机跟踪;共面圆特征;扩展卡尔曼滤波;归一化互相关系数;最大似然估计

85

|

13

|

2

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756849 false

发布时间：2020-08-12
基于灰度差异的棋盘格角点自动检测
屠大维,张翼成
2011, 19(6): 1360-1366. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1360

摘要：提出一种基于灰度差异的棋盘格角点自动检测方法,该方法利用一种圆形角点检测器,在不对棋盘格图像做预处理情况下,能够准确检测有一定噪声或者较模糊的图像上的棋盘格角点。首先,根据角点及领域附近点的灰度差异,采用角点检测器初步检测角点;其次,根据棋盘格角点张角近似为直角和角点灰度对称性,对初步检测的角点进一步筛选获得棋盘格目标检测角点;最后,采用灰度平方重心法将像素级棋盘格目标检测角点亚像素级化,精确确定角点位置。实验结果表明,该方法在图像较模糊的情况下能够较精确检测出角点, 角点重投影精度达到0.1像素级,并能获得形成角点的张角角度值;该方法可以应用于具有特殊角度的角点检测,且由于运算速度快,误差小,能够应用于机器视觉摄像机的在线标定。
关键词：摄像机标定;灰度差;棋盘格角点;自适应检测

68

|

17

|

12

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756764 false

发布时间：2020-08-12
采用局部分形的高效图像分割方法在红外云图处理中的应用
刘洋,田小建,王晴,高博
2011, 19(6): 1367-1374. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1367

摘要：针对已有的基于分形维数的图像分割算法难以快速计算一个小区域的分形维数,计算复杂,效率低的问题,通过分析云的分形特征,提出一种采用局部分形维数的方法对红外云彩图像进行分割。首先,提出了一种高效算法来计算一段区间内的分形维数,使用树状数组作为数据结构,利用已经计算出来的信息,在O(logN)的时间内得到结果;然后,通过计算云图每个水平线的分形维数,将分形维数超过一定阈值的区域确定为云彩区域;最后,将每条水平线的高维数区间结合在一起得出整个分割结果。实验结果表明,该方法解决了传统的分形维数算法在大量计算维数时算法复杂度高、计算时间长的问题,对于640 pixel×480 pixel的大型图像计算时间<0.1 s;同时该算法能够有效地将云彩和其他人工遮挡物以及背景光线变化和局部噪声区分开,取得满意的处理效果。
关键词：分形维数;图像分割;红外云图;树状数组

64

|

15

|

8

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757461 false

发布时间：2020-08-12
基于改进局部敏感散列算法的图像配准
龚卫国,张旋,李正浩
2011, 19(6): 1375-1383. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1375

摘要：为实现图像间的快速准确配准,在局部敏感散列(LSH)算法基础上,提出一种高效的高维特征向量检索算法—改进的LSH(ELSH)算法用以图像特征间的检索配对,从而实现图像间的配准。该配准算法首先采用尺度不变特征变换(SIFT)算法提取图像的特征点并进行描述,得到图像的高维特征向量。然后,根据随机选择的若干子向量构建哈希索引结构,以缩减构建索引数据的维数和搜索的范围,从而缩短建立索引的时间。最后,根据数据随机取样一致性(RANSAC)剔除错误点。实验结果表明,与BBF (Best-Bin-First)和LSH算法相比,ELSH算法不但提高了匹配点对的准确性同时也缩短了匹配时间,其特征匹配时间分别减少了49.9%和37.9%。实验表明该算法可以快速、精确地实现图像间的配准。
关键词：尺度不变特征变换;特征匹配;局部敏感散列;改进的局部敏感散列

57

|

14

|

9

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756833 false

发布时间：2020-08-12
双相机相位差异散斑成像技术
王斌,汪宗洋,王建立,赵金宇,吴元昊,张世学,董磊,文明
2011, 19(6): 1384-1390. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1384

摘要：开展了用相位差异散斑技术实现图像采集和图像恢复的实验,在实验室环境下设计了针对扩展目标的相位差异散斑成像双相机实验平台。用两台外触发模式的相机同步采集焦面和指定离焦面上的短曝光图像,用变形镜构造光学系统误差,用强力热吹风机模拟大气湍流。分析了用多台相机与单台相机相比引入的不同问题,给出了多通道之间相面旋转问题的处理方法和多通道之间读出噪声不一致时的相位差异散斑法的目标函数;验证了相位差异散斑法提高图像分辨率的能力。分别用采集到的单帧,3帧,10帧图像进行PDS运算并分析结果,与基本的相位差异法相比,多帧相位差异散斑成像所恢复的图像质量有很大的提高。
关键词：相位差异;散斑成像;波前探测;图像恢复;相位估计

77

|

17

|

16

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757385 false

发布时间：2020-08-12
改进的SIFT特征提取和匹配算法
曾峦,王元钦,谭久彬
2011, 19(6): 1391-1397. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1391

摘要：针对月球影像和尺度不变特征变换(SIFT)算法的特点,在改进SIFT特征提取算法的基础上,提出了一种稳健的图像自动匹配策略。首先,自动调整SIFT算法中的对比度控制系数,提高关键点提取的均衡性;然后,用SIFT描述向量之间的欧氏距离最小值与次小值的比值作为阈值,进行粗匹配,并利用匹配对主方向角度差直方图剔除部分伪匹配;最后,自动计算随机采样次数、误差容忍度等参数,使用改进的随机选取一致性(RANSAC)方法确定透视变换模型初始参数,并用该模型和误差容忍度对匹配集合中的匹配对进行校验,选取出正确的匹配对。实验结果表明,在图像有一定程度的视点、光照、旋转、比例、模糊和对比度变化等情形下,该算法稳定、可靠。该方法能有效解决图像匹配门限的选择问题,真正实现了无人工干预的自动匹配。
关键词：图像处理;月球图像;SIFT特征;图像匹配

55

|

13

|

26

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757448 false

发布时间：2020-08-12
改进型脉冲耦合神经网络检测乳腺肿瘤超声图像感兴趣区域
汪源源,焦静
2011, 19(6): 1398-1405. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1398

摘要：为了解决超声图像斑点噪声、伪影、低图像对比度和图像亮度不均匀等问题,提出了一种改进的简化脉冲耦合神经网络(SPCNN)结合模糊互信息量的方法来自动检测乳腺肿瘤超声图像的感兴趣区域(ROI)。首先,对超声图像进行模糊增强预处理;然后,通过改进SPCNN对超声图像进行点火,以最大模糊互信息量作为最优判决准则,获得相应的分类结果;最后,对分类后的二值图像进行形态学等处理,从而得到乳腺超声图像的ROI。对包含118幅乳腺肿瘤超声图像的数据库进行处理,结果表明,该方法自动识别ROI准确率达到87.3%,处理每一幅图像的平均时间为4.68 s。本算法能有效快速地检测乳腺肿瘤超声图像的ROI,有望用于基于超声图像的乳腺肿瘤CAD中。
关键词：乳腺肿瘤;超声图像;感兴趣区域;脉冲耦合神经网络;模糊互信息

51

|

13

|

9

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756820 false

发布时间：2020-08-12
自组织递归区间二型模糊神经网络在动态时变系统辨识中的应用
李迪,陈向坚,续志军,杨帆,牛文达
2011, 19(6): 1406-1413. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1406

摘要：针对动态时变系统辨识过程中存在噪声干扰的问题,本文将区间二型模糊集结合到递归神经网络中,提出了自组织递归区间二型模糊神经网络以增强动态时变系统的抗噪能力。该自组织递归区间二型模糊神经网络由前件和后件两部分构成:前件为区间二型模糊集模型,用于将每个规则的激活强度反馈到自身构成内反馈回路,其参数学习采用梯度下降算法;后件为带有区间权值的Takagi-Sugeno-Kang(TSK)模型,其参数学习采用有序规则卡尔曼滤波算法,且网络初始规则数为零。所有规则均通过结构学习和前后件参数同时在线学习来产生,其网络结构学习采用的是在线区间二型模糊群集。为验证提出的神经网络的优越性,将其应用到单输入单输出动态时变系统的辨识中。实验结果表明,相对于前馈一型/二型模糊神经网络、递归一型模糊神经网络,该神经网络的辨识能力强,即使在存在白噪声的条件下,也能减小测试及训练误差。
关键词：自组织递归区间;二型模糊神经网络;卡尔曼滤波;梯度下降法;噪声干扰;动态时变系统辨识

44

|

13

|

6

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757432 false

发布时间：2020-08-12
彩色全息光电再现倍率色差的消除
王涛,于瀛洁,郑华东
2011, 19(6): 1414-1420. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1414

摘要：针对基于空间光调制器的彩色全息光电再现系统在利用计算全息图进行光电再现时会由于三色激光波长不同造成再现像出现倍率色差,影响再现效果的问题,本文重点分析了倍率色差产生的原因。为了消除倍率色差,提高彩色光电再现像的质量,提出了在全息图计算过程中对物信息进行差别采样来消除倍率色差。基于时分复用方法搭建了彩色全息光电再现系统,以迭代傅里叶变换型全息图为例,对处理后的计算全息图进行了光电再现。实验表明,提出的方法可以消除波长不同造成的色差(33.6%(红色),12.5%(绿色)),实验结果验证了本文所提出方法的可行性。
关键词：全息术;计算全息图;差别采样;倍率色差;光电再现

52

|

13

|

10

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756806 false

发布时间：2020-08-12
12位图像数据的压扩变换显示
范赐恩,吴敏渊,张立国,邓德祥,曹庆源
2011, 19(6): 1421-1428. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1421

摘要：利用数字通信的压扩变换原理,提出了12位图像数据到8位数据的16折线等比分区映射方法,来实现在8位显示器上显示12位图像数据的信息。推导出图像信号的线性量化和非线性量化信噪比公式,对3种不同量化方法的信噪比进行了比较。结果显示,在小于35 dB处,8位非线性量化信噪比和12位线性量化信噪比一致;而大于35 dB时,量化信噪比平缓稳定上升。实验表明该方法能有效改善图像的弱信号,在8位显示器上清晰地观察到低亮度图像细节。虽然对图像的高亮度部分进行了压缩,但对图像细节和信噪比影响不大。该方法不仅适用于灰度图像,而且适用于彩色图像,实验效果与理论预期完全一致。
关键词：图像显示;色阶映射;非线性量化;压扩变换

32

|

13

|

5

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757417 false

发布时间：2020-08-12
基于坐标轴投影勘察的深度图像树型分割
赵翠莲,施晓磊,荣坚,范志坚
2011, 19(6): 1430-1435. DOI: 10.3788/OPE.20111906.1430

摘要：针对具有空间连通域特征的深度图像,提出了一种基于坐标轴投影勘察的树型分割方法。通过投影勘察实现沿最优投影方向的坐标轴投影,把对深度图像的空间连通域分割转化为对投影在坐标轴上的一维点数据的区间连通域分割,最终利用树型结构实现分割。将该方法应用于实际深度图像的分割,并分别对理想和极端两种情况下的分割结果进行了讨论。结果表明,算法对具有空间连通域特征的深度图像的分割行之有效,并且在相同的硬件平台上对不同深度图像具有基本恒定的分割速度。对于分别包含19 792、35 186、79 618个点的深度图像,理想和极端情况下的平均分割速度分别为每万点0.168 s和0.494 s,具有较高的分割效率。
关键词：深度图像;空间连通域;树型分割;坐标轴;投影勘察

46

|

9

|

0

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1756791 false

发布时间：2020-08-12

2011年6月第19卷第6期目次

2011, 19(6)

10

|

4

|

0

<HTML>
<网络PDF><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 1757383 false

发布时间：2020-08-12

加载中...

⁰