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最新刊期
2011 年 第 8 期
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13.5 nm Schwarzschild显微镜系统及成像实验
摘要：研制了工作波长为13.5 nm的Schwarzschild成像显微镜。从共轴两镜系统的基本理论出发,通过消除三级球差、彗差和像散设计了Schwarzschild物镜的光学初始结构,计算了物镜的光学传递函数。结果表明,物镜在±0.3 mm视场内像方空间分辨率可达550 lp/mm。根据工作波长和镜面的入射角度设计了Mo/Si周期多层膜反射镜,制作了Schwarzschild显微镜光学元件,多层膜元件对13.5 nm波长的反射率为61%。为了消除可见光和紫外光对系统成像的影响,设计并制备了材料为Zr,Si和Si3N4的滤波片,该滤波片在13.5 nm处的透过率为21.1%。利用激光等离子体光源对60 lp/mm网格进行了成像实验,结果表明,系统在0.5 mm视场内的分辨率优于3 μm,结论认为CCD探测器分辨率极限是影响成像实验分辨率的主要因素。关键词：成像系统;Schwarzschild 成像显微镜;Mo/Si多层膜;滤波片;空间分辨率- 56
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发布时间：2020-08-12 -
基于FPGA的自适应光学系统波前处理机
摘要：针对大型地基高分辨率成像望远镜对自适应光学系统波前处理规模的需求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速大单元自适应波前处理系统,给出了设计方案,实施过程和测试结果。提出的基于FPGA的自适应光学系统波前处理机,在软件上采用FPGA对整个系统进行数据配置和调控,实现多路D/A数据同时传输和转换。同时,采用FPGA作为波前处理运算中的图像预处理和波前子孔径斜率计算的核心器件,在满足波前处理精度的前提下,缩短了波前处理延时,提高了波前处理能力,波前处理可达2 000 frame/s。在硬件上,采用波前处理主板与可扩展的波前处理子板相结合的形式来提高系统的输出能力。每块波前处理子板的校正量输出为120路,波前处理主板的最大扩展能力为10块,整个系统可实现1 200路校正量的输出。关键词：自适应光学系统;现场可编程门阵列(FPGA);波前处理机- 70
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发布时间：2020-08-12 -
机载激光对埋地管道的自主定位
摘要：为实现用机载激光对埋地天然气管道泄漏进行遥感检测,提出了机载激光自主定位管道的定位测量方法,利用机载GPS和惯性姿态测量系统得到载机的位置和姿态,结合已知的埋地管道地理位置信息,采用解析几何中的点法式求出激光对管道的自主定位点;然后利用坐标转换求出激光束在载机坐标系中的方位角和俯仰角,通过机械机构驱动激光完成对管道的引导定位。利用自行研制的激光夹持对准机构进行了地面定点实验,结果显示,地面定位最大误差为8.4 m,平均定位误差＜6.9 m;若进一步提高载机姿态、位置传感器精度及执行机构精度,激光对管道的引导定位误差会更小。结果表明本文所阐述的激光对埋地管道自主定位算法可用于机载激光对埋地天然气管道的遥感检测。关键词：机载激光;埋地管道;遥感检测;自主定位;坐标转换- 85
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发布时间：2020-08-12 -
甚高精度星模拟器设计
摘要：研制了一套星间角距精度优于0.2″的甚高精度星模拟器系统对深空光学导航敏感器进行地面标定和精度测试。采用高精度大口径静态可变目标标准源作为甚高精度星模拟器的核心显示器件模拟星图,同时研制了一种单点可控星图模拟矩阵式LED照明系统为其提供光源,并设计了长焦距大视场投影光学系统使模拟星图成平行光出射,在光学系统出瞳处产生星图,从而完成小天体全视场甚高精度星图的模拟。最后,提出甚高精度星光出射精度的检验方法,理论分析其测量精度为0.14″。结果表明该模拟器可用于对光学导航敏感器的地面标定和精度测试。关键词：星模拟器;地面标定;星敏感器;星光出射精度- 55
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发布时间：2020-08-12 -
凸面光栅成像光谱仪的干涉法装调
摘要：研究了Offner凸面光栅成像光谱仪同心分光系统的装调方法。将双光束干涉基本原理与同心光学系统基本特点相结合,提出了适用于Offner凸面光栅成像光谱仪的干涉装调法。该方法首先对凸面光栅成像光谱仪同心光学系统的两个凹球面反射镜进行同心装调,由于单个球面反射镜的离焦量难以调整至零,故引入相对离焦使两个反射镜的离焦量相等,从而实现两镜同心。另外,考虑无法用同一套凹球面补偿镜来检测凸球面,故提出采用谱图直读法来确定凸面光栅位置,实现了Offner凸面光栅成像光谱仪的高精度同心装调。实验结果表明, 经干涉法装调后,分光系统主镜和三镜的球心距离可以达到几个纳米甚至更高。关键词：成像光谱仪;凸面光栅;干涉装调法;谱图直读法- 54
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发布时间：2020-08-12 -
全反射式无焦ZH系统的装调
摘要：介绍了一种新颖的共轴全反射式无焦光学系统—ZH系统的装调技术。该系统由两块相对放置的抛物面反射镜和一块45°放置的双面反射镜组成,其两抛物面反射镜可分别从两端安装,从而使双向平面反射镜易于装配。对ZH系统进行了误差分析和装调分析,讨论了元件位置失调带来的系统像差的变化,给出了ZH系统的误差分析结果。由于光线经过ZH系统和分束镜后,光轴在水平方向和垂直方向有平移,平移后的出射光轴与入射光轴的平行需要精确的装调技术来保证。给出了ZH系统的装调方法,采用可见光平行光管进行辅助装调,采用水平偏移补偿镜和垂直偏移补偿镜对ZH系统出射光轴的偏移量进行补偿,利用测微组件和测微目镜对装调中平晶、反射镜的调节量进行测量,实现了ZH系统出射光轴与入射光轴的同轴。装调完成后,去掉水平偏移补偿镜和垂直偏移补偿镜,实现了ZH系统光轴的空间平行。关键词：光学系统;全反射无焦ZH系统;装调;光轴同轴- 51
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发布时间：2020-08-12 -
RB-SiC反射镜的材料制备、表面改性及非球面加工
摘要：针对RB-SiC反射镜工程实践中暴露的一些问题,对RB-SiC反射镜的材料制备、表面改性及非球面加工等技术进行了研究。首先,依据其改性特殊性,选取了与RB-SiC反射镜材料热胀系数匹配的新型支撑材料进行热匹配设计。接着,依据实际工程情况对非球面加工工艺及流程进行技术改进,以提高加工的可靠性。最后,采用试验的方法对RB-SiC反射镜的相关加工方法进行了试验验证。试验结果表明,改性后RB-SiC反射镜完好,改性前后镜面面形精度RMS值变化量仅为0.017λ(λ=623.8 nm),变化率为13%,非球面加工周期缩短了1~2月。该技术确保了RB-SiC反射镜10 μm的改性膜层在后续加工中的加工余量,使其不易被磨漏,提高了加工的安全性,缩短了非球面加工周期,该技术亦适用于其它SiC反射镜的制备及非球面加工。关键词：RB-SiC反射镜;表面改性;非球面加工;加工周期- 40
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两路脉冲固体激光器的相干合成
摘要：提出了采用迈克尔逊干涉复合腔技术进行两路固体激光器相干合成的实验方案。该方案利用双光束干涉时的相干相长和相干相消特性,结合谐振腔自身的增益损耗原理来实现两激光器的被动式相干合成。理论分析了该技术的锁相机理,并在实验中实现了两路脉冲固体激光器的相位锁定,获得了单脉冲能量300 mJ的相干合成激光输出,合束效率约为80%。实验表明,采用提出的复合腔技术实现相干合成具有自选择和自调整的特点,且结构简单、合束效率高,很好地解决了多路激光相干合成时遇到的占空比问题,可以实现多路固体激光器的相干合成。关键词：相干合成;迈氏腔;脉冲固体激光器- 55
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离轴抛物镜检测中调整误差对波前畸变的影响
摘要：对离轴非球面在光学加工和后期装调阶段的光学检测进行了研究,分析了检测过程中调整误差对波前畸变的影响。以加工半径为10 000 mm、二次曲面系数为-1、口径为500 mm、离轴量为425 mm的离轴抛物面为例,建立了各个调整参数对波前畸变影响的物理模型及数学模型,调整误差主要包括俯仰与高低、偏摆与离轴量及绕其子光轴旋转3组参数。应用matlab软件对调整误差对波前畸变的影响进行了仿真分析,对相应的仿真结果进行了实验验证。结果显示,仿真与实验结果一致性很好,证明了理论模型的正确性。分析得到的相应结论适用于所有离轴非球面镜的调整误差分析。关键词：离轴非球面;光学检测;波前畸变;调整误差- 50
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RB-SiC反射镜的制备及改性非球面加工
摘要：为了解决RB-SiC反射镜工程实践中暴露的一些工程问题，缩短非球面加工周期，对RB-SiC反射镜材料的制备、表面改性及非球面加工等技术进行了分析研究。首先，依据其改性特殊性，选取了与RB-SiC反射镜材料热胀系数匹配的新型支撑材料进行热匹配设计。接着，依据实际工程情况对非球面加工工艺及流程进行了技术改进，以提高加工的可靠性，缩短加工周期。最后，采用试验的方法对RB-SiC反射镜的相关技术方法进行了试验验证。试验结果表明：改性后RB-SiC反射镜完好，改性前后镜面面形精度RMS值变化量仅为0.017λ（λ=623.8nm），变化率为13%，非球面加工周期缩短1月~2月。该技术方法确保了RB-SiC反射镜10μm的改性膜层在后续加工中的加工余量，使其不易被磨漏，提高了加工的安全性，缩短了非球面加工周期。该技术完全适用于其它SiC反射镜的制备及非球面加工。关键词：加工周期- 57
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凸面光栅成像光谱仪的干涉法装调原理及应用
摘要：Offner凸面光栅成像光谱仪分光系统的三个球面反射镜拥有共同的球心，这种同心特性能够使光谱仪具有无像散、谱线弯曲小、色畸变小、数值孔径大、结构简单等优点，而高精度的同心装调技术则是实现这些优点的关键。将双光束干涉基本原理与同心光学系统基本特点相结合，提出了适用于Offner凸面光栅成像光谱仪的干涉装调法，利用此方法对凸面光栅成像光谱仪同心光学系统的两个凹面反射镜进行同心装调，采用谱图直读法确定光栅位置，实现了Offner凸面光栅成像光谱仪的高精度同心装调。实验结果表明, 经干涉法装调后，分光系统主镜和三镜的球心距离精度可以达到几个纳米甚至更高。关键词：谱图直读法- 46
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13.5 nm Schwarzschild显微镜成像实验研究
摘要：摘要：研制了工作波长为13.5 nm的Schwarzschild成像显微镜。从共轴两镜系统的基本理论出发，通过消除三级球差、彗差和像散设计了Schwarzschild物镜的光学初始结构，计算了物镜的光学传递函数，结果表明物镜在±0.3 mm视场范围内像方空间分辨率可达550 lp/mm。根据工作波长和镜面的入射角度设计了Mo/Si周期多层膜反射镜，制作了Schwarzschild显微镜光学元件，多层膜元件对13.5 nm波长的反射率为61%。为了消除可见光和紫外光对系统成像的影响，设计并制备了材料为Zr、Si和Si3N4的滤波片，制备的滤波片在13.5 nm波长的透过率为21.1%。利用激光等离子体光源对60 lp/mm网格进行了成像实验，结果表明系统在0.5 mm视场内的分辨率优于3 μm，CCD探测器分辨率极限是影响成像实验分辨率的主要因素。关键词：空间分辨率- 27
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新型ZH系统装调技术研究
摘要：本文介绍了一种新颖的共轴全反射式无焦光学系统——ZH系统的装调技术。ZH系统由两块相对放置的抛物面反射镜和一块45o放置的双面反射镜共同组成，该系统的两抛物面反射镜可分别从两端安装，双向平面反射镜也易于安装。对ZH系统进行了误差分析和装调分析，光线经过ZH系统和分束镜后，光轴在水平方向和垂直方向有平移，平移后的出射光轴与入射光轴的同轴，需要精确的装调技术来保证。给出了ZH系统的装调方法，采用可见光平行光管进行辅助装调，采用水平偏移补偿镜和垂直偏移补偿镜对ZH系统出射光轴的偏移量进行补偿，利用测微组件和测微目镜对装调中平晶、反射镜的调节量进行测量，装调出了ZH系统，实现了ZH系统出射光轴与入射光轴的同轴。关键词：光轴同轴- 29
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两路脉冲固体激光器相干合成实验研究
摘要：本文采用迈氏腔技术进行了固体激光器相干合成的实验研究。理论分析了迈氏腔结构的锁相机理，并在实验中实现了两路脉冲固体激光器的相位锁定，获得了单脉冲能量300mJ的相干合成激光输出，合束效率约为80%。实验表明，迈氏腔结构的相干合成技术具有合束效率高和结构简单的特点，可以实现多路固体激光器的相干合成。关键词：脉冲固体激光器- 30
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发布时间：2020-08-12
现代应用光学
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用单站光电雷达一体化系统测量目标三维姿态
摘要：设计了单站光电雷达三维姿态测量系统,讨论了将该测量系统用于飞行目标三维姿态测量的可行性,研究了用该系统测量飞行姿态的原理、算法和误差项。依据选取的三维姿态解算算法确定了系统的关键技术指标,计算了系统对模拟目标的作用距离,并分析其三维姿态测量精度。分析结果表明,系统对模拟目标的作用距离不小于60 km,实时三维姿态测量总误差不大于120'。利用外场现有仪器的校飞试验进行了单站三维姿态解算实验,结果表明,利用单站光电雷达一体化测量系统来测量飞行目标的三维姿态信息方法切实可行,不但可提高仪器测晨的实时精度,而且可消除传统交汇测量法对布站的限制,提高了仪器使用效率。关键词：三维姿态测量;光电雷达一体化;单站测量;测量精度- 51
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基于机器人的柔性电子检具测量系统
摘要：针对工业生产中常用的专用实物检具成本高、柔性差、自动化程度低的缺点,提出一种工业机器人柔性电子检具测量系统。以工业机器人为柔性自动化平台,将视觉传感器固定于机器人末端工具上,利用机器人示教功能规划测量路径,通过全局标定技术将局部测量结果统一到全局坐标系中。考虑测量过程中机器人重复定位误差是影响系统整体精度的主要因素之一,采用光学精密测量方法,将另一相机作为控制相机,利用摄影测量技术结合固定于支撑部件上的全局控制点测量机器人重复定位误差,实时补偿整体测量结果。将测量数据与CAD数模比对,构造虚拟柔性电子检具功能。实验显示,系统测量14个空间点的三维总体均方根误差为0.101 mm。结果表明,提出的方法原理正确,能够克服实物检具费用高、浪费严重、人为因素影响检测精度的局限。关键词：精密工业测量;柔性电子检具;工业机器人;近景摄影测量;激光视觉测量- 51
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发布时间：2020-08-12 -
应用地球椭球的三线阵立体测绘相机像移补偿
摘要：分析了三线阵立体测绘相机成像原理,针对三线阵立体测绘相机在对地成像过程中存在的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角的差异,推导了基于地球椭球的前视、正视和后视相机像移速度和偏流角计算公式。以某三线阵立体测绘相机为例,选取WGS84地球椭球模型,分析了前视相机和后视相机都以正视相机为准调整行周期和偏流角时,像移速度匹配残差和偏流角残差对像质的影响。分析及实验结果表明,以调制传递函数下降5%为约束,当积分级数>2时,应分别调整前视、正视和后视相机的行周期;按正视相机调整前视相机和后视相机的偏流角时,积分级数应取40级以内。关键词：三线阵相机;立体测绘;像移补偿;地球椭球;调制传递函数- 60
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振动模态对压电发电机陶瓷片粘贴位置的影响
摘要：通过对压电单晶悬臂梁振动发电机陶瓷片建模及理论计算,分析了一阶振型与二阶振型状态下陶瓷片不同贴片位置与振动发电机发电能力的关系,利用欧拉伯努利梁模型并通过电机开路电压、短路电流及LED照明试验,得到了最佳贴片位置。试验表明在一阶模态时,陶瓷片贴于悬臂梁根部的电机能够获得最大的发电量,对4种不同贴片位置电机的发电试验显示,陶瓷片贴于根部的电机其开路电压及短路电流分别是其他电机的4倍以上,驱动的LED功率为其他电机的10倍以上。而对于二阶振型,陶瓷片贴于悬臂梁中间位置的电机发电量最大,贴于根部位置的电机次之,6种不同贴片位置电机的发电试验表明,前者开路电压、短路电流分别为后者的1.2倍和1.9倍以上,两者驱动的LED功率相差1.4倍以上。试验结果与计算结果均表明:一、二阶模态时悬臂梁最佳贴附位置分别是根部和中间位置,设计时需根据不同振型选择陶瓷片最佳粘贴位置。关键词：压电发电机;陶瓷片;悬臂梁;振型- 46
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球面旋涂光刻胶工艺
摘要：研究了离心式涂胶工艺理论以实现在凹球面内表面涂布厚度均匀的光刻胶。首先,讨论了影响膜厚均匀性的主要因素;接着,用流体力学理论分析了离心式开口向下球面涂胶过程中胶液的受力流动状态,建立了出胶膜厚度与离心机转速、胶液粘度、旋涂时间等参数关系的数学模型;最后,为了验证理论的正确性,在口径φ120 mm,凹球面半径300 mm,矢高12.5 mm的K9玻璃试验件内表面开展涂胶工艺实验。测试分析结果表明,该理论分析模型与实际情况相符,根据理论分析采用主轴与工件旋转轴偏心的装夹方法,在整个球面内表面可以得到厚度均匀的胶膜。当光刻胶黏度为1.1~1.9 Pa,主轴转速为3 000~6 000 r/min时,可在凹球面上涂布厚度为0.5~1 μm的均匀胶膜。关键词：光刻胶;离心式涂胶;流体力学;胶膜厚度;胶液粘度;转速- 60
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多台阶平板静电驱动的高占空比微镜阵列的研制
摘要：为了在限定驱动电压下获得大镜面尺寸、大扭转角度的微镜阵列,提出了一种多台阶平板静电驱动结构的微镜阵列。理论分析了多台阶平板结构与平行平板结构在静电驱动时的区别。研究了多台阶平板结构的制作工艺并采用体硅加工工艺制作了多台阶平板静电驱动的微镜阵列,获得了微镜面尺寸达到600 μm×200 μm,包含52个微镜面排布,占空比高达97%的微镜阵列。测试表明,制作的微镜面结构在驱动电压为164 V时可以实现最大1.1°的扭转角度,相对于传统的平行平板静电驱动结构大大降低了驱动电压。关键词：微光机电系统;多台阶平板;平行平板;静电驱动;微镜阵列;高占空比- 40
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轻型空间相机调焦机构的优化设计与精度试验
摘要：根据轻型空间相机光学系统的特点以及相机的焦深,优化设计了一种适用于该类相机的调焦机构。为了满足相机总体要求,综合考虑重量、外型尺寸、刚度、误差等各方面的因素,选择丝杠和连杆配合使用的双滑块机构,将丝杠的转动通过连杆机构转换成调焦镜沿光轴方向的直线运动,实现了通过调整像面移动来解决离焦的问题。对该调焦机构在调焦范围内的调焦精度进行了分析,介绍了该调焦机构的误差来源和计算方法。最后,对该调焦机构进行了振动试验和精度试验。优化设计后的调焦机构总重量为2.5 kg,外型尺寸为186 mm×144 mm×60 mm。振动试验和精度试验的结果表明,该调焦机构的基频为505 Hz,单向定位精度为0.008 mm,重复定位精度为0.002 5 mm ,满足相机总体提出的刚度和精度要求。该调焦机构具有刚度高、结构紧凑、定位精度高等特点,能够满足空间调焦的设计要求。关键词：空间相机;非线性调焦机构;精度试验- 43
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复合薄膜磁致伸缩系数求解及悬臂梁结构优化
摘要：建立了超磁致伸缩薄膜(GMF)的磁致伸缩系数求解模型用于分析磁机耦合转化关系,研究了模型的建立过程、推演机理及仿真结果。通过合理简化复合GMF变形,并以单层GMF的磁致伸缩系数表达式为基础,推演得出了复合GMF的磁致伸缩系数表达式。以具有正负磁致伸缩效应的复合GMF为研究对象,利用推演得出的复合GMF的磁致伸缩系数表达式,讨论了磁致伸缩镀层厚度对悬臂梁式GMF自由端挠度的影响规律。研究结果表明:在镀层总厚度一定且正磁致伸缩材料层与负磁致伸缩材料层厚度比为2.3时,不论是Cu基薄膜还是PI基薄膜,其变形能力均达到最大值,从而实现了正负复合薄膜悬臂梁的结构优化。关键词：超磁致伸缩复合薄膜;磁致伸缩系数;结构优化- 42
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基于Paden-Kahan子问题求解滚仰式导引头角增量
摘要：根据滚转俯仰双框架导引头的结构特点,对框架进行了运动学分析。基于Paden-Kahan子问题,给出了封闭形式的滚仰角增量求解算法。通过将导引头的滚仰角增量求解分解为两个规范的Paden-Kahan子问题使运动学逆解由两个简单的刚体运动组成,从而简化了滚仰角增量求解的复杂度。为避免运动学逆解不唯一,应用最小角增量准则对运动学逆解进行了优化。数值仿真显示,求解的角增量使光轴指向误差为零,保证了光轴与视线的重合。最后,采用角增量求解算法对圆周轨迹目标进行半实物跟踪实验,结果表明,提出的逆运动学算法可以有效求解滚仰式导引头滚仰角增量,实现目标闭环跟踪。关键词：滚仰式导引头;角增量求解;Paden-Kahan子问题;逆运动学- 41
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非正交二维MEMS倾斜镜的研制
摘要：为提高传统二维倾斜镜在非正交方向上的光转换效率,设计并加工了一种转轴非正交二维MEMS倾斜镜。倾斜镜上电极非对称地固定在基底上,通过控制上、下电极的加电方式实现倾斜镜在两个非正交轴上的偏转变形。采用三层膜的结构设计,消除了上电极应力变形对镜面平整度的影响。通过在上电极加工微小突起,减小上下电极的重叠面积,避免了倾斜镜的吸合失效;另外,上、下电极仅在其边缘处重叠,确保了静电力的有效利用。研制的倾斜镜驱动电压低,在3.5 V的电压下可实现绕水平X轴0.16°、绕倾斜Y轴0.03°的偏转,Y轴与X轴成145.37°夹角。倾斜镜结构简单,可实现绕两个非正交转轴的偏转,空间适应性好,且有效避免了静电吸合对镜子的损坏。关键词：转轴非正交倾斜镜;二维倾斜镜;微机电系统(MEMS)- 52
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基于PDMS和玻璃材料的毛细管被动阀临界压力分析
摘要：针对现有的数值仿真方法不能够准确地计算矩形截面毛细阀用亲水性很好的玻璃作盖板时的临界压力,提出了一种分析复合壁面毛细管被动阀临界压力的方法。使用Surface Evolver(SE)自由软件,通过设置和实际流动相符的边界条件,并监测在扩张段入口处接触角的变化范围,实现了对由玻璃盖板和PDMS微通道构成的被动阀的临界压力的计算。此时,接触线应该设置为可以进入到扩张段的侧壁上,而不能固定在扩张段入口处。对于深度为25 μm,宽深比为2,4,8,16的毛细管被动阀,得到的临界压力分别为0.77,0.45,0.33,0.24 kPa。仿真结果和转台实验结果基本相符,证实了SE方法的有效性。文中分析了接触角对毛细阀有效性的影响,指出当通道和平板材料的接触角之和大于90°时,毛细阀才能控制流动。关键词：微流体;毛细阀;附加压力;Surface Evolver- 44
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柔性变栅距光栅角位移传感器的精度分析与工艺实现
摘要：研制了用于采集和反馈飞机舵面位置信息的柔性变栅距光栅角位移传感器。分析了影响传感器精度的主要因素,给出了制备过程所采用的精密成型工艺。首先,根据柱面变栅距光栅在柔性变栅距光栅角位移传感器中的核心作用,介绍了传感器的工作原理;分析了工艺误差对传感器精度的影响,提出了柔性变栅距光栅精密成型为柱面变栅距光栅后内表面圆度应不大于0.01 mm。在圆度对传感器精度影响的量值基础上,采用了柱面变栅距光栅精密成型工艺。最后,利用有限元仿真分析了柱面变栅距光栅精密成型工艺的可行性。实验结果表明:柱面变栅距光栅内表面圆度达到0.004 3 mm,传感器的线性度达到最大工作角度的0.27%,满足了航空机载传感器的精度要求。关键词：柔性变栅距光栅;柱面变栅距光栅;角位移传感器;弹性凸模- 56
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精确约束二自由度微动角位移机构设计
摘要：为了研制面向精密工程的微动角位移机构,采用旋量代数分析了3-HSE和3-HSVR三螺旋角位移机构的自由度和约束模式。分析表明,基于"不共线三点确定一个平面"设计的角位移机构存在欠约束和欠确定运动问题,由此导致机构的位姿和运动具有不确定性。因此,提出了双螺旋式精确约束二自由度角位移机构。这种机构在自然状态下采用六点约束,具有确定位姿;在输入状态下自由度数等于输入数,具有确定运动。 采用矢量运动变换方法证明了机构在不同输入模式下的姿态调整原理并利用机构运动几何关系分析了机构灵敏度,结果表明,该角位移机构灵敏度优于0.83 μrad。这种角位移机构仅采用两个螺旋支链,结构简单、位姿和运动确定、稳定性高,可用于两个自由度的姿态调整。关键词：角位移机构;自由度;精确约束;姿态;调平- 47
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发布时间：2020-08-12 -
反射镜组件模态分析的误差评价
摘要：对有限元法在反射镜组件模态分析中产生的误差进行了定量评价及试验验证。阐述了算法误差、材料参数误差以及连接关系的简化处理等3个主要误差源对分析结果带来的影响。从模态分析的基本原理出发,得出算法选择引入的误差<1%;材料参数误差的传递因子可从公式推导以及试算数据拟合的方法得到,误差的参与权重因子可通过模态振型来获得;而螺钉连接关系简化处理引入的误差则通过简化处理螺钉连接关系与详细分析两种有限元模型的结果来获得。试验结果表明,在有限元分析中,若对连接关系进行了简化处理,反射镜组件模态分析结果的误差将达到10%左右;若对螺钉进行有限元建模,在组件的分析中考虑螺钉刚度的贡献,误差可以控制在5%以内。分析结果与试验结果基本吻合,表明对螺钉连接关系的处理方式是决定分析结果误差的关键因素,在高精度的分析中,螺钉连接的刚度贡献是不能忽略的。本文提出的组件模态分析误差的定量分析方法,对采用有限元法进行的重力变形分析、动力学响应分析以及热变形分析等误差定量分析亦有指导意义。关键词：模态分析;误差传递因子;误差参与权重;连接关系- 53
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发布时间：2020-08-12 -
基于Paden-Kahan子问题的滚仰式导引头角增量求解算法
摘要：针对滚转俯仰双框架导引头的结构特点，分析了框架的运动学描述方法。基于Paden-Kahan子问题，给出封闭形式的滚仰角增量求解算法。采用这种方法，导引头的滚仰角增量求解可以分解为两个规范的Paden-Kahan子问题，通过子问题分解，运动学逆解由两个简单的刚体运动组成，简化了滚仰角增量求解的复杂度。为避免运动学逆解不唯一的问题，应用最小角增量准则对运动学逆解进行优化。采用角增量求解算法对圆周轨迹目标进行半实物跟踪实验，实验结果表明，提出的逆运动学算法可以有效求解滚仰式导引头滚仰角增量，实现目标闭环跟踪。关键词：逆运动学- 49
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发布时间：2020-08-12 -
振动模态对压电发电机陶瓷片粘贴位置影响
摘要：为了研究一阶、二阶模态下，压电单晶悬臂梁振动发电机陶瓷片最佳贴片位置，利用欧拉伯努利梁模型，讨论了一阶与二阶模态下陶瓷片最适宜的贴片位置，并通过电机开路电压、短路电流及LED照明试验，得到了最佳贴片位置。在一阶模态时，陶瓷片贴于悬臂梁根部的电机能够获得最大的发电量，通过对4种不同贴片位置电机的发电试验分析，陶瓷片贴于根部的电机开路电压及短路电流分别是其他电机的4倍以上，其驱动的LED功率为其他电机的10倍以上。而对于二阶振型，陶瓷片贴于悬臂梁中间位置的电机发电量最大，贴于根部位置的电机次之，6种不同贴片位置电机的发电试验表明，前者开路电压、短路电流分别为后者的1.2倍和1.9倍以上，两者驱动的LED功率相差1.4倍以上。试验结果与计算结果均表明：一、二阶模态时悬臂梁最佳贴附位置分别是根部和中间位置，需根据不同振型选择陶瓷片最佳粘贴位置。关键词：振型- 40
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轻型空间相机调焦机构优化设计与精度试验
摘要：为了保证轻型空间相机具有更强的适应性，能够获得清晰的图像，根据相机光学系统的特点以及相机的焦深，优化设计了一种适用于该相机的调焦机构。首先，为了满足相机总体提出的低质量和小型化的要求，综合考虑重量、外型尺寸、刚度、误差等各方面的因素，最终选择丝杠和连杆配合使用的双滑块机构，将丝杠的转动通过连杆机构转换成调焦镜沿光轴方向的直线运动。然后，对该调焦机构在调焦范围内的调焦精度进行了分析，介绍了该调焦机构的误差来源和计算方法。最后对该调焦机构进行了振动试验和精度试验，介绍了该调焦机构定位精度和重复定位精度的计算方法。经优化设计后的调焦机构总重量为2.5Kg，外型尺寸186mm×144mm×60mm。振动试验和精度试验的结果表明：该调焦机构的基频为505Hz，单向定位精度为0.008mm，重复定位精度为0.0025mm ，满足相机总体提出的刚度要求和精度要求。该调焦机构具有刚度高、结构紧凑、定位精度高等特点，能够满足空间调焦的设计要求，为实现空间相机向轻型化，小型化方向发展奠定了研究基础。关键词：精度试验- 60
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非正交二维MEMS 倾斜镜的研制
摘要：目的：为提高在非正交方向上的光转换效率，克服传统二维倾斜镜空间适应性差的缺点，设计并加工了一种转轴非正交的二维MEMS倾斜镜。方法：倾斜镜上电极非对称地固定在基底上，通过控制上、下电极的加电方式实现倾斜镜在两个非正交轴上的偏转变形。采用三层膜的结构设计，消除了上电极应力变形对镜面平整度的影响。通过在上电极加工微小突起、减小上下电极的重叠面积，避免了倾斜镜的吸合失效，且上、下电极仅在其边缘处重叠，确保了静电力的有效利用。结果： 研制的倾斜镜驱动电压低，在3.5V的电压下可实现绕水平X轴0.16o 、绕倾斜Y轴0.03o 的偏转，Y轴与X轴成145.37o 夹角。结论：倾斜镜结构简单、有效反射镜面大，可实现绕两个非正交转轴的偏转，空间适应性好，且有效避免了静电吸合对镜子的损坏。关键词：二维倾斜镜- 29
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多台阶平板静电驱动的高占空比微镜阵列研制
摘要：为了实现在限定驱动电压下获得大镜面尺寸大扭转角度的微镜阵列。提出了一种多台阶平板静电驱动结构的微镜阵列。理论分析了多台阶平板结构与平行平板结构在静电驱动时的区别。研究了多台阶平板结构的工艺制作并采用体硅加工工艺技术制作了多台阶平板静电驱动的微镜阵列。获得了微镜面尺寸达到600μm x 200μm，包含52个微镜面排布，占空比高达97%的微镜阵列。通过测试表明，制作的微镜面结构在驱动电压为164伏时可以实现最大1.1度的扭转角度，相对于传统的平行平板静电驱动结构大大降低了驱动电压。关键词：高占空比- 20
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机器人柔性电子检具测量系统
摘要：针对工业生产中普遍使用的专用实物检具成本高、柔性差、自动化程度低的缺点，提出一种工业机器人柔性电子检具测量系统。以工业机器人为柔性自动化平台，将视觉传感器固定于机器人末端工具，利用机器人示教功能规划测量路径，通过全局标定技术将局部测量结果统一到全局坐标系中。测量过程中机器人重复定位误差是影响系统整体精度的主要因素之一，采用光学精密测量方法，将另一相机作为控制相机，利用摄影测量技术结合固定于支撑部件上的全局控制点测量机器人重复定位误差，实时补偿整体测量结果。将测量数据与CAD数模比对，构造虚拟柔性电子检具功能。实验表明：系统测量14个空间点的三维总体均方根误差为0.101mm。方法原理正确，能够克服实物检具费用高、浪费严重、人为因素影响检测精度的局限，实现高精度、高柔性、高自动化的检具测量。关键词：激光视觉测量- 34
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球面旋涂光刻胶的工艺理论
摘要：为了在凹球面内表面涂布厚度均匀的光刻胶，进行了离心式涂胶工艺理论研究。首先讨论了影响膜厚均匀性的主要因素，接着用流体力学理论分析了离心式开口向下球面涂胶过程中胶液的受力流动状态，推导出胶膜厚度与离心机转速、胶液粘度、旋涂时间等参数变化规律的数学模型，最后为了验证理论的正确性，在口径φ120mm，凹球面半径300mm，矢高12.5mm的K9玻璃试验件内表面开展涂胶工艺实验。经试验测试结果分析：该理论分析模型与实际情况是相符的，根据理论分析采用主轴与工件旋转轴偏心的装夹方法，在整个球面内表面可以得到厚度均匀的胶膜。当光刻胶粘度为110厘泊~190厘泊，主轴转速为3000~6000转/分，在凹球面上可以涂布厚度为0.5μm~1μm的均匀胶膜。关键词：转速- 37
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精确约束二自由度微动角位移机构构型设计
摘要：为了研制面向精密工程的微动角位移机构，采用旋量代数分析了常用3-HSE和3-HSVR三螺旋角位移机构的自由度和约束模式，分析表明：传统基于“不共线三点确定一个平面”设计的角位移机构存在欠约束和欠确定运动问题，由此导致机构的位姿和运动具有不确定性。基于此，提出了双螺旋式精确约束二自由度角位移机构，这种机构在自然状态下采用六点约束，具有确定位姿，在输入状态下自由度数等于输入数，具有确定运动，由此解决了三螺旋角位移机构欠约束和欠确定运动问题；接着，采用矢量运动变换方法证明了机构在不同输入模式下的姿态调整原理；最后，利用机构运动几何关系分析了机构灵敏度，结果表明：该角位移机构灵敏度优于0.83μrad。这种角位移机构仅采用两个螺旋支链，具有结构简单、位姿和运动确定、稳定性高的特点，可用于精密工程领域仪器或光学元件的姿态调整。关键词：灵敏度- 42
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悬臂梁式压电振动能采集器的建模及实验验证
摘要：为了根据环境振动和电学负载的特点对悬臂梁式微型压电振动能采集器进行优化，必须建立具有较高精度的理论模型。考虑质量块质心与悬臂梁末端的位置差异，建立了在基础激励作用下的悬臂梁式微型压电振动能采集器的运动微分方程和边界条件。通过引入常数，建立了对单压电层、双压电层并联和双压电层串联的悬臂梁式微型压电振动能采集器均适用的耦合电路方程。得到了采集器固有频率和振型的表达式，推导了简谐基础激励和任意基础激励作用下的输出电压表达式。实验结果表明，对于三个振动能采集器样机而言，以上固有频率和输出电压表达式的相对误差分别小于10%和20%，基本满足微型压电振动能采集器优化设计的要求。关键词：建模- 27
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数字磁罗盘的全姿态罗差补偿
摘要：针对现有磁罗盘罗差补偿方法成本高、效率低和全姿态补偿能力不足的问题，提出了一种基于几何变换的全姿态罗差补偿方法。首先，根据外磁干扰对磁传感器采样值的影响，建立了几何变换罗差补偿模型。该模型将罗差补偿参数由12个减少到9个。其次，将牛顿法算子引入到粒子群算法中建立混合粒子群优化算法，采用粒子群算法选取优化参数初始值，以牛顿法算子快速逼近最优值。最后，使用该混合粒子群优化算法对几何变换参数进行优化求解，并利用几何变换罗差补偿模型对磁罗盘磁航向测量误差进行补偿。实验结果表明，采用该罗差补偿方法无需外部辅助航向姿态信息，可在3分钟内实现全姿态罗差补偿，并将磁航向测量误差降低为补偿前的1/8～1/10，在罗差补偿精度和快速性上优于传统补偿方法，满足了航姿系统的需求。关键词：参数优化- 35
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基于PDMS和玻璃材料的毛细管被动阀的临界压力分析
摘要：计算毛细管被动阀的阻力在微流体系统的设计中具有重要意义。对于多种材料组成的矩形截面毛细阀，实验表明当被动阀使用亲水性很好的玻璃做盖板的时候，即使不施加外界压力，也会有部分接触线越过扩张段入口，进入到侧壁上。已有的数值仿真计算还不能够准确的模拟这种情况。本文使用Surface Evolver(SE)自由软件，通过设置和实际流动相符的边界条件，并监测在扩张段入口处接触角的变化范围，实现了对由玻璃盖板和PDMS微通道构成的被动阀的临界压力的计算。针对深度25μm，宽深比2、4、8、16的微阀，得到的临界压力分别为0.77、0.45、0.33、0.24KPa。仿真结果和转台实验结果基本相符，证实SE方法是有效的。还分析了接触角对微阀有效性的影响，指出当通道和平板材料的接触角之和大于90°时，微阀才能控制流动。关键词：Surface Evolver- 50
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单站光电雷达姿态测量系统的设计与分析
摘要：摘要：利用光学跟踪测量技术在三维空间中对飞行目标进行姿态测量是现代武器系统对测量领域提出的新要求，传统的多站交汇测量方法对光学测量仪器的测量精度要求很高，实时数据处理难度很大，还受到光学测量设备布站的限制。利用高精度光学测角性能和高精度雷达测距性能，应用在光电经纬仪上加装测距雷达的方法搭建光电雷达姿态测量系统，从而实现光电经纬仪单站定位目标、实时解算目标的三维姿态，达到提高系统实时测量精度的目的。 依据选用的单站测量偏航角、俯仰角和翻滚角的算法设计确定系统的关键技术指标，分析计算系统对模拟目标的作用距离与姿态测量精度，结果表明：系统对模拟目标的作用距离不小于60km,实时三维姿态测量总误差不大于 。在靶场光学测量仪器现有设计精度条件下，应用单站光电雷达姿态测量系统的设计方法对飞行目标进行三维姿态测量，不但可以提高仪器测量的实时精度，还可以消除传统交汇测量方法带来的布站限制，提高仪器的使用效率。关键词：设计分析- 52
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微纳技术与精密机械
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双机器人系统的快速手眼标定方法
摘要：针对双机器人仿真测量系统的手眼标定问题,提出一种由机器视觉求解法兰盘位姿得出手眼关系的方法。将目标机器人运动到合适的位姿,由视觉机器人拍摄其法兰盘图像,提取图像中法兰盘的椭圆轮廓,解算摄像机坐标系下的法兰盘姿态和圆心坐标,并由销孔位置约束得出摄像机与目标法兰盘坐标系的转换关系 H 1。然后由控制器读数得出两台机器人各自法兰盘坐标系与基坐标系间的转换关系 H 2, H 4,并由机器人单轴旋转运动得出双机器人基坐标系转换关系 H 3,由此形成闭环得出机器人手眼关系 H CG。 将法兰盘运动到共面的多个不同位置分别拍摄图像,通过图像融合来提高标定精度。实验结果表明,单位置标定和多位置图像融合标定的精度分别为0.345°和0.187°,满足双机器人视觉仿真测量系统的精度要求。关键词：机器人;手眼标定;坐标转换;图像融合;圆姿态- 39
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CCD视觉检测系统的整体标定
摘要：为了实现粒度分析仪对复合肥粒度分布的准确检测,提出了CCD视觉检测系统的整体标定方法。首先,分析了检测系统的检测精度;对光源进行了伺服控制,以减小光源的不稳定性、不均匀性对视觉检测系统检测精度的影响。然后,确定CCD合适的扫描速度,还原了被检测物体的真实形状。最后,基于直纹曲面理论,通过对不同直径的钢球进行多次标定,获得其像素直径和像素坐标,并借助Excel、Matrox Imaging Library (MIL)等工具建立了直纹曲面的数学模型,实现了对CCD视觉检测系统的整体标定。实验结果表明,整体标定以后,CCD视觉检测系统响应的非均匀性得到了明显改善,检测误差在±3%以内,达到了粒度分析仪的设计精度要求。关键词：视觉检测;直纹曲面;CCD;整体标定;粒度分析仪- 66
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谱域OCT成像系统在口腔组织检测中的应用
摘要：基于谱域光学相干层析术理论设计并搭建了一套便于集成化的光纤式谱域OCT系统,其纵向分辨率为7.3 μm,横向分辨率为9.5 μm,在空气中的成像深度为3.14 mm。该系统通过干涉光谱来获得样品的深度信息,实现数据的高速采集。利用该系统对口腔内唾液腺导管内壁的组织形态进行了研究,并将得到的OCT图像与相对应的病理切片图片进行了比较。实验结果表明,采用研制的系统可以获得腮腺导管内壁组织的层析结构。该项研究对临床医学上的口腔唾液腺疾病的无创检查和早期诊断具有指导意义。关键词：光学相干层析成像;谱域;腮腺导管;组织病理学- 41
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光转换单元中锁相环带宽的优化
摘要：考虑光转换单元(OTU)中锁相环带宽同时受外部输入抖动和内部相位噪声抖动的影响,为克服锁相环带宽选择的矛盾性,本文对其带宽进行了优化设计。在同时考虑外部输入抖动和内部相位噪声的情况下,对锁相环带宽算法进行综合分析。通过改进前人的计算和分析方法推导得出OTU中锁相环带宽的优化算法,分析并得到锁相环路的优化带宽,使OTU的时钟输出有较低的抖动噪声。将优化算法应用到2.5 Gbit/s和10 Gbit/s的OTU中,对环路参数进行定量和定性分析,获得了锁相环的优化参数和再生器输出抖动值。实验研究表明,该优化算法具有一定优越性与可行性,比较适用于OTU。关键词：锁相环;优化算法;噪声;带宽;抖动- 56
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提高光栅莫尔条纹信号质量的滤波方法
摘要：针对莫尔条纹信号的质量问题提出一种相位差滤波法。将指示光栅上四场裂相方式中每场细分为多个不同相位的行组合,利用行组合间的不同相位排列关系来消弱高次谐波的分量,从而提高莫尔条纹信号的质量。首先,介绍了莫尔条纹的傅里叶级数表达式,对莫尔条纹的各次谐波特性进行了分析。然后,以指示光栅的图案设计为例,阐明该滤波方法消除二次、三次和四次谐波的过程。最后,通过仿真和实验,验证了该滤波方法对削弱高次谐波的有效性。实验结果表明,该滤波方法可将莫尔条纹信号的三次谐波削弱4.9%,在20 μm内测量精度提高了0.5 μm。另外,该方法仅改变指示光栅的刻划图案,不增加制造成本和体积,实用性强,易于工业生产。关键词：莫尔条纹;相位差滤波;指示光栅;高次谐波- 82
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采用多尺度隐式马尔可夫模型的红外图像背景抑制
摘要：提出了一种基于多尺度隐式马尔可夫模型的红外图像背景抑制方法来解决红外弱小目标检测技术中复杂背景干扰的问题。根据红外目标和背景杂波所具有的不同统计分布特性,利用剪切波变换分解后各尺度、各方向子带内和子带间的系数之间的关系,建立了基于剪切波变换的多尺度隐式马尔可夫模型。通过期望最大化算法计算最优背景参数,分离红外图像中弱小目标信号和复杂背景杂波,达到抑制背景、保存并增强目标信号的目的。对真实的和模拟的包含弱小目标的红外图像序列进行了实验验证,实验结果表明,与最大中值滤波和局部去均值两种方法相比较,本文方法对红外弱小目标(SCR≥1.6)的复杂背景从主观视觉和数值指标上都具有良好抑制效果。关键词：红外图像;目标检测;背景抑制;剪切波变换;隐式马尔可夫模型- 63
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高精度实时全帧频SURF电子稳像方法
摘要：针对视频抖动和电子稳像的实时性,提出了基于SURF的电子稳像算法。首先,采用SURF算法检测图像的兴趣点,建立了当前帧与参考帧的对应关系,得出高精度的运动估计矢量。然后,通过判定参考帧更新策略,获得平滑的帧间全局运动矢量,进而对原始视频序列进行运动补偿。最后,将参考帧对应区域像素填充到稳像帧丢失像素区域进行全帧频补偿,输出高精度的实时全帧频电子稳像视频。实验结果表明,采用SURF算法的实时电子稳像算法,运行时间<30 ms,精确度<1 pixel,对存在严重运动模糊的视频具有较强的鲁棒性,可以去除帧间高频抖动并有效改善视频质量。关键词：电子稳像;全帧频;SURF算法;运动估计;运动滤波;亚像素- 84
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运动成像混合模糊的全变分图像复原
摘要：为了实现运动成像中视频帧内复原,研究了帧内运动模糊和离焦模糊两种常见模糊类型带来的混合模糊问题。首先,依据模糊图像的频谱特性定性判定模糊类型,利用倒谱分析的方法定量估计模糊模型点扩散函数,依据工程实际选取模糊参数进行仿真实验,实现点扩散函数估计方法的准确性验证。然后,采用耦合梯度保真项的改进型全变分图像复原算法,约束点扩散函数估计误差对图像复原的影响,并采用适应L1范数的Split-Bregman算法完成复原算法的数值实现。最后,对算法性能进行验证,完成仿真和实拍混合模糊图像的复原。实验结果表明,倒谱分析估计点扩散函数的准确率达到90%。 复原算法能保持图像边缘和细节,并有效抑制振铃效应,帧内稳像的图像峰值信噪比为28.92 dB。关键词：运动模糊;离焦模糊;倒谱;全变分图像复原;梯度保真项- 57
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运动模糊退化图像的双字典稀疏复原
摘要：为了消除图像中的运动模糊,提出了一种稀疏理论框架下的双字典稀疏复原方法,并分析了冗余字典的选取和迭代算法的实现。首先,建立了稀疏变换下的退化和复原模型,用Haar系数冗余字典将图像稀疏化,并用PCD阈值迭代算法对模糊图像进行收敛,得到复原图像。由于在有效去除复原图像的模糊的同时噪声在迭代过程中被放大并叠加在图像上,故从清晰图像库中训练了一个冗余字典进行第二次稀疏收敛来去除去模糊中被加权的噪声。实验结果表明,本文的方法对模糊退化图像有很好的复原效果,不仅有效地去除了运动模糊和噪声,并能在一定程度上保留边缘细节。最后拓展了两层稀疏优化模型,为以后在稀疏框架下的图像复原提供了新的思路。关键词：图像复原;稀疏表示;冗余字典;Haar小波;范数;迭代收缩算法- 66
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回转体形貌测量中的相机自标定
摘要：为了解回转体形貌测量系统相机自标定的问题，对回转体对象的透视投影特性进行了研究，提出一种基于被测回转体对象自约束特征的摄像机内、外参数自动标定方法。首先，利用被测场景中回转体截面特征易于提取的特性，从测得图像提取场景中的截面椭圆，利用正交于回转轴的截面椭圆求取圆环点的像，并结合极线约束建立绝对二次曲线像的全约束方程，再通过对求取的绝对二次曲线矩阵进行Cholesky分解获得相机的内参数。其次，在求得的内参数矩阵的基础上，通过回转轴和截面图像的成像特点建立测量系统外参数方程，求解测量系统外部参数。实验结果表明，利用本文方法进行相机内参数标定的精度优于0.95%，外参数标定精度优于5.6%。该方法只需利用被测对象自身几何约束，不需任何标定板和标定块，标定过程简单有效，能够满足工程实际需要。关键词：极线约束- 60
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一种提高光栅莫尔条纹信号质量的新滤波方法
摘要：针对莫尔条纹信号的质量问题提出一种新滤波方法：相位差滤波法。将指示光栅上四场裂相方式中每场细分为多个不同相位的行组合，利用行组合间的不同相位排列关系，来消弱高次谐波的分量，从而提高莫尔条纹信号的质量。首先，介绍了莫尔条纹的傅立叶级数表达式。接着，对莫尔条纹的各次谐波特性进行了分析。然后，通过指示光栅的图案设计实例，来阐明该滤波方法是如何消除二次、三次和四次谐波的。最后，通过仿真和实验的方法，验证了该滤波方法对削弱高次谐波的有效性。实验结果表明：该滤波方法可将莫尔条纹信号的三次谐波削弱4.9%,在20μm内测量精度提高了0.5μm。该方法只是改变了指示光栅的刻划图案，不增加制造成本和体积，实用性强，易于工业生产。关键词：高次谐波- 52
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实时手指交互系统的嵌入式实现
摘要：为满足便携式设备中人机交互的需要，设计了嵌入式手指交互系统。对系统所采用的肤色分割、凸包计算、指尖检测等算法进行研究,并完成硬件设计。首先，根据肤色的聚类特征，在对比分析常用彩色空间特性的基础上建立肤色模型，对人手进行分割。接着，提出射线扫描法对经典Graham扫描算法进行改进，快速计算人手凸点。然后，分析了利用手指轮廓弯曲特征检测指尖的算法。最后，介绍了以DSP和FPGA为微处理器构成的硬件系统。实验结果表明：对自然伸展的单个手指正确检测率为95.2%；对弯曲手指的正确检测率为92.6%；对在非目标手指干扰下的正确检测率为90.1%；对指尖的定位最大偏移量为2.12mm；指尖定位总耗时约为23ms。所设计的嵌入式手指交互系统稳定可靠、自然、友好,满足实时要求。关键词：Graham扫描- 34
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谱域光学相干层析成像系统在口腔疾病诊断中的应用
摘要：目的：口腔颌面部器官暴露或多有通道与外界相通，成为OCT系统实验研究的优选对象。方法：谱域光学相干层析术（Optical Coherence Tomography，简称OCT）系统是在时域OCT系统上发展而来的，具有非入侵，非接触，具有高分辨率等特点的成像技术，同时由于无需纵向扫描，实现了快速扫描成像，使实时、在体成像成为可能，在医学领域得到了广泛应用。自行设计并搭建了一套便于集成化的光纤式谱域OCT系统，纵向分辨率为7.3μm，横向分辨率达到9.5μm，在空气中的成像深度为3.14mm；在此基础上，针对口腔内唾液腺导管内壁的组织形态进行了研究。结果：得到的OCT图像与相对应的病理切片图片进行比较，获得了腮腺导管内壁组织的层析结构。结论：腮腺导管内壁组织的层析结构的获得，这对临床医学上的口腔唾液腺疾病的无创检查和早期诊断具有一定的指导意义。关键词：组织病理学- 45
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OTU中锁相环带宽优化算法的研究
摘要：在考虑外部输入抖动和内部相位噪声的影响下通过改进前人的计算和分析方法推导得出OTU(optical transponder unit)中锁相环带宽的优化算法，分析并得到锁相环路的优化带宽，保证OTU的时钟输出有较低的抖动噪声。并将优化算法应用到2.5Gbit/s和10Gbit/s的OTU中，对环路参数进行定量分析和定性分析，获得锁相环的优化参数和再生器输出抖动值。研究表明该优化算法比较适用于OTU中，在实际应用中具有重要的参考应用价值。关键词：抖动- 37
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参数自适应的亮度稳健特征提取变换
摘要：针对目前大多数的特征提取算法对图像的亮度变化很敏感这一问题，本文提出了一种基于图像灰度直方图整体分布的参数自适应亮度稳健特征提取变换PA-IRFET（Parameter Adaptive Illumination Robust Feature Extraction Transform）。该算法首先确定灰度变换函数的形式，然后通过分析图像的直方图分布来计算灰度变换函数参数，利用不同参数值的变换函数对图像进行变换建立图像的亮度空间。最后，以亮度空间为基础，结合适当的特征提取算子在亮度空间进行图像特征提取以获得亮度稳健的特征。本文实验将PA-IRFET算法与Harris算子相结合进行特征点提取，检测到的特征点个数比IRFET-Harris检测到的特征点个数有大幅提高，重复特征点的个数大约比IRFET-Harris多20%。实验结果表明：PA-IRFET算法对图像亮度变化具有较强的鲁棒性。关键词：Harris算子- 44
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发布时间：2020-08-12 -
双机器人系统中的快速手眼标定方法
摘要：针对双机器人仿真测量系统中的手眼标定问题，提出一种由视觉方法求解法兰盘位姿得出手眼关系的方法。将目标机器人运动到合适的位姿，由视觉机器人拍摄其法兰盘图像，提取图像中法兰盘的椭圆轮廓，解算摄像机坐标系下的法兰盘姿态和圆心坐标，并由销孔位置约束得出摄像机与目标法兰盘坐标系转换关系H1。由控制器读数得出两台机器人各自法兰盘坐标系与基坐标系间的转换关系H2、H4，由机器人单轴旋转运动得出双机器人基坐标系转换关系H3，便可形成闭环得出机器人手眼关系HCG=H4H3H2H1。将法兰盘运动到共面的多个不同位置分别拍摄图像，由图像融合可提高标定精度。实验结果表明，单位置标定和多位置图像融合标定的精度分别为0.345度和0.187度，满足双机器人视觉仿真测量系统的精度要求。关键词：圆姿态- 65
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发布时间：2020-08-12
信息科学
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