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2013 年 第 1 期
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多级投影式集成成像三维显示视场角拓展
摘要：针对集成成像三维再现像的视场角较窄，实用化受限的问题,提出了一种拓展集成成像视场角的新方法,并基于多级投影技术构建了具有大视场角的三维集成成像系统。该系统利用多个投影仪并联投射不同级次的元素图像阵列并进行三维重构来获得大视场角的集成成像再现像。与传统的集成成像视场角拓展技术相比，所提方法具有系统结构简单、无需场镜等辅助光学器件；系统中没有机械运动，不会产生振动和噪声；以及可用于大尺寸集成成像显示系统的优点。光学实验结果表明，提出的多级投影式集成成像显示系统的再现像视场角为±35°，是传统的集成成像系统获得的视场角的2.92倍，明显拓展了视场角。关键词：三维成像;三维显示;集成成像;视场角;多级投影- 51
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发布时间：2020-08-12 -
基于双频彩色光栅投影测量不连续物体三维形貌
摘要：为减少多频条纹相移法进行三维形貌测量时的投影条纹数量，提高测量速度, 提出了采用双频四步相移彩色条纹投影技术来准确测量具有台阶状不连续或孤立物体表面三维形貌的方法。利用计算机将高低两种不同频率的正弦条纹分别输入彩色图像的红色和蓝色通道合成为彩色条纹，由数字视频投影仪将四步相移彩色条纹投影到被测物体，然后利用彩色CCD或CMOS相机采集4幅彩色条纹图并存储于计算机中。基于色彩分离技术得到8幅两种不同频率的四步相移条纹图并由图像灰度算法获得1幅反映背景的灰度图像；由低频条纹确定台阶状的物体边缘，高频条纹计算物体的形貌，并通过背景图像的二值化定位阴影和不连续区域。提出的方法仅用4幅彩色图像完成了台阶状不连续或孤立物体三维形貌的准确测量。与现有的多频4步相移条纹投影形貌测量技术需要8~12幅图像相比，该方法有效地减少了条纹投影与图像采集的数量。关键词：三维形貌测量;彩色双频条纹投影;相位解包裹;台阶状不连续物体- 64
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发布时间：2020-08-12 -
由级联紫外电光开关控制准分子激光的自发辐射放大
摘要：考虑高功率准分子激光系统的自发辐射放大（ASE）会导致主脉冲信号对比度下降，引起波形展宽和畸变，本文开展了级联双电光开关的研究来抑制ASE的产生并提高激光脉冲信号的信号对比度。探讨了电光开关的级联工作模式，分析了影响电光开关削波对比度的因素，进而提出采用级联工作方式来大幅度地提高削波对比度。在单电光开关的基础上，设计了级联电光削波的光路布局。其中，前一级电光开关的检偏器作为后一级的起偏器，电路则采用分立式以避免相互之间的串扰。采用级联双电光开关对低占空比预放大器进行了ASE控制实验。实验结果显示，级联双电光开关的削波对比度达到了104量级，而预放大器的放大输出信号对比度提高到106量级，此结果有利于激光脉冲信号在系统中后续放大级的进一步放大。关键词：高功率激光;准分子激光;级联电光开关;自发辐射;对比度- 75
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纳米半导体复合薄膜的非线性光学性质及其在激光器中的应用
摘要：采用射频磁控溅射技术制备了Ge掺二氧化硅（Ge-SiO2）和Ge，Al共掺二氧化硅（Ge/Al-SiO2）两种复合薄膜，并进行了热退火处理形成了纳米Ge镶嵌结构。通过紫外-可见吸收谱测量，确定了两种薄膜中纳米Ge的光学带隙，并采用皮秒激光Z-扫描技术研究了薄膜的非线性光学性质。测试结果显示，在1 064 nm激发下得到的Ge-SiO2和Ge/Al-SiO2薄膜的非线性吸收系数分别为-1.23×10-7 m/V和4.35×10-8 m/W，前者为饱和吸收，而后者为双光子吸收。把两种薄膜作为可饱和吸收体均可实现1.06 μm激光的被动调Q和被动锁模运转。与Ge-SiO2薄膜比较，采用Ge/Al-SiO2薄膜可以获得较窄的调Q脉冲和锁模脉冲。最后，理论分析和实验比较了两种薄膜实现被动调Q和锁模的机理。关键词：半导体复合膜;Ge-SiO2薄膜;Ge/Al-SiO2 薄膜;非线性吸收;被动调Q;被动锁模- 38
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多通道大视场目标定位仪的研制
摘要：研制了一种在大视场范围内可靠性高、功耗低的便携式目标定位仪器。研究了该系统采用的光、机、电、定位数学模型、标定方案以及在目标定位过程中根据像点识别对应通道的算法等。首先，根据大视场的要求设计了透镜阵列曲面分布的结构，加工了安放透镜的球壳基底，并将它们成像在同一个图像传感器上。采用折射透镜进一步优化了光路系统，从而改善了成像质量。编写了相应的驱动程序完成了图像的采集和数据高速传输，然后，建立了所设计复眼系统的定位数学模型,并对复眼成像系统进行了标定。最后，根据像点匹配通道算法，实现了目标的三维定位，并在此基础上进行了简单的三维零件轮廓测量。实验结果表明：系统对横向66°、纵向43°视场角的目标实际三维测量精度误差在2%左右，表明本仪器能完成大视场范围内的目标三维定位任务。关键词：复眼;目标定位仪;大视场;多通道;三维定位- 91
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太阳光与月光对曙暮光偏振模式的影响
摘要：为研究曙暮光时分天空的偏振模式，确定了太阳光偏振模式与月光偏振模式在曙暮光时分天空偏振模式形成中所起的作用。首先基于Rayleigh散射理论，运用matlab对太阳光与月光的偏振模式进行仿真，分析二者的差异性；接着利用成像式全天空测试系统对曙暮光的偏振模式进行测试，获取了晴朗天气下曙暮光偏振模式分布图；最后将测试结果与太阳光和月光偏振模式分别进行对比，基于中性点位置、中性点数量和子午线方向确定了太阳光与月光对曙暮光偏振模式的影响。结果表明：曙暮光偏振模式测试分布图与太阳光偏振模式理论分布图更加接近,证明了太阳光偏振模式在曙暮光时分天空偏振模式的形成中起主要作用。关键词：曙暮光;偏振模式;成像式全天空测试;中性点;子午线- 63
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基于近红外漫反射光谱检测鸡蛋品质
摘要：对利用傅里叶变换近红外漫反射光谱快速检测鸡蛋品质和鸡蛋存储时间的可行性进行了探讨。运用偏最小二乘法(PLS)构建了用于鸡蛋哈夫单位、蛋白pH值、蛋形指标等鸡蛋品质和存储时间的光谱模型，采用交互验证决定系数R2cv，交互验证均方根误差(RMSECV)对模型精度进行了评价。结果表明，模型经优化后哈夫单位、蛋白pH值、蛋形指标和存储时间的光谱模型的R2cv分别为0.86、0.84、0.26和0.92，RMSECV分别为7.52、0.17、0.05和1.37。这些结果表明除蛋形指标外，模型具有较好的准确性和预测能力，能够满足鸡蛋品质新鲜度快速无损检测的要求。随着储存时间的变化，除了蛋形指标无变化外，其它各项指标与储存时间都存在较高的相关性，符合新鲜鸡蛋变化趋势。关键词：傅里叶近红外漫反射;鸡蛋品质;储存时间;偏最小二乘法- 44
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天空背景亮度测量系统的研制
摘要：为了实时测量天空背景亮度，满足目标探测、跟踪、成像和大气探测等方面的应用需求，研制了一台具有全天空扫描与给定方向测量400~1000 nm波段范围积分辐亮度的仪器（DTL-1）。从DTL-1系统组成结构原理图详细说明了各功能部件的研制方案，给出了仪器研制的各项主要技术指标。对仪器进行了光谱辐亮度定标与恒定亮度下测量稳定性的测试实验；选取不同地区的天空辐亮度实测数据与MODTRAN5理论计算值进行了对比分析。结果表明：DTL-1稳定性测试的平均辐亮度示值为36.496W/m2.sr，均方根误差为0.463W/m2.sr，与MODTRAN软件模拟结果比较相对误差在20%以内。能够满足科研与实际应用对测量可靠性和精度的要求关键词：天空亮度;测量仪器;辐射定标- 50
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发布时间：2020-08-12
现代应用光学
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基于动力学模型的快速反射镜设计
摘要：为了实现快速反射镜系统(FSM)的性能预测和快速设计，建立了两轴FSM的动力学模型，并提出了基于该动力学模型的FSM设计方法。介绍了FSM的结构与工作原理，推导了FSM的理想动力学模型，分析了FSM的高阶谐振和轴间耦合，建立了二自由度FSM整体模型。基于该模型，设计了某型FSM的主要参数，并进行了性能仿真。根据所设计的参数制作了FSM试验样机，测试了样机性能。试验结果表明：模型性能仿真结果与试验样机测试结果基本一致，系统带宽达到250 Hz以上，调节时间小于15 ms，超调量小于8%，定位精度优于20 μrad。结果表明，设计的FSM样机性能满足指标要求，验证了该设计方法的有效性和正确性。关键词：快速反射镜;快速设计;激光束控制;动力学建模- 51
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空间光电跟踪系统动量平衡设计与试验
摘要：研制了空间光电跟踪系统的输出力矩(角动量)和动量自补偿的平衡轮,用于降低光电跟踪系统运动对卫星平台姿态的影响。根据光电跟踪系统对目标捕获和跟踪成像的指标要求，针对其频繁启动、速度和加速度变化范围大、速度频繁过零等区别于卫星姿态控制用平衡轮的特点，基于角动量平衡原理设计了一种平衡轮。通过有限元法完成了平衡轮的模态分析和结构优化，建立了包含平衡轮的光电跟踪系统的机电动力学数学模型，利用Matlab/Simulink对光电跟踪系统的方位轴系进行了模型的仿真计算。为验证其可行性，研制了一套平衡轮原理样机，提出了基于单轴气浮平台的平衡轮性能测试方法，并完成了模拟方位轴系的残余角动量检测。仿真和试验结果显示，平衡轮的使用将光电跟踪系统对平台的残余角动量输出减小了96%，表明所设计的平衡轮结构和控制系统合理可行，能够满足空间应用的需求。关键词：卫星姿态;光电跟踪平台;动量平衡;平衡轮;气浮台- 37
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发布时间：2020-08-12 -
透明材料微小器件键合质量检测系统设计
摘要：针对材料和结构均特殊的透明材料微小器件的键合质量检测，提出了可见光透射机器视觉检测法。分析了检测系统硬件中主要部件的性能要求，研究了该检测系统的图像处理技术。检测系统利用光源、相机、镜头和计算机等主要部件实现图像采集功能，并通过图像相减、灰度直方图调整、图像滤波和图像二值化等图像处理功能来完成质量检测。实验结果表明，提出的可见光透射机器视觉检测法能灵敏有效地检测出透明材料微小器件键合位置处存在的键合间隙和缺陷大小，检测精度可达10 μm，满足透明材料微小器件键合质量的要求，是一种高效、非接触、无损、无污染的检测方法。关键词：机器视觉;可见光透射;微器件;键合质量检测- 52
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车载高架式光电探测系统的作战效能评估
摘要：为了准确评估车载桅杆型光电探测系统在设计阶段的效能，提出了将与探测系统直接相关的光电分系统、桅杆分系统、载车分系统进行参数综合化来分析系统作战效能的方法。引入模糊综合评估方法，以专家打分为主要评估手段对车载高架式光电探测系统进行基于总体的作战效能评估研究。将该评估方法应用于某车载高架式光电探测系统，对其搜索跟踪与引导能力、系统可用能力、系统生存能力进行了量化评估。上述三项指标的效能评估值分别为79、85和87，而系统总体效能值为82，这与系统的实际效能基本一致，证明了本方法具有一定的科学性，可推广至其他光电类系统的作战效能分析。关键词：光电探测系统;光电桅杆;作战效能评估;模糊综合评估- 49
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硅微陀螺仪正交耦合系数的计算及验证
摘要：硅微陀螺仪多采用微机械加工工艺制作，其加工的相对精度较低，从而易产生正交耦合误差，影响陀螺仪的输出。为了优化设计硅微陀螺仪结构，提高其性能，本文建立了陀螺仪正交耦合系数的理论分析模型。首先，利用能量方法推导陀螺仪驱动梁的面内刚度；然后，建立陀螺仪的刚度矩阵；最后，推导了正交耦合系数的理论计算公式。针对本课题组研制的双质量振动式硅微陀螺仪，理论计算出其直接耦合系数为4.74×10-5，二次耦合系数为8.44×10-7。得到的陀螺仪的正交耦合系数为4.75×10-5，与仿真值相差8.7%。分析得到陀螺仪正交耦合系数的最大值为2.18×10-4，与仿真值相差7.9%。最后，实验验证了计算结果的正确性。得到的结果表明，建立的正交耦合系数理论分析模型可为硅微陀螺仪的结构优化设计提供理论依据和实际指导。关键词：硅微陀螺仪;正交耦合系数;直接耦合;二次耦合- 42
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高帧频图像融合光学测量吊舱的设计
摘要：建立了空中高帧频图像测量吊舱系统，用于飞机校飞和导弹离梁、下滑及飞行姿态等关键阶段的观测。为了保证系统中可见光与红外同视轴以及吊舱具有良好的气动外形，系统采用可见光与红外共光路设计。以光学标校配准法进行图像的配准，提出能够提高标校精度的处理方法，并对光学标校配准法的特点进行总结。比较分析了在时域内能达到实时性的几种图像融合方法及效果。最后，探讨了可消除不同分辨率的异源图像融合后的边缘痕迹的方法，提出采用窗函数法既可以保留融合的效果又可以消除融合后的边缘痕迹。实验结果表明：基于共光路设计并采用光学标校配准法处理100 frame/s的异源图像，配准率可达到99%，稳定性为95%，配准耗时为2 ms。所述方法基本满足空中高帧频图像测量吊舱对图像配准与融合精度，实时性和抗干扰性的要求，适合工程应用。关键词：光学测量吊舱;共光路设计;双波段;高帧频;光学标校配准;图像融合- 47
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发布时间：2020-08-12 -
超精密车削表面微观形貌对光学特性影响研究
摘要：为了给超精密车削加工表面的光学性能评价提供参考，指导实际加工过程的优化，本文对表面形貌和其光学性能之间的关系进行深入研究。对于仅有理想刀痕的表面所产生的重影现象，采用阈值分析和粗糙度散射理论两方面进行分析。阈值分析是指先计算单段圆弧刀痕的散射特性，再根据周期性结构对光的调制性，可以求得加工出镜面对刀尖圆弧半径和进给率（主轴每转的进给距离）选择的大约临界值要求。在入射光波长500 nm的情况下，当刀尖圆弧半径选择500 um时，可以算得阈值进给率为19 um。粗糙度散射理论分析则是通过电场积分公式—Stratton-Chu公式进行更精确的计算。最终得出结论，对于超精车加工得到的表面，当从入射光的非镜面方向，尤其是一极大散射方向观察不到光强时，则可以认为加工出了镜面效果。关键词：超精密单点金刚石车削;散射特性;Stratton-Chu积分公式;微观形貌- 62
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大时间热响应常数投影物镜超高精度温度控制
摘要：为满足高分辨率光刻机控制大时间热响应常数投影物镜温度时响应速度和超高精度的要求，设计了前馈—串级水冷投影物镜温控系统。该系统以物镜为主控对象、冷却循环水为副控对象。针对物镜的慢动态温度变化特征，采用模型预测控制作为外环主控制算法；针对冷却水远传回路的纯时滞特性，采用带Smith预估器的PID控制作为内环副控制算法；为解决光刻机在不同工况下激光光路对物镜温度的严重扰动，引入前馈补偿控制激光热扰动。最后，在不同控制结构和热干扰条件下，进行了模拟物镜温度控制实验。结果显示,物镜温度稳态误差曲线在±0.01 ℃内波动。实验证明该系统极大地提高了物镜的温度收敛速度,具有较强的抗干扰能力，能满足物镜的超高精度温度控制要求。关键词：投影物镜;温度控制;串级控制;大时滞;模型预测;前馈补偿- 42
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基于快速傅里叶变换直流分量的土壤电阻率测量
摘要：提出一种新的土壤电阻率测量方法—快速傅里叶变换(FFT)直流分量法，研究了该方法所涉及的激励信号类型、测量信号的采集及处理、测量的精确度和稳定性验证等。首先分别分析了传统土壤电阻率测量方法采用直流供电和交流供电的益处和弊端，在此基础上，提出采用直流和交流组合波作为土壤的激励信号来克服传统测量方法的不足。然后，讨论了如何采用FFT直流分量法在频域上分离出测量信号中的直流分量。最后，设计了土壤电阻率测量系统。通过土壤导电模型电路实验确定了激励信号的直流分量、频率等参数的大小，并验证了系统的测量准确度。与传统测量方法做了对比实验，进一步验证了测量结果的稳定性。实验结果显示，模型电路电阻率的测量误差在1%以内，实际土壤电阻率测量数据的方差为0.42，表明用提出的方法测量土壤电阻率，测量结果准确性好，稳定性高。关键词：土壤;电阻率测量;快速傅里叶变换;直流分量- 57
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基于Prandtl–Ishlinskii模型的超磁致伸缩驱动器实时磁滞补偿控制研究
摘要：针对超磁致伸缩驱动器(GMA)存在复杂的磁滞非线性易降低系统性能,导致系统不稳定的问题,建立了可以精确描述磁滞现象的模型并提出了合适的驱动控制方法。首先,基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对GMA磁滞建模，并采用最小均方法(LMS)进行模型参数辨识，模型预测误差为0.037 9 μm。接着，通过对PI模型解析求逆进行实时补偿控制，从而有效减小磁滞误差，补偿控制误差为0.309 μm。实验结果证明，PI模型可以精确描述GMA磁滞现象，且具有计算简单，磁滞跟踪能力强的优点。基于该模型的实时磁滞补偿控制方法可以有效减小磁滞误差，提高GMA实时驱动定位控制精度，是实现GMA精密驱动控制的一种有效方法。关键词：超磁致伸缩材驱动器;磁滞回;Prandtl–Ishlinskii模型;逆模型;实时补偿- 54
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压电旋转驱动器制作及性能测试
摘要：提出了通过控制正压力来改变摩擦力的方案，进而研制了一种以压电叠堆为动力转换元件的新型压电旋转驱动器。采用两个驱动用压电叠堆对称布置的方式设计了该旋转驱动器结构,探讨了旋转驱动器运动机理，制作了压电旋转驱动器试验样机并对其进行了试验测试。试验结果表明，该驱动器输出步长线性度较好，当驱动电压为10 V、频率为2 Hz时，驱动器旋转步长为20 μrad。分析了驱动器输出稳定性，针对存在的问题提出通过施加控制系统来有效提高不同起始位置驱动器的运动稳定性。对试验结果进行误差分析，找出了产生误差的原因，为驱动器的进一步优化设计提供了参考。研究证明了该压电旋转驱动器设计方法的可行性，利用该方法可以制作出结构简单，体积小，适合在微驱动领域中应用的驱动器。关键词：压电驱动器;旋转驱动器;压电堆叠;惯性驱动- 41
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长焦距离轴三反测绘相机的外场立体成像
摘要：在地面模拟了长焦距、宽视场离轴三反光学系统的在轨立体成像，通过对图像的数据处理和分析，验证了离轴三反测绘相机在轨立体成像的可行性。提出了长焦距离轴三反测绘相机外场立体成像的单点成像方法。在该方法中，单台离轴三反相机通过旋转转台对靶标成像，根据规划的相机交会角旋转靶标，并精确测量出靶标的旋转角度，通过靶标的旋转来模拟两线阵相机的相机夹角。在外场立体成像中，根据轨道高度、外场立体成像的物距及理论设计需达到的高程精度和平面精度设计地面靶标。最后，对成像方式进行处理，验证了离轴三反测绘相机立体成像的可行性；对提出的外方位元素、两相机最佳夹角的测量方法进行了精度分析。该单点成像方法具有实用价值，可用于长焦距离轴三反测绘相机在轨立体成像的可行性验证。关键词：测绘相机;长焦距系统;离轴三反系统;外场立体成像- 35
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Nanosys-1000机床静压止推轴承流场分布规律及承载特性
摘要：为了提高Nanosys-1000非球面曲面光学零件超精密加工机床加工精度，研究了机床核心部件静压止推轴承内流场分布规律，进而揭示其承载特性。利用ANSYS/Fluent软件建立对称结构静压止推轴承扇形油垫的仿真模型，采用层流模式对进油压力为1.3~1.9 MPa、油膜厚度为20~36 μm的油垫流场分布规律与承载特性进行分析。研究结果表明：油垫内压力在油腔区域比较均匀，沿封油边呈线性下降；油膜承载力随油腔压力线性增长，且在同一进油压力下，油膜厚度越小，油膜承载力越大，进油压力为1.5 MPa时，油膜厚度从36 μm减小到20 μm，油腔压力从3.05×105 Pa增加到8.02×105 Pa，油膜承载力相应地从880 N增加到2 109 N；同一负载即油膜承载力下，进油压力越高，油膜厚度越大，油膜承载力为1 320 N时，进油压力从1.3 MPa增加到1.9 MPa，油膜厚度从26 μm增加到30 μm；同一油膜厚度下，进油压力越高，润滑油流量越大，油膜厚度为28 μm时，进油压力从1.3 MPa增加到1.9 MPa，润滑油流量从0.179 L/min增加到0.231 L/min。相关研究结果在研制的Nanosys-1000非球面曲面超精密加工机床静压止推轴承上得到了验证。关键词：超精密加工机床;液体静压止推轴承;流场分布;承载特性- 32
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微纳技术与精密机械
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高阶混合正则化图像盲复原方法
摘要：提出了一种高阶混合正则化图像盲复原方法，用于实现模糊噪声图像的清晰化盲复原。根据自然图像边缘的稀疏特性，对图像的边缘细节成分进行了全变差(total variation TV)正则化约束，根据自然图像同性质平滑区域内像素值的变化规律，将一种高阶的类Tikhonov正则化约束运用于图像的平滑区域中，提出了一种新的高阶混合正则化模型。最后，提出一种多变量分裂布雷格曼(Multi-variable Split Bregman MSB)最优化迭代策略对提出的模型进行最优化求解。实验结果表明，提出的方法能够很好地保护图像的边缘细节，同时有效地消除图像平滑区域内的阶梯和假边缘瑕疵。与近几年的一些较好的图像盲复原方法相比，本文方法的信噪比增量(increase of the signal to noise ratio ISNR)增加了0.03~2.5 dB。关键词：高阶混合正则化;全变差正则化;类Tikhonov正则化;多变量布雷格曼迭代策略;图像盲复原- 48
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高速多通道遥感相机快视系统的实现
摘要：针对目前遥感相机输出通道多、数据率高和像素灰阶高等特点，提出并构建了基于现场可编程门阵列(FPGA)并行处理技术的快视系统。该系统主要由存储单元、预处理单元以及高清显示单元等核心部件组成。存储单元采用FPGA直接控制大容量SATA磁盘阵列实现高速海量存储；预处理单元实时对高速海量图像数据进行缩放、平移和数据融合等操作，克服传统快视系统无法高速处理海量图像数据的技术瓶颈；高清显示单元驱动3台12位显示器进行高灰阶、大幅面无缝拼接显示，弥补以往对高灰阶遥感图像只能截断显示的缺陷。实验结果表明：该系统存储容量达96 TB，可对总速率高达19.7 Gb/s 的12通道12位量化遥感图像数据进行实时记录与无失真显示。系统工作稳定可靠，易于扩展，已成功运用于遥感相机的研制测试中，大大提高了遥感相机的研制效率。关键词：多通道;多通道遥感相机;现场可编程门阵列;磁盘阵列- 48
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基于相频空间稀疏性快速估计发光二极管灯点参数
摘要：为了得到每个发光二极管(LED)灯点对某些目标位置的贡献量，以便获得、记录或重现特定的LED照明模式，本文对控制LED灯点的脉宽调制波形(PWM)的参数(振幅、频率偏移量、相位延迟)估计问题进行了研究。首先,将频率偏移-相位延迟空间离散化成网状格点空间，根据测量到的数据在格点空间具有稀疏性的特点建立了稀疏模型。然后，基于该稀疏模型，利用正交匹配追踪算法(OMP)用很少的采样点快速地重建出未知参数。最后，采用逐级迭代细分网格技术优化稀疏模型以便有效地抑制估计误差。实验结果表明，本文方法仅使用相当于奈奎斯特采样定理要求的27.5%的采样点即可准确地重建未知参数，从而快速估计LED灯点的参数。在理想情况下，本文算法的均方根误差小于068%。另外，不同噪声条件下的对比实验说明该算法在信噪比大于20 db时鲁棒性较好。关键词：发光二极管;稀疏模型;正交匹配追踪;网状格点;迭代细化- 46
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基于分层块状全局搜索的三维点云自动配准
摘要：提出了一种分层块状全局搜索到临近点局部搜索的改进迭代最近点(ICP)算法，用于进一步提高ICP算法的配准速度并消除点云缺失对点云配准的影响。该配准方法在粗略配准之后，以点云块为分层单元对模型点集进行选取，并对选取的少量模型点进行全局搜索获取其对应最近点；然后，以这些模型点对应的最近点作为搜索中心，在场景点集中进行局部搜索，获取这些模型点的大量临近点的对应最近点；最后，剔除错误对应最近点对，并求取坐标变换。与基于KD-Tree的ICP算法和基于LS+HS(Logarithmic Search Combined with Hierarchical Model Point Selection )的ICP算法相比，该配准算法对Happy bunny扫描数据的配准速度分别提高了78%和24%；对Dragon扫描数据的配准速度分别提高了73%和30%。这些结果表明该算法可以快速、精确地实现三维点云间的配准。关键词：三维点云;点云配准;分层搜索;迭代最近点算法;对应最近点- 42
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发布时间：2020-08-12 -
鞋楦定制中非均匀有理B样条特征曲线的自适应变形
摘要：为实现无实体楦基础的数字化量足制鞋，提出了基于非均匀有理B样条(NURBS)特征曲线自适应变形的个性化鞋楦定制系统，将足部NURBS特征曲线依据一定的舒适度规则变形成相应的鞋楦特征曲线来实现鞋楦定制。该系统采用切平面法获取足部的特征点、特征曲线和特征尺寸，重建出足部NURBS特征曲线。建立了足楦舒适度匹配规则，并根据变形方式及次序不同将特征曲线分为四种类型。以特征点、特征结点和特征尺寸作为约束，结合足楦舒适度规律驱动足部特征曲线自适应变形，生成相应的鞋楦特征曲线。最后，构建出鞋楦特征框架，通过特征曲线增添操作和曲面细分造型完成定制鞋楦的设计。给出了男士皮鞋鞋楦的设计实例和定制结果，定制时间在480 s内，定制的鞋楦美观大方。该系统具有实用性，且定制鞋楦的再设计利用率显著提高。关键词：足部特征信息;非均匀有理B样条特征曲线;鞋楦定制;自适应变形;舒适度匹配规则- 24
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发布时间：2020-08-12 -
采用环形模板的棋盘格角点检测
摘要：曝光过度和镜头畸变将分别导致棋盘格角点分离和角点局部区域不对称现象。现有的角点检测算法通常难以准确提取棋盘格角点。此外，在复杂背景下，现有角点检测算法也极易出现错误。针对上述问题，本文提出了一种图像坐标系下的基于环形模板的棋盘格角点检测算法。首先，通过分析得出棋盘格角点附近的灰度分布应满足一定的对称性和灰度交替性等性质，进而得出环形模板卷积后的图像应满足的性质。而后，利用该性质来定义并提取棋盘格角点，使提取的角点直接达到亚像素精度。实验结果表明：本文提出的棋盘格角点检测算法在曝光过度，镜头畸变和复杂背景情况下，均能取得较好的棋盘格角点检测效果。将该算法应用于实际摄像机标定，实验结果显示重投影误差在0.3个像素以内。关键词：棋盘格角点检测;环形模板;摄像机标定- 58
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发布时间：2020-08-12 -
基于PCHIP-LMD的虹膜识别方法
摘要：针对虹膜识别经验模态分解(EMD)和局部均值分解(LMD)方法具有无法兼顾分解速度和包含小误差的缺点，提出了将分段三次Hermite多项式插值引入 局部均值分解(PCHIP-LMD)的虹膜识别方法来提高识别准确率。针对虹膜纹理的分布特性，利用PCHIP-LMD对归一化的虹膜图像逐行分解，得到不同尺度的分量图像；通过提取有效的分量图像将其二值化为特征图像。然后用Hamming距离对特征图像进行移位匹配，得到匹配向量。最后计算匹配向量的改进标准差，用此标准差进行虹膜识别。对CASIA1.0、CASIA2.0、CASIA3.0-Interval、MMU1图像库进行了识别试验, 结果显示识别率分别达到了99.968 1%、99.884 5%、99.993 7%、99.878 2%。实验结果表明：该方法消除了虹膜特征提取时的高频噪声，有效提取了图像的二值特征，与EMD和LMD方法相比，识别速度，识别准确率和鲁棒性均有极大提高。关键词：虹膜识别;经验模态分解;局部均值分解;Hamming距离;移位匹配;分段三次Hermite多项式插值- 55
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发布时间：2020-08-12 -
支撑点扩展快速立体匹配方法的设计与应用
摘要：为精确构建计算机立体视觉中的视差图，提出了一种快速全局优化匹配算法。该算法采用吉布斯随机场模型描述空间点与其邻域之间的关系，由改进的Graph Cuts方法对空间点的邻域进行匹配来获取场景的致密视差图。首先，计算出一组具有明确匹配关系的稀疏匹配点，将这些匹配点命名为“支撑点”；然后，对每一个支撑点的邻域进行扩展，采用改进的Graph Cuts全局优化算法计算扩展后的邻域空间的匹配关系，并将满足一定匹配度的邻域点设置为新的支撑点。最后，重复上述步骤并逐级扩展，直至扩展出的匹配空间覆盖整个视图，进而获取待匹配图对的致密视差图。实验结果表明，该方法不仅对不同场景视差图的质量具有良好的一致性，而且匹配速度较快(匹配时间约为0.8~1.2 s)，大大高于其他传统的全局匹配算法。为体现本文算法的实际应用价值，以Smart Eye Ⅱ立体视觉试验台为测试平台，对真实场景进行了视差图构建，取得了良好的试验效果。关键词：立体匹配;全局优化;马尔科夫随机场;吉比斯随机场;光流- 79
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彩色图像三维六边形离散余弦变换编码
摘要：为了适应人眼视网膜细胞的正六边形结构的排列方式并充分利用彩色图像各颜色分量间的相关性，提出了一种基于六边形采样的三维离散余弦变换方法。该方法根据传统的矩形采样和正六边形采样之间的关系来完成两者的转换； 然后在已有的六边形离散余弦变换的基础上提出三维六边形采样的离散余弦变换，并验证它的能量集中性。最后，在同一个模型下建立彩色图像的空间位置和颜色分量，并利用提出的方法分别以不同的子图大小对不同的图像进行整体变换。实验结果表明：相对于传统的矩形采样，提出方法的压缩比提高了约51.1%，峰值信噪比提高了约16.3%，从而有效地降低了彩色图像各颜色分量间的相关性。得到的结果表明，利用六边形采样技术可以提高采样率，降低编码速率。关键词：三维离散余弦变换;彩色图像编码;六边形采样;矩形采样- 38
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微小型结构件显微图像边缘的自动识别
摘要：在前一阶段的研究工作中，针对微小型结构件的显微图像边缘提取，作者提出了一种基于工艺匹配的显微图像边缘提取算法（Micro Processing Technology Matching based Micro Image Edge Detection, MPTM-MIED）。使用MPTM-MIED提取图像边缘之前，需要手工从零件显微图像中选取边缘过渡区域，这一操作将极大影响微小型零件的检测速度，从而使MPTM-MIED不能应用在实时自动检测中。针对MPTM-MIED的这一不足，本文利用BP神经网络技术重新设计并实现了MPTM-MIED，提出了一种新的自动提取显微图像边缘的方法（An Automated Micro Image Edge Detection Method，AMIED）。为了验证该方法的有效性，本文还利用AMIED对4种工艺微小型结构件显微图像的边缘进行了提取，并对线切割工艺零件的尺寸进行了测量。边缘提取的分析结果表明：AMIED提取出的显微图像边缘与MPTM-MIED提取出的基本一致；与常用的边缘检测算法相比，AMIED提取出的显微图像的边缘线形连接程度较好。测量尺寸的分析结果表明：MPTM-MIED和AMIED测量的尺寸基本相同，与Canny测量的相比，更接近万能工具显微镜测得的尺寸。关键词：微小型结构件;显微图像;自动边缘识别;BP神经网络（BPNN）- 76
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应用聚类和粗糙集的FPGA底层数据挖掘方法
摘要：提出了一种从XDL文件中提取现场可编程门阵列(FPGA)底层逻辑和布线资源的方法。预处理阶段通过正则表达式将原有底层逻辑文件转换为待分析的有层次属性的关系型数据库。数据挖掘阶段则根据各个层次数据内部的特性不同，采用不同的算法进行聚类来得到初步知识。通过粗糙集分析初步知识间的关系和约简属性，得出初步知识间的联系同时进一步提取出决策规则和产生式规则的知识。最后，通过规则验证器和泛化器对提取出的规则进行验证和泛化。实验结果表明，对于大型的FPGA器件，wire的逻辑最高压缩比可以达到2.88×10-4。该方法相对于底层器件有较好的通用性和交互性，适用于对不同器件族FPGA底层信息的知识提取,对深入研究FPGA的拓扑架构,提高对FPGA进行动态重配置的可控性和实现更灵活的重配置很有意义。关键词：现场可编门阵列;数据挖掘;粗糙集;类聚- 49
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信息科学
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