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最新刊期
2013 年 第 10 期
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光谱共焦显微镜的线性色散物镜设计
摘要：由于色散物镜轴向色散与波长间的非线性会导致仪器整体性能下降，本文研究了光学系统轴向色散与透镜组之间的关系，推导了轴向色散的传递公式。为得到较大的线性轴向色散，根据轴向色散的传递公式提出了一种正负透镜组均采用线性色散光焦度组合且正负透镜组分离的镜头结构。光学优化设计表明，具有正负透镜分离结构的色散物镜可以得到低的球差和大的轴向色散，而且具有较大的工作距离。设计的色散物镜在430~710 nm得到了1 mm的轴向色散，轴向色散与波长之间的相对非线性度为4.6%，灵敏度的波动量小于整体的1/3，优于之前的研究。采用所设计的色散物镜，光谱共焦显微镜能够得到优于0.3 μm的轴向分辨率和优于5 μm的横向分辨率，满足精密测量的需求。关键词：光学设计;光谱共焦显微镜;位移传感器;色散物镜- 56
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发布时间：2020-08-12 -
基于嵌入式的角度视觉检测及误差补偿
摘要：建立了基于DM642的嵌入式线结构光角度视觉检测系统, 用于精确实时地在线检测线结构光角度。首先，将以CCD为图像传感器的装置与基准平面固定，以线结构激光发生器为光源的装置与被测平面固定；用CCD采集投影屏上的线结构光图像，再由DM642进行实时处理得到线结构光的角位置，并对角位置进行标定来获得被测平面与基准平面的夹角。然后，分析系统误差源，得出系统主要误差是由CCD感光面阵平面与投影屏平面之间的夹角α所致。最后，针对此误差项建立数学模型，并根据模型采用圆光栅控制激光发生器精确转动3个角位移，由圆光栅所得的精确角位移值和对应的图像检测值计算出标定夹角α的大小和方向，并对由此夹角误差导致的检测误差进行精确补偿。实验结果表明：在α为0.331 97°时，经误差补偿后的圆光栅角位移值和对应的图像检测值之间的转角误差由22.522%减小到0.595%，系统测量的不确定度为0.051 44°。关键词：角度检测;机器视觉;线结构光;误差补偿;DM642- 83
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发布时间：2020-08-12 -
光子计数三维成像激光雷达反转误差的校正
摘要：实施光子飞行时间测量法时，光子飞行时间测量值受激光回波信号能量的影响会出现测量反转误差，从而影响系统三维成像的精度。本文描述了一种光子计数三维成像激光雷达系统反转误差的校正方法及其实验。提出的反转误差校正方法包含先验模型标定和反转误差校正两个步骤。首先，通过标定法得到系统反转误差相对于激光脉冲响应率的函数关系，建立系统的反转误差预测函数。然后，由系统反转误差函数预测出原始三维图像的反转误差图像并实现原始三维图像的反转误差校正。实验搭建了光子计数三维成像激光雷达系统，采用盖格-雪崩光电二极管（Gm-APD)作为光子探测器，由高速扫描振镜二维扫描获取三维图像。通过时间相关记录仪获取光子到达时间分布，分别得到原始三维图像和激光脉冲响应率。在反转误差校正的测试实验中，系统的测量均方差由校正前的33.2 mm提高至8.1 mm。实验结果表明，该反转误差校正方法可以有效降低光子计数三维成像激光雷达的反转误差。关键词：单光子计数;激光雷达;三维成像;反转误差;误差校正- 82
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发布时间：2020-08-12 -
高精度曲率半径测量方法及其不确定度
摘要：为了实现对光学元件曲率半径的高精度测量，提出了一种利用反射式计算全息元件结合波长移相干涉测长进行光学球面曲率半径测量的检测新方法。测试中,反射式计算全息元件作为基准,用来标定所用标准镜头参考面的曲率半径，同时利用波长移相技术对干涉腔腔长进行测量，通过计算分析即可得到被测元件的曲率半径。本文首先描述了该方法的系统构成及其工作原理。然后，结合实例，运用理论分析与软件仿真模拟，对该方法的测量不确定度进行了详细地分析。最后，进行了实验验证。在实验室现有的商用波长移相干涉仪上,利用此方法对一口径为100 mm的球面样品进行了曲率半径测量，测量结果为157.1083 mm。接着，利用接触式球径仪法对同一样品进行了对比测量，两测试结果的相对误差小于0.02%。该方法较其它目前已有的非接触式曲率半径测量方法相比，具有误差源少、测量精度高、易于操作等优点。关键词：曲率半径;不确定度分析;计算全息;波长移相- 60
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液滴半径与其侧向散射光通量关系的实验研究
摘要：喷雾雾滴直径的瞬时全场分布测量对其微观特性的研究具有重要的意义。为开发一种基于侧向散射光通量的喷雾液滴直径全场测量方法，在理论推导的基础上，利用均匀液滴射流发生器对液滴半径与其侧向散射光通量之间的关系进行了实验研究。利用数字相机在不同的侧向散射角下，对水和0#柴油的单粒径液滴射流在不同粒径下的侧向散射光通量进行了测量，并对它们之间的关系进行了分析。实验结果表明：液滴半径与其侧向散射光通量之间存在明显的二次函数关系，拟合的相关系数大于0.98；侧向散射角的大小以及液体的种类均不会改变两者之间的二次函数关系，仅影响该关系式系数的大小。为基于侧向散射光通量实现喷雾雾滴直径的全场测量提供了重要依据。关键词：喷雾;液滴半径;侧向散射光通量;单液滴射流- 63
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空间外差光谱仪系统平场波长定标实验设计与数据处理
摘要：空间外差光谱技术（SHS—Spatial Heterodyne Spectroscopy）综合了光栅衍射与空间调制干涉两种技术特点。仪器的系统平场对应零空间频率干涉条纹，通过改变光栅Littrow角与刻线周期，可以设计为任意波长值。本文探讨了空间外差光谱仪系统平场的定标原理，设计了可调谐激光导入消散斑积分球定标方法及定标装置，定标结果表明仪器的实际平场波长比理论设计值向短波方向漂移了约0.05nm，满足仪器设计要求。关键词：空间外差光谱技术;平场;定标;干涉频率- 76
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同步荧光光谱结合CARS变量优选预测猪肉中四环素残留含量
摘要：为实现快速检测猪肉中四环素残留含量，采用同步荧光法结合竞争适应重加权采样 (CARS)变量优选建立了猪肉中四环素残留含量的支持向量回归(SVR) 预测模型。从样本的三维同步荧光光谱中确定了最佳波长差为65nm，采用CARS方法从中挑选出与四环素相关的特征波长变量，并与连续投影算法(SPA)及遗传算法(GA)比较。最后，对优选出的16个波长变量应用SVR算法建立猪肉中四环素含量的预测模型。经过分析发现，多元散射校正(MSC)光谱预处理后的CARS方法优于SPA及GA变量选择方法，可以有效地筛选出全光谱中的特征波长变量。CARS-SVR建立的四环素预测模型优于原始光谱的SVR模型，其预测集的决定系数(R2)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.9612和10.94 mg/kg。研究结果表明，采用同步荧光法结合CARS-SVR模型可以用来预测猪肉中四环素残留含量，且CARS-SVR能有效地简化模型和提高预测精度。关键词：同步荧光光谱;CARS变量优选方法;支持向量回归;四环素;猪肉- 49
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舰载光电成像系统探测能力分析
摘要：归纳了远目标经过光电成像系统到输出清晰图像的过程中需满足的条件，针对相应的指标要求，分析了光电系统的分辨率、几何探测能力和像面照度，确定了光学镜头的焦距、相对孔径等主要设计参数。综合考虑大气传输、光学系统及CCD探测器等影响因素，讨论了整个舰载光电系统的对比度和探测能力，对光学系统的各项性能参数进行了优化匹配。最后,在外场试验中基于所研制的光学镜头验证了舰载光电系统的探测能力，结果显示其满足探测距离≥18 km的指标要求，表明所提出的理论分析合理可行，可用于车载及机载光学系统设计。关键词：光电成像;舰载光电设备;光学系统;探测能力;对比度- 77
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激光测距系统整形模块和低通滤波模块优化设计
摘要：由于减小相位式激光测距系统的鉴相误差可提高测距精度，本文对鉴相器前置整形模块和后置滤波模块进行了优化设计，以提高鉴相精度。针对整形模块，引入了迟滞比较器，克服了传统开环比较电路在实际噪声条件下存在的多重触发缺陷，解决了鉴相器输出方波高电平宽度不稳定的问题。针对滤波模块，介绍了基于MC4044鉴相芯片的两种典型放大/滤波电路及其缺陷，使用FilterPro软件设计了4阶有源低通滤波器，并说明了它相对于典型设计的优势。实验结果表明：相比于开环比较器，本文设计的迟滞比较器避免了接地（GND）噪声引起的多重跳变现象，输出方波的上升沿时间由1.66 μs下降为108 ns；与基于MC4044的两种典型放大/滤波模块设计相比，本文设计的低通滤波电路克服了输出DC电平值非线性变化的缺陷线性度（R2）值由0.908 3提高至0.999 9）和灵敏度较低的缺陷（转化增益常量提高了96.5%），而输出DC电平上的干扰信号峰峰值则由50~230 mV下降至10~20 mV，有效减少了后级的A/D采样误差，提高了鉴相精度。关键词：激光测距系统;鉴相精度;迟滞比较器;整形模块;放大/滤波模块- 53
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大相对孔径宽波段Dyson光谱成像系统
摘要：提出了一种改进型Dyson光谱成像系统，以克服传统Dyson光谱成像系统焦平面探测器安置困难的缺点。首先，基于折射球面罗兰圆理论，提出了这种改进型Dyson光谱成像系统的光学设计方法。然后，利用MATLAB软件编制了初始结构参数快速计算程序。 作为实例，设计了一个相对孔径为1/2，波段为200～1 000 nm的Dyson光谱成像系统。利用自己编制的MATLAB程序计算了初始结构参数，利用光学设计软件ZEMAX-EE对该光谱成像系统进行了光线追迹和优化设计，并对设计结果进行分析。分析结果表明，在整个工作波段（200～1 000 nm）内，点列图半径均方根值小于4.2 μm，实现了大相对孔径宽波段像散同时校正，在宽波段内同时获得了良好的成像质量，满足设计指标要求。得到的结果验证了所提出的光学设计方法是可行的。关键词：光学设计;Dyson光谱成像系统;成像光谱仪;凹面光栅;罗兰圆- 58
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用于多孔板细胞分析的自动显微成像系统
摘要：设计了用于多孔板细胞分析的自动显微系统以实现药物筛选的自动检测。研究了系统的机械结构、人机交互软件、对焦评价函数的选择和多视野图像拼接功能。该系统采用支架式结构，克服了形变带来的精度影响；对比传统机械传动的优缺点后，采用伺服电机和音圈电机两级调节的方式来提高系统精度和对焦速度。比较了几种对焦评价函数的性能并提出性能更优的评价方法。考虑到高倍显微镜下视野小对实验统计意义的影响，设计了多视野图像拼接等图像处理功能。最后，实验验证了系统的设计技术指标。实验结果表明：单次对焦时间为2 s；对焦精度在微米级；单次4×4图像阵列拼接时间为15s,满足系统进行药物筛选对速度、自动化程度和稳定可靠性的要求。关键词：显微成像;细胞分析;多孔版;自动对焦;图像拼接- 57
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红外光谱结合核隐变量正交投影法判别掺杂牛奶
摘要：为了快速、准确地检测掺杂牛奶，采用基于核隐变量正交投影（K-OPLS）法分析了掺杂牛奶的光谱。选用高斯函数作为核函数，内部交叉验证均方根（RMSECV）最小值作为评价指标，优选了核函数中的核宽度σ以及Y正交成分数。配置含四环素牛奶（0.01~0.3 gL-1）、三聚氰胺牛奶（0.01~0.3 gL-1）和葡萄糖牛奶（0.01~0.3 gL-1）各36个，采集纯牛奶及掺杂牛奶样品的红外光谱，采用K-OPLS建立各掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型。利用这些模型对未知样品进行判别，结果显示对掺杂四环素、三聚氰胺、葡萄糖牛奶的判别正确率分别为100%、100%、95.8%。建立了同时判别3种掺杂牛奶与纯牛奶的K-OPLS模型，该模型对未知样品的判别正确率为93.1%；同时，与偏最小二乘判别PLS-DA方法的预测结果进行了比较，结果表明：K-OPLS建模方法对于复杂的牛奶体系具有较好的预测能力。关键词：红外光谱;核隐变量正交投影;掺杂牛奶;四环素;三聚氰胺;葡萄糖- 66
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发布时间：2020-08-12
现代应用光学
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半月形电极微液滴驱动微流控芯片
摘要：针对目前数字微流控芯片驱动电压比较高的问题，本文对比传统的驱动电极结构，研制了一种可以降低驱动电压的半月形驱动电极数字微流控芯片。首先，基于介电湿润原理，分析微液滴所受介电湿润力和微液滴接触圆上有效三相接触线所对应弦长的关系。接着，对比分析了传统的方形、叉齿形驱动电极与提出的半月形驱动电极上液滴有效三相接触线所形成的弦长大小；分析得出3种驱动电极结构中半月形驱动电极所形成的有效弦长最大，从而表明半月形驱动电极的数字微流控芯片上介电驱动力最大。最后，利用设计制作的3种驱动电极介电湿润芯片分别实验验证驱动液滴的效果。结果表明，所研制的半月形驱动电极数字微流控芯片的最小驱动电压分别比方形和叉齿形驱动电极芯片降低了约37%和67%。另外，当有效驱动电压为60 V时，半月形驱动电极芯片上2 μL去离子水微液滴的速度约为10 cm/s，分别是方形与叉齿形驱动电极芯片上液滴速度的3倍和2倍。得到的实验数据证明了半月形驱动电极数字微流控芯片实现了降低芯片驱动电压的目的。关键词：数字微流控芯片;介电湿润;微液滴;半月形电极;有效驱动电压- 49
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悬浮转子式微陀螺的反电动势转速检测
摘要：根据液浮转子式微陀螺闭环驱动系统对转子转速测量的需求，提出了一种适用于悬浮转子式微陀螺的反电动势转速检测方法。根据楞次定律，永磁转子在附有检测线圈的定子中转动时，会切割磁感线感应出反电动势。对反电动势信号进行分析，即可测得转子的转速。由于检测线圈与驱动线圈共用定子铁芯，这种检测方法在降低定子结构复杂度的同时，也引入了矩形波驱动信号带来的毛刺干扰。干扰信号经过模拟低通滤波器衰减后，通过模数转换器转换为数字信号。该信号通过单片机上运行的过零检测算法处理后，即可得到当前转子的转速。测试结果表明，该转速检测系统在刷新率为4 Hz、转速达到5 000 r/min以上时，测量值的相对误差在0.3%以内，其非线性误差为0.41%,能够满足对悬浮转子式微陀螺转速进行检测的要求。关键词：微陀螺;悬浮转子;转速测量;反电动势;嵌入式算法- 57
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航空相机镜筒全程快速无超调位置控制
摘要：为消除航空相机镜筒在位置控制过程中的超调，改善系统的动态性能，针对阶跃输入信号，采用跟踪微分器对镜筒位置过渡过程进行了设计。首先，阐述了跟踪微分器理论，对其特性进行了详细分析。在此基础上，以90°位置阶跃响应为例，进行了过渡过程设计，并与无过渡过程设计的控制效果进行了比较。实验结果表明，通过合理设计过渡过程，能完全消除镜筒位置响应的超调，同时减小调节时间。在90°阶跃输入时，超调量由24.1%减小为零，同时调节时间缩短28.8%。此外，采用最小二乘法拟合阶跃输入量与过渡过程快速因子的函数关系，控制过程中根据阶跃输入量计算最优过渡过程参数，实现了镜筒位置的全程快速无超调控制。该方法已经在航空相机镜筒中进行了实际应用，取得了良好的效果，对于改善系统 的动态性能具有较高的实用价值。关键词：航空相机;镜筒;跟踪微分器;过渡过程设计;快速无超调;曲线拟合- 30
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纳米颗粒增强铜基摩擦材料的摩擦学性能
摘要：基于粉末冶金法分别制备了纳米氮化铝和纳米石墨增强铜基摩擦材料，研究了纳米颗粒对铜基摩擦材料的摩擦磨损和耐热性能的影响规律。采用扫描电子显微镜（SEM）分析了材料的微观结构和磨损形貌，并利用惯性摩擦磨损试验机考核其摩擦学性能。实验结果表明：与未添加纳米颗粒的摩擦材料相比，添加纳米氮化铝和纳米石墨的摩擦材料的摩擦因数高而稳定，且随接合次数增加无明显衰退现象；耐磨性能分别提高了25 %和11 %；耐热性能分别提高了18 % 和25 %。未添加纳米颗粒的摩擦材料的磨损机制主要为犁沟式磨料磨损，纳米氮化铝和纳米石墨能减少摩擦材料的磨料磨损，从而增强了摩擦材料的耐磨性。实验结果显示，纳米氮化铝和纳米石墨可显著提高铜基摩擦材料的摩擦学性能。关键词：摩擦材料;铜基摩擦材料;纳米氮化铝;纳米石墨;摩擦磨损- 39
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发布时间：2020-08-12 -
微纳测量机测头弹性结构的参数设计
摘要：根据微纳米三坐标测量机对测头各项指标的要求，提出了4种测头弹性结构的设计方案。通过力学分析建立测头弹性结构三维刚度模型，应用有限元分析软件ANSYS分别对4种弹性结构的刚度进行仿真计算；然后，分析讨论了4种弹性结构的性能特点。综合考虑测量刚度、灵敏性及结构紧凑稳定等多种因素，选择十字型结构作为微纳米测量机测头的弹性结构，并对其进行了结构参数的优化和测头刚度各向同性设计。搭建了高精度三维微位移测试平台，对测头的测量范围、线性、位移误差进行了实验验证。仿真分析和实验结果表明，测头的弹性结构满足测量范围40 μm×40 μm×20 μm、测量刚度小于0.5 mN/μm及刚度各向同性的要求，整体测量误差小于100 nm。关键词：三坐标测量机;微纳米测量;接触扫描测头;弹性结构设计;有限元分析- 44
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最小节拍组合控制方法在光电跟踪系统中的应用
摘要：由于最小节拍组合控制系统对位置阶跃信号响应快、超调小、稳态误差小，有利于光电跟踪系统快速捕获目标，本文针对特定的光电跟踪架设计了最小节拍组合控制系统，并对其进行了仿真测试和实验测试。实验显示，仿真结果和实验结果基本吻合，不仅表明最小节拍组合控制系统在所能跟踪的信号范围内线性度好，还验证了校正环节和前置滤波器所起的作用。提出的方法降低了超调量，减少了调节时间，抑制了系统的抖动，体现了最小节拍组合控制系统的特点。这种最小节拍组合控制系统在数引方式下能快速捕获和锁定目标，具有重要工程应用价值。关键词：光电跟踪系统;最小节拍组合控制;仿真测试;实验测试;阶跃响应- 40
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基于正交双目视觉的药液杂质粒径标定
摘要：灯检机是利用机器视觉技术对药液中可见异物进行检测的机器。为了利用全自动灯检机获取中药液杂质粒径和其成像大小之间的精确标定曲线，提出了基于正交双目视觉的杂质粒径标定方法。首先，根据空间匹配建立杂质颗粒在正交相机图像中的对应关系，得到杂质颗粒在图像中的三维空间坐标；然后，根据杂质颗粒的坐标计算由柱形瓶装药液带来的一维放大率误差并对杂质颗粒图像进行图像几何校正，再根据杂质颗粒坐标进行杂质离焦误差系数计算，从而获得杂质颗粒图像大小的精确值。对滴加了粒径为50 μm的标准颗粒的西林水剂瓶进行粒径标定，使杂质粒径测定值的离散度系数从0.11降低到了0.05。实验表明，此方法可以获得高精度的粒径标定曲线，实现灯检机对药液中杂质粒径的精确判定。关键词：灯检机;粒径标定;正交双目视觉;图像几何校正;离焦误差- 43
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激光角度欺骗干扰内场仿真系统精度分析
摘要：针对激光角度欺骗干扰设备的外场试验条件要求高， 费用耗费大等问题， 讨论了激光角度欺骗干扰内场仿真试验的实现技术。通过对外场试验环境进行等效模拟，在内场构造了一个对激光角度欺骗干扰装备进行检测的仿真试验系统。介绍了系统的组成原理，推导了弹目角与摆镜转角、设备距离以及设备基线与漫反射屏距离关系，并在此基础之上对弹目角的精度进行了分析。最后，用莱卡经纬仪实际测量得到弹目角，从而得到弹目角误差。测量结果与理论分析显示，方位最大误差为17″，俯仰最大误差为13″。 得到的结果证明了激光角度欺骗内场试验方法的正确性和可行性。关键词：激光对抗;激光角度欺骗干扰;内场仿真;精度分析- 32
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基于并联理论的单目视觉位姿估计
摘要：搭建了一种主动式测量系统用于测试伺服稳定平台的伺服精度。以此系统为基础，提出了基于并联理论的单目视觉位姿测量方法。介绍了系统的硬件组成和系统测量原理，分析了系统的分辨率。给出了激光点在投影靶坐标系下的计算原理及过程。然后，从并联机构的自由度出发，将视觉测量系统等效地转化为一个并联机构，将视觉测量系统的位姿估计问题转换为并联机构的正解问题。利用并联机构的运动影响系数迭代求解系统的位姿，由并联机构关节螺旋直接得到影响系数，由此简化了推导过程。仿真和实验结果表明：系统的姿态测量精度为±0.05°。该方法能够快速稳定的收敛，基本达到了系统的设计要求。关键词：单目视觉;位姿测量;并联机构;运动影响系数;激光点- 37
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并联式六维加速度传感器的参数辨识
摘要：针对六维加速度传感器的输入、输出量较多，且其动力学方程的解耦参数难以辨识的问题，提出了“四步法”对并联式六维加速度传感器的25个解耦参数实施分组辨识。设计并加工了基于双曲柄滑块机构的标定平台，为参数辨识提供外部激励；在LabVIEW平台上开发了虚拟仪器，为参数辨识提供软件支持。在静态情况下对预处理后的采集数据求均值得到“零值漂移”，完成第一组参数辨识；将传感器安装在标定平台上做1~2 Hz的纯线性运动，使动力学模型简化成关于“刻度质量比”的线性代数方程，运用最小二乘法完成第二组参数的辨识；做1~2 Hz的纯角运动，将动力学模型简化成关于“惯性质量比”的线性代数方程，完成第三组参数的辨识；做4~5 Hz的纯线性运动，通过关于“刚度质量比”的一维搜索完成第四组参数的辨识。试验结果表明：运用辨识后的参数对六维加速度实施解耦，最大误差为7.479%，比参数辨识前的解耦误差降低了1个数量级。结果验证了基于“四步法”实现并联式六维加速度传感器的参数辨识是有效、可行的。关键词：六维加速度传感器;参数辨识;标定平台;虚拟仪器;最小二乘法- 48
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过盈装配的金属轮毂-复合材料飞轮转子
摘要：针对一种高储能密度超导磁悬浮储能飞轮，设计了一种由磁轴承、金属轮毂和3个复合材料圆环过盈装配而成的飞轮转子。通过加入金属轮毂来改善转子的应力分布、减小转子的径向应力，保证转子在高速转动状态下磁轴承和复合材料圆环之间的连接强度。转子圆环之间通过过盈装配提供初始压应力，以避免转子在高速转动时发生分层破坏；采用平面应力解析法和有限元法建立转子的应力分析模型，研究了金属轮毂、复合材料圆环厚度和环间过盈量对转子应力分布和强度的影响。最后，提出了转子的优化设计方案。实验结果显示，转子的额定转速达到50 000 r/min，储能总量为1 110 Wh，储能密度达到40 Wh/kg。研究结果表明：加入金属轮毂、增大复合材料外环的厚度以及中环和外环的环间过盈量，可以提高转子的强度、极限转速和储能密度。关键词：储能飞轮;复合材料转子;强度设计;应力分析;过盈配合- 46
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6-PSS型光学元件精密轴向调节机构
摘要：设计了一种采用6-PSS型并联机构的光学元件精密轴向调节机构，以使光刻物镜中光学元件的调节行程达微米级，调节精度达纳米级。将6-PSS型并联机构中的6个移动副改进为3个，减少了驱动器的使用数量，提高了轴向调节机构的可靠性；设计了一种圆角薄柔性铰链结构作为6-PSS型并联机构中的球铰副，实现了轴向调节机构的结构一体化，简化了光机组件的装调过程，提高了机构的机械精度；利用空间矢量法分析了机构输入构件与输出构件之间的位置关系，推导出了机构的传动比表达式，为机构主要结构尺寸的选取提供了依据。轴向调节机构的验证试验结果表明：机构传动比的理论计算值接近于实测值；轴向调节机构的调节行程为74.4 μm，调节精度在40 nm以内，满足光刻物镜中光学元件轴向调节机构的使用需求。关键词：光刻物镜;光学元件;调节机构;并联机构;一体化结构;6-PSS- 62
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微纳技术与精密机械
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基于主成分分析的直线运动模糊参数估计
摘要：为了快速准确地估计直线运动模糊图像中的模糊参数，分析了直线运动模糊参数的长度和方向在频率域图像和倒谱图像中的表现形式，提出了一种基于主成分分析的运动模糊参数估计方法。首先，基于高斯建模对模糊图像中的倒谱图像进行二值化分割，得到倒谱图像中的亮线区域。然后，基于主成分分析提取亮线区域的主成分分量，主成分分量的方向即为模糊角度；依据估计的模糊角度，计算模糊图像傅里叶频率域图像相应角度的Radon变换，进行滤波去“毛刺”处理。最后，通过计算极小值之间的间距，估计模糊长度。实验结果表明：估计的模糊角度和模糊长度平均误差分别为0.138 4°和0.273 9 pixel，在同精度条件下，速度是传统的Radon变换方法的10倍左右，表明该方法能快速、准确地估计直线运动模糊参数。关键词：直线运动模糊;模糊参数估计;主成分分析;Radon变换- 45
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发布时间：2020-08-12 -
野外大视场双目视觉物体定位监测系统的单参数快速标定
摘要：提出了一种只对相机水平偏角进行现场校准的标定方法用于野外远距离、大视场、双目视觉物体定位监测系统的快速标定。该方法通过合理考虑视觉传感器的调平装置，结合现场使用过程中相机焦距值固定的特点，简化了测量模型，减少了待标定参数；只需要测得监测中心和相机在大地坐标系中的经纬度坐标及监测中心的图像坐标即可完成系统标定。由于不需要高精度靶标，从而克服了靶标移动及摆放对标定过程的影响。在实际使用中，对2 km以外400 m×800 m的区域进行监测时，相对定位误差小于0.25%，其中由焦距值误差引起的相对定位误差不超过0.07%。该摄像机标定方法在保证测量精度的同时，具有易实现、用时少等优点，适用于野外大视场环境下物体的快速定位监测。关键词：双目视觉;摄像机标定;快速标定;大视场;精度验证- 90
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发布时间：2020-08-12 -
四元数曲波变换多源多聚焦彩色图像融合
摘要：为了改善已有多源多聚焦彩色图像融合算法存在的模糊效应问题，提出一种基于四元数曲波变换的彩色图像融合算法。首先，把传统曲波变换推广到四元数，定义了四元数曲波变换，并给出了该变换的离散化算法。接着，以四元数矩阵的形式对待融合的彩色图像建模，通过四元数曲波变换对图像的四元数值进行多分辨率分析。然后，采用“最小、最大”融合规则来完成融合图像的多分辨率分析。最后，采用逆四元数曲波变换得到融合后的彩色图像。实验结果表明：提出的方法能够有效地去除图像模糊，无论是在主观评价还是在客观评价上都优于已有的算法。与最新文献中基于二维经验模式分解(BEMD)的融合算法相比，其图像锐利度(ISM),图像对比度(ICM)，彩色信息丰富度(CCM) 等3项客观评价指标上都有较大幅度的提升。关键词：彩色图像;图像融合;四元数;四元数曲波变换- 47
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发布时间：2020-08-12 -
采用Gerber文档的印刷电路板表观检测
摘要：对印刷电路板（PCB）进行表观检测时，传统标准板的图像建立是利用PCB图像自身的特征进行配准和分层的，故检测精度不高。本文从PCB表观检测的实际需求出发，提出了新的检测系统。该检测系统引入解析Gerber文档对PCB光电图像进行分层处理，利用形态学的方法自动修正解析后的Gerber文档，建立精确的标准板。根据主分量分析提取彩色图像频带丰富的信息，依据检测缺陷的尺寸大小设置各层模板及检测阈值，实现局部针对性检测，提高检测精度。实验结果表明，与传统的基于颜色分区域方法相比，基于Gerber的方法不仅提高了检测精度，且较大幅度地提高了自动光学检测系统的检测效率，其微小缺陷检测率高达95.1%，25 cm×22 cm电路板检测时间仅需1.09 s，满足了在线检测对速度的要求。关键词：印刷电路板（PCB）;自动外观检测;缺陷检测;Gerber文档;灰度形态学- 53
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发布时间：2020-08-12 -
运动模糊图像盲解卷积快速算法
摘要：针对快速运动形成的图像模糊，提出了一种运动模糊图像盲解卷积算法。首先，对被噪声污染的频谱图像进行脊波增强；然后，采用一种新的基于Radon变换的鲁棒算法来确定模糊核函数，该算法在小模糊长度和低信噪比的条件下仍能准确地估计模糊核参数；确定模糊核函数后，采用基于hyper-laplacian先验的快速非盲解卷积算法来恢复模糊图像。实验结果证明，与基于机器学习的R.Fergus的算法相比较，本文算法在获得相近效果的前提下，计算时间从近30 min下降到40 s左右。该算法对合成运动模糊图像和实际相机运动的自然模糊图像都具有较好的恢复效果。关键词：盲解卷积;模糊图像;Radon 变换;脊波变换- 62
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数字图像相关方法在WC/Cu复合材料线膨胀系数测量中的应用
摘要：为了提高数字图像相关曲面拟合法在实际应用中的亚像素定位精度，对曲面拟合法进行了修正，并用修正后的曲面拟合法研究了WC颗粒大小和含量对WC/Cu复合材料线膨胀系数的影响。首先，分析了曲面相关拟合法在实际应用中的测量误差来源，并对其进行了修正。然后，用粉末冶金法制备出WC/Cu复合材料，对表面制备有耐高温散斑的试件进行热膨胀实验，并利用修正后的曲面拟合法测量了不同温度下WC/Cu复合材料的热变形场。最后，通过一元二次多项式拟合建立了WC/Cu复合材料热膨胀系数真值。结果表明：修正后的曲面拟合法有效地改善了传统方法的亚像素位移在0.5像素左右位移场不连续的问题，减小了亚像素定位误差，获得了更为准确的测量数据。关键词：Wc/Cu符合材料;数字图像相关;曲面拟合法;亚像素;线膨胀系数测量- 75
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面向卫星遥感海面高度图像的中尺度涡自动提取
摘要：分析了1992-2008年海面高度遥感图像，归纳出了自动检测中尺度涡的难点。以提高检测概率为主旨，提出了一套中国近海及其附近海域海面高度图像中尺度涡自动提取的方法。首先，对海面高度图像背景区域进行局部直方图Gauss拟合，根据拟合结果滤除海面背景区域，得到海面高度异常区域和残留的少部分海面背景区域。然后，针对中尺度涡的成像特点，综合利用涡旋的强度/尺度等判据，设计了一套中尺度涡提取算法，用于自适应地从海面高度异常区域和少部分海面背景区域提取不同强度/尺度的中尺度涡。对本文检测结果与文献中评述的中尺度涡进行了对比，结果表明，提出的算法对中尺度涡海面高度异常区域具有良好的检测性，有助于全面分析中国近海及其附近海域的中尺度涡的时空特性。关键词：卫星遥感;遥感图像;中尺度涡;自动检测;直方图;海面高度- 81
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基于梯度矢量卷积场的四阶各向异性扩散及图像去噪
摘要：进一步研究了基于偏微分方程的图像去噪方法。为了去除二阶偏微分方程(P-M 模型)引起的阶梯效应以及提高四阶偏微分方程(Y-K 模型)的边缘及纹理保护能力，本文将梯度矢量卷积场(GVC)引入到四阶偏微分方程Y-K模型中，提出了基于GVC的四阶各向异性扩散模型。首先，减去原始Y-K模型中的部分梯度方向扩散。然后，引入GVC场以代替图像在梯度方向的二阶导数直接计算。由于GVC场可以较准确地确定图像的边缘位置，并对噪声具有很强的鲁棒性，因此得到了有效的各向异性扩散模型。实验结果表明，运用本文去噪方法可以更好地保护图像边缘及纹理等细节特征，而且能够有效地提高峰值信噪比；文中所有在实验中得到的峰值信噪比均比原始模型高1 dB以上。关键词：图像去噪;梯度矢量卷积（GVC）场;偏微分方程;各向异性扩散;边缘及纹理保护- 44
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近红外光谱结合极限学习机识别贮藏期的损伤猕猴桃
摘要：为了及时、准确地识别采摘后贮藏期间的损伤猕猴桃，降低果实腐烂及交叉感染带来的损失，采用近红外漫反射光谱技术结合极限学习机（ELM）建立了采摘后2 ℃冷藏下10天内的碰撞损伤猕猴桃、挤压损伤猕猴桃与无损猕猴桃的动态判别模型。分别比较了无信息变量消除法（UVE）与连续投影算法（SPA）结合UVE优选特征波数建模对简化模型、提高预测性能的影响。结果表明，碰撞损伤猕猴桃比挤压损伤猕猴桃更容易同无损猕猴桃区分开来，且随着贮藏时间的延长，损伤猕猴桃更容易被识别；UVE-SPA-ELM模型的判别效果最好，在采后贮藏10天内预测集中损伤猕猴桃和无损猕猴桃的总正确识别率为92.4%。该检测技术具有较高的检测精度和适用性，可用于快速、无损鉴别损伤猕猴桃。关键词：近红外光谱;图像识别;猕猴桃;贮藏期;极限学习机- 70
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应用像素邻接特性分析的激光边缘图像修复
摘要：针对现有边界提取方法用于复杂工业环境的不足，提出了一种应用像素邻接特性分析的光斑边缘图像修复方法。首先，通过对边缘图像的距离变换和连通分量标记得到一张标号图像，该图像把与最近边缘距离低于某一数值的背景像素标注为边缘候选点，其他背景像素标注为独立的连通区域。然后，依据真实边缘的邻接特性对候选边缘候选点重标号，实现断裂边缘的连接。最后，从邻接特性的角度对噪声进行分类并去除，从而完成激光边缘图像的修复。实验结果表明：该方法能有效修复8 pixel的边缘缝隙并去除较大的噪声；引入的中心定位均方根（RMS）误差为0.05 pixel ，峰值(PV)误差为0.086 pixel，稳定地保持在较低的水平；单次图像修复耗时小于130 ms,实时性较好；能用于工业在线中心定位检测。关键词：计算机视觉;图像修复;在线监测;边缘检测;中心定位- 79
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发布时间：2020-08-12
信息科学
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