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最新刊期
2013 年 第 7 期
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用数字全息层析成像技术测量毛细管的内径及壁厚
摘要：研究了用数字全息层析成像技术测量微毛细管结构的可行性。考虑毛细管具有理想的柱对称结构，因此采用单幅全息图获取到的物光波复振幅数据来模拟不同角度下的投影数据。分别运用滤波反投影重建算法和傅里叶衍射重建算法对微毛细管进行折射率三维重构;根据重构的折射率切片图，进一步运用相关的边缘提取算法处理得到毛细管的内径及壁厚尺寸。实验结果表明，在合理的光路环境设置下，满足Rytov近似条件下的傅里叶衍射重建算法比滤波反投影重建算法更能够正确反映物体的结构尺寸，更适合用于微小弱散射物体的几何参数测量。实验结果验证了用数字全息方法实现衍射层析重建的可行性，从而为具有柱对称结构的弱散射物体的无损测量提供了一种新的途径。关键词：数字全息;衍射层析;三维重构算法;毛细管测量- 53
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发布时间：2020-08-12 -
激光诱导击穿光谱法测量煤粉流的控制因素
摘要：用激光诱导击穿光谱（LIBS）法直接检测煤粉流时需要对主要控制因素进行优化，本文采用正交实验法考察了3个主要控制因素：功率密度、积分延迟时间和单位截面流量对LIBS测量煤粉流的影响。选用粒径小于0.2 mm的煤粉作为实验样品进行了统计分析和方差分析。结果显示：在实验所选取的参数范围内，功率密度、积分延迟时间对有效激发率有显著影响，单位截面流量的影响程度最低。优化后的方案为：功率密度9.4×1011 W/cm2，积分延迟时间1 500 ns，煤粉流量根据经济性原则在合理范围内选取。得到的结果表明该方法可用于指导煤粉流的实际在线测量。关键词：激光诱导击穿光谱;煤粉流;有效激发率;正交实验- 64
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发布时间：2020-08-12 -
锥束CT圆轨迹半覆盖扫描的几何校正
摘要：研究了一种高精度的几何校正方法用于对锥束CT圆轨迹半覆盖成像进行几何校正。首先，使用Otsu算法分割体模投影中钢球所在的区域，并计算质心坐标。然后，采用最小二乘算法对质心进行椭圆拟合，并根据椭圆参数采用Cho的全覆盖几何校正算法计算探测器的旋转角度。最后，顺时针旋转质心，求得旋转的角度后，再次进行椭圆拟合，并根据得到的椭圆参数采用Noo的全覆盖几何校正算法计算除探测器倾斜角之外的所有几何参数。实验结果表明：探测器旋转角和偏转角的测量精度分别为0.02°和0.01°；射线源到探测器和到旋转轴的距离的测量精度分别为0.05 mm和0.01 mm；射线源在探测器上投影坐标的计算精度分别为0.07 mm和0.15 mm。由得到的结果可知，所提出的校正方法有效地去除了几何伪影的干扰，满足半覆盖成像图像重建的要求。关键词：锥束CT;半覆盖扫描;几何校正;图像重建- 64
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衍射光栅机械刻划成槽的预控试验
摘要：由于目前机械刻划衍射光栅加工仍依赖操作者经验,故存在成槽质量差、无法预控等问题。 本文结合铝薄膜蒸镀工艺现状，采用X射线衍射法（XRD）、扫描电子显微镜法（SEM）及纳米压痕实验揭示不同薄膜样本的微观结构与力学属性，提出了制作衍射光栅的“薄膜分类试刻法”。研究结果表明，光栅刻划过程可近似等效为楔体下压过程，对“低弹性模量类”薄膜，可采用滑移线场进行解析求解并一次试刻成槽；对“弹塑性类”薄膜，可采用有限元模拟实验进行成槽预控。该方法可预先对薄膜甄别分类，用不同的计算方法确定不同种类薄膜的工装参数，进而刻划出近乎完美的槽形；同时减少了试验刻划耗时与浪费,提高了成槽质量与刻划效率；为刻划更加精密的光栅奠定了基础。关键词：衍射光栅;机械刻划;成槽工艺;预控技术- 77
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重复脉冲激光造成扫描型CCD背景条纹的规律
摘要：为了描述重复脉冲激光使扫描型CCD输出视频产生背景条纹的规律，基于这种背景条纹现象的产生机理对理想矩形脉冲激光产生的条纹建立了数学描述模型。通过该模型，可根据相机的时间延迟积分级数、单级积分时间和激光脉冲的脉宽、脉冲重复周期等参量之间的关系来判断背景条纹能否出现并计算背景条纹的尺寸参量，计算精确度为1 pixel。利用重复皮秒脉冲激光和日光灯分别辐照扫描型CCD进行了实验，验证了上述模型计算结果的正确性。在该模型的基础上，结合背景光强与脉冲散射光强的关系，给出了条纹可见度的表达式， 并通过实验验证了该表达式所反映出的条纹可见度随着相关参量变化的规律。关键词：激光辐照;重复脉冲激光;背景条纹;扫描型CCD- 50
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利用多通道相位差异波前探测法检测自适应光学系统非共光路像差
摘要：针对自适应光学系统非共光路像差检测中遇到的若干实际问题，设计了基于多通道相位差异法的波前探测器，用于在不对光路进行任何改变的前提下定量测量自适应光学系统的第一像面到成像相机之间的像差。与前人的双通道相位差异波前探测器相比，该方法对波前具有更强的约束力，从而能够对目标光源的形状容忍力更强，理论上对波前求解的精度更高。将该方法应用于1.23 m口径自适应光学系统的非共光路的静态像差测量，取得了良好的效果，为光路装调带来了极大的方便。将测得的像差直接用于变形镜的初始偏置，大大提高了成像质量。关键词：相位差异;波前探测;自适应光学;非共光路检测- 42
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旋转双棱镜光束指向的反向解析解
摘要：用旋转双棱镜系统控制光束指向时，需要由光束的目标指向位置推算两棱镜的旋转角度（称为反向问题）。本文采用一阶近轴近似方法和非近轴光线追迹方法探讨了旋转双棱镜系统反向问题的完整解析解。首先，基于一阶近轴理论，利用中心算法分析了反向问题的近似解。然后，基于矢量形式的斯涅尔定律对系统进行非近轴光线追迹，用两步算法推算出反向问题的精确解。对比分析两种方法所得的反向解差异并设计实验对结果进行了比较和验证。结果表明，针对一个确定的光束目标指向位置，存在两套反向解。相对一阶近轴近似方法，非近轴光线追迹法推算的反向解更加准确。对于大偏转角度的旋转双棱镜光束指向系统，非近轴光线追迹法是推算其精确反向解的有效方法。关键词：光通信;光束指向;旋转双棱镜;一级近轴近似;非近轴光线追迹;反向解析解- 59
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双孔载频剪切散斑干涉法测量表面动态形变
摘要：为了精确地测量物体表面的动态形变并得到形变高度和梯度信息，提出了一种基于双孔衍射结构的空间载频剪切散斑干涉法。该方法采用双孔产生固定的载频条纹，利用双旋转光楔实现剪切量的连续调节，采用正弦拟合算法进行相位计算。首先，分析了双孔调制的相位载频与双孔距和像距之间的关系，讨论了双旋转光楔得到线性剪切量调整的实验参数。然后，设计了测量光路参数；采用孔距为3.8 mm的双孔径配合焦距为80 mm的成像镜头在物距为300 mm时得到了载频为π/2的散斑场。最后，对动态形变的薄金属板进行了测量。实验结果表明：配合实时图像处理系统，该方法可以在帧率为15 frame/s的采集速度下实现动态形变的测量与显示，可测形变峰值为0.11~1.15 μm。本系统结构简单，易于集成，适用于动态形变的实时检测。关键词：散斑干涉;剪切干涉;空间载频;动态形变测量- 53
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发布时间：2020-08-12
现代应用光学
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微生物燃料电池电能采集系统
摘要：设计了用于微生物燃料电池的电能采集电路。考虑微生物燃料电池输出功率小（约0.5 mW），不足以直接驱动负载和升压电路，故采用电荷泵收集电池的电量作为后续直流变换电路的启动电压。以超级电容为储能元件，最终直流变换成负载需要的电压。电荷泵和升压电路之间设计了一个电子开关，根据设定的阈值能自动闭合与断开。实验显示：该电路在0.3 V,0.5 mA输入时就能开始运行，电子开关在2.2 V时闭合，在1.6 V时断开，可实现储能电容自动循环充放电，充电速度和输入电压成正比，和储能电容的大小成反比，最终电压变换成3.3 V或者5 V。实验结果表明：该电路适用于微生物燃料电池电能的采集，能收集污水处理时产生的电能，能间歇地为户外水质检测系统提供电能，实现了燃料电池电能的实用化。关键词：微生物燃料电池;电荷泵;电能采集系统- 63
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声表面波器件测量种植体微扭矩的三维有限元仿真
摘要：为了利用微扭矩准确、非破坏性地测量牙种植体的稳定性，采用三维有限元分析方法研究了声表面波器件（SAW）检测牙种植体稳定性的可行性。首先，在梯度剪切应力场下建立了SAW器件的谐振频率和扭矩之间的理论模型。然后，利用ANSYS有限元软件对梯度剪切应力场下SAW器件的谐振频率变化情况进行谐振响应分析。最后，对比分析了理论模型和仿真得到的数据。分析结果表明：SAW器件谐振频率的变化量与最大剪切应力呈线性关系，但两者之间存在3%的误差；种植体的微扭矩与SAW器件的谐振频率呈线性关系。因此，在理论上能够利用SAW器件测量种植体的微扭矩，从而实现对种植体稳定性的检测。关键词：声表面波;牙种植体;扭矩测量;ANSYS;谐振频率- 59
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水下运载器纵向轨迹自适应跟踪控制
摘要：针对强非线性、大俯仰角运动的水下运载器纵向运动轨迹跟踪问题提出了一类非线性自适应控制方案。首先，直接采用非线性运动模型，在控制器设计过程中引入饱和函数，通过麦克劳林展开公式避免了俯仰角为小角度的假设限制；其次，考虑到运载器非线性运动模型很难给出精确的数学描述并且实际运载器系统存在模型误差，采用在线自适应方法近似逼近其非线性模型；最后，利用Backstepping方法设计了非线性自适应控制器，并利用Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性。半实物仿真结果表明：在考虑测量噪声和参数不确定性的情况下，该算法对给出的3种轨迹的跟踪误差均小于0.5 m，俯仰舵偏均小于15°，俯仰力矩均在105 N·m量级。结果验证了本文提出的控制系统鲁棒性强，满足跟踪性能要求。关键词：水下运载器;非线性自适应控制;Backstepping方法;Lyapunov理论- 57
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光笔式视觉测量系统中的测头中心自标定
摘要：考虑光笔式视觉测量系统的测量精度与测头中心位置的准确性相关，本文提出一种基于系统测量模型的测头中心自标定方法。该方法利用每幅光笔图像上的控制点信息，根据位置不变原理建立目标优化函数；利用非线性方程组最小二乘解的广义逆法对目标函数进行优化求解，获得测头中心在光笔坐标系下的位置。最后，借助参考标准锥完成标定，并结合平均思想改善收敛稳定性和速度来实验验证本方法的实用性。实验结果显示，测头中心坐标x、y、z轴的稳定性可分别达到0.033 mm，0.030 mm和0.043 mm,且具有满意的收敛速度。另外，对测量工件圆孔直径与参考值进行比较表明：测头中心标定后，系统的测量精度可满足中等精度的工业测量要求。关键词：坐标测量系统;测头中心标定;光笔;位置不变原理;标准锥;广义逆法- 68
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微机械陀螺检测接口建模及前置放大器优化
摘要：为了进一步提高微机械陀螺的极限分辨率，建立了基于SOI工艺的微机械陀螺的检测接口模型，并设计了与之相匹配的前置接口放大器。首先，根据陀螺表头的实际结构建立了微机械陀螺表头的RC集总参数模型和微机械陀螺检测接口的噪声模型，分析了检测接口主导噪声源及提高极限分辨率的措施。然后，在跨阻式前置放大器的基础上设计了改进的与检测接口匹配的T型前置放大器。实验结果表明：相比于跨阻式前置放大器，采用改进的T型前置放大器的等效噪声输入电流由1.18 pA/√Hz降低至0.27 pA/√Hz，对应的电容极限分辨率可达到0.62 aF/√Hz。结果显示，采用与检测接口匹配的T型前置放大器提高了微机械陀螺的极限分辨率。关键词：微机械陀螺;接口模型;极限分辨率;T型前置放大器- 36
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发布时间：2020-08-12 -
超高真空精密四刀狭缝的结构原理及有限元分析
摘要：针对上海光源X射线干涉光刻(XIL)光束线对狭缝精度的要求，提出了一种应用于超高真空的精密四刀狭缝机构及热缓释方案。给出了四刀狭缝机构的工作原理，其四个缝片独立运动，采用线性驱动装置及精密直线导轨来实现开合。根据XIL光束线的特点，设计了一种合理有效的热缓释方案，对缝片进行了热-结构耦合分析。对狭缝的精度指标进行了测试。结果显示：该四刀狭缝的分辨率优于0.1 μm、运动重复精度优于2 μm、刀口直线度优于2.5 μm、平行度优于0.5 mrad，可以精确实现狭缝在水平和垂直方向-5～250 μm的开度，缝片在热负载下的最大热变形控制在0.034 μm。得到的结果表明，该精密四刀狭缝具有高的精度和稳定性，可满足XIL光束线的使用要求，现已实际使用并制备出了100 nm周期的刻蚀线结构。关键词：X射线干涉光刻光束线;精密狭缝;四刀结构;重复精度;有限元分析- 55
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发布时间：2020-08-12 -
薄镍板上Meso尺度结构的电火花线切割
摘要：研究了利用常规电火花线切割技术加工薄镍板微小结构的方法。利用慢走丝电火花线切割加工机床对厚度为0.6 mm镍板上的Meso尺度结构进行了加工试验。以机床现有的工艺条件对零件进行试切割，对试切割后的尺寸精度和表面质量进行测量分析，在此基础上通过对放电能量、冲液压力、切割速度等机床参数的调整改进加工工艺。探讨了在200 μm缝宽范围内进行多次切割的方法，并对切割次数进行合理优化、合并。试验结果表明：慢走丝线切割加工对小于机床设定厚度的薄板Meso尺度结构仍可进行稳定加工；通过多次切割的方法可提高表面质量。在200 μm窄缝范围内进行5次常规切割，加工后的表面粗糙度值Ra为0.54 μm；在保证表面质量的前提下，将5次切割合并为3次切割，加工后的表面粗糙度值Ra为0.62 μm，加工时间缩短了30%左右。该技术可为电火花线切割加工其他材料薄板微小零件提供支持与参考。关键词：电火花线切割加工;微细加工;薄镍板;Meso尺度;多次切割- 22
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发布时间：2020-08-12 -
使用山嵛酸银标定中子小角散射谱仪的关键参数
摘要：为了快速标定中子小角散射谱仪的关键参数:速度选择器的选择波长和波长分辨率以及谱仪布局下的Q分辨率，采用实验方法对山嵛酸银粉末的中子小角散射实验数据进行了拟合。首先，确定谱仪布局，包括准直光阑孔径大小、准直长度、样品到探测器之间的距离；其次，在中子小角散射谱仪的机械速度选择器设置在3 000、4 000、5 000和6 000 r·min-1 4种不同转速下，测定山嵛酸银粉末的中子小角散射谱；最后，对实验数据进行反演分析。通过分析，计算出该机械速度选择器常数为2 329.2 r·m-1·nm，从而得到了4种不同转速所对应的选择波长分别为0.776、0.582、0.466、0.388 nm；通过对实验数据的拟合还得到了该速度选择器的波长分辨率(23.75%)，以及在此谱仪布局下的Q分辨率曲线。结果表明，使用山嵛酸银粉末的中子小角散射能够较好地标定谱仪的关键参数，从而支持对中子小角散射数据的正确分析和反演。关键词：中子小角散射谱仪;山嵛酸银;选择波长;波长分辨率;标定- 35
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发布时间：2020-08-12 -
基于便携式坐标测量机的大齿轮测量方法
摘要：针对目前便携式坐标测量机测量大齿轮的采样策略和评定算法存在的不足，设计了两种特殊的辅助标尺-渐开线标尺及螺旋线标尺。利用设计的两种标尺在大齿轮齿面上对齿廓及螺旋线的测量点进行标注，开展了齿轮的在位重复性测量的实验研究。利用关节臂坐标测量机及激光跟踪仪测量系统在德国计量研究院研制的1 m外径齿轮样板上开展了测量实验，采用INVOLUTE Pro对采样数据点进行评定，给出了测量结果及测量不确定度。测量实验表明，基于新的齿轮测量方法，关节臂坐标测量机比激光跟踪仪测量系统测量结果更为精确，测试结果与标定值最大相差8.16 μm。实验结果验证了提出方法的有效性，为便携式坐标测量机在大齿轮测量领域的应用提供了依据。关键词：大齿轮测量;便携式坐标测量机;大齿轮样板- 67
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航空相机扫描镜系统线性近似模型辨识
摘要：为深入认识摩擦对航空相机扫描镜系统频率响应特性的影响，获得更准确描述该系统真实动态的模型，使用随机相位多正弦信号测量了扫描镜系统的频率响应特性并进行了线性近似参数模型辨识。首先，介绍扫描镜系统辨识的实验平台与激励信号选择。然后，使用奇-奇频率随机相位多正弦信号分别测量扫描镜系统在非激励频率处和激励频率处的输出对输入信号幅值的依赖，从而定量评估摩擦非线性的影响。最后，基于信号采样均值及噪声采样方差、协方差估计辨识了扫描镜系统线性近似参数模型。实验结果表明，扫描镜系统的摩擦非线性主要出现在奇频率处，高于噪声10 dB；系统的频率响应特性依输入信号幅值不同而各异，在低于20 rad/s频率区该差别尤为显著。由于摩擦非线性影响，扫描镜系统需要使用3阶模型描述；与正弦扫描方法相比，基于多正弦信号激励获得的参数模型可更好地描述扫描镜系统真实动态特性。得到的结果为控制器的设计奠定了基础。关键词：航空相机;扫描镜;摩擦;随机相位多正弦;线性近似模型;系统辨识- 35
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软X射线双频光栅设计及制作
摘要：以软X射线双频光栅作为剪切干涉元件，研究了剪切干涉法在激光等离子体诊断实验中的应用。为提高实验成功率，研究了双频光栅栅线的平行度及光栅效率。根据软X射线双频光栅栅线平行度与剪切干涉系统的干涉图像的关系，理论计算得出光栅平行度的指标要求。在全息曝光工艺中，通过衍射光斑位置检测法和莫尔条纹法确认光栅平行性，保证光栅平行度达到0.01°。利用合肥国家同步辐射实验室计量站对双频光栅的两组-1级衍射效率进行测试。测试结果显示，光栅平行性满足系统要求，光栅的两组-1级衍射效率均达到10%。 软X射线双频光栅剪切干涉实验结果表明，双频光栅平行度及衍射效率满足激光等离子体诊断实验需求。关键词：软X射线;双频光栅;全息曝光;剪切干涉仪- 53
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金刚石切削黑色金属中刀具磨损机理的摩擦磨损试验
摘要：为了降低黑色金属金刚石切削过程中的刀具磨损，提高表面加工质量和精度，对刀具磨损机理进行了研究。通过黑色金属金刚石摩擦磨损试验，模拟了实际切削过程中的刀具磨损行为；分别采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）以及拉曼光谱仪（RS）对工件表面形貌、实验前后工件表面化学组分变化以及金刚石磨损表面的晶体结构转变进行了检测，同时提出了用石墨化程度作为试验过程中评价金刚石磨损的指标。试验结果表明：金刚石的磨损主要与机械力和温度有关，摩擦速度和工件材料中的含碳量对其影响相对较小；石墨化磨损、扩散磨损和氧化磨损等磨损机理共存，其中石墨化为导致金刚石磨损的主要原因。结合红外热像仪测温和热传导理论推算，近似获得了摩擦界面的真实温度，且随着温度升高15%，金刚石石墨化程度显著加剧83%。作者提出，应当综合考虑热-力耦合作用下的刀具磨损机理，以便进一步探寻抑制刀具磨损的工艺措施。关键词：超精密加工;金刚石切削;黑色金属;摩擦磨损;磨损机理- 40
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七自由度冗余机械臂避障控制
摘要：基于冗余机械臂零空间的自运动特性，提出了一种新的七自由度冗余机械臂避障控制方法。该方法引入臂平面和避障面来参数化表达冗余机械臂的零空间运动；基于这种描述，利用人工势场法实现碰撞检测；根据检测结果得出的虚拟排斥力推导零空间运动方程，改进具有位置内环的逆动力学控制方法，使机械臂避障时的动态性能具有类似质量-阻尼系统的物理特性。该方法可以在控制末端执行器运动的同时实现冗余机械臂避障。为了验证所提出方法的性能，利用在轨自维护实验平台完成了实验。实验结果表明，机械臂与障碍物的最近距离大于40 mm，末端执行器位置动态误差小于10 mm，稳态误差小于2 mm。这些结果显示，所提出的方法通过合理地自运动行为实现了冗余机械臂的避障控制，而且在避障过程中不影响末端执行器的操作。关键词：自运动;冗余机械臂;避障;动力学控制- 63
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基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法
摘要：针对大口径空间光学反射镜对轻量化的需求，提出了基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法。该方法利用基结构拓扑优化的思想，将反射镜初始设计域限定为筋板式的反射镜基结构，通过各筋板的有无描述结构构型的变化。首先，借鉴连续体结构拓扑优化的思想，以壳单元离散筋板结构，以加筋板各单元的相对密度为设计变量（通过相对密度取1或0，描述该单元所在区域的筋板是否存在），以光轴竖直工况下镜面面形误差为设计约束，镜体的质量最小为优化目标，建立了镜体结构构型设计的拓扑优化模型；然后，以拓扑优化所得构型为基础，提取并形成结构概念构型；最后，采用有限元法进行动静刚度分析与光学性能分析，并对结构进行修正，形成性能更好、满足要求的反射镜轻量化结构创新构型。文中的设计实例得到的反射镜镜面面形误差PV值小于λ/10，RMS值小于λ/40，第一阶自振频率大于1 000 Hz，轻量化率达到86.0%。得到的结果验证了本文方法的有效性。关键词：大口径空间望远镜;反射镜;构型设计;轻量化设计;拓扑优化;筋板式基结构- 54
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具有角度修正功能的大行程二维纳米工作台
摘要：基于宏微组合驱动方式，提出一种具有角度修正功能的大行程二维纳米工作台设计方案来减小精密测量系统中由于工作台定位及角度误差引入的测量误差。首先，从原理上对设计方案进行了论证。该方案中宏动工作台和微动工作台共用位置反馈系统构成闭环控制，并基于压电陶瓷致动器及柔性铰链设计的六自由度微动工作台对宏动工作台进行直线定位误差及角度误差的综合补偿。然后，基于设计方案设计了宏动工作台及微动工作台的结构。最后，对安装调试后的宏微工作台系统进行了直线组合定位测试及角度误差修正测试。实验结果表明，该工作台系统的宏动行程达到了200 mm×200 mm；在闭环控制下，通过六自由度微动工作台的补偿作用可使各角度偏差由上百秒降至10″以内，由此工作台系统在全行程内的直线定位误差可由3 μm降至25 nm以内。实验结果验证了提出的组合定位系统的有效性。关键词：六自由度工作台;宏微二级驱动;纳米定位;角度误差补偿- 61
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光电跟踪系统纯角度滤波器的设计
摘要：为了在不增加硬件的条件下改善光电跟踪系统的性能，提出了仅基于目标角度信息的状态估计方法，设计了纯角度跟踪滤波器。首先，分析了带有激光测距仪的红外跟踪系统的工作机理；针对目标机动性特点，建立了球坐标系下目标的“当前”机动模型。然后，针对纯角度跟踪过程中高频图像序列存在复杂噪声干扰的问题，采用集员估计的方法对目标状态模型进行了补偿和调整，并在此基础上设计了自适应椭球滤波算法。最后，以舰载光电跟踪系统对来袭目标的跟踪为例进行了仿真。对比实验结果表明，对于复杂噪声条件下的强机动目标，在激光测距仪回波率为50%的情况下，利用基于自适应椭球滤波算法的纯角度滤波器进行辅助跟踪，可以实现方位（俯仰）角度估计均方差≤0.6 mrad的稳定跟踪，效果显著优于传统滤波方法，具有良好的工程实用价值。关键词：光电跟踪;状态估计;纯角度跟踪;椭球滤波- 39
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工艺参数对平板微小器件注塑翘曲影响
摘要：对显著影响平板微小器件注塑成型的翘曲现象进行了研究。为了减少翘曲量，以带十字微沟槽的微流控芯片的基片为研究对象，研究了注塑工艺涉及的工艺参数。从注塑残余应力角度分析了翘曲变形的产生机理与演化过程。然后，以数值仿真和工艺实验为手段，建立了平板微小器件翘曲的测量方法。设计加工了基于硅型芯的注塑模具，以翘曲测量方法为基础，利用正交试验获得了最优注塑工艺参数。最后，通过极差分析法定量分析工艺参数对翘曲的影响。实验显示，通过工艺优化获得的最小翘曲量为141 μm，工艺参数对翘曲的影响由大到小依次为：保压时间、模具温度、保压压力、熔体温度、冷却时间。该研究成果为平板微小器件注塑工艺提供了参考依据。关键词：注塑成型;平板微小器件;翘曲;极差分析法- 42
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微纳技术与精密机械
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采用多站图像直线特征的飞机姿态估计
摘要：在角平分线方向向量法基础上提出了一种新的基于直线特征的飞机姿态多站测量方法。首先，用角平分线方法计算飞机的中轴线及其共面垂线的方向向量，由此得到飞机参考系到经纬仪摄像机参考系的旋转矩阵。然后，提取所有测站经纬仪图像上机翼边缘的直线特征，联合经纬仪俯仰方位角等参数，推导出直线特征的目标空间共面总误差函数，并使用改进的正交迭代方法优化旋转矩阵使总误差最小。最后，分解优化后的旋转矩阵得到飞机的姿态值。仿真实验得到的四站测量精度为0.17°，图像处理速度为32 frame/s，比角平分线法有了大幅的提高，另外，算法处理速度能达到实时。这些结果证明了文中方法的有效性和优越性。关键词：飞机姿态;多站测量;经纬仪;直线特征;正交迭代- 65
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发布时间：2020-08-12 -
基于多视影像匹配的三维彩色点云自动生成
摘要：针对三维虚拟场景构建的需要，提出了一种基于多视影像匹配的航空影像三维彩色点云自动生成算法。该算法采用了一种全新的物方与像方信息融合的多视影像概率松弛整体匹配策略，以综合利用多幅影像信息来提高匹配的可靠度；然后，基于多视影像匹配结果，采用多影像光束法平差来计算待匹配点的三维坐标；最后，采用平差模正确性的统计检验对三维坐标计算的准确度进行定量衡量。利用该算法对实际航空影像进行实验，统计检验得到的可靠度超过了90％，表明所提出的三维彩色点云生成方法具有较高的稳定度和精度。基于所提出的方法可将多视影像重叠区域内的所有平面像素转换为三维点，从而自动生成表达地理场景的全数字化的三维彩色点云，能很好地满足大范围三维地理场景快速重建的需要。关键词：多视影像匹配;概率松弛;光束法平差;统计检验;三维彩色点云- 58
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发布时间：2020-08-12 -
采用稀疏表示的红外图像自适应杂波抑制
摘要：：针对红外图像中弱小目标的检测问题，提出了一种基于图像稀疏表示的自适应杂波抑制方法。首先，采集500帧红外图像样本，通过训练学习构造包含图像各个层次结构特征的多成分超完备字典；然后，通过红外图像的协方差自适应地选择与图像子块对应的超完备字典对图像进行稀疏表示，利用匹配追踪算法得到子图像在超完备目标字典下的最佳表示系数；最后，根据表示系数以及对应的原子向量对图像子块进行重构，从而得到突出红外小目标的高信噪比重构图像，实现杂波抑制。不同环境下的多项实验表明，该算法可在复杂背景下自适应地抑制杂波，提高图像的信噪比；通过简单的阈值分割可以分开目标和背景，为之后的目标检测处理奠定基础。得到的性能评价指标显示：本算法计算量较小，实时性较强，鲁棒性较强，易于硬件实现。关键词：红外图像;杂波抑制;稀疏表示;多成分超完备字典;匹配追踪- 48
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发布时间：2020-08-12 -
瞬态流场定量测量中平面激光诱导荧光图像的降噪
摘要：研究并评价了单幅荧光图像的降噪方法，以便真实、有效地获得用于瞬态流场测量的荧光图像的流场参数。分析了单幅荧光图像中的噪声来源，根据对双线测温信息提取的影响程度，确定米散射强噪声作为主要的滤波对象。分析了不同数字滤波方法的适用范围，并对丙酮荧光显示的流场图像进行了降噪处理。通过检查荧光图像与滤波处理图像的差值图像中含有荧光图像结构信息的程度评价了降噪效果。比较表明，形态学开运算图像重构滤波方法对荧光图像中米散射强噪声去除效果较好，并可较好地保护图像中原有荧光信息的细节。采用形态学开运算图像重构滤波方法对Q2(11)线与P1(7)线激励甲烷/空气预混火焰获得的荧光图像进行处理，得到了较为平滑的二维温度分布，测量温度在2 000 K左右。结果表明，形态学滤波方法在瞬态流场定量测量的PLIF图像降噪处理方面具有一定的应用潜力。关键词：荧光图像;降噪;平面激光诱导荧光;定量测量;灰度形态学图像重构;差值图像- 47
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似然关系模型在航天软件缺陷预测中的应用
摘要：将似然关系模型在描述和推理多属性类之间关系及其不确定性知识方面的优势用于预测软件缺陷，提出了航天软件缺陷预测模型PRM_METHOD。首先，提出了基于软件测试的软件缺陷分类方法，以软件缺陷类关系为例分析了似然关系模型用于航天软件缺陷预测的理论依据；然后，在对人员能力、缺陷数量特征等数据进行定义和泛化等预处理的基础上，描述了提出的预测模型PRM_METHOD，详细阐述其结构、学习过程以及预测过程，并针对数据集的分类操作提出了基于弥合数据缝隙的k-均值聚类方法。最后，以某航天项目软件为例验证了模型PRM_METHOD的实现过程，并以实际测试工作中产生的历史数据作为训练集和验证集进行实验验证。验证结果显示，验证集的记录与预测结果的平均绝对偏差均值为0.086 8，即模型的预测精度为0.913 2，表明该模型对关联关系较为复杂的航天软件缺陷有较好的预测精度。关键词：软件缺陷预测;似然关系模型;测试方法;缺陷分类;聚类分析- 60
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三旋翼飞行器动力学分析及建模
摘要：根据国内外旋翼飞行器的发展趋势，提出了三旋翼飞行器的研究方案。首先，介绍了三旋翼无人飞行器的机械结构，分析了它的整体物理力矩，理论解决了力矩相互抵消的问题。其次，对飞行器的起飞、俯仰、滚转、偏航等姿态进行了数学分析，建立了三旋翼无人飞行器的数学模型。最后，利用PID控制法和线性二次高斯（LQG）控制方法设计了三旋翼飞行器的控制器。实验结果表明，PID控制器振荡时间比较长，次数较多，没有达到理想状态；利用LQG方法对控制器进行了改进，对各个通道阶跃函数及脉冲响应函数仿真图的分析显示，系统改进后响应速度有了提高， 2 s左右受控达到平衡。本文的研究为无人机的姿态控制提供了理论基础。关键词：三旋翼飞行器;飞行姿态;矩阵分析;PID控制;LQG控制- 47
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行星中心亚像素精度定位算法
摘要：为实现深空探测中对行星目标的光学自主导航，提出了亚像素精度的行星中心定位方法。首先，建立了导航相机和目标行星的坐标变换关系，结合光学成像理论分析了行星成像的边缘特性；提出使用行星图像有且仅有的一段半圆形边缘，通过圆拟合法实现行星的中心定位。然后，根据行星图像的边缘分布特征，改进了Canny算法以快速提取行星的真实边缘，并利用最大距离法提取半圆形边缘。最后，分析了传统高斯函数亚像素边缘检测算法的理论依据，基于成像理论提出了改进型高斯函数亚像素边缘检测算法，并通过圆拟合求得行星的亚像素中心。仿真和月亮实拍实验显示，改进型定位算法的精度达到了0.02和0.68 pixel，比传统插值算法约高0.03和0.21 pixel，在可靠性、定位精度、抗噪声等方面均满足深空探测的需要。关键词：深空探测;行星中心;边缘检测;亚像素;圆拟合- 60
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2M维矢量余弦整数变换核矩阵
摘要：为了减少处理多维数据的运算时间，提出了2M维矢量离散余弦变换（DCT）整数核矩阵，并分析了该整数变换核矩阵的正交性和能量集中性。首先，根据原有浮点型2M维矢量DCT变换核矩阵的理论及性质介绍了2M维矢量DCT整数变换核矩阵的实现算法；验证了2M维矢量整数变换核矩阵的正交性。然后，简述了对*.yuv格式视频文件进行分块与重组的基本原理。最后，以四阶整数变换核为例，分析了2M维矢量整数变换核矩阵，即讨论多维数据在整数变换后的能量集中性。实验结果表明：采用2M维矢量整数变换相对浮点型变换仍然具有较好的能量集中性，而且Y分量能量集中性均值已达到97.3%以上，U分量和V分量的能量集中性均值也已达到99.9%以上，此结果会对后来的多维数据压缩编码处理提供有力依据。关键词：信息处理;整数变换;2M维矢量矩阵;能量集中性- 80
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基于局部特征提取的目标自动识别
摘要：提出一种基于局部特征提取的目标识别方法，用于自动识别不同尺度，视角和照度条件下的目标。首先,建立图像的尺度空间；结合海森矩阵和Harris算法提取局部特征点，计算该特征区域的方向和灰度梯度及方向；统计出每块子区域的标准灰度梯度直方图，得到128维的特征向量。然后，基于主成分分析的降维算法来降低特征向量的维数，加快识别的计算速度。最后，采用特征空间分类器增加目标识别的速度。实验结果表明：基于局部特征提取的目标识别达到了较高的识别率，在视角、尺度和照度变化下的识别率分别为61.9%， 80.5%和84.4%，平均识别时间为130.9 ms。与尺度不变特征变换（SIFT）和加速鲁棒特征（SURF）算法相比，本算法不仅在不同的视角，目标尺度及照度条件下具有较高识别率，而且识别速度比SIFT方法高。关键词：目标自动识别;局部特征提取;主成分分析;最近特征空间分类器- 74
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发布时间：2020-08-12 -
保留结构特征的稀疏性正则化图像修复
摘要：以压缩传感和稀疏表示为理论依据，提出了一种基于剪切波变换的稀疏性正则化的图像修复模型，以便更好地保留图像的结构特征。该模型用剪切波作为图像的稀疏表示，以稀疏性作为正则化项；同时基于变量分裂法，采用增广Lagrange优化方法求解最优化问题。另外，通过交替最小化方式来降低计算复杂性。从峰值信噪比（PSNR）、结构相似度（SSIM）、收敛速度和视觉效果等4个方面验证了算法的有效性。结果显示：利用本文算法修复图像的质量明显优于其他算法，获得了更优的PSNR和SSIM值。新的模型无论是在客观还是视觉主观方面都具有更好的性能，同时算法具有更快的收敛速度。得到的结果表明本文算法能够更好地修复图像，获得较好的视觉效果。关键词：图像修复;剪切波变换;稀疏性正则化;增广Lagrange函数- 41
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发布时间：2020-08-12
信息科学
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