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2014 年 第 1 期
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增大3D观看视角的会聚式集成成像
摘要：提出了一种会聚式集成成像法用于增大其3D观看视角。该成像方法包括会聚式集成成像3D拍摄和会聚式集成成像3D显示两个过程。在3D拍摄过程中, 各透镜元的3D拍摄视角不再是中心对称的, 而是根据透镜元在微透镜阵列中所在的位置来设置其3D拍摄视角, 每个透镜元的拍摄视角分别由上、下、左、右拍摄视角组成。在3D显示过程中, 设置的参数与3D拍摄时的参数完全相同, 图像元节距大于透镜元节距, 使得每个透镜元的观看视角互相会聚, 从而增大了集成成像的3D观看视角。模拟实验显示:会聚式集成成像的3D视角是常规成像方式的近3.4倍, 且消除了串扰。实验结果验证了理论推导的正确性。关键词：会聚式集成成像;3D观看视角;3D拍摄;3D显示;串扰- 103
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发布时间：2020-08-13 -
误差分离技术在平面镜瑞奇-康芒法检测中的应用
摘要：为了提高瑞奇-康芒法检测平面镜面形误差的精度, 提出了利用检测系统光瞳面与被检平面镜表面的坐标映射关系插值拟合平面镜面形的方法。结合最小二乘法分析, 解算了由光路调整引入的离焦误差, 获得了更为真实的平面镜面形误差。理论仿真分析显示, 此方法的平面镜测量误差可控制在λ/100(λ=632.8 nm)量级。对口径为40 mm的小口径平面镜进行了实际检测, 检测过程中通过多角度旋转被测平面镜, 利用坐标映射关系和幅值转换关系对测试波前进行恢复, 在分离系统离焦误差后得到被检平面镜面形RMS值为0.018 6λ, 与干涉仪直接检测得到的RMS值0.021λ相比, 残差为0.002 4λ。实验结果证明了此种误差分离技术在瑞奇-康芒法对平面镜面形检测时的有效性与准确性。关键词：光学检测;平面镜;瑞奇-康芒法;误差分离;最小二乘法- 66
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发布时间：2020-08-13 -
大视场双缝载频散斑干涉成像检测系统
摘要：针对大面积的动态检测对大视场角散斑干涉技术的需求, 研究了一种基于4f成像的大视场载频散斑干涉系统。该成像系统由前置广角镜头和4f成像系统组成;利用双缝干涉产生稳定的载频, 在其中一个狭缝上加入不同楔角的光楔来控制剪切量的大小。分析了4f系统的焦距与双缝的间距和载频值之间的关系;采用散斑场自相关标定了4f系统中散斑统计的平均尺寸。分析证明:采用孔距为2 mm的双缝配合80 mm焦距的4f系统可以实现2π/3的稳定载频。分别采用12 mm和6 mm的标准成像镜头测量了动态形变的橡胶板, 实现了40°和65°视场角的散斑干涉检测系统。实验结果证明该系统能实现大视场测量, 载频与剪切量调节相互分离, 提高了散斑检测系统的效率。关键词：散斑干涉;剪切干涉;成像系统;空间载频;视场角- 45
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发布时间：2020-08-13 -
溶液浓度变化实时检测系统的设计
摘要：设计了一套基于DSP视频信号处理的浓度检测系统, 用于实时动态监测溶液的二维浓度分布变化。利用马赫-曾德尔干涉仪检测溶液折射率变化, 用CCD现场记录干涉条纹, 最后用DSP实时处理干涉条纹视频图像以获取溶液浓度变化。介绍了系统的硬件框架以及视频信号处理算法。实验测试显示, 该系统能对单一溶质溶液浓度变化进行实时定量检测;在多溶质条件下, 通过分析主要溶质浓度的变化, 能定量估算主要溶质的浓度变化。以铁在浓度为0.5 mol/L的H2SO4溶液中、扫描速度为2 mV·s-1的动电位极化实验为例, 测得阳极活化区的电位为-0.428 V时, 电极/溶液界面处FeSO4的浓度峰值为(9.2±0.2)×10-3 mol/L。实验结果表明, 该系统精度较高, 稳定性好, 能够对溶液浓度变化进行实时在线检测。关键词：数字信号处理器;视频处理;马赫-曾德尔干涉仪;浓度检测;折射率测量- 54
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发布时间：2020-08-13 -
埋入式光纤布拉格光栅传感器封装结构对测量应变的影响
摘要：考虑在实际应变测量中传感器封装形式会影响光纤Bragg光栅测得的应变响应, 本文研究了测量应变与实际应变之间的关系。针对埋入式光纤Bragg光栅传感器, 建立了应变传递函数, 并对传递函数的正确性和各个参数对测量应变的影响进行了研究。首先, 根据埋入式光纤Bragg光栅传感器的受力特点, 提出了多项式形式的剪应力分布, 进一步建立了应变传递函数。然后, 利用数值方法和实验对该应变传递函数进行验证。最后, 分析了传感器长度、胶结层弹性模量、胶结层厚度对测量应变的影响。计算结果表明:该应变传递函数正确;胶结层厚度越薄, 弹性模量越大, 越有利于应变传递。该应变传递函数计算误差控制在5%以内, 完全满足埋入式光纤Bragg光栅测量精度要求, 对其实际应用具有指导意义。关键词：光纤布拉格光栅;光纤传感器;应变测量;应变传递;剪应力- 44
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发布时间：2020-08-13 -
入射激光对激光扫描共聚焦显微镜分辨率的影响
摘要：利用点扩散函数(PSF)研究了入射激光的偏振态和光束的束腰直径对激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)分辨率的影响。根据Wolf和Richards的矢量衍射积分, 建立了LSCM N-1层界面下的照明PSF模型, 对零层和两层界面下的PSF进行了计算分析。结果显示:在零层界面下, 圆偏振光入射的PSF在xy平面内关于焦点旋转对称, 半峰全宽为0.43 μm, x向线偏振光入射时PSF在x、y方向的半峰全宽分别为0.48, 0.39 μm;在圆偏振光入射的PSF中, 高斯光束充溢系数为0, 1, 2, 5对应的半峰全宽分别为0.43, 0.47, 0.62, 1.49 μm。在两层界面下, 当探测深度为50 μm时, 圆偏振光PSF的半峰全宽为0.26 μm, x向线偏振光入射时PSF在x、y方向的半峰全宽分别为0.28, 0.24 μm;在圆偏振光入射的PSF中, 充溢系数为0, 1, 2, 5对应的半峰全宽分别为0.26, 0.28, 0.32, 0.68 μm。以上计算结果表明, 和线偏振光相比, 圆偏振光在一个方向的分辨率优于线偏振光, 在相垂直的另一个方向的分辨率弱于线偏振光, 圆偏振光PSF在xy平面内关于焦点旋转对称, 得到了较好的成像质量;物镜入瞳直径与激光束腰直径比值越小, LSCM的分辨率越好。关键词：激光共聚焦显微镜;矢量衍射积分;点扩散函数;分辨率;偏振态- 68
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发布时间：2020-08-13 -
SrWO4晶体受激拉曼散射的各向异性
摘要：以四方晶系SrWO4晶体为例, 研究其非主轴偏振配置的受激拉曼散射特性。用532 nm皮秒脉冲激光作为泵浦源, 以单次通过的方式研究了a切SrWO4晶体的受激拉曼散射增益随泵浦光偏振方向的变化, 由此确定出拉曼增益的各向异性。针对由 [WO4]2- 四面体对称伸缩引起的924 cm-1的最强频移的实验显示:当入射光沿a轴和c轴偏振时, 拉曼增益系数出现两个极大值, 增益分别为10.1 cm/GW和14.2 cm/GW;当入射光沿a, c轴中分线方向偏振时, 拉曼增益系数出现两个极小值, 为7.1 cm/GW。结合拉曼张量及非极性晶格振动模拉曼散射强度解释了上述物理现象, 证明了实验结果与理论相符。关键词：钨酸锶晶体;受激拉曼散射;增益系数;各向异性- 107
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发布时间：2020-08-13 -
对称型长程表面等离子体共振分析系统
摘要：表面等离子体共振(SPR)技术中的长程SPR技术的实际应用受其特殊的膜层匹配条件(待测物和第一层缓冲层折射率需相近)限制而很难扩展。为了解决这一问题, 本文提出了一种对称型长程SPR (LRSPR)技术来提高传统LRSPR技术的适用性。设计了一种"缓冲介质层+金属膜+缓冲介质层"的对称型膜层结构, 用于打破传统LRSPR折射率匹配条件的制约, 并进一步提高电磁场穿透深度和共振峰深度。理论模拟分析了对称型膜层结构, 并且自行搭建了基于LED光源的角度谱SPR检测系统。利用该系统进行了不同糖浓度溶液下的折射率分辨率实验, 并对数据处理的算法进行了优化。实验测得系统的折射率分辨率达到6.1×10-7 RIU, 灵敏度可达1.22×105 pixel/RIU, 并且在一定折射率测量范围内具有较好的线性度。关键词：表面等离子体共振(SPR);折射率;对称型长程SPR;膜层匹配- 83
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发布时间：2020-08-13 -
微型铷原子钟专用795 nm垂直腔表面发射激光器
摘要：针对铷(87Rb)原子钟激励光源微型化和高温工作的特殊需求, 设计并制备了对应铷原子能级跃迁的795 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。首先, 根据k·p理论计算了InAlGaAs/AlGaAs量子阱的价带能级和材料增益, 得到最优的量子阱组分和厚度;然后, 采用一维传输矩阵方法设计了795 nm波段的布拉格反射器(DBR), 根据完整结构VCSEL器件的驻波场分布设计了掺杂分布;最后, 采用金属有机气相外延(MOVPE)技术生长了优化的795 nm VCSEL外延结构, 并制备了氧化限制型非闭合台面结构的795 nm顶发射器件。实验显示:封装后的75 μm口径器件可在室温至85 ℃范围内连续工作, 最高功率为17 mW, 激光光束呈圆形, 发散角为15°, 激射波长的温漂系数为0.064 nm/℃;在温度为52 ℃、注入电流为100 mA时, 激射波长位于794.7 nm(对应铷原子钟需要的波长), 基本满足铷原子钟激励光源对波长稳定和高温工作的要求。关键词：垂直腔面发射激光器;铷原子钟;高温;非闭合台面- 72
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发布时间：2020-08-13 -
磁光调制法测量玻璃内应力
摘要：提出了一种基于磁光调制法测量玻璃内应力方向和大小的方法, 并建立了基于磁光调制的内应力测量系统。首先, 采用光线追迹的方法, 根据偏振光的琼斯矩阵描述方式推导了系统的测量模型;采用磁光调制器, 对信号光束进行正弦交变的磁光调制, 将直接测量光强信号改为测量频率信号, 提高了测量准确度;采用磁旋光器, 消除了人为操作引起的误差, 并通过控制旋光器外加线圈驱动电流的大小, 改变调制信号光偏振方向的旋转角度;最后, 对待测样品进行了多次旋转测量。测量结果显示, 本方法对玻璃内应力方向的测量准确度为5″, 对应力双折射的测量准确度为0.3 nm/cm。得到的结果验证了该方法的有效性和稳定性, 显示系统具有稳定性高、准确度高、容易实现工程化等特点。关键词：偏振光;磁光调制;玻璃;内应力测量;磁旋光- 47
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发布时间：2020-08-13 -
可降解心脏支架的飞秒激光精密加工
摘要：以激光精密加工金属血管心脏支架生产工艺为基础, 探索了可降解心脏支架的飞秒激光精密加工方式。利用飞秒激光的超短脉冲和超高峰值功率的特性, 实现了以聚乳酸(PLA) 为材料的可降解心脏支架的激光精密加工。设计了椅形衬套, 稳定了激光焦斑位置, 分析得出了最佳衬套离焦距用于配合飞秒激光精密加工。通过调试工艺参量, 解决了由于材料本身特性引起的切缝边缘易炭化和加工过程中由于离焦量和焦斑位置准确度不稳定导致不能精密加工的问题, 实现了对非金属可降解心脏支架的无热精密加工。说明了飞秒激光配合椅形衬套加工非金属血管支架的可行性, 确定了最佳加工参量, 加工出了无热损伤切边光滑筋宽一致性为±6 μm的可降解心脏支架样品。关键词：飞秒激光;精密加工;可降解心脏支架;椅形衬套;聚乳酸(PLA)- 73
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发布时间：2020-08-13 -
基于受抑全反射的碱金属气室镀膜厚度测量
摘要：针对原子自旋器件的碱金属气室镀膜层厚度的精确测量, 提出了一种基于受抑全反射的膜层厚度测量方法。根据该方法搭建了膜厚测量系统, 并进行了实验测试。分析了受抑全反射的基本理论和基于受抑全反射的膜厚测量原理, 介绍了基于该方法的膜厚测量系统的构成及工作原理并分析了影响系统测量精度的主要因素和解决方案。通过分析和仿真激光器波长的波动、入射角变化以及折射率参数的不准确等对膜厚测量结果的影响评价了系统的性能。最后, 利用该系统对镀膜样品进行了测量实验, 并利用薄膜分析仪做了对比试验。实验结果表明:该方法的测量结果存在一个2.6 nm左右的常值偏差, 对其补偿后能够较为准确地对镀膜层厚度进行测量, 测量精度接近1 nm, 基本满足碱金属气室镀膜质量检测的需求, 且具有较高的稳定性和可靠性。关键词：碱金属气室;受抑全反射;膜厚测量;激光测量法- 95
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发布时间：2020-08-13
现代应用光学
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半球缺阻流体无阀压电泵的实验验证
摘要：设计了一套压电双晶片作为激励源的半球缺阻流体无阀压电泵。分析了该压电泵的结构及工作原理, 并采用有限元软件对其内部流场进行模拟分析。仿真结果表明:该泵存在正反向流阻不等特性, 半球缺阻可以作为泵的无运动部件阀。最后, 实际制作了半球缺无阀压电样泵和多组半径不等的半球缺, 并进行了泵的流阻及流量实验。实验结果表明:该泵正反向流时间差随入口压强增大而减小;当驱动电压为150 V, 频率为17 Hz, 半球缺半径为4.0 mm时, 泵的输出流量达到最大, 其值为121.4 ml/min;同时, 该泵单位时间内的输出流量随半球缺半径增大而呈递减的变化趋势, 而且半球缺的半径大小对该类无阀压电泵的工作效能有较大的影响。关键词：无阀压电泵;半球缺;流阻;有限元法- 62
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发布时间：2020-08-13 -
大口径光电探测设备主镜晃动的误差补偿
摘要：针对大口径光电探测设备在随俯仰角变化时由于主镜支撑点的变化而产生的晃动, 研究了在静态测量时如何补偿主镜晃动造成的误差以提高大口径望远镜的静态测量精度。首先给出了一个1 m口径望远镜的支撑结构和力学模型, 在分析了传统三轴误差补偿方法和球谐误差补偿方法的基础上提出了针对大口径望远镜的误差补偿方法。在外场对光测设备进行了标校实验, 选取32颗恒星在修正了蒙气差后对各个系统差进行求解, 得出了主镜晃动误差和三轴差。与传统误差补偿方法的比较结果显示:加入主镜晃动误差补偿后, 望远镜的静态测量精度从15.4″提高到了2.5″。此种方法物理意义明确, 各误差分量重复性好, 对主镜晃动误差进行补偿修正后提高了大口径望远镜的静态测量精度。关键词：大口径望远镜;主镜晃动;曲线拟合;误差补偿;修正模型- 40
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发布时间：2020-08-13 -
数字闭环加速度计的带宽测试
摘要：为了测试数字闭环加速度计系统的带宽, 对国军标1037A-2004中的电模拟法进行了改进。首先, 讨论了用国军标1037A-2004中的电模拟法测试数字闭环加速度计带宽存在的不足, 然后, 对加入激励信号的数字闭环加速度计系统的检测电路及闭环控制模型进行分析。分析显示, 在系统的反馈回路加入激励信号最终可以在输入端等效为外界输入加速度, 且该系统的动态模型与传统机械激励测试法系统的动态模型一致。最后, 提出一种在数字闭环加速度计的反馈回路外加激励信号来测试该系统带宽的方法。实验表明:数字闭环加速度计系统的实测-3 dB带宽值为320 Hz左右, 与理论值(345 Hz)基本吻合。该方法具有精度高、误差源少、便于在线测试等特点, 可满足大多数数字闭环加速度计的带宽测试要求。关键词：数字闭环加速度计;带宽测试;反馈回路;加速度- 58
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发布时间：2020-08-13 -
改进自抗扰控制谐波式电动舵机伺服系统
摘要：针对电动舵机系统的非线性、快时变等特点, 提出了改进的自抗扰控制器以改善系统的位置跟踪性能。首先, 给出电动舵机的系统模型及控制策略, 分析了系统中非线性因素的影响;设计了改进自抗扰控制器, 并利用现代控制理论给出了控制器参数的选择方法。然后, 在舵机系统中进行仿真分析, 验证了该控制器的可行性。最后, 基于谐波式电动舵机对改进的自抗扰控制器与常规自抗扰控制器及PI控制器进行对比实验。实验结果表明:跟踪10 sin(5 πt)正弦信号时, 改进自抗扰控制器能够消除位置平顶和速度死区, 相位滞后为0.087 22 rad;跟踪±1°~±15°角位置时, 上升时间为9~18 ms, 超调量为0~7.25%, 稳态均方差为0.007 60~0.010 83, 性能明显优于常规自抗扰控制器和PI控制器。得到的数据显示该控制器减少了设计参数, 位置跟踪超调量小, 响应时间快, 稳态均方差小, 改善了舵机系统的动态和稳态性能。关键词：电动舵机;自抗扰控制器;Fal函数;摩擦模型;伺服控制- 50
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发布时间：2020-08-13 -
具有增益补偿功能的微机械陀螺数字化驱动闭环
摘要：提出了具有增益补偿功能的数字化驱动闭环方法, 以便提高微机械陀螺标度因数的稳定性。介绍了微机械陀螺的工作原理, 对其运动方程的分析显示:为了提高标度因数的稳定性, 需要提高陀螺驱动模态振动速度的稳定性;而振动速度的稳定性与驱动环路中C/V转换电路增益的稳定性相关。为此, 设计了增益补偿算法, 配合自动增益控制环节和锁相环环节构建了具有增益补偿功能的数字化驱动闭环。仿真结果表明, 在C/V转换电路增益相对变化量为7.4%时, 振动速度幅值的相对变化量由无增益补偿时的7.29%降到了有增益补偿时的0.12%。实验结果表明, 增加增益补偿环节后, 标度因数的温度系数在-40℃到60℃的降幅达到了90%。得到的结果验证了具有增益补偿功能的微机械陀螺数字化驱动闭环可以较大幅度地提高微机械陀螺标度因数的稳定性。关键词：微机械陀螺仪;驱动闭环;数字化驱动;增益补偿- 56
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车载大口径刚性支撑式快速反射镜
摘要：为了适应车载平台恶劣的工作环境, 设计了一种大口径刚性支撑式快速反射镜。针对车载跟瞄转台对快速反射镜的应用需求选择音圈电机为驱动器, 并分别设计了快速反射镜系统的平面反射镜、驱动器、支撑基座、测量元件和机械结构。然后, 应用有限元分析方法, 有效地实现了平面反射镜的轻量化及支撑基座的模态分析。快速反射镜通过球型铰链实现其运动部分与不动部分的连接, 主要载荷通过铰链由支撑基座间接承载, 从而有效地保障了大口径快速反射镜的承载能力和环境适应性。最后, 组建了伺服控制系统, 并对控制带宽和指向精度进行了测试。结果显示:所设计的车载大口径快速反射镜带宽达67 Hz, 方位指向精度为1.0″、俯仰指向精度为1.1″, 表明控制系统稳定实用, 满足车载平台的应用要求。关键词：快速反射镜;刚性支撑;控制带宽;指向精度- 88
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发布时间：2020-08-13 -
保偏光纤对轴中的同轴度调节
摘要：由于保偏光纤对轴时须保证旋转的光纤始终在显微镜的焦平面内, 故本文设计了保偏光纤同轴度调节系统用于调节光纤相对电动旋转平台旋转中心的位置。采用显微视觉和电动位移平台运动检测出光纤的中心轴与电动旋转平台旋转中心的距离, 基于图像信息对二维手动平台实施调节, 计算出调节后理论上的同轴度误差。结合显微视觉建立了实验系统。以电动平台旋转轴中心为原点建立直角坐标系, 通过图像处理采用最小二乘法得到光纤中心线的直线方程, 确定光纤中心与电动平台旋转中心的距离。将基于图像阈值的灰度差分函数作为清晰度函数, 用实验方法确定其阈值, 从而有效降低白噪声的影响。实验结果显示, 经过调节的光纤和电动旋转平台的同轴度误差为3 μm, 能够应用在保偏光纤偏振轴的检测中。关键词：保偏光纤;同轴度调节;显微视觉;图像处理;清晰度函数- 56
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发布时间：2020-08-13 -
胶囊内窥镜便携式无线能量发射系统
摘要：对采用电磁感应无线能量传输(WPT)系统为视频胶囊内窥镜(VCE)提供能量的技术进行优化, 主要对无线能量发射系统进行了改进, 并搭建了便携式WPT平台。通过比较磁场强度和均匀度, 选定了合适的发射线圈结构;通过分析谐振原理并测试Q值变化, 确定了传输频率;在发射电路中加入可调电感提高频率稳定性, 并测量了电流的波动情况。实验显示:优化设计的WPT系统稳定可靠, VCE在WPT平台上工作正常, 可以30 frame/s的帧率向接收天线发送分辨率为320×240的图像, 功率为78.4 mW。该无线能量发射系统可携带, 传输效率和稳定性受人体行动影响较小, 可保证VCE在高频率和高分辨率状态下持续工作, 提高了VCE临床应用的可行性。关键词：无线能量传输;视频胶囊内窥镜;谐振电路;频率稳定性- 57
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发布时间：2020-08-13 -
悬空零电极介电湿润芯片的设计
摘要：针对目前单极板数字微流控芯片驱动液滴的效果多通过数值仿真方法验证而缺乏实验支持, 本文提出将单极板结构中的零电极进行悬空设计, 并通过实验对比分析了设计的悬空零电极单极板结构的芯片和传统双极板结构的芯片对液滴的驱动效果。首先, 基于介电湿润原理, 推导出传统双极板结构中液滴所受到的介电驱动力以及每个阻力, 接着, 对文中设计的悬空零电极结构的单极板数字微流控芯片中液滴的受力情况进行分析。然后, 对比分析两种结构的数字微流控芯片中液滴的受力情况。最后, 对两种结构的数字微流控芯片驱动去离子水微液滴的效果进行试验验证。实验结果显示:驱动同等体积大小的微液滴时, 本文设计制作的悬空零电极单极板芯片比双极板结构的芯片所需的电压更低, 液滴的运动速度更快;当有效驱动电压达到44 V时, 液滴的速度可以达到15 cm/s。得到的实验结果证明了在单极板悬空零电极结构的数字微流控芯片上液滴驱动速度更高, 驱动电压更低。关键词：数字微流控芯片;介电湿润;单极板;液滴速度- 76
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发布时间：2020-08-13
微纳技术与精密机械
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基于自适应梯度阈值各向异性滤波抑制红外复杂背景
摘要：在传统各向异性扩散滤波算法的基础上, 提出了一种自适应梯度阈值各向异性滤波算法, 用于有效地抑制红外复杂背景、滤除噪声, 同时增强红外弱小目标。该算法根据图像的局部特性, 利用其在不同方向上的梯度特点, 判断某点像素是噪声还是图像以及其存在于图像的平滑区域还是边缘区域。 文中据此提出了自适应求取边缘函数中的梯度阈值(K值)的方法, 解决了原各向异性滤波算法的边缘函数中K值固定单一的问题。实验证明:与原各向异性滤波算法和其他背景抑制算法相比, 提出的算法增加了去噪功能, 对各种复杂背景抑制效果更好, 增强后的图像信噪比提高了近2倍。关键词：背景抑制;目标增强;自适应梯度阈值;各向异性滤波- 52
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用于人脸识别的相对梯度直方图特征描述
摘要：由于方向边缘幅值模式(POEM)在剧烈光照变化情况下无法获得足够的特征描述信息, 本文分析了相对梯度幅值图像特点, 提出了相对梯度直方图特征描述方法。该方法根据图像的梯度方向对相对梯度幅值图像进行分解、滤波、局部二值模式编码和特征降维, 形成了对光照变化, 尤其是非均匀光照变化具有健壮性的低维直方图特征。在FERET和YaleB子集上的人脸识别实验证实:在光照变化较小时, 相对梯度直方图特征描述方法与方向边缘幅值模式的性能相当, 均显著优于经典的局部二值模式特征;在光照剧烈变化时, 前者的识别精度比方向边缘幅值模式至少高5%, 性能显著优于方向边缘幅值模式和局部二值模式, 展示了相对梯度直方图特征描述方法的有效性和对光照变化的良好健壮性。关键词：人脸识别;相对梯度直方图;局部二值模式;特征描述- 50
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图像通用目标的无监督检测
摘要：为了实现对图像中多种类目标的检测, 缩短目标搜索时间, 本文基于图像目标的3个显著性线索(显著性检测, 颜色对比, 超像素跨越), 构建了一种改进的通用无监督目标检测模型。通过机器学习center-surrounding比例参数, 计算各个线索的显著度得分, 并在朴素贝叶斯框架下对这3个目标显著性线索进行融合, 以最终确定窗口中包含图像目标的概率。实验参数在PASCAL VOC 2007图像库进行检测, 检测率为28.94%, 击中率达96.99%;在MSRC图片库进行检测, 检测率为80.64%, 击中率达99.10%;得到的结果证明了本文模型的通用性。另外, 该模型对单幅图像的处理时间较Bogdan的检测模型提高了40%, 改进了目标检测效率。本文模型可为后续的目标识别, 图像分割提供更快、更准确的先验位置信息。关键词：无监督检测;显著性检测;颜色对比;超像素跨越;贝叶斯融合- 43
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基于多尺度稀疏字典的多聚焦图像超分辨融合
摘要：由于传统的多聚焦图像融合算法不能对图像中聚焦区域划分进行有效度量, 提出了一种新的多聚焦图像超分辨融合方法来改善图像融合效果。该方法对图像清晰区和模糊区进行度量, 并利用稀疏表示方法对度量后的清晰区域进行超分辨重建。首先, 采用空间频率方法提取源图像中清晰区域与模糊区域, 然后确定清晰区域中的主清晰区和次清晰区, 并计算它们的真实下采样尺度。最后, 通过学习多尺度稀疏表示字典对图像中次清晰区域进行超分辨率重建, 并与清晰区域结合形成最终融合图像。实验及各种定量评价结果表明, 提出的方法较常规方法具有更好的融合性能, 得到的图像更清晰。对比Harr小波, 非下采样轮廓波变换(NSCT), 剪切波(Shearlet)变换等方法, 其熵(EN)提升了1%, 峰值信噪比(PSNR)提升了0.62 dB, 清晰度(SP)和空间频率(SF)提升30%, 均方误差(MSE)下降了6%左右。关键词：图像融合;超分辨率融合;降采样尺度;稀疏字典;多聚焦图像;空间频率- 56
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发布时间：2020-08-13 -
大运动前景和旋转抖动视频的快速数字稳定
摘要：针对存在大的旋转抖动和大的运动前景的视频, 提出了一种快速电子稳像方法。由于现有圆周投影法在估计图像大角度旋转运动时鲁棒性较差, 故对算法进行了改进以提高投影相关匹配时的准确性。考虑常用的稳像算法难以处理含较大或较多运动前景的抖动视频, 提出一种基于图像位平面金字塔的自适应取块平移运动估计方案; 该方案可根据块匹配结果的统计特性决策最优取块模式, 最大程度地避免运动前景对运动参数估计的干扰。最后, 引入一种自适应分组的限幅加均值复合滤波方式, 一方面通过限幅滤波修正帧间错误运动估计, 另一方面自适应分组确定滤波窗口以达到较佳运动平滑效果。实验结果表明:改进的圆周投影法旋转估计的准确性和稳健性均有提高;自适应取块的平移运动估计方案能够准确估计较大运动前景抖动视频的运动参数, 同时也适用于灰度特征不丰富的抖动视频;稳像的信噪比峰值可达31.08 dB。关键词：电子稳像;改进圆周投影;自适应块匹配;运动估计;运动滤波- 64
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发布时间：2020-08-13 -
应用通用自回归模型实现图像的自适应滤波
摘要：考虑数字图像滤波处理对融线性和非线性于一体的数学模型的需求, 根据Weierstrass逼近理论推导建立了通用的自回归数学模型。该模型将线性自回归模型和非线性自回归模型融合于一个统一的数学表达式中, 仿真实验表明其能够较好地拟合现有的线性和非线性自回归模型。用二维向量取代标量参数, 推导了通用自回归模型的二维数学表达式。通过对比分析, 确定采用GM(Generalized M estimator)参数估计法进行参数估计。实验结果表明, 该算法收敛较快, 平均迭代次数不超过6次, 线性模型平均计算耗时为150 s, 二次模型平均耗时为418 s。提出的二维通用自回归模型滤波方法能较好地保留图像的细节信息, 图像滤波效果好。关键词：图像处理;自适应滤波;自回归数学模型;GM参数估计- 70
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发布时间：2020-08-13 -
基于电阻层析成像的汽车动力电池内部温度监测
摘要：为了直观地在线检测动力电池的温度, 以确保动力电池的安全, 提出了一种基于电阻层析成像的动力电池内部温度监测新方法。引入温纳-施伦贝尔装置模型分析电池内部温度检测机理, 推导了电池内部温度与电阻率的数学关系;应用抑制平滑度最小平方法将多电极检测大数据进行图像反演重建, 实现了对动力电池内部温度异变区的动态监测, 并搭建了实验平台。文中通过建立相交区域试验模型, 实验分析动力电池内部的电阻率静态分布, 并验证方法可靠性。然后, 实验分析动力电池内部电阻率的动态分布, 得到45.5℃时反演图像色带差值增大了2.5倍, 且坐标(0.047, 0.000 5)内色带变化明显。最后, 动态跟踪异变区临界温度。结果显示, 在0.173 Ω·m处突变骤升, 电池内部产生异变。得到的结果表明, 提出的方法可直观可靠地监测动力电池内部温度动态变化;可为动力电池的安全特性、寿命预测、负载控制等提供新的研究途径。关键词：电阻层析成像;温纳-施伦贝尔模型;汽车动力电池;温度检测;图像反演- 53
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发布时间：2020-08-13 -
改进Noble算子匹配的电子稳像法
摘要：考虑全局运动估计算法对电子稳像系统准确性和实时性的影响, 提出了改进Noble算子匹配的电子稳像算法。该算法通过区域预选、特征匹配、参数求解和运动补偿四步操作稳定抖动视频。首先, 根据全局运动一致性的特点, 采用子块间的绝对差值提前剔除部分不可靠区域, 并改进传统Noble算子的全局阈值部分, 根据区域梯度均值自适应调整阈值, 检测各保留区域的角点, 以保证图像特征的空间均匀性分布;其次, 根据特征点的邻域信息构造梯度方向描述子进行粗匹配运算, 并利用最近邻次近邻比率和均值距离准则两步操作优化匹配集合;然后, 结合运动模型求解全局参数;最后, 选择卡尔曼滤波过程完成抖动图像的补偿处理。Matlab仿真结果证明:该算法能平均提高峰值信噪比2 dB以上, 当旋转角度小于5°时性能更为优异, 能准确、快速地稳定视频图像。关键词：电子稳像;全局运动;全局一致性;特征匹配;卡尔曼滤波- 48
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发布时间：2020-08-13 -
莫尔条纹光电信号正交性偏差的实时补偿
摘要：为了提高光电轴角编码器的精度, 提出了一种实时补偿莫尔条纹光电信号正交性偏差的方法。利用希尔伯特变换原理, 构造了同频光电信号正交性偏差的动态测量算法。根据莫尔条纹光电信号的数学模型, 揭示了由正交性偏差引起的细分误差的空间分布特征并建立角度补偿模型。鉴于编码器的实际工作特点, 采用同步处理方式, 在补偿光电信号的同时动态更新了角度代码补偿查找表;通过细分查找表的切换, 实现信号正交性偏差的实时补偿。采用该方法对存在约18°正交性偏差的23位光电编码器进行了补偿处理, 结果显示:补偿后的编码器的细分误差峰值由4.79"降低到1.26"。该方法可实际应用于编码器系统, 能够提高编码器的细分精度、环境适应性和可靠性。关键词：光电轴角编码器;莫尔条纹;正交性偏差;希尔伯特变换;实时补偿- 50
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发布时间：2020-08-13 -
简单图像的快速聚焦
摘要：为了有效地实现简单图像的快速高精度自动聚焦, 提出了一种新的快速聚焦算法。首先在相机进行调焦时自动获取系列零件图像, 并记录各图像对应的位置;然后计算每张图像中目标边缘的灰度变化跨度值, 从中找到跨度值最小的图像, 即为最清晰图像;最后把其所在位置反馈给硬件驱动系统, 实现自动聚焦。用新算法分别对不同形状和不同材料的零件, 在添加椒盐噪声和没有添加噪声的情况下进行实验, 并与计算量小的几种经典最优聚焦函数做了对比试验。结果表明, 用新算法对简单图像进行聚焦比常用的最优聚焦函数更敏锐, 单峰性更好, 抗噪能力更强, 而且速度比最快的绝对梯度函数快30%以上。因此, 新算法在拍摄简单场景时, 鲁棒性好, 可以更好地实现快速聚焦。关键词：自动聚焦;目标边缘;跨度值;聚焦函数;鲁棒性- 52
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发布时间：2020-08-13 -
面向需求覆盖的航天软件测试用例优化方法
摘要：研究了一种面向需求覆盖率的测试用例优化方法, 用于提高测试效率, 增加航天软件测试的有效性。该测试用例优化方法包括测试用例约简和测试用例设计两部分, 目前已应用于某航天型号项目的测试过程中。文中分析了航天软件的特点, 测试流程及测试过程中可采用的优化技术。研究了现有的测试用例约简方法, 并改进了基于测试需求的约简方法, 使之能够满足需求覆盖率的要求。之后, 提出了一种基于需求关键词关联的测试用例设计方法, 以确保达到预期的需求覆盖率。最后, 将这种优化方法应用于工程实践, 并进行了结果分析。应用结果表明, 采用上述方法不但满足了需求覆盖率的要求并使测试用例设计的工作量降低了约39%, 保证了测试充分性, 并有效地提高了测试效率。关键词：软件测试;航天软件;需求覆盖;需求约简;用例设计- 66
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发布时间：2020-08-13 -
基于斜分倒数交叉熵和蜂群优化的火焰图像阈值选取
摘要：提出了基于斜分倒数交叉熵和蜂群优化的火焰图像阈值选取方法以便更为准确地分割火焰图像。以最小倒数交叉熵作为阈值选取准则, 解决了 Shannon 熵定义中存在的无意义值问题。同时, 以二维直方图斜分方式更加准确地划分目标和背景, 提高了算法抗噪性能, 且使需要选取的阈值个数由两个变为一个, 减少了算法运行时间。此外, 采用蜂群优化算法加速对最佳阈值的搜索, 使速度提升了约80%~140%, 进一步提高了算法的实时性。最后, 针对火焰图像进行了大量实验, 并与二维斜分最大 Shannon 熵法、基于混沌小生境粒子群优化(NCPSO)的二维斜分最大倒数熵法进行了比较。结果表明, 提出的方法在分割效果上优势明显, 且抗噪性能更好, 是一种实时有效的火焰图像分割方法。关键词：图像分割;阈值选取;倒数交叉熵;二维直方图斜分;蜂群优化- 59
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发布时间：2020-08-13
信息科学
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