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最新刊期
2015 年 第 10 期
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低温辐射计斜底腔吸收比测量
摘要：考虑在轨绝对辐射定标基准辐射计(ARCPR)要求其测量太阳总辐照度(TSI)的TSI腔的吸收比优于0.999 9,同时测量不确定度在0.001%以下, 本文提出采用在空间和低温环境下性能优越的圆柱形斜底腔作为标定太阳总辐照度的黑体腔,并对斜底腔吸收比进行了测量与研究。介绍了斜底腔的特性,分析了低温辐射计多使用斜底腔作为黑体腔的原因。阐述了替代法测量腔体吸收比的原理,增加了参考光路用于监测激光功率,以提高测量重复性和准确性。通过测量信号与参考光路信号的比值计算了斜体腔的吸收比,并对测量结果进行了不确定度分析。测试实验显示,斜底腔吸收比为0.999 928±0.000 005, 优于ARCPR对标定黑体腔的要求,验证了将斜底腔作为测量太阳总辐照度的TSI腔的可行性。实验还表明:计算信号电压与参考电压比值,通过比值计算腔体吸收比的方法可以提高测量结果的不确定度,适用于测量超高吸收比腔体的吸收比。关键词：低温辐射计;太阳总辐照度;斜底腔;吸收比测量;替代法- 77
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发布时间：2020-08-13 -
基于双干涉仪的自由落体绝对重力测量
摘要：为了避免用光学干涉法测量自由落体绝对重力过程中落体旋转对测量结果准确度的影响,提出了基于双干涉仪的绝对重力测量方法。介绍了落体旋转影响绝对重力测量结果的机理,提出了对同时测量的两组干涉仪数据进行融合处理的方法。根据预先设定的重力值,双干涉仪中落体上、下反射棱镜光心与质心垂直方向的初始高度差,以及随机生成的每次测量对应的角速度序列和振动引起的上、下干涉仪重力测量偏差序列,进行了仿真计算。结果表明:光心-质心的距离为2.5 mm的双干涉仪通过数据融合处理得到的重力测量结果的偏差约为0.5 μGal,标准偏差约为0.3 μGal,与现有调校落体光心-质心的方法得到的结果相当。选择合适的上、下棱镜光心-质心距离可以更好地消减落体旋转对测量结果的影响,将其分别设计为±3 mm时,用双干涉法数据融合得到的重力值偏差小于1 μGal,满足相关领域对精密重力测量的需求。关键词：绝对重力测量;精密测量;双干涉仪;落体旋转;数据融合- 108
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发布时间：2020-08-13 -
水膜厚度光纤检测系统
摘要：针对海水泵滑靴副水膜厚度测量需求,利用反射强度调制型位移光纤传感器工作原理设计并实现了一种水膜厚度检测系统。设计了与海水泵结构相对应的光纤探头,其采用具有较好补偿功能的三圈同轴型光纤束结构消除了由光源强度、反射表面性质以及光纤光强损耗和弯曲损耗等因素带来的影响;开发了由光源模块、电源模块、光电转换模块、低通滤波模块、信号比值模块等组成的前置器用于信号调理。对开发的水膜厚度光纤检测系统进行了静态性能和动态性能测试实验,结果表明:该检测系统的测量精度可达微米级,测量系统的量程为1 000 μm,灵敏度为3.45 mV /μm,动态性能良好,满足了对海水泵水膜厚度的检测需求。关键词：光纤位移传感器;水膜厚度;检测系统;海水泵滑靴副- 81
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发布时间：2020-08-13 -
LD端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配
摘要：以光纤耦合半导体激光器作为泵浦源,5 mm长的铯蒸气池作为激光增益介质,开展了端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配实验研究。分析了泵浦光聚焦光斑半径和聚焦位置对铯激光输出性能的影响。以激光器的工作斜效率和光光效率为指标对各模式匹配参数进行了优化,同时对激光器的阈值泵浦功率进行了研究。结果表明:在一定的激光振荡模束腰下,存在最佳的泵浦光聚焦光斑半径使斜效率最大。此外,聚焦位置在蒸气池中央时有利于提高斜效率和光光效率。对阈值泵浦功率的研究显示,阈值泵浦功率随泵浦光聚焦光斑半径的减小而减小,而且当泵浦光聚焦于蒸气池前端时有利于降低阈值泵浦功率。基于以上研究,获得了一组最佳模式匹配参数,即泵浦光聚焦光斑半径为333 μm, 激光振荡模束腰为167 μm,泵浦光聚焦位置位于蒸气池中央。关键词：半导体泵浦碱金属蒸气激光器;铯蒸气;端面泵浦;模式匹配- 57
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发布时间：2020-08-13 -
基于深空探测器的在轨天体合影成像及应用
摘要：提出了基于深空探测器对太空中的目标天体合影成像的新策略。首先,基于相机的性能参数建立视场模型,然后对天体和探测器轨道动力学模型、探测器姿态数据以及光照条件进行综合分析,最终确定了拍摄用相机以及成像时刻与成像姿态等成像策略。以探月三期月地高速再入返回飞行任务的设计为例,研究计算了对地月合影的拍摄相机、成像时刻与成像姿态,并利用在轨探测效果仿真系统进行了仿真验证。结果表明:该成像策略能够根据预定的天体合影的构图要求便捷地计算出拍摄条件,结果准确、角度偏差在1°范围内。该成像策略还成功应用于探月三期月地高速再入返回飞行器的实际任务中,在距离月球1.40×104 km和距离地球3.91×105 km处,获得了我国航天史上首张地月合影图像,为后续深空探测器在轨天体合影提供了参考依据。关键词：深空探测器;天体合影成像;在轨成像;空间相机- 51
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发布时间：2020-08-13 -
秸秆燃烧和沙尘对气溶胶光学特性的影响
摘要：利用多年积累的我国几个典型地区的太阳辐射计观测数据,反演了秸秆燃烧和沙尘日及其前后晴朗日的气溶胶光学厚度(AOD)和表征粒子尺度的Ångström指数(α),并运用观测结果和反演数据对已知气溶胶源予以验证。对比分析了多个典型地区源自秸秆燃烧和沙尘的气溶胶光学特性,结果显示,秸秆燃烧和扬尘时AOD都大幅增加,而α在秸秆燃烧时比通常晴朗日增大,取值大于1.3;在扬尘时比通常晴朗日明显减小,取值小于0.5。另外,不同地区不同气溶胶源的AOD与α的关系明显不同。分析结果表明, α可作为秸秆燃烧和沙尘天气的一个标志参数,为生物燃烧性有机碳黑气溶胶光学特性的检测方法提供依据,也可为分析我国西北城市地区受周边沙漠的影响程度提供有益参考。关键词：气溶胶;光学厚度;太阳辐射计;秸秆燃烧;沙尘;Ångström参数- 82
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发布时间：2020-08-13 -
水下航行器光学隐蔽深度测量系统
摘要：为了实现对水下航行器光学隐蔽深度的实时测量,研制了水下航行器光学隐蔽深度测量系统。根据目标背景对比度的传输理论,分析了目标背景对比度在海水、大气、海面的传输特性,建立了水下航行器光学隐蔽深度模型。基于该模型分析了测量水下航行器光学隐蔽深度所需要的参数,设计了测量海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水体衰减性系数、海水漫衰减性系数和水下航行器表面反射率的测量方法,并完成一次海上试验。试验测得良好天气情况下特征尺度为12 m的水下航行器的光学隐蔽深度为25～35 m。试验结果表明,设计的测量系统可以实现对水下航行器光学隐蔽深度测量,并适用于各类潜艇。由于改变了传统的在水面进行深度测量的方式,该系统工作稳定可靠,提高了隐蔽性和对海域测量的准度,可为水下作战决策提供帮助。关键词：光学隐蔽深度测量;水下航行器;目标背景;对比度- 84
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发布时间：2020-08-13 -
采用联合变换相关的透镜中心偏差测量
摘要：基于双相位编码光学联合变换相关技术提出了一种测量透镜中心偏差的方法以确定偏差方向并提高测量精度。在经典联合变换相关原理基础之上,使用两个相位函数分别对参考图像和联合功率谱进行编码,并选用合适的滤波器消除旁瓣干扰,得到单个互相关峰的输出。利用该双相位编码后的联合变换相关技术探测不同目标图像相对于参考图像的位移矢量,并拟合圆。此拟合圆圆心到圆上点的矢量即为经自准直光学系统放大后的偏心矢量,从而同时确定了中心偏差的大小和方向。实验结果表明,通过双相位编码后的相关输出仅保留一个尖锐的相关峰,实现了位移矢量的亚像元探测;使用联合变换相关技术准确地测量了透镜的中心偏差,其测量结果的实验标准差为0.1 μm,误差绝对值最大为0.3 μm, 满足一般透镜中心偏差测量的要求。关键词：透镜;光学装调;中心偏差测量;联合变换相关;双相位编码;位移探测- 60
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发布时间：2020-08-13 -
微球表面形貌检测中的偏心误差分析与修正
摘要：由于使用传统的误差修正方法进行微球形貌检测会有过大的残差,本文提出了一种新的偏心误差修正方法来提高微球表面形貌检测的精度和效率。在分析了横向偏心和轴向偏心引入光程差数学模型的基础上,推导了偏心误差的高阶近似模型,提出了小曲率半径下基于Zernike多项式拟合的偏心误差修正方法,并给出误差修正的流程及相关参数的标定方法。通过对2 mm直径的微球的表面形貌检测验证了所提出误差修正方法的可行性和有效性。结果表明:相对于零条纹时的形貌误差基准,采用本文提出的方法修正后的残余形貌误差峰谷(PV)值为0.081 5λ,均方根(RMS)值为0.016 1λ,比传统方法修正效果更好,能够满足高精度微球形貌检测的需求。关键词：表面形貌检测;微球;偏心误差;Zernike多项式拟合- 58
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发布时间：2020-08-13
现代应用光学
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压电倾斜镜的高压驱动及高速控制
摘要：由于压电倾斜镜的机械谐振会降低自适应光学伺服控制系统的校正带宽, 本文研究了补偿压电倾斜镜谐振特性的方法。根据压电倾斜镜机械谐振频率特性的动态模型和实测数据,提出了利用压电倾斜镜高压驱动器中现有的可编程逻辑门阵列(FPGA)设计多阶双二次型数字滤波器来优化系统的动态频率响应特性。基于多阶双二次型数字滤波器,高压驱动器能实时补偿驱动对象的频率特性,完成压电倾斜镜的正谐振和反谐振的同时补偿。将其与压电倾斜镜作为一体,可实现平坦的幅频特性,从而避免机械谐振,提高伺服控制带宽。实验结果表明:相对于传统的高带宽高压驱动器,提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器可在同样超调量下使系统误差带宽从56 Hz提高到了80 Hz,并且低频抑制能力也得到提高。实验显示提出的具有频率特性补偿功能的高带宽高压驱动器更适合压电倾斜镜的高速动态应用。关键词：自适应光学;压电倾斜镜;高压驱动器;高速控制;机械谐振;特性补偿- 61
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发布时间：2020-08-13 -
微细电解加工用中空电极的制备
摘要：为了改进加工间隙内电解产物的排出条件和加速电解液的更新,提出了一种嵌套式微细中空电极的精确可控焊接制备工艺。仿真分析了电极的过流特性,优化了电极长度,并进行了性能测试及加工实验。通过穿丝、黏结、嵌套尺寸及位置调整和焊接工序,制备出加工段内径为65 μm、外径为130 μm、长3.25 mm左右,后段便于装夹和连通的嵌套式中空电极。在供液压力为1.15 MPa时,其出口流速可达10 m/s左右。利用制备的中空电极,开展微细孔电解加工实验,在0.5 mm厚不锈钢片上加工出最小入口孔径约为157 μm,出口孔径约为133 μm的微细孔,并将其延伸应用于微结构加工中,铣削出了长554 μm、宽160 μm、深224 μm的微细T型槽。实验结果表明:制备的微细中空电极有效提高了加工间隙内电解液的流动特性,且连/导通可靠、装夹方便,适用于高深宽比微结构的电解加工。关键词：微细电解加工;中空电极;制备工艺;流动仿真;微细孔;微细槽- 94
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发布时间：2020-08-13 -
应用四轴联动磁流变机床加工曲面
摘要：以永磁型磁流变抛光机为基础,提出了在光栅式加工轨迹下结合四轴联动机床(不含抛光轮转动轴)和变去除函数实现磁流变抛光技术确定性加工曲面的方法。讨论了曲面上光栅式加工轨迹等面积规划原则和基于矩阵乘积运算的驻留时间求解算法。分析了磁流变四轴联动机床的机械补偿方式,同时以变去除函数模型为基础从算法上实现了机械的剩余补偿。应用以氧化铈为抛光粉的水基磁流液对口径为80 mm、曲率半径为800 mm的BK7材料凸球面进行了修形验证实验,一次加工(5.5 min)后显示:面形误差分布峰谷值 (PV) 和均方根值(RMS) 从117.47 nm和22.78 nm分别收敛到60.80 nm和6.28 nm。实验结果表明:结合四轴联动的低自由度机床和变去除函数算法补偿的磁流变加工工艺能够有效地实现球面及低陡度非球面等曲面的高效确定性加工,为磁流变抛光在光学制造中的应用提供了有力的支持。关键词：光学制造;磁流变抛光;四轴联动;曲面加工;变去除函数;光栅式轨迹- 68
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发布时间：2020-08-13 -
环面蜗轮滚刀测量机
摘要：基于圆柱坐标系测量原理,采用电子展成法研制了一台环面蜗轮滚刀测量机用于环面蜗轮滚刀的快速测量。该测量机通过对3个运动轴的闭环控制,使测头沿着被测误差项的路径运动来获取数据并完成测量。介绍了测量机的工作原理与构成,其为卧式结构,由花岗石床身、精密密珠主轴、滑动导轨和闭环控制系统构成。开发了环面蜗轮滚刀测量软件,实现了环面滚刀各项误差的快速精密测量。实验显示:该仪器可以对切削刃螺旋线误差、刃口齿形误差和容屑槽周节误差进行测量,测量的合成不确定度分别为2.35、2.45和2.94 μm,均小于圆柱齿轮滚刀标准GB/T6084-2001中对应误差项公差的1/3,满足AA级精度的环面滚刀各项误差的测量要求,验证了该测量机的功能与可靠性。该测量机也可以用于环面蜗杆、圆柱蜗杆及圆柱滚刀的测量。关键词：环面蜗轮滚刀;滚刀测量;螺旋线误差;齿形误差;周节误差- 57
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发布时间：2020-08-13 -
大口径离轴长条形反射镜的检测支撑机构
摘要：针对大口径离轴长条形反射镜光轴水平向检测的需要,设计了一套检测支撑结构。优化了结构参数,实现了由支撑结构引起的镜面面形误差最小化。通过比较长条形反射镜光轴水平向检测支撑的级联多点支撑结构,选择了结构简单、扩展性和调整性优良的两点单层固定支撑结构。利用集成仿真与优化方法,分析计算反射镜镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势,确定了最优支撑间隔。最后,利用干涉仪结合补偿器的检测方式,对不同支撑间隔工况下镜面面形进行检测,验证了仿真分析的可靠性。结果表明:在支撑间隔为564 mm时,由检测支撑引起的镜面面形误差最小(RMS=8.26 nm),干涉检测得到的镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势与仿真得到的趋势相符,仿真结果可靠性高。提出的方法可实施性好,可推广到其他大口径离轴长条形反射镜的设计和检测中,为离轴三反(TMA)相机的设计提供技术基础。关键词：离轴长条形反射镜;检测支撑;面形误差;集成仿真与优化;离轴三反相机- 60
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发布时间：2020-08-13 -
基于应变梯度理论的光栅铝膜本构关系表征及纳米压痕实验
摘要：基于应变梯度理论,提出了一种玻璃基底光栅铝膜本构关系的表征方法。建立了包含基底参数和铝膜参数的本构关系数学模型,并逐一表征了相关参数。进行了79 g/mm中阶梯光栅铝膜的纳米压痕实验,验证了上述本构关系表征过程的正确性。提出了光栅薄膜材料和基底材料都具有尺度效应的假设,并应用纳米压痕实验对铝膜的尺度效应和基底效应进行了实验表征。对光栅铝膜压痕实验与含基底压深实验的结果进行了比较,结果显示,在有无基底条件下,压痕结果在应力方向上相差0.8倍,在应变方向上相差3倍。进行了光栅刻划实验,结果显示压痕实验对刻划实验具有重要的指导作用。研究过程及研究结果表明:理论分析和两种实验可有效地分析光栅刻划过程,有助于在实际光栅刻划过程中减小误差,对光栅刻划的工艺过程具有较好的理论指导意义。关键词：光栅刻划;光栅铝膜;玻璃基底;本构关系;纳米压痕- 65
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发布时间：2020-08-13 -
哈特曼探测器的高精度调节机构
摘要：设计了基于高精度直线驱动器和曲柄滑块机构的高精度二维角度调节机构,以实现2 m口径望远镜中哈特曼探测器与自适应光学系统间的高精度对准与自动化调节。依据光学设计分析得出调节机构分别需满足±1°的调节范围和6"的调节精度。根据哈特曼探测器的外形结构和调节机构的整体布局,选择了调节机构中的主要参数,对整体调节机构进行了初始设计并分析了它的精度和动态特性。利用自准直仪设计了调节机构的检测系统,对设计的调节机构的调节范围、精度和动态性能进行了实际测量。结果表明:哈特曼探测器调节机构在俯仰和扭摆方向上的角度调节量均约为±1.2°,调节精度分别为0.43"和2.1",均满足设计要求,为哈特曼探测器的高精度探测奠定了基础。关键词：哈特曼探测器;调节机构;曲柄滑块机构;直线驱动器;自准直仪- 63
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发布时间：2020-08-13 -
双柔性平行六连杆微动平台结构的设计及测试
摘要：采用直圆型柔性铰链设计了承载能力较大的双柔性平行六连杆微纳定位平台,并对其性能进行了测试。基于柔性铰链经典刚度公式计算了直圆型柔性铰链转动刚度,推导了双柔性平行六连杆微动平台在运动方向的整体刚度函数;建立了平台的动力学模型,得到了平台的固有频率解析式。基于静动态特性优化设计了双柔性平行六连杆微纳定位平台,得到了平台的优化参数。基于激光干涉仪和多普勒激光测振仪建立了平台的静动态特性测试系统。 对微纳定位平台进行了试验和测试,结果显示:刚度的理论计算值为7.92 N/μm,试验值为7.44 N/μm,误差为6.5%;固有频率的理论模型值为349.9 Hz,实验值为342.2 Hz,误差为2.3%。空载和加载为250、500、2 000、2 250、2 500 g时的平台位移表明加载不均匀会对平台输出位移产生较大的影响,当加载为2 500 g时,不均匀加载对位移的影响量约为均匀加载的5倍。此外,平台最大位移为56.59 μm。重复定位精度测试显示,在施加电压50、100、150 V时,定位平台在同一输入电压下的位移最大偏差为0.896 μm。实验结果表明,建立的双柔性平行六连杆的刚度和固有频率计算模型是正确的,设计的微动平台的最大位移及精度可满足设计要求。关键词：双柔性平行六连杆;微动平台;刚度;固有频率;激光干涉仪;多普勒激光测振仪- 57
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发布时间：2020-08-13 -
双视场多通道成像仪的光机结构
摘要：针对环境适应性和探测精度的要求,设计了双视场、多通道成像仪的光机结构,以获取高空间、时间覆盖和高垂直分辨率的大气图像和数据信息。根据光学探测和光学定位精度的要求,设计的光学系统结构以及对应的机械结构采用了天底和临边多方位观测模式。该结构通过柔性系统保证了成像仪在45°C的温差范围内能够正常工作。由于温差较大,系统中构建了CCD探测器裸片的精密定位与散热系统。为验证光机结构设计的正确性,对集成后的成像仪进行了光学系统性能检测。检测实验显示,边界温度状况下3个光学通道的分辨率均优于4 km,达到对地球临边和天底大气进行探测的需求。成像仪的质量为8.3 kg,其一阶基频大于100 Hz,最大应力为52.5 MPa。该光机结构设计合理、紧凑,满足刚度、强度以及目标探测要求,适合空间遥感的应用。关键词：大气遥感;双视场多通道成像仪;光机结构;临边与天底观测- 77
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发布时间：2020-08-13 -
内置周期挡板的T-型微混合器
摘要：设计了一种流道内布置周期挡板结构的高效T-型微混合器来提高微流控系统的混合效率。该微混合器结构简单,周期布置的挡板可以有效地缩短流体混合所需的流道长度和时间,混合效率高。安排了正交实验组,利用计算流体力学软件ANSYS CFX研究了流道结构参数对混合效果的影响。采用静态田口分析法对数值模拟结果进行分析。结果表明:流道结构参数对混合效果的相对影响程度排列如下:挡板攻角(θ) >流道高度(H) >挡板宽度(L) >相邻混合单元之间距离(D)。根据结构参数对混合效果的影响程度,得出研究参数范围内的最优组合为:θ=75°,H=0.4Wm,L=0.7Wm, D=0.6Wm(这里Wm为流道宽度,等于200 μm)。实验显示,结构参数符合最优参数组合的微混合器的混合效果提升显著,雷诺数Re=54时即可实现完全混合(混合指标M>95%)。文中研究了流道结构对进出口压降的影响,结果显示,攻角θ对进出口压降的影响趋势在不同雷诺数下相同,参数H,D亦如此。关键词：微流控;微混合器;田口方法;微混合;混合效率;正交试验设计- 61
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采用可变增益观测器的红外导引头导气管扰动补偿
摘要：为了提高红外导引头的跟踪精度,降低导气管对导引头控制系统的影响,提出一种新型可变增益扰动观测器。首先,利用搭建的导引头实验系统研究了导气管干扰的扰动特性。然后,在分析导气管扰动的系统特性基础之上,结合经典扰动观测器理论,设计了新型可变增益扰动观测器,并分析了其鲁棒稳定性。最后,针对某实际红外导引头系统,设计了可变增益扰动观测器,并进行了导气管扰动抑制实验。结果表明:经典扰动观测器无法对导气管的扰动进行有效的抑制,而采用可变增益扰动观测器后,系统速度阶跃响应稳定精度提高71.1%;位置阶跃响应稳定精度提高42.8%。研究表明可变增益扰动观测器可以有效地抑制红外导引头中的导气管扰动。关键词：红外导引头;导气管扰动;扰动观测器;变增益;扰动补偿- 37
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风洞模型主动抑振器的设计与实验
摘要：研究了风洞模型主动振动的抑制原理,并结合叠堆式压电陶瓷作动器的压电效应设计了一套并联式主动抑振器。首先,针对模型支杆系统及其动力学特征,分析了支杆抑振原理,提出了一种基于叠堆式压电陶瓷作动器的风洞模型抑振器。然后,构建了抑振器实时控制系统,针对其驱动位移滞后的特点,研究了基于PD调节器的控制方法。最后,搭建了地面实验平台,利用锤击法和激振法对抑振器进行了地面实验。实验结果表明:抑振器具有提高支杆系统阻尼的能力,对风洞模型在俯仰和偏航两个方向上的抑振效果明显,特别是俯仰方向上,抑制器工作后系统阻尼比可由0.009提高到0.092,抑振后剩余振幅比例约为25%。试验结果验证了该风洞模型主动抑振器的可行性与有效性。关键词：风洞试验;主动振动抑制;主动抑制器;压电陶瓷作动器;支杆振动- 47
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微纳技术与精密机械
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远距离三维坐标测量中双目视觉系统结构参数的优化
摘要：针对双目视觉系统对远距离大视场复杂地形环境下目标点三维坐标的测量, 研究了优化系统结构,提高双目视觉系统坐标测量精度的方法。 分析了系统结构参数对测量精度的影响,通过在监测区域内设置靶标对系统进行标定。测量时,将获取的目标点图像信息代入测量模型进行解算,从而获得目标点的空间三维坐标。仿真分析了系统结构参数中调平传感器精度以及系统布局方式对三维坐标测量精度的影响,得出了其误差影响趋势。在此基础上,提出系统调平传感器精度为±0.1°的要求以及系统合理的布局方式,为构建双目视觉测量系统的布局提供参考。对直径200 m的区域进行了监测,结果显示目标点的相对定位误差均小于0.33%,满足系统的精度指标要求,同时使得系统现场架设更加方便快捷,避免了盲目性。关键词：双目视觉;远距离测量;三维坐标测量;结构参数;精度分析- 69
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大尺寸动态视觉测量系统的并行加速
摘要：由于现有以大数据量和计算量为基础的大尺寸动态视觉测量系统处理速度较慢,本文建立了一个高速大尺寸动态视觉测量系统,并对该系统涉及的特征点中心定位、编码点识别、相机定向等算法进行了并行化研究。首先,分析了在不同测量条件下各个主要算法的时间消耗情况及每个主要算法的并行性;然后,对常规的特征点中心定位和编码点识别算法做了介绍,分别提出了特征点中心并行快速定位和编码点并行快速识别算法,并详细说明了这两种并行快速算法的实现原理。最后,针对大量原子操作的问题,提出了线程束集体原子操作的优化方法。实验结果表明:在不损失定位精度和识别率的前提下,图像中包含300个点时的并行方案比串行方案的时间开销减少了42%,当点数达到20 000时,时间开销减少91%以上。实验显示提出的并行设计方案有效地提高了处理速度,解决了大尺寸动态视觉测量系统实时性差的问题。关键词：动态视觉测量;并行计算;编码点识别;特征点定位;大尺寸测量- 67
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正常角膜和圆锥角膜的特征提取
摘要：基于角膜测量仪器Corvis ST采集的图像视频,提出提取新特征参数以便准确区分正常角膜和圆锥角膜。首先对图像进行滤波、分割等预处理,检测角膜上下边界,并计算前角膜曲率值;用小波变换分析角膜曲率变化,获取与角膜运动趋势相关的特征,包括角膜运动的整体趋势和角膜振动的范数和标准差。然后,基于均方误差最小化法,提取特征参数,构建最优参数。最后,用支持向量机(SVM)对正常角膜和圆锥角膜进行分类。从频率的角度实施的实验显示角膜在基本运动趋势上存在着振动过程。此外,提出的参数优于形变幅度(DA)、峰值距离(PD)等传统参数,使准确度、灵敏度和特异性分别提高了10.2%,5.7%和6.9%。受试者工作特征曲线 (ROC)下面积为0.948,接近于1。结果显示本文方法自动提取的特征参数可提高正常角膜和圆锥角膜区分的准确性,对临床诊断有辅助作用。关键词：角膜;圆锥角膜;特征提取;最小均方误差算法;Corvis ST;小波变换- 105
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发布时间：2020-08-13 -
航空变焦距斜视成像几何畸变的自动校正
摘要：针对变焦距航空摄像机斜视成像产生的几何变形,提出一种同时校正斜视梯形失真和变焦距镜头非线性畸变的自动校正方法。根据直线透视投影不变性原理,利用单参数除式模型通过变步长优化搜索方法得到不同焦距对应的镜头畸变系数和畸变中心坐标;研究了焦距变化对畸变的影响规律,校正了镜头畸变使其满足针孔成像模型;引入飞机位置、姿态和摄像机视轴指向方位等因素,将航空图像重投影到地图坐标系中,对坐标变换后的像素亮度值进行重采样得到校正斜视变形和镜头畸变后的正射投影图像。对不同焦距和位置姿态下拍摄的地面靶标畸变图像和实际航空变焦距斜视图像进行了校正。结果表明,该方法能够有效准确地校正图像的几何变形,当飞行高度为2 500 m时,在文中给定的位置姿态精度下的图像几何校正均方误差约为2 m,较好地满足了后续图像拼接需求。该方法效率高,便于自动化实现,对提高图像拼接精度和实现目标精确定位与实时稳定跟踪具有重要意义。关键词：变焦距斜视成像;几何校正;镜头畸变;除式模型;摄像机标定- 57
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发布时间：2020-08-13 -
动态迁移和椒盐变异融合生物地理学优化算法的高维多阈值分割
摘要：针对高维多阈值图像分割中存在的多阈值搜索问题,提出了一种动态迁移和椒盐变异融合的生物地理学优化算法(BBOD)。首先,构建了一种基于动态扰动的迁移算子,对候选解中没有发生迁移操作的特征值添加一个动态的扰动因子, 使种群的多样性增加,从而提高全局搜索能力;然后,创建了新型的变异算子,对待变异的特征值产生一个椒盐扰动,使该值在小范围内浮动,以便提高局部搜索能力和算法的收敛速度;最后,将该算法应用到基于最小交叉熵的图像高维多阈值分割中。高维多阈值分割实验结果表明,本文提出的BBOD算法能够获得最优的阈值向量,运行速度、性能指标均优于标准的生物地理学优化(BBO)算法, 基于变异的生物地理学优化(BBOM)算法、FFA(Firefly Algorithm)和CSA (Cuckoo Search Algorithm),运行速度是FFA的5倍以上。该算法更适用于基于最小交叉熵的高维多阈值优化选择。关键词：图像分割;多阈值分割;优化算法;生物地理学优化算法;最小交叉熵- 66
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发布时间：2020-08-13 -
多通道时间延迟积分CCD辐射标定和像元实时处理
摘要：剖析了时间延迟积分CCD( TDICCD)像元校正对信噪比和调制传递函数测试的影响,设计了基于辐射标定和地面控制的多通道TDICCD像元响应非均匀性实时处理方法以提高星上实时图像的像元响应非均匀性。该方法基于辐射标定去除图像的固定图形噪声,并校正图像奇异点;通过分析星上实时传输图像,处理奇异点像元的图像问题,实现地面控制像元响应非均匀性的实时调整。提出的系统实时处理方式可以不改变硬件结构即有效改善图像的视觉效果,对于坏像元、像元性能降低、像元污染等特定情况有很强的纠错能力。实际成像试验的对比表明,该方法对信噪比、调制传递函数有很好的修正作用,其精确调整能力分别达到0.1db及0.01;在50%饱和值下测试的图像非均匀性指标达到1.25%。 该方法结构简单,在工程实践中有很好的应用前景。关键词：时间延迟积分CCD(TDICCD);辐射标定;像元响应非均匀性校正;现场可编程门阵列(FPGA)实时处理;灰度插值- 71
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发布时间：2020-08-13 -
共面点的摄像机非线性畸变校正
摘要：采用传统的Tsai两步法进行摄像机标定时,标定精度会受一阶径向畸变模型的限制。本文提出了一种同时考虑摄像机镜头径向畸变和切向畸变的摄像机模型并研究了模型求解方法来提高畸变校正精度。考虑图像中心区域畸变较小,故用中心附近点列出线性方程组计算了摄像机的部分参数;建立了综合畸变模型,将摄像机参数代入模型计算畸变参数的初始值。由于焦距和平移分量在标定板与相机平面的距离深度变化不够时难以一次性准确标定,故将其代入综合畸变模型重新计算,并运用两步迭代法逐步逼近精确解。最后,对世界坐标系进行空间几何变换、透视变换和成像变换得到的重投影图像的像素坐标并与实际测得的像素坐标值进行比较,得到校正误差。结果表明,本文的畸变校正方法平均像素误差可以达到0.114 9 pixel,优于Tsai校正方法的0.367 0 pixel,且重复性较好。关键词：摄像机标定;切向畸变;非线性畸变;畸变校正;Tsai方法;迭代计算- 59
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发布时间：2020-08-13 -
共振扫描显微成像中的图像畸变校正
摘要：设计了一种校正算法用于校正双光子荧光显微镜等高速扫描成像系统中共振振镜扫描导致的图像畸变。首先对共振振镜的扫描运动建立模型,推导出非线性扫描的运动公式,进而得到图像畸变公式;然后对一块朗奇光栅样品扫描成像,设计了多峰高斯拟合算法得到光栅所有条纹的宽度变化并通过最小二乘法将条纹宽度数据拟合成一条畸变曲线;最后利用畸变曲线对图像进行校正。结果表明:采用提出的校正算法可使系统最大畸变减小到传统正弦校正方法的1/3,相对畸变减小到1/5,校正效果比传统的正弦校正法提高了2倍。由于提出的曲线拟合校正算法不用增加额外的光路,且不需要切割边缘图像,故显示了极好的图像使用效率和校正效果。关键词：共振振镜;扫描成像;图像畸变;畸变校正;曲线拟合;双光子显微镜- 69
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发布时间：2020-08-13 -
基于改进亮度变化函数实现红外图像中行人跟踪
摘要：由于基于亮度变化函数(IVF)的跟踪算法能高效跟踪前视红外图像中刚性目标但无法满足行人跟踪鲁棒性要求,提出了一种新的基于多热点亮度变化函数的红外图像中行人跟踪算法。分析了分区域、多热点描述行人目标热信号的必要性,利用改进的亮度变化函数在帧间目标窗口内定位热点,建立目标窗口自适应更新机制解决尺度变化问题,最后基于热点的运动特征描述子剔除定位于背景的野值点。对复杂红外场景的跟踪实验结果表明,由于在原始算法的基础上省去了模板匹配步骤及缩小了搜索对象的矩阵维数,该算法获得了最优的实时性;且多热点机制使该算法的鲁棒性优于多种其他视觉跟踪算法,能够胜任存在遮挡、尺度变化、低对比度等干扰因素的前视红外图像中行人目标的跟踪。关键词：前视红外图像;行人跟踪;亮度变化函数;运动特征- 36
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发布时间：2020-08-13 -
基于区域划分的红外超分辨率重建
摘要：提出了红外超分辨率重建系统以获取高分辨率红外数据。首先,根据红外图像获取过程建立了数学模型,讨论了降采样、模糊、运动以及高斯噪声对红外系统的影响;在非退化特征提取的基础上提出了基于特征的亚像素配准算法,其根据所得到的非退化特征应用归一化均方根误差来估计两帧之间的亚像素位移。然后,分析了传统全变分因子在高分辨重建时的不足并对其进行改进;利用区域划分将图像划分为平滑区域和细节区域,并根据区域的不同情况自适应全变分因子,从而使细节区域不至于过平滑。最后,利用MM(Majorization Minimixation)算法对合成的低分辨率红外图像和真实红外图像进行了超锐度重建。 与同类相关算法的比较实验显示:所提算法亚像素配准最大误差为0.09 pixel,重建后的红外图像质量优于其他同类算法。所提算法可以对低分辨红外图像序列进行有效重建,具有配准精度高、重建图像细节丰富等特点,可应用于各种红外成像系统。关键词：分辨率增强;红外图像;超分辨率重建;亚像素;全变分- 65
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发布时间：2020-08-13 -
高动态调光成像系统畸变的自校正
摘要：针对基于数字微镜器件(DMD)的高动态成像系统在光学设计过程中由二次倾斜造成的畸变,建立了一套基于区域的系统畸变自校正模型。首先,根据像素级区域调光高动态系统中光路设计的特点,分析了畸变产生的原因。考虑不同种类畸变模型产生的原因及特点,结合系统自身的优势,建立了一种基于区域的畸变校正函数模型。为了解决在校正过程中某一点存在多次赋值或者未赋值的情况,采用逆推校正的方法逆向求解畸变参数,进行畸变校正。最后,利用数字微镜器件(DMD)自身投影标定模板的方法,实现了系统畸变的自校正设计。实验结果表明:校正后的系统像元误差为0.87 pixel。与传统的畸变校正模型相比,该模型可以有效解决系统中的倾斜畸变、径向畸变以及偏心畸变,且畸变校正过程不依赖外部环境,校正过程快、可靠性高,满足了DMD高动态系统像素级调光的要求。关键词：高动态成像;调光成像;畸变校正;畸变模型;数字微镜器件- 81
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发布时间：2020-08-13
信息科学
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