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2015 年 第 10z 期
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脉冲激光引信云雾回波特性仿真
摘要：针对脉冲激光引信易受云雾等自然环境的干扰而产生虚警的问题, 研究了脉冲激光引信云雾回波特性。基于Mie散射理论,采用蒙特卡罗方法,建立了脉冲激光云雾传输模型,分别对脉冲激光引信和目标均处于云雾中以及目标处于云雾中而脉冲激光引信处于云雾外这两种情形下的云雾回波进行了仿真,获取了在引信与目标同处于云雾中而引信与目标距离为10 m,能见度分别为1,3,5,10 m时的回波信号,以及当目标处于云雾中而脉冲激光引信处于云雾外,能见度为3 m,引信与目标距离为10 m,云雾边界分别为0,1,3,5,7,9 m时的动态回波特性。分析了云雾参数和位置对云雾回波的影响,以及云雾回波和目标回波的波形差异。该研究可为脉冲激光引信的抗云雾干扰研究提供相应的理论支持。关键词：脉冲激光引信;云雾回波;蒙特卡罗法;仿真- 57
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发布时间：2020-08-13 -
连续镜面可变形镜面形的正交多项式描述
摘要：以压电可变形镜(PDM)和微机械薄膜可变形镜(MMDM)为例,讨论了准确描述连续镜面面形的方法。比较了基于Zernike多项式和Q多项式的面形描述方法在不同参数条件下的准确度,探讨了高阶项对于提升拟合精度的作用。令单个或多个驱动器作用,分别获得了PDM和MMDM的面形数据各5组。然后,以采样点数和多项式阶数为变量,采用5种采样点阵的分布形式,分别用Zernike多项式和Q多项式对获得的10组面形进行最小二乘拟合。实验结果显示:与其他4种均布采样形式相比,边缘聚类采样更有利于提升拟合精度;与Zernike多项式拟合相比,Q多项式在超过40阶的拟合中残差更小;添加20至80阶多项式用于拟合时,残差的均方根(RMS)值保持在1×10-5 mm数量级,而靠近孔径中心的区域的残差明显降低。 得到的结论有助于在变形镜应用中选取拟合参数,以便准确描述面形,提高波前控制精度。关键词：光学自由曲面;面形拟合;可变形镜;Zernike多项式;Q多项式- 58
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发布时间：2020-08-13 -
多线阵CCD位姿测量光学系统
摘要：针对悬浮试验场内飞行物体的高精度姿态测量,提出了采用面阵CCD辅助识别的多线阵CCD姿态测量系统。设计了采用柱面镜组构成的线阵CCD专用成像镜头。在被测飞行物体上安装3个红色发光二极管(LED)光点作为合作目标,2个面阵CCD和3个线阵CCD同时对光点成像,通过测量光点空间位置坐标,计算出飞行物体的姿态高度。线阵CCD光学镜头选用(635±15)nm的红光作为工作标段,设计的全视场角为19°,焦距为90.04 mm。系统采用7片柱面镜和1片红色滤光片组成像方远心光路,从而有效消除像差,实现大景深测试。测试结果表明:设计的镜头畸变优于0.05%,景深可达1.5 m,可配合线阵CCD实现高精度测试。关键词：姿态测量;线阵CCD;像方远心光路;柱面镜组- 63
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发布时间：2020-08-13 -
正交两速度分量同时测量的多点干涉瑞利散射测速技术
摘要：为了在极端燃烧条件下高精度测量发动机的流场速度,提出了采用固体石英法布里-珀罗标准具检测流场固有分子瑞利散射光的多普勒频移来获得流场速度。介绍了多点干涉瑞利散射测速技术的基本原理,分析了散射光接收方向与测量速度分量方向的关系。建立了正交两速度分量同时测量的多点测速系统。获得了流场干涉周期图像,采用图像相关检测法精确确定了干涉环的圆心位置;基于阻尼最小二乘法拟合光谱曲线得到了散射光干涉斑的多普勒频移,并计算了相应的速度。获得了在喷管出口1.5～7 mm处马赫数为1.5时,自由射流在x-y平面内正交的两个速度分量,并给出了x-y平面内多点速度矢量图。结果表明,该测速系统能够实现流场正交两速度分量的同时测量。关键词：瑞利散射;多点速度测量;流速测量;多普勒频移;法布里-珀罗标准具- 68
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发布时间：2020-08-13 -
基于微片Nd:YVO4激光回馈的共焦层析成像系统
摘要：基于微片激光移頻回馈的基本原理,结合共焦技术,设计了激光回馈共焦层析成像系统。该系统以Nd:YVO4微片激光器为光源,输出单纵模线偏振激光,工作波长为1 064 nm,对移频回馈信号放大能力高达106量级,能够在保证分辨率的前提下对样品进行更大深度的成像。结合扫描和图像处理技术该系统可以对样本进行三维成像,测试实验系统的纵向分辨率为15 μm左右,横向分辨率达1 μm。对泡沫进行了二维成像并对洋葱内异物进行了定位实验,得到了测试样本的内部信息图像。实验结果表明该系统具有良好的层析性能,对生物样本内异物也有很好的定位能力。关键词：Nd:YVO4微片激光器;移頻激光回馈;共焦层析成像;图像处理- 44
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发布时间：2020-08-13 -
统计回归大气透过率廓线的实时计算
摘要：由于仅简单地用几种典型的大气透过率来反演大纬度范围单幅遥感图像的遥感信息会产生较大的误差,本文提出了实时计算统计回归透过率廓线的方法。首先,基于非均匀大气的Curtis-Godson(CG)近似方法,建立了统计回归方程和等效光学质量计算方法;然后,以MODTRAN计算的6种大气模式的透过率廓线及其大气剖面数据为样本,计算了统计回归参数,并验证了模型精度;最后,提出了透过率天顶角修正公式,实现了斜程透过率廓线计算。仿真结果表明,透过率廓线计算平均最大误差为1.39%,单波段透过率廓线计算时间小于0.08 s。该模型与实测温湿度数据结合,可实时计算观测点的透过率廓线,不仅有效地提高了遥感图像信息反演精度,还扩大了模型的应用范围。关键词：大气遥感;大气透过率;统计回归;天顶角修正;MODTRAN- 46
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发布时间：2020-08-13 -
热塑性塑料的光纤半导体激光透射焊接系统
摘要：建立了光纤半导体激光透射焊接系统,以实现热塑性塑料的无缝焊接。研究了该系统的结构、激光光源、光束准直及聚焦实现。根据塑料焊接的特点讨论了激光透射焊接的方法。以光纤半导体激光作为光源,设计了激光透射焊接系统;考虑光纤激光光源的发散特性,设计了光源光束准直聚焦系统。利用设计的光纤半导体激光透射焊接系统对聚丙烯试件进行了焊接实验,并对其进行了拉伸检测。结果表明:在激光功率为40 W,焊接速度为50 mm/s,炭黑含量为0.1%时,利用光纤半导体激光透射焊接系统焊接的试件强度为379 N,且焊接牢固,可满足实际应用需求。关键词：半导体激光;激光焊接;透射焊接;热塑性塑料;光纤- 86
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发布时间：2020-08-13 -
便携式荧光植物调和油测试系统
摘要：为了有效地定量检测植物调和油中的单一植物油,建立了便携式荧光植物调和油测试系统并对该系统所采用的测量调和油中单一植物油含量的算法进行研究。首先,设计了便携式荧光植物调和油的系统硬件,以市场上常见的葵花油,大豆油,花生油配置了植物调和油。测量了各种不同比例调和油的荧光光谱及各单一植物油的含量,依据偏最小二乘回归建立相应的数学模型,作为标准数据库。然后,将待测调和油光谱数据带入建立好的偏最小二乘回归模型进行计算,得出待测调和油中单一植物油的含量。实验结果表明:依据建立的偏最小二乘回归模型计算出的待测调和油中各植物油含量的准确率偏差在10%以内。该测试系统测量快、准确度好,需要试样量少,基本满足调和油中各种植物油含量的要求。关键词：荧光测试系统;便携式测试系统;植物调和油;定量检测- 70
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发布时间：2020-08-13 -
圆偏振飞秒激光制备铁表面结构及色彩分析
摘要：提出了一种由圆偏振飞秒激光(CPFL)诱导铁表面生成多彩色的方法。首先,采用CPFL扫描铁表面以形成亚波长彩色波纹且表面随机分布着直径为50~190 nm的纳米颗粒。然后,用白光照射激光处理后的铁表面研究表面色彩与入射角之间的关系。结果显示,当入射角逐渐从0°变化至80°时,该表面的色彩也发生相应变化。为了揭示上述观测实验的机理,用时域有限差分(FDTD)方法建立了球形纳米粒子随机分布在铁表面的亚波长波纹的模型。实验显示:增大白光的入射角,铁表面反射光谱会从蓝色向红色偏移,与观测实验结果相一致。此外,随着纳米颗粒尺寸的减小,反射光谱有蓝移的趋势且峰值增加。该成果在信息存储、验证码和防伪图案等应用领域有潜在应用价值。关键词：激光诱导;飞秒激光;圆偏振激光;铁表面;复合色;时域有限差分法- 50
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发布时间：2020-08-13 -
镀膜优化与单模光纤劈尖表面等离子体共振传感探针
摘要：提出了用等离子溅射仪镀制50 nm金膜的方法。针对于多模光纤表面等离子体共振(SPR)模式混合灵敏度低,难以仿真的问题,提出一种单模光纤劈尖结构SPR传感探针。研究了等离子溅射仪真空度、电流、距离、时间等参数对成膜质量及膜厚的影响,用轮廓仪标定膜厚并通过改装空间棱镜式SPR测量系统研究膜厚对SPR激励现象的影响。利用光纤研磨技术将630 nm单模光纤磨制成劈尖结构并在劈尖斜面上镀制50 nm金膜,在单模光纤上实现了Kretchmann棱镜结构。在显微镜下将纤芯直径为105 μm的多模光纤端面对准单模劈尖的全反射光束并固定,收集SPR反射光,用于研究单模劈尖结构SPR折射率传感特性。实验结果表明:当等离子溅射仪真空度稳定在2×10-1 Pa、电流为5 mA、溅射距离为1 cm、溅射时间为3.5 min时,金膜镀制质量良好,膜厚为(50±5)nm。当研磨角为15°时,单模光纤劈尖SPR传感器对折射率为1.333～1.385的液体响应灵敏,共振谷可在693～924 nm工作,平均灵敏度达4 442 nm/RIU。本文提出的离子溅射仪镀制50 nm金膜方法成膜质量好,膜厚满足SPR实验要求,设计制作的单模光纤劈尖结构SPR探针制作简单,灵敏度高。关键词：金膜;等离子溅射;表面等离子体共振(SPR)探针;单模光纤劈尖;镀膜优化;折射率传感- 52
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发布时间：2020-08-13 -
体表分泌物中KCl含量的近红外光谱定性分析
摘要：由于体表分泌物中氯化钾的含量与人体生理状态有直接关系,研究了快速检测人体正常体温36.5℃下体表分泌物中氯化钾含量的方法。首先,基于近红外光谱法测量了标准氯化钾溶液的浓度。然后,对钾离子近红外光谱进行分析,采用最小二乘法对吸收峰进行拟合。分析拟合结果显示,最小二乘法拟合的决定系数(r2)能够达到96.28%,可以表达体表分泌物中氯化钾的吸收光谱随温度和浓度变化的规律。研究结果表明,利用近红外光谱对体表分泌物中氯化钾成分的定性分析较为清晰地展现了近红外光谱吸收峰与体温变化和氯化钾浓度的关系:同一温度下氯化钾的浓度越大,吸收峰越强;同一氯化钾的浓度下温度越高,吸收峰越强。关键词：氯化钾;溶液浓度;体表分泌物;近红外光谱;最小二乘法;定性分析- 51
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发布时间：2020-08-13 -
小波降噪在分布式光纤干涉振动检测及定位系统中的应用
摘要：讨论了Sagnac型分布式光纤干涉振动传感(DVS)系统的相位解调、定位原理以及对干涉信号的小波去噪原理。针对该系统易受环境噪声的干扰,从而产生误报或定位误差较大等现象,采用小波分析方法实现了对干涉信号的小波去噪和对振动信号的准确检测及精确定位。实验结果表明:针对振动信号的时频特性,选择合适的小波分析方法可有效提升检测信号的信噪比,提高振动检测的准确率,降低系统误报率,保证系统定位误差在±50 m以内。与其他降噪方法相比,小波变换方法在系统信号处理中的应用,不仅提高了振动信号检测的准确率及空间分辨率,而且减小了系统定位误差,可适用于同类型的分布式振动检测系统。关键词：光纤光学;分布式光纤振动传感系统;Sagnac干涉仪;小波变换;小波去噪;定位检测- 57
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发布时间：2020-08-13 -
基于光强传输方程的相位恢复条件
摘要：由于基于光强传输方程的相位恢复技术对照明方式、记录系统和样本有一定的选择性,本文通过理论分析和数值模拟分析了光强传输方程相位恢复的适用条件,并通过实验验证了适用条件的有效性。分析认为相位恢复技术需满足照明光的广义相位为常数;记录系统为远心光路结构;样本为光通过时强度变化较小的物体。利用4f记录系统和无限远校正光学显微镜系统对微刻玻璃样本进行了验证实验。结果显示:4f系统恢复的微刻玻璃样本的平均深度为1.41 μm,与激光共聚焦显微镜的测量结果1.59 μm偏差较大;显微镜系统恢复的微刻玻璃样本的平均深度为1.56 μm,与激光共聚焦显微镜的测量结果1.59 μm比较吻合。实验证明,4f记录系统和无限远校正光学显微镜系统可以有效恢复出物体的相位,且显微镜系统恢复的相位质量更高。关键词：显微测量;相位恢复;光强传输方程;4f系统;显微镜系统- 61
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发布时间：2020-08-13 -
并行翻转-正交频分复用调光控制室内可见光通信系统
摘要：由于室内可见光通信系统不仅需要高速可靠的数据传输链路还需要高质量的照明条件,本文基于脉冲宽度调制(PWM)调光控制技术及可见光频分复用(OFDM)系统工作原理,对并行翻转(Parallel Flip)-OFDM(PF-OFDM)室内可见光高速通信系统的调光控制进行了研究。介绍了PF-OFDM的原理,验证了其功率效率、频谱利用率、误码性能的良好折中能力。然后将其应用到调光控制中,对其调光性能进行了分析比较。实验结果表明,在16QAM调制下,PF-OFDM室内可见光通信系统的调光控制在达到直流偏置光-OFDM(DCO-OFDM)系统频谱利用率的同时,调光范围略优于该系统,误码性能提高了3 dB。实验结果表明:本文提出的调光控制方法在不牺牲照明质量的同时具有更好的频带利用率和误码性能。关键词：可见光通信;调光控制;并行翻转正交频分复用(PF-OFDM);调光范围- 51
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发布时间：2020-08-13 -
光谱成像伪装干扰效果的相关函数分析
摘要：为了探索利用宽波段伪装对光谱成像设备实现干扰的有效性,并定量评估光谱成像干扰效果的方法。利用一种宽波段伪装网和超光谱成像仪进行了光谱成像伪装干扰试验,并利用相关函数对光谱成像伪装干扰效果进行了定量分析。结果表明,在试验条件下,实施伪装前后光谱图像之间的相关函数C值因伪装前的目标特性、伪装网层数以及谱段的不同,可在0.68到0.98之间变化,可以较灵敏、精确地反映伪装对光谱图像的影响程度,即干扰效果,并可便捷、直观地展示出干扰效果随光谱波段的变化情况。得到的评估结果符合通过目视谱图的直观判别结果,因此可以用于定量、客观地评估光谱成像干扰效果。关键词：光谱成像;光电对抗;伪装干扰;干扰效果评估;相关函数- 49
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发布时间：2020-08-13 -
微结构压贴三棱镜色散的补偿
摘要：针对儿童斜视辅助治疗中使用的高度数压贴三棱镜在色散补偿能力方面的不足,提出一种采用衍射棱镜阵列对压贴三棱镜的折射棱镜阵列进行色散补偿的方法。介绍了衍射棱镜阵列和折射棱镜阵列组成的压贴三棱镜器件的结构及其色散补偿原理,对上述压贴三棱镜器件进行了仿真,并分析了它的色散补偿效果。理论分析表明:折射棱镜阵列单元宽度的最佳取值为600～800 μm;衍射棱镜阵列单元宽度的最佳取值为15～20 μm。软件仿真结果表明:由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成的压贴三棱镜的光线透过率为95%,点列图中83%的点分布在Airy斑环内部。实验显示所提出的色散补偿方法可解决高度数压贴三棱镜的色散问题,具有较好的实用性。关键词：压贴三棱镜;衍射棱镜阵列;色散补偿- 37
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发布时间：2020-08-13 -
相移光栅轮廓术的便携式三维测量系统
摘要：为了实现自由曲面对象的三维形貌测量,搭建了便携式三维视觉测量系统。采用双目立体视觉与相移光栅结合的方式实现了完整三维轮廓数据测量并对系统涉及的主要算法进行了分析。首先,结合双目立体视觉、相位测量术和多频外差法计算出单视局部数据点;然后,使用辅助靶标实现多视数据的初始拼接;最后,对测量数据进行噪声滤除、优化拼接和冗余点滤除等操作,从而获得完整测量数据。通过实验验证了系统的可行性和测量精度,结果表明:系统的测量精度约为0.04 mm,单视测量和计算时间约为10 s,两邻视间的数据处理与完整拼接耗时约为20 s。实验显示该系统能够较快速、完整、高精度地获取物体的三维数据,基本满足一般测量对象的应用需求。关键词：相移光栅轮廓术;三维测量系统;光栅测量;自由曲面测量;多视拼接;数据融合- 47
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发布时间：2020-08-13 -
四象限探测器的均匀光斑位置分辨率
摘要：为了精确分析四象限探测器(Quadrant Detector, QD)位置检测系统性能,研究了均匀光斑模型下影响QD位置分辨率检测的主要因素。分析了在均匀光斑模型下QD位置检测原理;根据误差理论并利用光斑位置近似解算公式,推导出了该探测器位置分辨率与光斑半径、光斑中心位置和总信噪比关系的近似数学模型;最后,对模型的正确性进行了实验验证。结果表明,当光斑位置与靶面中心的距离在二分之一光斑半径以内,总信噪比为63.04dB时,在不同光斑半径情况下使用该模型估算的位置分辨率误差约为12%。另外,使用该模型可直接估算出该探测器位置检测系统可以达到的分辨率,极大地方便了工程应用。关键词：位置检测系统;四象限探测器;位置分辨率;均匀光斑- 47
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发布时间：2020-08-13 -
填充液体与方式对光子晶体光纤温敏特性的影响
摘要：通过改变温敏液体种类和液体填充方式,研究了基于混合晶格的高双折射光子晶体光纤(PCF)的温敏特性。使用基于有限元法的Comsol软件仿真分析了光纤双折射特性随温度的变化关系。研究结果表明,选择不同的温敏液体和采用不同的液体填充方式都会对PCF的温敏特性产生不同程度的影响。若使用乙醇液体进行纤芯区域圆形空气孔填充,当空气孔间距Λ为1 μm,圆形空气孔直径D为0.96 μm,矩形空气孔长宽比a/b为4时,工作在1 550 nm的PCF的温度灵敏度可达2.5×10-5/℃。与相关的PCF结构相比,本文提出的PCF结构和新的温敏液体填充方式可以更好地提升PCF的温度灵敏度,在PCF温度传感领域很有应用前景。关键词：光子晶体光纤;混合晶格;填充方式;温敏液体;温度传感- 59
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发布时间：2020-08-13 -
发光二极管光源空间光分布特性快速测量系统
摘要：为实现发光二极管(LED)光源空间光分布特性的出厂快速检验,构建了一套空间光分布快速测量系统。该系统利用光纤进行光收集,统一获取与传输LED光源的空间光能量,并使用接触式图像传感器完成统一的光电转换。建立了传感器输出与对应光强之间的关系,提出了使用参考光源矫正的方法得到光源光强分布并使用相关系数表征光源之间的光分布一致性。实验结果表明,系统测量结果可以体现出不一致光源的差异特征,相关系数的高低与一致性的优劣是相同的。与参考光源光强分布的相关系数0.995以上的待筛选光源为高度相关光源,相关系数大于0.99小于0.995的为低度相关光源,相关系数小于0.99的为不合格光源。由于舍弃了传统机械转动方式,该系统提供了一种新的快速的测量方案,基本满足光源空间光分布特性在线测量与质量筛选要求。关键词：发光二极管光源;空间光分布;快速测量;筛选相关系数- 80
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发布时间：2020-08-13 -
摄影测量中大量标志点的光束平差求解
摘要：讨论了工业摄影测量中需要计算大量标志点时的处理方法。针对待求点数目较多的情况,研究了光束平差法的优化步骤。首先,分析了逐点法化消元在平差计算中的应用,将引起镜头畸变的10个内参数均参与平差优化,从而提高了平差优化的精度;其次,采用随机函数在空间选取较多数目的标志点进行平差,通过局部多次平差优化,使求解结果接近全局平差的水平。提出的平差思路避免了传统计算将所有点参与平差造成内存不足使计算中止的问题,且计算速度较快。最后,对这种方法进行了实验验证,两组实验标志点的数目分别为1 360和896,三维重建后的重投影误差为0.076和0.107 1。结果显示提出的方法精度较高,能够满足实际测量需求。关键词：摄影测量;逐点法;消元;光束平差;前方交会- 43
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发布时间：2020-08-13 -
CuInS2晶体结构预测及电子结构性质
摘要：利用基于多目标粒子群优化算法的卡里普索(CALYPSO)软件预测了CuInS2晶体在常压下的结构。结果表明CuInS2晶体在常压下为四方晶系,空间群为I-42 d。计算了CuInS2晶体的弹性常数矩阵,得到的弹性常数满足了晶体的机械稳定型条件。通过弹性常数计算了体模量,杨氏模量和剪切模量。最后,分别用杂化泛函方法计算了CuInS2的能带结构和投影态密度,结果显示CuInS2晶体为直接带隙半导体,带隙为1.22 eV。为了进一步分析CuInS2晶体的性质,计算了电荷密度和电子局域函数。结果显示,Cu在CuInS2中的成键过程发生了电荷转移,Cu原子和S原子之间是共价键为主,In原子和S原子之间是离子键为主。关键词：CuInS2晶体;结构预测;电子结构;化学键- 66
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发布时间：2020-08-13 -
光谱仪分光扫描机构光零位置误差检测
摘要：为了检测光栅扫描型近红外光谱仪分光系统扫描机构的光零位置误差,提高光谱仪的波长准确度,提出了基于图像处理测量该系统在光零位置时扫描机构中摆杆与丝杠垂直度误差的方法。该方法通过图像采集获取光零图像,利用像素标定获得相关要素的空间坐标,采用边缘提取、最小二乘曲线拟合等算法提取丝杠与摆杆中心线,利用拟合中心线的方程参数计算丝杠与摆杆的夹角,从而完成光栅扫描型光谱仪光零位置误差的检测。实验结果表明,光谱仪扫描机构的光零位置误差值为1.544°,测量精度为0.083°,满足光零误差角的检测要求。该检测方法具有操作简单、非接触、测量精度高等优点,为光栅扫描型近红外光谱仪波长误差的补偿奠定了理论基础。关键词：红外光谱仪;光栅分光扫描系统;光零位置误差;图像处理;测量精度- 44
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准确测量微藻生物量的塑料光纤倏逝波传感器
摘要：为了准确测量微藻生物量,研制了新型倏逝波传感器。首先,采用研磨法制备了两根D形光纤,对D形区域进行升温-降温循环水浴处理后,将处理后的D形光纤制备成U形;然后,将其中一根U形光纤标记为传感器传感臂,用于测量藻液中细胞和液相变化信息;在另一根U形光纤表面包裹一层混合纤维素酯多孔微藻滤膜并标记为传感器参考臂,用于测量藻液中液相变化信息;最后,利用传感臂和参考臂构成双探针U形塑料光纤倏逝波生物量传感器。建立了传感器测量理论模型,测试了传感器性能参数及对生物量的响应特性。研究表明:传感器输出信号不受藻液中液相浓度及成分变化的影响,只与微藻生物量有关。该传感器能准确测量低浓度和高浓度微藻生物量,对于生物量为0～598.998 mg/L及吸光度(OD680 nm)为0～2.986的蛋白核小球藻,传感器测量值与拟合值之间的最大相对误差为2.46%,相对误差均值为1.28%。关键词：塑料光纤;光纤传感器;倏逝波传感器;双探针;微藻生物量- 62
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板壳结构X射线计算机分层层析系统
摘要：研制了基于工件倾斜回转扫描的计算机分层层析成像系统,用于实现长宽厚度比大的板壳结构工件的层析成像检测。描述了研制系统的组成,介绍了采用的X射线源、探测器以及倾角可调精密机械扫描装置等;然后,基于X射线与物质的相互作用原理,设计了工件倾斜回转层析扫描方式,分析了其工作原理,并对采用的基于代数迭代的图像重建算法和系统几何校准技术进行了讨论;最后,完成了系统调试,并以标准试件开展了系统性能测试和应用验证实验。实验结果表明:设计的系统层析成像空间分辨率达到3 lp/mm;密度分辨力达到0.3%,可满足板壳结构高精度分层层析成像要求。该系统在板壳层析检测方面优于传统的CT检测系统。关键词：X射线计算机层析检测(CT);图像重建;板壳结构;空间分辨率;密度分辨力- 70
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发布时间：2020-08-13 -
激光选区熔化增材制造零件侧壁成型精度分析
摘要：为提高增材制造金属零件时侧壁的成型精度,开展了提高激光选区熔化增材制造零件侧壁精度的工艺研究。结合实验分析了影响侧壁精度的粉末黏附、熔池端部凸起、热变形等现象,针对不同类型的侧壁提出了相应的侧壁精度优化方案。提出采用变向螺旋勾边+内缩填充扫描策略,同时在勾边时保持稍低的扫描速度,可以提高垂直及法向朝上侧壁的成型精度;法向朝下侧壁精度受热应力的影响最大,合理的扫描策略及支撑设计可有效防止该类侧壁热变形。根据工艺分析结果,成功成型了一个带有多种类型侧壁的金属零件。结果表明,采用上述工艺方案可以直接成型出尺寸精度最高可达到±0.05 mm/10 mm,表面粗糙度最高可达到Rz为26.7 μm的金属零件。关键词：选区激光熔化;增材制造;侧壁成型;金属零件;精度分析- 37
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发布时间：2020-08-13 -
Eu3+掺杂硼酸银玻璃制备、表征及其在白光发光二极管中的应用
摘要：研究了采用玻璃荧光体实现白光发光二极管(LED)的可能性。采用熔融淬火技术制备了一系列Eu3+掺杂的含不同比例银成分的硼酸银玻璃,并对玻璃的结构、光谱及色度学性质进行了研究。X射线衍射测量证明在其能分辨的水平上样品中没有银粒子存在,而吸收光谱测量观察到了高含量银成分的样品中含有银纳米颗粒;样品的激发和发射光谱测量表明近紫外光可有效激发样品并产生覆盖几乎全部可见波段的发射;荧光衰减测量表明样品中含有多种Ag聚集体发光中心。计算了样品的发射色坐标,结果显示一定组分的Eu3+掺杂硼酸银可实现色坐标为(0.312,0.336),显色指数为88的白光发射。最后,利用390 nm发射半导体二极管和30 mol % AgNO3的玻璃样品成功制作了白光发射器件。关键词：硼酸银玻璃;Eu3+掺杂;Ag聚集体;白光发光二极管(LED)- 50
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发布时间：2020-08-13 -
级联式X射线组合折射透镜优化
摘要：为了得到短焦距、高增益的X射线组合折射透镜(CRL),对CRL的结构参数进行了优化,提出一种用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制作的由两个折射单元级联的新型抛物面型X射线组合折射透镜。推导了CRL的光学特性参数,数值分析了单一折射单元的组合折射透镜和级联式组合折射透镜的光学性能。结果显示:级联式CRL比相同几何孔径和曲率半径的单一折射单元CRL具有更小的焦距和更大的增益。所设计的3组透镜的焦距分别缩短了33.3%,66.7%和40.5%,增益分别提高了23.9%,60.9%和27.6%。新型的级联式组合折射透镜有望对一维X射线聚焦性能进行较好的调控,在微束X射线分析中具有较好的应用前景。关键词：抛物面型透镜;级联式X射线透镜;组合折射透镜;光学性能- 45
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发布时间：2020-08-13 -
前驱体浸渍对反应烧结碳化硅性能的影响
摘要：为了提高凝胶注模反应烧结碳化硅的综合性能,选用糠醇为前驱体,对高温脱脂后多孔状态的坯体进行前驱体浸渍处理,以期通过提高反应烧结后坯体中的碳化硅含量来提升其性能。研究了浸渍处理对碳化硅密度以及微观结构的影响。结果显示:未经浸渍处理的样品平均密度为2.93 g/cm3,折合碳化硅含量(体积分数)为68.2%;经糠醇浸渍处理后的样品平均密度为3.06 g/cm3,折合碳化硅含量(体积分数)为83.0%,碳化硅含量增加了21.7%。由糠醇热解碳生成的β-SiC尺寸细小,在光学显微镜下形貌与原来的α-SiC难以区分,但在坯体中的分布并不均匀。对样品进行了性能测试,结果显示:经糠醇浸渍处理后,坯体平均抗弯强度从343.3 MPa提高到382.0 MPa,增幅为11.3%;平均弹性模量从303.5 GPa提高到353.8 GPa,增幅为16.6%。得到的数据表明反应烧结碳化硅各方面性能均有不同程度的提高。关键词：碳化硅;反应烧结;前驱体浸渍- 57
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发布时间：2020-08-13 -
红外傅里叶变换成像光谱仪关键参数测试
摘要：研究了成像光谱仪的关键参数的测试。介绍了关键指标噪声等效光谱辐亮度(NESR)的物理意义,计算模型、测试原理及数据处理方法。采用标定过的黑体作为辐射源对中波及长波红外傅里叶成像光谱仪进行了实验测试,测试内容包括NESR、测温精度及光谱误差。测试结果显示: 长波成像光谱仪的NESR在10 μm处的均值为21.4 nW/(cm2·sr·cm-1),中波下的NESR在4.6 μm处的均值为4.6 nW/(cm2·sr·cm-1),长波成像时光谱仪在整个光谱范围内的测温精度小于0.4 K,中波成像时其测温精度小于2 K,光谱误差均小于光谱分辨率的一半。另外,所有被测指标参数均在标称值以内,说明了测试方法的可行性。提出的测试方法对成像光谱仪的定期测试有参考意义。关键词：红外傅里叶成像光谱仪;噪声等效光谱辐亮度;测温精度;光谱误差- 81
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发布时间：2020-08-13 -
激光散斑平均尺寸对关联成像重构的影响
摘要：研究了散斑平均尺寸对赝热光关联成像的影响。分别采用1幅二值图和1幅多灰度图作为待重构目标物体的图像,以峰值信噪比(PSNR)作为衡量指标,对重构质量进行了量化,同时从小到大选取3组不同尺寸散斑重构的图像进行了直观的对比。通过仿真实现了传统关联成像(GI)、差分关联成像(DGI)、基于压缩感知的关联成像(CGI)和基于伪逆的关联成像(PGI)4种关联成像方案。使用尺寸从小到大的多组散斑场分别对每一种方案进行重构。仿真结果表明,随着散斑平均尺寸的增大,GI、DGI和PGI重构图像的PSNR都有显著的提高,最高可达到7 dB;而CGI重构图像的PSNR没有明显的提高。此外,当实验中的物臂和参考臂不完全对称时,双臂的散斑平均尺寸会有一定的偏差。4种方案重构图像的PSNR都随着偏差的增大有不同程度的下降,直至图像无法辨认。在保证重构图像可辨认的条件下,GI和DGI容许的偏差较大,CGI次之,PGI最小。关键词：关联成像;鬼成像;激光散斑;散斑尺寸;双臂对称- 62
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发布时间：2020-08-13 -
反射式双芯光纤锥角结构表面等离子体共振传感器
摘要：提出了一种使用双芯光纤的反射式新型表面等离子体共振(SPR)光纤微传感器。该SPR微传感器是通过研磨技术将双芯光纤研磨成锥角结构并在锥角端面和斜面分别镀制50 nm金膜和500 nm金反射膜制备的。将单模光纤侧面抛磨后与双芯光纤的一纤芯对芯并焊接,实现给双芯光纤的一纤芯注光;用110 μm芯径的阶跃多模光纤与双芯光纤的另一纤芯焊接,实现接收SPR探针反射至另一纤芯中的SPR反射光谱。实验结果表明:双芯光纤锥角结构SPR探针的共振谷波长可对SPR探针接触到的折射率1.333～1.385的液体做出响应,平均灵敏度达4 769 nm/RIU。与传统光纤SPR传感器相比,使用的双芯光纤直径仅有125 μm,可复合在5号针头中插入血管进行在线生物监测。该纤芯直径为8 μm,光纤中模式较少,灵敏度高。该传感器可通过改变研磨角度移动共振谷工作范围,改变反应灵敏度,具有较大的应用潜力。关键词：表面等离子体共振;光纤SPR传感器;双芯光纤;锥角结构- 54
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发布时间：2020-08-13 -
微波光子输电精密载运器
摘要：开展了微波光子输电精密载运器的研发工作。介绍了微波光子输电原理及优势;建立了基于远程无线微波光子输电系统原理结构和能量转换数学算法模型;分析了微波光子输电发射端与接收端能量转换之间的关系。在ADVISOR环境下,对精密载运器电能荷电状态进行了研究,并对微波光子输电系统进行了功率容量测试。实验结果显示,微波光子输电系统的设计和参数匹配较合理,供电能力达到微波光子输电精密运载器的动力要求。本项目的研究有助于丰富和发展微波光子输电科学,对新能源精密载运器研究与发展有重要参考价值。关键词：微波光子输电;精密载运器;能量转换- 45
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发布时间：2020-08-13 -
VirtualLabTM在微小梯度折射率透镜性能分析中的应用
摘要：研究了场追迹物理光学软件VirtualLabTM在微小梯度折射率(GRIN)透镜性能分析中的应用。简述了微小GRIN透镜的基本特性,在VirtualLabTM环境中建立了微小GRIN透镜的光学模型,数值分析了不同长度的GRIN透镜的聚焦性能。实验显示微小GRIN透镜具有1/2节距的长度周期,并且长度在1/4节距时具有强烈的聚焦性能。结果验证了仿真取得的数据与理论分析吻合, 表明研究GRIN透镜聚焦性能的周期性可为小型光学探头的设计与制作提供理论依据和有效手段,而VirtualLabTM适于GRIN透镜小型化的研究,是光学系统设计与分析中一个直观而有效的工具。关键词：梯度折射率(GRIN)透镜;聚焦特性;场追迹;VirtualLabTM;节距- 32
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发布时间：2020-08-13 -
用于超燃流场羟节标记示踪背景抑制的逐步逼近特征窗口滤波
摘要：针对复杂特殊超声燃流场背景下HTV(羟基分子标记示踪)测量精度的提高,提出了逐步逼近特征窗口滤波的背景抑制方法,开展了HTV精细化测量。分析了超音速燃烧流场强背景噪声对HTV测量中图像处理的干扰;在窗口滤波背景抑制的基础上,针对燃流场某些位置流速明显变化造成HTV标记线变形,扭曲、模糊等情况,采取了分区处理并逐步缩小滤波窗口策略,使得每个分区窗口内的标记线图像沿轴向逼近高斯分布;最后结合中值滤波的图像分析方法,获得了一种应用于燃烧流场的HTV背景去除方法。分析讨论了该方法的可行性,确定了实验参数并对实验数据进行处理。对比实验表明:优化处理后提高了图像信噪比,测速精度提高了18.8%,基本满足了HTV技术应用中对信噪比和测量精度的要求。关键词：图像处理;HTV(羟基分子标记示踪);超声燃流场;背景抑制;逐步逼近特征窗口滤波- 45
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发布时间：2020-08-13 -
基于遥感监测的高光谱分辨率与高信噪比光谱探测技术
摘要：为了精确利用卫星遥感监测获取的CO2等温室气体的信息实现对CO2浓度的反演,研究了高光谱分辨率与高信噪比光谱探测技术。采用大耀斑角反射式平面衍射光栅作为分光元件设计了光学系统,对0.76,1.61,2.06μm 3个谱段实现了精细光谱分光。根据光学遥感探测理论,推导3个谱段的理论信噪比,揭示了光谱分辨率与信噪比之间的制约关系。选择大像元尺寸、高量子效率的探测器,通过像元合并以及盲元校正等方法,对小信号进行高信噪比探测。建立了一套精细光谱定标装置,分别测量3个谱段内各个光谱通道的线性函数,并进行高斯拟合,从而准确标定各通道的中心波长和半宽度。实验验证显示光谱分辨率可达0.04 nm,满足高光谱分辨率的光谱探测需求,为CO2浓度的精确反演奠定了技术基础。关键词：光谱分辨率;信噪比;光谱定标;卫星遥感- 40
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发布时间：2020-08-13 -
数字投影三维测量系统纵向标定的改进
摘要：基于投影测量原理及现有的标定技术提出了一种改进的纵向标定方法。分析了测量系统在任意几何设置下参考平面与成像面之间的坐标转换关系,构建了相位差-高度之间的映射数学模型,并给出具体的测量系统逆向标定操作过程。该标定几何模型放宽了对投影及摄像系统方位设置的限制条件,标定操作只需确定测量系统的数个待定参数,各参数与成像面上的像素点坐标值不相关,克服了原标定方法中对每个像素点进行繁琐的参数标定过程,从而有效减少了计算的复杂程度,降低了标定参数存储的空间。基于构建的数字投影光学三维测量系统,分别采用两种标定方法对系统进行了标定实验和实测对比,并分析了测量系统误差。结果表明:基于新标定方法测得的平板面形PV值小于原标定方法测得值,在Z向0~48 mm,测得不同位置PV值的标准差为0.0036 mm,验证了改进方法的可行性。研究成果对于提高数字投影光学三维测量系统的标定效率和可操作性具有积极意义。关键词：光学测量;三维测量;数字投影;纵向标定- 42
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发布时间：2020-08-13 -
嵌入式平台下的船舰分布式变形测量
摘要：搭建了嵌入式平台下的分布式变形测量系统,用于为大型测量船舰平台上各测量设备、武器设备提供实时变形角度同时提高中心计算机各变形测量点的控制与实时监控精度。研究了该系统的组成,硬件电路,软件实现和算法。首先,对比以往图像分别采样,集中获取、集中处理计算的方式,提出了分布式测量的模式,选择简单网络管理协议(SNMP)来实现设备的远程控制,介绍了SNMP协议模型及组成。然后,以ARM+DSP+FPGA的结构为基础,设计了各分布式变形测量设备的硬件平台,完成了嵌入式WinCE操作系统下的软件开发,对变形测量和SNMP远程控制操作的软件过程进行了论述。最后进行了变形角度测量和运管代理功能的实验。结果表明,该变形测量设备的变形角度测量精度在5"以内,解决了以往变形测量系统由于图像采集所造成的网络阻塞问题,增强了它的可扩展性和可管理性。关键词：船舰测量平台;分布式变形测量(SNMP)协议;嵌入式系统- 82
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发布时间：2020-08-13 -
基于双极性蓝色荧光材料的高效混合型白色有机发光器件
摘要：考虑引入磷光材料虽然能提高白光有机电致发光器件性能但会带来稳定性差、寿命短等问题,本文引用双极性蓝色荧光材料DPV、黄色磷光材料(BT)2Ir(acac)制作了荧光/磷光型白光有机电致发光器件。结合两个不同空穴传输层,通过两器件光谱特性和效率曲线分析双极性材料DPV的HOMO、LUMO能级、三线态能级、载流子迁移率等特性对器件性能的影响,并得到了效率、效率滚降、色坐标稳定性更为突出的白光器件。在此基础上引入TCTA作为激子阻挡层置于蓝光发光层与黄光发光层中间,利用TCTA的高三线态能级和空穴传输特性,提高黄光的辐射强度,从而在白光区域内提高器件的发光效率。最终制备器件的最大效率为10.15 cd/A,从器件最高电流效率到10000 cd/m2效率滚降为35.7%。关键词：荧光/磷光型白色有机发光器件;双极性蓝光材料;空穴传输层;激子阻挡层- 42
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发布时间：2020-08-13 -
跨尺度微小零件自动精密装配系统
摘要：研制了一种自动精密装配系统以解决跨尺度尺寸结构的零件精密装配问题。基于对装配任务的分析,系统采用了模块化体系结构,包括计算机控制及人机交互模块、3-DOF(自由度)作业机械臂模块、1-DOF作业工作台模块、4-DOF视觉测量与螺纹副装配模块、1-DOF零件上料模块以及作业工具库模块等6部分。根据跨尺度零件特点与装配精度要求,该系统的视觉测量模块采用基于Look and Move模式的控制策略;针对视觉检测盲点的问题,机械臂模块基于力/位混合控制策略;螺纹副装配模块采用扭矩/时间的控制方法来实现螺纹装配预紧力的一致性。对某微小型器件进行了装配试验。结果表明:装配后的零件同轴度误差小于13μm;平行度误差小于10μm,满足微小型器件装配的同轴度和平行度要求。关键词：微机电系统;跨尺度微小零件;精密装配;机器视觉- 58
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发布时间：2020-08-13 -
超精密切削加工表面粗糙度影响因素的实验
摘要：为了优化超精密飞刀切削加工表面的粗糙度,对超精密飞刀切削加工主要参数的变化进行了实验研究。根据超精密飞刀切削加工机床加工原理,分析了影响加工工件表面质量的因素。使用控制变量法对不同的切削参数进行了实验和理论分析的对比,以寻找最优加工参数组合。实验显示:加工后的工件表面粗糙度和表面刀纹对低主轴转速、较高的进给速度比较敏感,而对切削深度较为不敏感;同时转速400 r/min,进给速度60μm,切削深度6μm时,加工后的工件表面粗糙度均优于7.5 nm,并且基本不存在加工刀纹。实验结果表明,合理选择飞切加工切削参数可以保证加工表面粗糙度及效率。关键词：超精密飞切;表面粗糙度;主轴转速;进给速度;切削深度- 56
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发布时间：2020-08-13 -
集成MEMS移相器缝隙耦合相控阵天线
摘要：研究了相控阵天线系统使用的MEMS移相器的结构设计以及与耦合馈电相控天线阵的集成方法。根据相移原理和波束扫描原理,提出了移相器传输线的长度计算方法;对悬臂梁结构的MEMS开关进行设计,总结了优化开关结构的途径;最后给出了MEMS移相器与耦合馈电天线阵的集成方法。提出的制作工艺简单易于实现。结果显示:优化的MEMS开关在25 GHz频率内插入损耗小于0.2 dB,隔离度大于-15 dB;移相器在15~20 GHz的频段内阻抗匹配良好,相移特性呈良好的线性变化,相移度数为45°,最大相移误差为±5°。基于此移相器集成的2×2MEMS耦合天线阵在17.3GHz的工作频率下波束可以进行±30°的扫描,最大增益为9.3 dB,满足低成本单片集成相控阵天线的需求。关键词：微机电系统(MEMS);MEMS移相器;开关线型移相器;MEMS开关;单片集成;相控阵天线- 47
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发布时间：2020-08-13 -
垫圈式压电六维力传感器的安装动态特性
摘要：为了研究垫圈式压电六维力传感器在实际测量过程中的动态特性,开展了传感器安装动态特性仿真方法和实验标定方法研究。根据垫圈式压电六维力传感的工作原理及结构特点,分析了传感器动态特性的研究方法。按照带预紧安装的垫圈式压电六维力传感器实验原型参数建立了数值模型,开展了数值仿真方法和传感器动态特性仿真。最后,对垫圈式压电六维力传感器的安装固有频率进行了标定及实验研究。实验结果表明:垫圈式压电六维力传感器各维度上的安装固有频率大于3.9 kHz,且数值仿真方法和实验标定方法得到的标定结果一致。垫圈式压电六维力传感器的安装固有频率优于现有技术,提出的仿真方法和标定方法可用于此类传感器安装固有频率的预估和标定。关键词：压电六维力传感器;安装;有限元法;标定;动态特性- 40
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发布时间：2020-08-13 -
基于微流体脉冲惯性力驱动虾卵细胞的液滴包裹
摘要：现有微流控等液滴单细胞包裹技术通常用来包裹平均粒径约10μm左右的小尺度细胞,存在着细胞包裹率不高和存活率较低的问题。考虑到微流体脉冲驱动技术能够实现油相中水相微液喷射且能精确控制微液滴的尺寸大小,本文提出了基于微流体脉冲惯性力驱动的虾卵细胞液滴包裹方法。搭建了基于微流体脉冲惯性力驱动的大尺度细胞(虾卵细胞)液滴单细胞包裹的实验装置,研究了微流体驱动参数对水相微液滴大小和单细胞包裹率的影响规律,通过调整微喷嘴尺寸和驱动电压,在油相中获得了直径为70~180μm的水相微液滴;实现了微喷嘴内虾卵细胞在沿微喷嘴轴线方向上不同位置处的规则排列,完成了1、2、3个或多个虾卵细胞的单液滴包裹,单细胞包裹率可达40%。本文的研究结果也可为大尺度细胞的液滴包裹方法提供参考。关键词：微流体脉冲驱动;脉冲惯性力;微液滴;细胞分析;卵细胞- 44
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发布时间：2020-08-13 -
微流体脉冲惯性喷射技术制备微电极
摘要：基于微流体脉冲惯性喷射技术搭建了微电极的按需喷射制备系统。以纳米银导电墨水为喷射材料,将其以一定的重叠率按需微喷射到经过洁净处理的盖玻片基底表面上,形成微电极图形;然后将制备有微电极图形的玻片置于恒温干燥箱,以140℃烧结25 min后进行固化,制得微电极。实验研究了微喷嘴内径和驱动电压对液滴直径的影响以及液滴直径和重叠率对微电极图形宽度的影响。最后,制备了任意图形的微电极,并对微电极导电性能的均匀性和微电极的稳定性进行了检测。实验结果表明,采用微流体脉冲惯性喷射技术制备微电极的方法制备过程简单、成本较低、基底不需进行表面处理,制备的微电极几何尺寸可控,导电性能均匀,具有较好的形貌和电阻稳定性。关键词：微流体脉冲惯性喷射;微电极;盖玻片基底;任意图形- 63
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发布时间：2020-08-13 -
激光高速冲击点焊的工艺实验
摘要：将激光诱导冲击波作为一种驱动加载方式运用于高速冲击点焊,以研究厚度小于100μm的异种金属箔板组合的固态点焊连接。设计并搭建了激光高速冲击点焊实验平台,实验中选择30μm的钛箔和T2紫铜为复板,100μm厚的铝箔为基板,对影响激光高速冲击点焊连接质量的主要工艺参数,包括碰撞角度、复板的飞行距离和冲击速度进行理论和实验研究。利用显式有限元软件AUTODYN中的光滑粒子流体动力学(SPH)法数值模拟了激光高速冲击点焊的焊接过程,结果显示随着飞行距离和冲击速度增大,焊接界面的形貌逐渐由平直状过渡到微波状,以至变成漩涡状,最后成功复制出了中心未连接区域和环状焊接区域。此外,通过观测非连接区域和焊接区域的剪切应力和有效塑性变形,发现当复板和基板碰撞界面处的剪切应力方向相反,且有效塑性变形大于0.4时,才能实现有效的固态冶金结合。关键词：激光冲击点焊;激光诱导冲击波;碰撞角度;飞行距离;冲击速度;焊接界面- 60
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发布时间：2020-08-13 -
航空遥感惯性稳定平台的改进型小脑模型神经网络/比例微分复合控制
摘要：针对航空遥感惯性稳定平台高稳定和高精度控制要求,研究了基于变置信度的改进型小脑模型神经网络控制器(CMAC)和比例微分(PD)控制器的复合控制方法。首先,建立了航空遥感三轴惯性稳定平台框架伺服系统模型。其次,建立了改进型CMAC/PD复合控制器,将改进型CMAC控制器和PD控制器分别加入到惯性稳定平台伺服系统的前馈通道和反馈通道,以提高控制系统精度。最后,整定伺服系统及改进型CMAC/PD复合控制器参数。实验结果表明:使用改进型CMAC/PD复合控制算法后,平台的俯仰框架角位置误差峰值为0.2154°,角位置RMS值为0.0775°,相比PID控制器分别减小了42.97%和29.86%。与传统PID控制相比,改进型CMAC/PD复合控制方法可显著抑制多源扰动对稳定平台伺服系统的影响,从而有效提高系统控制精度。关键词：航空遥感;惯性稳定平台;框架伺服系统;改进型小脑模型神经网络控制器/比例微分控制器(CMAC/PD)复合控制;系统控制精度- 55
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基于异响信号的发动机故障成分提取
摘要：提出了基于异响信号的故障成分提取方法,以实现对发动机异响故障的在线诊断。该方法分别利用错位叠加法、互相关函数、叠加段起始位置搜寻方法来提取异响信号成份。首先,根据异响信号局部极值出现的位置确定异响信号产生的起始位置,并确定各截取信号段的长度;将各截取的信号段进行线性相加,实现故障成分的提取。然后,对信号的误差进行分析,提出误差的影响因素。最后,利用互相关性分析判断截取信号的准确性。实验结果表明:通过错位叠加算法提取的多段异响信号故障成分相关性达到75%以上,可以用于故障诊断。根据错位叠加算法提取异响信号故障成分无需进行时频转换,方法简单易行,提取的故障成分的波形准确性高。关键词：发动机;异响信号;故障提取;错位叠加;互相关- 55
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发布时间：2020-08-13 -
基于材料特性的多孔质空气静压轴承数值模拟与实验
摘要：为了有效提高多孔质空气静压轴承的数值模拟精度,开展了多孔质材料特性的研究。考虑多孔质轴承的性能,测量了典型多孔质石墨材料的渗透特性和孔隙特性;基于材料的渗透特性与孔隙特性,建立了包含惯性流动与速度滑移效应的流体润滑模型;采用ELUENT软件建立了数值模拟模型求解流体润滑方程,分析了多孔质材料的渗透特性和孔隙特性对轴承轴向刚度特性的影响规律;最后搭建实验平台测量了多孔质空气静压轴承的轴向刚度特性。结果表明:所建立的数值模拟模型对多孔质空气静压轴承的轴向刚度特性具有很好的预测效果,在数值模拟模型中输入合适的流体润滑模型能够明显提高数值模拟精度。关键词：多孔质轴承;静压轴承;材料特性;流体润滑模型;数值模拟;刚度特性- 72
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发布时间：2020-08-13 -
高速精密定位平台振动误差补偿
摘要：搭建了宏微结合精密定位系统以便减小定位平台在Z方向的振动误差,实现高精度定位。该系统由高性能直线电机驱动,气体静压导轨支撑和导向的宏动平台实现系统的大行程微米级定位,由安装在宏动平台上的压电陶瓷驱动微动平台对系统进行Z方向定位精度补偿。建立了定位系统Z向振动模型,采用模糊PID控制策略,用电容式微位移传感器实时检测定位系统终端的位置输出信号并将其作为微动台的输入信号,实现了定位系统的闭环反馈控制,最终完成了宏动平台的振动误差实时补偿。实验结果显示:所设计的微动补偿平台具有好的动态特性,定位系统的误差实时补偿效果优良,针对Z向的振动范围由补偿前的6μm减小到补偿后的2μm。结果表明本文研究的振动误差补偿方法可以有效减小定位系统的振动误差,提高系统的定位精度。关键词：宏微定位平台;振动模型;压电陶瓷;误差补偿- 40
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指数型变幅杆螺旋驱动直线压电作动器
摘要：为实现微小型机电系统中驱动单元的小型化,设计了一种采用指数型变幅杆放大定子振幅的螺杆式直线压电作动器。分析了作动器运行机理,设计了作动器定子基体内螺纹副和变幅杆。然后,利用有限元软件仿真分析了定子基体的振动模态。最后,确定了作动器尺寸并加工出样机;搭建实验平台,对作动器样机的机械性能进行了测试。测试结果显示,在电压有效值为300 V,激励频率为15.6 kHz,两相激励电压之间的相位差为π/2时,作动器输出直线速度最大值达到3.392 mm/s,最大输出力达到15.02 N。得到的结果表明:作动器具有良好的输出性能,具备了作为微小型机电系统直接驱动单元的能力,可满足微小型设备微量进给的要求。关键词：直线压电作动器;指数型变幅杆;螺旋驱动;弯曲振动- 60
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用于微流体油液检测芯片的电阻检测法
摘要：为了提高微流体油液检测芯片对非铁磁性金属颗粒(铜)的检测精度和灵敏度,本文在电感法检测法的基础上提出了电阻检测法,并对检测芯片的电阻信号输出规律进行研究。介绍了电感法的检测原理及其检测缺陷,制作了实验用检测芯片并设计了检测系统。最后,实验分析了微流体油液检测芯片电阻信号输出规律。实验显示:检测80μm以下的铜颗粒时,电阻法的检测精度高于电感法;检测芯片其他参数不变,电感线圈匝数为800匝时,线圈电阻变化量为0.2093Ω;微流道直径为230μm时,线圈电阻变化量为0.1857Ω。油液中铜颗粒粒径小于80μm时,电阻法检测精度高于电感法;芯片中电感线圈匝数与电阻变化量呈线性关系,流道直径与电阻变化量同样为线性关系。关键词：微流体油检测芯片;电阻信号;信号输出;非铁磁性金属颗粒- 47
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发布时间：2020-08-13 -
复合数控磨床螺纹成形磨削误差辨识及补偿
摘要：建立了复合数控磨床的精密加工方程,用于提高复合数控磨床的加工精度。开发了相应补偿软件,对复合数控磨床的运动方程的建模、误差辨识与补偿分析等进行了研究。首先,基于多体系统运动学理论对复合数控磨床结构进行分析建模,建立机床运动的精密加工方程。然后,利用激光干涉仪对复合数控磨床运动模型中所涉及的所有误差参数进行辨识。最后,应用螺纹磨削加工辅助软件进行螺纹磨削加工仿真和实验,验证几何误差补偿技术理论的正确和可操作性。仿真结果以及实验表明:X轴向误差减小比例为66.55%,Z轴向误差减小比例为66.65%,C轴向误差减小比例为66.35%,综合考虑三轴误差减小比例为66.51%。实验表明将误差补偿技术成功地延伸到螺纹加工领域,明显提高了复合数控机床的加工精度。关键词：螺纹磨削;数控复合磨床;误差补偿;加工精度- 60
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发布时间：2020-08-13 -
考虑多种误差影响的数控机床载荷谱编制
摘要：提出了考虑多工况、多影响因素的数控机床载荷谱编制方法,以便实现数控机床的可靠性概率设计,从本质上提高数控机床的可靠性。首先,以机床每次切削时的切削长度与进给量的比值作为载荷循环次数,载荷循环次数与所有载荷循环次数总和的比值作为相对循环次数,机床工作载荷与额定载荷的比值作为相对载荷;采用统计分析方法,建立了以载荷相对循环次数为自变量、相对载荷为因变量的载荷分布函数。然后,针对样本载荷数据服从多个分布函数的情况,提出以多种误差信息为评价因素,采用数据包络分析方法评价得出载荷最优分布模型的载荷谱编制方法。应用表明:所述方法可以建立准确的数控机床载荷谱,试验所跟踪数控机床的载荷服从α=0.37,β=0.53的伽玛分布函数。结果表明所建立的载荷谱可以满足数控机床的可靠性概率设计要求。关键词：数控机床;机床;载荷谱;数据包络分析;可靠性- 42
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发布时间：2020-08-13 -
微流体脉冲喷射技术制备多组分微胶囊
摘要：研究了基于微流体脉冲驱动喷射和玻璃微流体器件组合制作工艺制备多组分微胶囊的方法。通过对电磁铁致动器施加周期性电场,使与之固连的组合微喷嘴固壁产生周期性运动,实现不同流体的脉冲微流动与喷射。开展了壳流体海藻酸钠溶液的稳定喷射实验,得到了稳定驱动电压为6~15 V,然后进行了微流体脉冲驱动喷射制备微胶囊的实验。以同轴型组合微喷嘴制得了玻璃微珠-橄榄油-海藻酸钠多层微胶囊,以Y型组合微喷嘴制得了双室微胶囊,利用Y-同轴型复合微喷嘴制得了多组分同时包覆的多室结构微胶囊。实验结果表明:微流体脉冲喷射技术制备的多组分微胶囊外表规则,多组分扩展了单组分胶囊的功能,多室结构可对被封装的核材料进行保护;其制作过程简单、无需高压电场、能包覆固态和液态核材料。关键词：微流体脉冲驱动;微喷射;多组分微胶囊;组合微喷嘴- 46
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发布时间：2020-08-13 -
液滴微喷射与液体模塑法制备柔性微凹透镜阵列
摘要：采用液滴微喷射技术与液体模塑法实验研究了微凹透镜阵列的制备。采用微液滴阵列制备实验系统,以甘油水溶液为喷射材料,将其按需喷射到镀有TiO2纳米粒子的亲水化薄膜玻璃基片上,在界面张力和亲水化效应的作用下,形成Wenzel润湿状态下的平凸状微液滴;然后用液体模塑法将微液滴阵列复制到柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料上。实验显示:制得的微液滴阵列具有较好的一致性及整齐度,复制得到的微凹透镜阵列在光学显微镜及扫描电子显微镜下均具有较好的几何特性。研究并分析了浇铸PDMS液体对在Young亲水状态及Wenzel亲水状态下的微液滴阵列的形状及位置的影响,结果显示在Wenzel亲水状态下的微液滴保持了良好的形状及位置。对制得的微凹透镜阵列进行了简单的成像实验,获得了良好的成像效果。从实验过程和结果可以看出,采用液滴微喷射技术及液体模塑法制备微凹透镜阵列具有过程简单、成本低廉、对制备环境要求低等优点;制备的微凹透镜阵列几何与光学性能优良。关键词：微凹透镜阵列;液滴微喷射;液体模型- 60
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发布时间：2020-08-13 -
碳纤维悬臂梁式振动检波器
摘要：为了预测地震所产生的地应力,设计了一种用来测量振动的光纤光栅检波器。基于光纤布拉格光栅传感技术研制了一种利用碳纤维片作为悬臂梁的振动检波器。通过设计的3种不同的碳纤维式的悬臂梁结构(宽悬臂梁,细悬臂梁以及梯形悬臂梁),制作了4个不同的振动检波器。引用3.0486 g的质量体,在相同温度下对振动检波器进行测试;通过对振动数据和振动曲线的分析,得到了最优的悬臂梁结构。分析了不同悬臂梁结构影响振动传感器响应结果的原因与内在激励。在此基础上,对传感器配重、光栅固定方式、配胶比例,传感器核心部分的制作工艺等进行了改进,得到了优化的光纤光栅振动传感器。实验显示悬臂梁式振动检波器的静态及动态响应性能较好,最终实现了工作波长为1550 nm,灵敏度可达200 V/m·s-1的光纤光栅振动传感器。关键词：光纤布拉格光栅;振动检波器;悬臂梁;碳纤维;地震测量- 61
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发布时间：2020-08-13 -
感应同步器读数粗精融合与误差修正
摘要：为了提高感应同步器的测角精度,降低系统噪声和制造工艺对输出角度数据的影响,本文对实际测角系统中的粗精数据融合和角度误差修正算法进行了研究。针对感应同步器双通道零位偏差导致的数据融合问题,提出采用纠错表修正粗级的最高位方法处理跳变点;针对实际测角系统中感应同步器极对数不固定的情况,介绍了一种利用实测精级数据过零点找粗级起始点并进行四区间判读的方法进行粗精融合。最后,介绍了分段线性插值的角度误差修正方法。利用现场可编程门阵列完成了提出的算法并进行了实验验证。结果表明:经过上述融合算法和修正算法,实际系统感应同步器测角精度可达3"以内,基本满足感应同步器测量时对稳定性、可靠性、精度和抗干扰能力的要求。关键词：感应同步器;角度测量;粗精融合;误差修正- 48
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发布时间：2020-08-13 -
高速切削时温度影响因素的响应面实验
摘要：利用响应面法研究了高速切削AISI1045钢过程中主要切削参数变化对切削温度的影响。建立了高速切削温度测量实验系统;然后,在斜角切削机理分析基础上,应用Box-Behnken Design(BBD)响应面实验方法设计了考虑切削速度、进给量、轴向切深和径向切宽的4因素3水平实验;最后,分析了各因素对高速切削温度的影响及温度变化范围。结果表明:进给量约为0.05~0.11 mm时,随切削速度增加,切削温度缓慢升高;进给量大于0.11 mm时,随切削速度的增加,切削温度呈缓慢降低现象;保持切削速度不变,随轴向切深增大,切削温度呈线性增大;当轴向切深小于1.5 mm时,随径向切宽的增加切削温度先变小后变大;当轴向切深大于1.5 mm时,切削温度随径向切宽的增大线性增大。综合分析表明,进给量和轴向切深的变化对切削温度影响较显著。关键词：高速切削;切削参数;温度测量;响应面分析- 45
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发布时间：2020-08-13 -
高精度液压油微小颗粒检测系统
摘要：针对液压系统故障预测与诊断的需求,设计了简单有效的油液微小颗粒快速光学检测系统。采用光阻法进行颗粒检测;设计并制作了微流控检测芯片,利用ANSYS软件对聚焦区域进行了流体速度和流动轨迹仿真;在所搭建的光学检测系统上进行了颗粒检测计数实验和浓度检测实验,并结合光阻法检测原理对实验所得数据和信号进行了理论分析。实验结果表明:20μm颗粒的检测信号具有较高的信噪比。结合所编JAVA程序完成了相应的颗粒计数;当液压油中颗粒浓度增大时,检测信号也随之增大;颗粒浓度为2000×10-6的油样通过检测区域所产生的脉冲信号大约是浓度为100×10-6的油样所产生的脉冲信号的6倍。设计的微流控检测芯片及光学检测系统可用于液压油中微小金属颗粒检测,可实现20μm以上颗粒的检测与计数,并能够区分含有不同颗粒浓度的油液。关键词：液压油;微流控检测芯片;颗粒检测;故障诊断- 46
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发布时间：2020-08-13 -
被动式微混合器微通道外形及障碍物布局
摘要：开展了通过优化微通道形状和障碍物布局来增强被动式微混合器混合效果的研究。研究显示,改变微通道形状和设置障碍物,从而提高被动式微混合器中的混沌对流,是提高样品混合效率的简单有效方法。对6种不同形状的微通道完成了有限元分析仿真与数值仿真。结果显示:不同结构按混合效率由高到低依次排列为:方波型>正弦型>折线型>T型>口型>连环型。最后,在最好的微通道外形-方波型微通道内对比了障碍物布局对微混合器混合效率的影响,得到了非对称多组障碍物布局的最优结构,此结构可适用Pe数为750以下的流体。仿真结果表明,微通道形状和障碍布局的优化设计可以有效提高被动式微混合器的混合效率。关键词：被动式微混合器;通道外形;障碍物布局;仿真- 52
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发布时间：2020-08-13 -
超精密切削机床机电系统设计及其Fresnel透镜模具切削实验
摘要：为了加工微小沟槽的菲涅尔透镜模具,设计了配置B转台的超精密切削机床机电系统并研究了相关工艺。介绍了机床机构模块,设计了驱动及反馈环节。采用直线电机直接驱动的方式,将Heidenhain纳米级分辨率光栅信号通过驱动器细分后,反馈给数控系统,构成全闭环控制。设计了超精密切削机床数控系统,该系统采用开放式全软件型PA数控系统。机床两直线轴组装后导轨直线度达到0.15μm/200 mm,B转台角位移分辨率达到0.036",定位精度为3"。在机床上进行了直径280 mm平面、100 mm半球面、高次曲面切削实验。利用机床的B轴旋转功能,开发了菲涅尔透镜模具B轴旋转加工方法。加工后平面试件的表面粗糙度Ra可达5 nm,菲涅尔透镜模具的表面粗糙度Ra为7.3 nm。实验验证了基于高精度B轴旋转加工菲涅尔透镜模具的工艺可行性。关键词：超精密切削机床;机电系统;PA数控系统;镜面加工;菲涅尔透镜;模具加工- 47
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发布时间：2020-08-13 -
超磁致伸缩驱动精密定位平台的动态递归神经网络前馈-PD反馈控制
摘要：提出了采用Jiles-Atherton磁滞模型理论和动态递归神经网络(DRNN)前馈-PD反馈控制策略来提高超磁致伸缩驱动精密定位平台的定位精度。通过Jiles-Atherton磁滞模型建立了能准确描述其磁滞非线性的数学模型;采用DRNN学习获得其逆动态模型并用于磁滞非线性补偿;利用PD闭环反馈控制补偿DRNN的映射误差和抑制扰动,从而提高超磁致伸缩驱动精密定位平台的定位精度。研究结果表明:Jiles-Atherton磁滞模型能较好地描述超磁致伸缩驱动精密定位平台的磁滞非线性特征;DRNN前馈-PD反馈控制策略能有效消除系统的非线性特性,对提高超磁致伸缩驱动精密定位平台的定位精度具有实际意义。关键词：超磁致伸缩驱动器(GMA);磁滞非线性;动态递归神经网络(DRNN);精密定位平台;定位精度- 65
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发布时间：2020-08-13 -
具有三自由度的减薄直圆型柔性铰链柔度分析
摘要：针对并联机构中常用的柔性铰链一般需要在多个方向上加工,难以实现与机构一体化的问题,提出了一种减薄的直圆型柔性铰链。该铰链具有三个转动自由度,仅需在一个方向上即可完成加工,便于应用于结构一体化的定位机构中。根据卡氏第二定理,推导了减薄直圆型柔性铰链的柔度公式,利用有限元分析对柔度公式进行了验证,并分析了铰链的结构参数对其柔度的影响。讨论了该型铰链应用时柔度设计的两种情况。结果表明:铰链柔度的理论计算值与有限元分析值的最大偏差在20%以内,对该型铰链柔度影响较大的结构尺寸依次是:厚度b、最小槽口间距t和圆角半径r。以上结论为具有三自由度的减薄直圆型柔性铰链的设计与应用提供了依据。关键词：减薄直圆型柔性铰链;三自由度;柔度分析;卡氏第二定理- 67
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发布时间：2020-08-13 -
波形相关性算法在超声波测厚中的应用
摘要：压缩天然气(CNG)地下储气井由于长期受井中的积液和地下水的作用,其管道壁会出现局部变薄,而剩余厚度决定了管道的后续使用年限。本文针对采用传统的超声波检测方法测量管壁厚度,具有数据量大、干扰多、精度较低等缺点,提出一种改进测厚算法。该算法使用特征值查找和波形相关性算法来获取回波时间。描述了检测原理和相关性算法,分析了影响测量精度的因素。以一段标样管为检测对象,进行了检测和结果分析。最后,将提出的算法运用于储气井检测现场。通过对江苏省内6个加气站进行实地试验,验证了提出的波形相关性算法的精确性,其测厚精度可达到0.03 mm。提出的算法解决了目前储气井腐蚀检测数据处理算法易出错,精度不高等问题。关键词：储气井;管道;管壁厚度;超声波测厚;波形相关性算法- 53
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发布时间：2020-08-13 -
光学晶体超精密飞切加工的切削力测试
摘要：建立了光学晶体切削力与加工参数关系的预测模型指导光学加工,以减小光学晶体飞切加工中的冲击现象,改善晶体表面质量,减小刀具磨损。根据飞切加工原理,应用响应曲面法建立了光学晶体的切削力预测模型;采用田口正交设计方法设计实验参数,对光学晶体的切削力进行测试实验。然后,运用实验参数求解出切削力模型,采用方差分析技术、R2值及残差分析技术分析了切削力预测模型的正确性,以及各参数对切削力的影响。最后,对切削力预测模型进行实验验证。实验结果表明:预测模型完全满足95%的置信水平,具有良好的预测能力,预测精度达2.5%。切削力随着主轴转速的增大而减小,随着进给速度和切削深度的增大而增大,切削深度和主轴转速是切削力的主要影响因素,进给速度带来的影响最小。在精加工过程中,应尽量增大主轴转速,减小切削深度,在180μm/s范围内,进给速度可根据加工效率进行调整。关键词：超精密飞切;光学晶体;切削力;响应曲面法;预测模型- 45
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发布时间：2020-08-13 -
车载光电设备电磁兼容的设计
摘要：为提高车载光电设备在复杂电磁环境条件下的抗电磁干扰能力,给出了电磁兼容的设计思路及相应的抗电磁干扰的方法,以保证其稳定可靠的工作。介绍了常规车载光电设备的组成。从光电设备的结构和电气方面分别进行了电磁兼容设计,重点对防护厢体和光电设备的抗电磁干扰提出了具体措施及方法。针对以往光电设备导线间存在相互干扰和抗强电磁场干扰能力弱的特点,详细分析了导线选择、敷设及接地模式等对电磁防护的重要作用,并给出了具体的抗电磁干扰的措施。在RE102(10 kHz~18 GHz电场辐射)电磁环境下进行了测试,结果表明:采取了电磁兼容设计的车载光电设备能够在要求的电磁环境条件下正常工作,提出的方法可以为类似光电设备的电磁兼容设计提供一定的借鉴和参考。关键词：车载光电设备;电磁兼容;厢体;电磁屏蔽- 39
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发布时间：2020-08-13 -
基于主成分分析进行特征融合的心拍分类
摘要：针对心拍分类中单一特征分类准确率低而组合特征存在特征冗余和维度过高的问题,提出了一种基于主成分分析(PCA)进行特征融合的心拍分类算法。该算法在对单一特征进行规范化后,将多种特征组合为一个具有大量信息的高维特征;之后引入PCA算法去除冗余成分,得到低维融合特征;最后,利用支持向量机(SVM)为分类器完成心拍分类。以心拍时域特征、离散小波特征、离散傅里叶特征为例,在MIT-BIH数据库上进行了实验。实验结果表明,融合特征维度为100时,分类准确率可达97.389%。与单一特征相比,融合特征提高了分类准确率;与组合特征相比,融合特征降低了特征维度。关键词：心拍分类;分类准确率;特征融合;主成分分析;MIT-BIH数据库- 42
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发布时间：2020-08-13 -
基于颜色与梯度方向联合直方图的Mean Shift跟踪
摘要：由于单一的基于方向纹理特征的模板匹配跟踪算法不能准确跟踪目标旋转,无法应对光变、目标旋转以及部分遮挡的复杂场景下的跟踪,本文在mean shift算法框架下提出一种基于颜色与梯度方向联合直方图的跟踪算法,该算法通过扩展直方图的维度将颜色与梯度方向特征融合到一个直方图中构成联合直方图。由光照变化模型计算得出光变因子表征光照变化程度,并作为两种特征的比例系数对联合直方图归一化。当光变因子小于某个阈值则选取颜色作为主特征,否则以梯度方向为主特征,以便充分发挥颜色对旋转鲁棒以及梯度方向对光照变化鲁棒的优势。通过将目标分为若干子区域单独跟踪,由匹配相似程度较大的子区域标记目标的位置解决部分遮挡问题。实验结果表明,提出的算法很好地处理了光照变化、目标旋转以及部分遮挡的复杂场景跟踪。关键词：目标跟踪;Mean Shift跟踪;联合直方图;光照变化;部分遮挡;目标旋转- 68
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发布时间：2020-08-13 -
利用单应约束实现结构化场景的匹配扩展
摘要：针对结构化场景图像纹理单一,宽基线情况下基于局部特征的匹配方法能够获取的匹配较少的问题,提出了一种基于初始匹配的匹配扩展方法。首先,依据单应约束将初始匹配划分为多个子类,每个子类对应于不同的局部平面,并采用RANSAC算法估计每个子类的单应矩阵,剔除不符合平面约束的外点。然后,依据平面单应搜索未匹配特征点的候选匹配以及改进8扇区SURF描述符的相似性剔除错误匹配。最后,在扩展后的匹配集合中更新单应估计,并剔除外点,实现匹配扩展。实验结果表明:当图像存在一定的尺度和视点变化以及明显的光照变化时,该方法能够有效地增加匹配的数目,匹配增长率均在100%以上,可为精确的极线几何估计和三维重建奠定良好的基础。关键词：图像处理;图像匹配;匹配扩展;单应约束;结构化场景- 66
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发布时间：2020-08-13 -
圆投影及消失点约束下的卡车厢体体积测量
摘要：为了降低卡车厢体体积测量的成本,对相机内参求解、卡车位姿解算及车厢顶点坐标计算等进行研究,提出了基于正交消失点及圆投影先验的单幅图像卡车体积解算方法。首先,检测出卡车图像中三正交方向消失点,根据消失点求解相机内部参数;然后,将世界坐标系建立在车轮圆心处,利用相机内参数与车轮的单圆投影先验解算出卡车相对于相机的位姿信息,并求出车厢平面方程。最后,联立车厢平面方程与相机成像运算的矩阵方程计算车厢顶点坐标,进而求出卡车车厢体积。实验结果表明:车厢的长度测量误差小于0.3 m,卡车厢体体积测量值和真实值的误差在5%以内。提出的方法有效解决了传统测量方法实施复杂,成本较高等问题,适用于卡车体积的实时测量。关键词：单幅图像;消失点;圆投影;位姿解算;体积测量- 44
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发布时间：2020-08-13 -
采用黑白检测算子的棋盘格角点检测
摘要：针对CCD相机高精度标定对标定板角点检测的要求,分析了黑白棋盘格图像的灰度特性,提出了一种基于黑白检测算子(BW算子)的棋盘格亚像素检测算法。该算法首先定义4个方向,根据BW算子统计各个方向上的灰度值,计算CBW值(BW算子的响应值)并检测出角点,获得像素级坐标;然后利用角点邻域内的灰度信息,根据本文提出的亚像素定位算法,将角点坐标提高到亚像素级精度。在MATLAB编译环境下进行了仿真实验,结果表明,该算法能完整准确地检测棋盘格角点,定位精度达到了0.1 pixel。该检测算法为CCD相机的高精度标定提供了基本条件。关键词：BW算子;棋盘格;角点检测;亚像素定位;相机标定- 44
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发布时间：2020-08-13 -
基于光谱特征的高空间分辨率遥感影像阴影检测
摘要：为了准确检测高空间分辨率遥感影像中的阴影,提高影像目标识别和信息提取的精度,提出了基于光谱特征的空间高分辨率遥感影像阴影检测技术。根据阴影区蓝、红波段辐射亮度下降幅度的差异,构建了归一化蓝红波段指数,并利用归一化植被指数区分植被与阴影;最后构建了单一的阴影强度指数,通过对阴影强度指数进行直方图阈值分割,提取遥感影像中的阴影。利用该方法在分辨率为2 m的Worldview-2多光谱影像上进行了阴影提取实验,结果表明:该方法的阴影检测精度均在85%以上。研究表明该方法阴影检测效果较好,且计算简单,易于实现。关键词：阴影检测;遥感影像;归一化植被指数;直方图阈值分割- 53
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基于相位线积分恢复的锥束差分相衬CT图像重建
摘要：针对X射线锥束差分相位衬度CT图像的重建,提出了一种基于傅里叶变换微分性质与FDK算法框架的重建技术。基于该技术,差分相衬CT可与现有吸收衬度CT共享相关的重建软、硬件平台。该技术利用提出的相位线积分滤波函数对面阵探测器在每个周向旋转采样视角下采集的二维差分相衬投影逐行滤波,获得物体相位函数的线积分锥束投影数据集。然后,将X射线吸收衬度锥束CT采用的FDK算法应用到恢复的线积分锥束投影数据集,重建物体三维相位图像。最后,基于三维Shepp-Logan模型,对提出的重建技术进行了仿真研究和性能分析。以塑料小球样品的X射线锥束差分相位衬度实验数据集实验验证了该方法的有效性,并与传统方法进行了比较。结果显示新方法归一化均方根重建误差小于0.2586;重建精度高于直接重建88%,满足X射线锥束差分相衬CT高精度图像重建要求。关键词：X射线CT;差分相位衬度成像;图像重建;相位恢复- 44
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基于图像处理的轮胎胎面自动测长系统
摘要：为了实现对轮胎胎面长度的在线自动测量,研究了生产过程中采用的图像处理及测量算法,建立了基于图像处理的轮胎胎面测长系统。为了避免现场光源的影响,分别采用了中值滤波、灰度拉伸等方法对图像进行预处理,并采用大津(OSTU)算法对图像进行二值化处理。采用线性拟合的算法对像平面的轮胎边缘进行拟合,建立像平面的轮胎边缘直线方程。针对现场标定给安装带不便,系统预制了多个基准样本点,采用多元线性回归的方法确定坐标变换参数。通过已确定的坐标变换得出物理坐标系中胎面首尾边缘直线的方程,进而计算出胎面的长度。实验结果表明,对于多种规格的胎面进行多次测量,其测量系统的精度 ≤ 2 mm,3σ值在1.1 mm以内。该测量系统能够满足生产工艺的测量要求,可实现胎面长度的在线自动测量,并具有安装测试方便、运行稳定等特点。关键词：轮胎胎面;长度测量;边缘识别;多元线性回归;坐标变换;图像处理- 67
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鲁棒主成份分析与IHS变换相结合的卫星图像融合
摘要：由于传统的主成份分析(PCA)和IHS卫星图像融合方法会产生光谱信息损失和特征细节失真等现象,本文提出一种基于鲁棒PCA(RPCA)和IHS变换相结合的卫星图像融合方法。首先,对多光谱图像进行IHS变换,使其从RGB空间变换到IHS空间;对其中的I分量进行RPCA变换得到低秩矩阵L0和稀疏矩阵S0,并利用直方图匹配把全色图像匹配到L0分量上。然后,用匹配后的全色图像替换L0分量进行RPCA反变换。最后,进行IHS反变换得到融合图像。实验结果显示,本文算法获得的融合图像的信息熵分别为7.5275和7.4772,显示RPCA与IHS相结合的方法可以保留更多的光谱信息和空间特征细节,优于传统的IHS和PCA融合的方法。关键词：卫星图像;图像融合;鲁棒主成份分析(RPCA)变换;IHS变换;主成份分析(PCA)变换- 49
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局部自适应方向模板匹配的高分辨率遥感影像道路提取
摘要：提出了一种基于局部自适应方向模板匹配的高分辨率遥感影像道路提取方法。该方法利用局部自适应方向模板匹配对遥感图像进行初步分割,得到二值化的粗糙道路段;利用局部灰度一致性原理对输入图像进行一致性检测,得到图像中各像素点的局部灰度检测结果。将初步分割结果和局部灰度一致性检测结果进行信息融合,获得较纯净的初始道路段。最后,使用道路的形状特征对经信息融合后的结果进行滤波,得到初始道路提取结果。由于道路在空间上是连续的,所以在图像中道路的面积不会太小,利用面积指数剔除小面积区域,利用长宽比指数剔除非道路信息,即可获得提取结果。采用2幅高分辨率遥感影像对算法进行了验证,并与现有的道路提取方法进行了对比。实验结果表明,该方法能较好地提取出道路信息。关键词：道路提取;高分辨率遥感影像;局部灰度一致性;局部自适应方向模板匹配- 70
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基于局部方差和互信息的融合图像质量评价
摘要：图像融合不仅涉及信息的量化传递,还要考虑传递信息的类型是否符合人眼视觉特性。为了能够正确评价融合图像中人眼敏感信息的增量,本文设计了一种基于局部方差和奇异值分解的融合图像客观评价方法。将局部方差用于表示图像的结构信息;考虑到局部方差对于图像的细节信息过于敏感,用奇异值分解的方法来得到能够表示局部方差分布的能量矩阵;用互信息的方法度量源图像与融合图像能量矩阵的结构差异。最后,将比较结果作为融合图像算法的质量评价结果。实验结果表明,该方法对融合图像的质量评价结果与人眼视觉特性的一致程度以及算法的稳定性都要高于传统方法,两组典型实验中对于小波和金字塔等性能较优的融合方法的评价结果为2.8790和1.9225以及2.6298和1.9103,均优于传统融合评价算法。关键词：图像融合;质量评价;局部方差;奇异值分解- 41
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发布时间：2020-08-13 -
高动态环境下的运动模糊图像配准
摘要：由于高动态环境下摄像机拍摄的待配准图像存在大旋转变换的同时还会受运动模糊退化的影响,故本文设计了一种高动态环境下的运动模糊图像配准方法。分析了传统尺度不变特征变换(SIFT)算法实时性差的原因,利用灰度级变换对SIFT算法进行改进,对两幅待配准图像特征点的提取进行简化,从而避开检测出大量无用特征点带来实时性差的问题。然后选取简化后的特征点进行特征匹配,使配准算法精度更高。最后通过实验验证了本文设计方法的实效性。实验结果表明:提出的算法的特征点数以及匹配对数保持在改善算法前的10%以内,大大减少了计算量;该算法对图像旋转的稳定性更强,匹配对数占检测出的特征点数的比值范围从0.1505减小到0.1365。相比SIFT算法效率更高,稳定性更强,更能满足高动态环境下的图像配准要求。关键词：运动模糊;图像配准;灰度级变换;尺度不变特征变换(SIFT)算法- 46
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发布时间：2020-08-13 -
制冷对电子倍增CCD相机成像质量的影响
摘要：电子倍增CCD相机的读出噪声降低到1e-以下后,暗电流噪声成为电子倍增CCD相机的主要噪声源。由于制冷可以显著降低电子倍增CCD的暗电流噪声,因而其成为影响电子倍增CCD相机成像质量的重要因素。本文在分析比较不同制冷系统优缺点的基础上,提出了适用于航天应用的电子倍增CCD相机制冷系统。通过构建电子倍增CCD相机的噪声模型,分析了不同制冷效果对电子倍增CCD相机成像质量的影响。分析结果表明,电子倍增CCD相机焦面的温度从30℃降低到-30℃,信噪比从82.90提高到87.16后,可以显著改善电子倍增CCD相机的成像质量。该项研究结果为航天用电子倍增CCD相机的研制提供了重要的设计依据。关键词：制冷;空间相机;电子倍增CCD;成像质量- 68
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发布时间：2020-08-13 -
虚拟试衣中的曲面配准
摘要：研究了三维光学测量法在人体测量及虚拟试衣曲面配准中的应用。利用双目视觉系统获得1:1的三维人体数据,然后对原始三维人体数据进行数据处理,获得精确人体模型,最后使用已有的服装数据进行虚拟试衣。为了减化试衣方法,将人体模型及服装模型视为刚体模型,根据两模型的高斯曲率及平均曲率极值点改进算法获得人体和服装的关键特征点,并将特征点对应集作为粗匹配矩阵。使用非线性最小距离优化算法——Levenberg-Marquardt算法,把模型关键特征点的最小距离作为误差参数,从而得到特征对应点集的优化变换矩阵,以减小实验配准误差。实验证明,Levenberg-Marquardt优化算法对于曲面配准有效,误差设为10 mm时,迭代次数为33时收敛速度较好。该方法简单、有效、稳定,对三维服装的计算机辅助设计、个性化虚拟试衣的发展具有一定的促进作用。关键词：三维光学;曲面配准;虚拟试衣;曲率;Levenberg-Marquardt(LM)算法- 52
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发布时间：2020-08-13 -
用于静脉增强显示的图像融合算法
摘要：现有的静脉显示系统通常采用单纯的近红外图像凸显静脉分布,而这会丢失人体皮肤的真实色彩和细节特征。采用可见光和近红外双波段成像方式获取原始图像,并对人手部的近红外图像和彩色图像进行融合,可以提高显示效果。本文提出了一种结合直方图最值映射、主成分分析和双边滤波等技术的新的图像融合算法。应用该算法进行了融合测试,结果表明融合后的图像既能清晰显示静脉分布信息,又能基本保持背景部分的颜色与细节特征,显示效果优于其他几种典型的融合算法。计算显示,本算法与原始彩色图像的平均相关系数、平均梯度、平均光谱失真分别为0.8431,1.730,8.6429,这些结果均好于其他几种对比算法。实验显示,本文提出的融合算法在人体静脉显示方面具有重要的应用价值。关键词：静脉显示;图像融合;主成分分析;直方图映射;双边滤波- 61
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发布时间：2020-08-13 -
基于支撑点的立体匹配
摘要：为了使立体匹配算法能够兼具较高运算效率和良好的视差匹配精度,提出一种基于稳定支撑点的立体匹配算法。该算法利用Canny最优边缘算子检测图像的边缘点作为"支撑点",应用Delaunay三角剖分算法将整个待匹配视图划分成一系列相连的二维三角面片;然后以三角形作为匹配基元构建视差模型进行初始视差估计;最后根据三角形共用顶点的特性修正视差值,进而得到最终的视差图。使用Middlebury算法测试平台提供的立体图对算法进行了实验验证。结果表明:本文算法的定位精度高,误匹配率低,匹配时间约为1 s,视差图的匹配精度约为93%,在获取高精度视差图的同时具备良好的匹配速度,为立体匹配算法的实际应用奠定了良好的基础,在基于双目视觉的路径导航系统中也有着良好的应用前景。关键词：立体匹配;边缘检测;支撑点;Delaunay三角剖分;视差图- 39
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发布时间：2020-08-13 -
联合Gabor降维特征与奇异值特征的人脸识别
摘要：针对传统的Gabor特征表征图像的全局特征能力较差的问题,提出一种采用Gabor多方向降维特征与图像的奇异值特征相联合的人脸特征表征方法。该方法在对Gabor滤波器直流分量补偿的基础上优化滤波器尺度伸缩随中心频率而变化的性能,以提取人脸图像的多尺度、多方向特征;对同一尺度不同方向的Gabor特征相加以降低特征维数。同时分别提取整幅图像的奇异值分解(SVD)全局特征以及分块SVD特征,将Gabor局部特征分别与上述SVD特征联合起来表征人脸图像。为提高计算效率,应用人脸采样图像进行了实验。实验结果表明,所提方法更好地保留了图像的局部细节、降低了特征数据的冗余,在识别率和计算率上都较传统Gabor滤波器更具优势,在ORL人脸库上的识别率高达98.21%。关键词：人脸识别;Gabor特征;奇异值;局部特征;全局特征- 27
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发布时间：2020-08-13 -
基于改进迭代无迹粒子滤波的同时定位与地图构建
摘要：针对移动机器人同时定位与地图构建(SLAM)中的粒子滤波不一致问题,提出了新的改进算法。利用迭代无迹粒子滤波精确设计了粒子滤波器的提议分布,以迭代更新方式将当前激光传感器信息和里程计信息融入重要性采样过程,实现了改进迭代无迹粒子滤波算法,降低了滤波器预测阶段机器人位姿的不确定性并有效地减少了所需粒子的数量。使用配有URG激光传感器的Pioneer3-DX在机器人操作系统平台上与Fast SLAM算法进行了比较实验。结果表明,创建相同一致性地图时,改进算法仅使用10个粒子构建地图,平均消耗时间为325 s,除此之外还减少了所需粒子数量,提高了地图创建效率;同时机器人航向误差为-1.4861°,降低了机器人位姿的不确定性。此外,对两种算法方差的比较可以看出改进算法的稳定度高于FastSLAM算法。关键词：移动机器人;同时定位与地图构建;迭代无迹粒子滤波;重要性采样;机器人操作系统- 50
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发布时间：2020-08-13 -
基于多传感器的红外图像超分辨
摘要：利用可见光图像与红外图像之间存在的互补性和相关性,提出一种基于多传感器的红外图像超分辨方法。首先,利用自适应边缘检测算法提取红外图像边缘,并根据红外图像边缘与可见光图像对应区域的相关程度将红外图像边缘分为相关边缘和非相关边缘;然后,采用二次关系模型对相关边缘区域进行建模,通过该模型利用可见光信息估计红外图像的高频信息;最后,利用迭代反向投影法(IBP)对估计的高分辨率红外图像进行优化获得最终的高分辨率红外图像。实验结果表明,本文算法获得的小区图像,十字路口图像和道路图像的峰值信噪比(PSNR)分别比Choi算法高2.9 dB,1.44 dB和1.11 dB。另外,利用本文算法复原的红外图像具有更好的视觉效果,更逼真、更接近于原始高分辨率图像,复原出的高分辨率红外图像无论在主观效果上还是在客观评价指标上都取得了较好的结果。关键词：图像复原;图像处理;红外图像超分辨;多传感器超分辨率- 60
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发布时间：2020-08-13 -
基于尺度相似性的高效率视频编码快速帧间深度判决
摘要：为了提高高效率视频编码(HEVC)的编码效率,对帧间预测算法进行了优化,提出一种基于视频序列尺度相似性的快速深度判决算法。视频序列相邻图像之间时域相差很短,因而帧间图像有很强的尺度相似性。本文分析了相邻帧同位编码单元(CU)划分深度的相似性。在当前CU进行深度划分时,利用其参考帧的同位CU深度信息快速判断当前CU深度,跳过或者提前终止一些不必要的深度划分,从而减少CU划分次数,降低编码复杂度,然后采用SKIP模式完成快速判决。实验结果表明,与原始的HEVC算法相比,本文所提算法编码比特率平均降幅为0.58%,峰值信噪比的平均降幅约为0.09 dB,算法运行时间平均节省了约52%。关键词：高效视频编码;帧间预测;深度判决;编码单元;尺度相似性- 54
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基于显著性直方图的粒子滤波跟踪
摘要：提出基于显著性直方图模型的粒子滤波跟踪方法,以提高复杂背景下目标跟踪的稳定性。通过对比目标与背景区中像素色调的分布,确定出不同色调等级的显著性权值,从而建立能够突出目标显著性颜色信息的直方图模型。利用显著性直方图模型可抑制背景中与目标具有相似色调的区域对目标识别的干扰,突出了目标特有色调在目标识别中的作用,从而提高目标识别的准确性。实现了基于显著性直方图粒子跟踪算法,并进行了仿真实验。结果表明:该方法适用于复杂背景下的目标跟踪,计算量增加不大。与传统粒子滤波方法相比,本文方法目标定位准确,跟踪过程中粒子尺寸小,从而有效减小了单帧跟踪运算时间,单帧平均跟踪时间小于5 ms,满足跟踪系统实时性的要求。关键词：目标识别;目标跟踪;显著性直方图;粒子滤波- 54
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基于法向特征直方图的点云配准算法
摘要：为了提高点云配准速度并减少描述子的维度,本文首先提出了一种查找点云重叠区域的预处理办法。该方法使用基于八叉树的区域生长K-means聚类算法对点云进行分块,通过近似三角形查询点云的重叠区域。另外,在关键点描述中提出了基于点云特征直方图的低维度描述子——邻域点积直方图(LDFH)算法。提出的预处理方法可以使初始配准的点云数据量减少10%~20%,去除了不必要的冗余运算过程。与快速点特征直方图(FPFH)描述子的点云配准算法相比,提出的邻域点积直方图算法将维度降低至24维,同时使描述速度提高了15%左右。利用本文算法对实际扫描获取到的点云数据进行配准时,可以在5 min内完成小于1 m3数据的准确配准。本文算法减少了配准耗时,降低了描述子维度,在实际的点云配准中有好的效果。关键词：计算机视觉;点云配准;法线特征直方图;描述子- 81
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联合能量约束下最大信道容量的线性多输入多输出预编码设计
摘要：在发射总能量受限或峰值能量受限条件下,线性多输入多输出预编码不能很好地满足实际应用要求。因此,本文从凸优化理论出发,提出了在总能量和最大特征能量联合约束下适用于最大信道容量的线性MIMO预编码设计算法。通过对能量特征向量矩阵和能量特征值的特性研究,推导出了能量特征向量矩阵的闭式解,并提出了一种用于确定能量特征值的二维整数搜索算法。由于各维所需搜索点的数目小于系统发射天线的根数,因此提出的方法计算量小,运算效率较高,系统性能优于传统的lp范数能量约束算法。关键词：多输入多输出;预编码;联合能量约束;信道容量- 42
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用于声矢量阵列目标波达方向跟踪的粒子滤波算法
摘要：针对目标波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法和子空间更新算法存在的问题,本文以运动目标的方位估计为研究点,结合DOA估计算法,提出了用于声矢量阵列DOA跟踪的粒子滤波跟踪算法。首先,在声矢量传感器阵列模型的基础上,建立观测模型;根据目标运动的二阶匀速模型,建立信源运动的状态方程。然后,借鉴四元数的正交性结构,将四元数多信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法用于改进粒子滤波的观测似然函数,提出了一种新的改进跟踪算法。最后,对各算法的性能进行仿真实验。结果表明,所提算法能实现角度的实时跟踪。与子空间类跟踪算法和粒子滤波算法相比,所提算法的跟踪误差更小。在信噪比(SNR)小于-10 dB时,粒子滤波类算法的跟踪误差均在4°以内,更能适应低信噪比环境。关键词：目标波达方向(DOA)跟踪;粒子滤波;声矢量传感器;状态空间模型;四元数MUSIC- 46
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发布时间：2020-08-13 -
自动切割机圆锯片刀具磨损检测算法
摘要：为实现玻镁板自动切割机圆锯片磨损量在线检测,设计了基于计算机器视觉的圆锯片磨损检测算法。首先基于自适应阈值,运用8邻域灰度相似度筛选算法找出圆锯片的候选角点;针对候选角点,判断其是否为邻域内唯一角点或其角点响应函数值最大,剔除掉伪角点。然后,判断角点是否为曲线上极大值点来剔除齿根点,从而确定圆锯片刀尖点的整像素坐标。最后,利用三次曲面拟合法对刀尖点进行亚像素定位,使用最小二乘法求解刀尖点所在圆的半径值,通过相机标定关系得出圆锯片的实际磨损量。通过实验比较了用经典Harris算法,改进Harris算法和本文提出的算法检测圆锯片磨损量的结果。结果表明:在两种圆锯片磨损量检测中,本中提出算法的检测时间仅为经典Harris算法的29.9%和29.7%,为改进Harris算法的145.7%和126.5%;对两种圆锯片刀尖点检测时,改进Harris算法的正确率为100%,50%,经典Harris算法的正确率为71.4%,37.5%,本文提出算法的正确率为100%,100%。因此,本文提出的算法在圆锯片磨损检测中具有明显的优势,是一种有效的圆锯片磨损检测方法。关键词：自动切割机;圆锯片;刀具;磨损检测;计算机视觉;角点检测;亚像素- 34
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多尺度域内改进模糊规则的红外与可见光图像融合
摘要：提出一种平移不变Shearlet域内改进模糊化规则的图像融合方法。首先分别对红外与可见光图像进行平移不变Shearlet变换获取高频和低频子带系数。然后,根据红外图像特性采用局部区域信息熵规则融合低频子带系数;针对Shearlet变换框架冗余特性,融合高频子带系数。为有效解决高频系数冗余信息,分别计算红外与可见光图像高频子带系数图模糊化后的隶属度、非隶属度和模糊度以及最优熵,将获取的模糊化系数图分块并分别根据黑白度获取混合图像,然后重构系数块图像并进行解模糊操作以获取融合后的高频子带系数。最后,通过平移不变Shearlet反变换得到最终的红外与可见光图像融合结果。实验结果表明,本方法融合结果边缘保持度超过0.85,消除了吉布斯现象,有较好的融合效果。关键词：红外图像;可见光图像;图像融合;平移不变Shearlet变换;模糊化系数图;局部区域信息熵- 67
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基于几何不变量的形状上下文星图配准
摘要：针对多画面天文星图的刚性配准,提出一种基于几何不变量的形状上下文配准算法。该算法首先对天文星图进行降噪预处理,并利用阈值分割与形态学算法提取天文星图中的星点及其质心坐标;然后利用星点质心间的几何不变量关系,对每个星点建立基于几何不变量的特征描述向量并由此构建了评价不同维数向量之间相似度的代价函数,以判断两个特征点之间特征描述向量的相似程度,从而得到两幅图像间的匹配星点对集合;最后,利用随机一致性鲁棒算法去除误匹配星点对,并计算得到空间变换配准参数。实验结果表明,该方法可对特征点数目、画面亮度等差异较大的两幅星图实现亚像素级精度的有效配准,性能及鲁棒性均好于传统配准方法。对于大小为4608×3072,曝光时间与ISO各不相同的两组实际拍摄图像,本文方法的配准精度在0.5 pixel左右,能够成功完成配准任务。关键词：天文星图;星图配准;几何不变量;形状上下文- 49
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发布时间：2020-08-13 -
模拟信息转换处理高带宽稀疏信号的噪声分析
摘要：以现代雷达信号处理为背景,研究了模拟信息转换(AIC)处理高频段大带宽稀疏信号的可行性,并对AIC在实际应用中产生的噪声进行了分析。通过目前雷达信息带宽低的特点以及数模转换(ADC)的局限性,说明了AIC替代方案的优势和前景。评估了信号在各个信号处理环节由于抖动和孔径噪声对整个AIC造成的影响,并和高速ADC进行了对比。最后,在噪声的影响比较大的情况下,对AIC信号处理修正进行了分析验证。实验结果表明,在高速ADC的量化范围内,当孔径参数一定且稀疏度(S)小于0.35时,AIC比ADC具有明显的优势;而在S大于0.35时,AIC受孔径影响较为严重,但经过修正,AIC仍然表现良好。文中的结果显示AIC极大地降低了系统对ADC的限制,具有更好的应用前景。关键词：信号处理;抖动噪声;孔径噪声;模拟信息转换;高速模数转换(ADC);压缩感知- 47
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发布时间：2020-08-13 -
X射线显微镜纳米CT旋转中心随机偏移的校正
摘要：为校正全场透射X射线显微镜纳米CT扫描过程中转台旋转中心发生的随机偏移,抑制其导致的重建伪影,提出了一种基于样品投影质心公式和最小二乘正弦拟合的校正技术。首先,对探测器采集的数据进行对数解调获得二维投影正弦图;根据样品投影质心公式,逐行计算样品在每个CT旋转采样视角的投影质心位置;接着,利用最小二乘拟合技术,求取样品投影质心正弦曲线;最后,根据拟合得到的正弦曲线计算出纳米CT旋转中心在每个视角下的偏移量,并带入到重建公式中,实现旋转中心校正。以Shepp-Logan模型开展了仿真分析,并利用直径为60μm的纳米-微米复合材料在北京同步辐射装置全场透射纳米CT系统上进行了实验验证。结果表明:经本文方法校正后,归一化均方根重建误差小于0.3412,较校正前降低82%。本文方法能精确求解出系统旋转中心在每个角度的随机偏移量,实现旋转中心随机偏移校正,抑制重建伪影。与现有方法比较,应用性更强。关键词：全场透射X射线显微镜;纳米CT;旋转中心;偏移校正;最小二乘拟合- 57
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发布时间：2020-08-13 -
基于面部图像的心率测量系统
摘要：研究了非接触式心率采集方法,设计了基于脸部图像处理的心率测量系统。利用该系统分两步完成了对人脸部分区域图像的视频采集和处理。第一步,对单幅图像进行处理。首先建立一个非彩色模型对原始图像进行颜色校正,去除光线带来的干扰;然后,利用直方图和脸部特征定位样本区域;在空间域和时间域上对图像进行增强,将窄带灰度输入值映射到宽带输出值,并将照射分量与反射分量分离,进一步去除光线照射不均带来的干扰;最后求出单幅图像的反射均值。第二步,采用小波变换和Hilbert算法对所有图像均值构成的曲线进行处理,消除波形的基线漂移,并使R波更容易被检测到,最后得到心率值。多条件下的实验结果表明:光线充足的情况下,测得的心率误差不大于8%;光线较差的情况下,心率误差不大于20%;基本上实现了通过采集人脸区域光线变化计算心率的功能要求。由于摄像头采集速率的限制,在满足信号完整性的情况下,系统的实时性为每5 s更新一次。关键词：人脸图像;图像处理;视频采集;心率采集;算法设计;反射均值;抗干扰设计- 31
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像质评价结合互信息在激光图像配准中的应用
摘要：为了获得运动目标的激光三维图像,建立了距离选通条件下的激光主动成像系统,提出了一种基于像质评价的激光图像互信息配准算法。介绍了基于距离选通的ICCD成像原理和成像系统。针对互信息算法,详细描述了配准的整个算法流程。最后针对运动目标距离选通成像过程中如何选择切片图像作为基准图像的问题,提出在配准之前引入像质评价标准,实现了基于像质评价的激光图像互信息配准算法。实验结果表明,在距离选通激光切片图像中,亮度、信噪比、平均梯度和边缘强度具有明显的区分度,可以此为标准选择出切片图像中质量较好的图像;基于像质评价的基准图像的选取能够有效减少错误配准,整个配准算法精度达到0.01 pixel。该算法兼顾了鲁棒性和精度,稳健性强,特别适合用于运动目标激光图像的配准。关键词：像质评价;运动目标;激光图像;图像配准;距离选通;互信息配准- 79
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发布时间：2020-08-13 -
虚拟现实投影匹配的单幅图像卡车体积测量
摘要：提出了一种单幅图像自动卡车体积测量方法,以降低卡车车厢体积的测量成本。该方法使用主动开关模型(ASM)算法定位目标特征点;利用卡车3D模型和相机的内部参数计算被测卡车所在地平面并建立目标成像的虚拟现实环境。然后,利用EPnP算法求解目标模型的初始位姿,并通过几何校正算法使卡车3D模型投影与被测卡车自动匹配。在地面方程和投影控制点匹配的约束下,本方法提出的虚拟现实环境中的卡车3D模型与被测卡车相同。最后,通过计算3D模型的体积得到了被测卡车的体积。实验结果表明:该方法通过单幅卡车图像即可自动测量出卡车的体积,系统结构简单,具有良好的实时性和可操作性,卡车车厢体积测量值和真实值的误差小于5%,很有实用价值。关键词：单幅图像;主动开关模型(ASM);EPnP算法;几何校正;虚拟现实;投影匹配;体积测量- 79
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发布时间：2020-08-13 -
用于多光谱影像完整性认证的感知哈希算法
摘要：提出一种综合多光谱影像各波段内容特征的感知哈希算法,以实现基于感知内容的多光谱影像完整性认证,并将认证的粒度精确到具体波段。首先,对多光谱影像进行预处理,根据各波段信息丰富程度的不同,选择不同的特征提取方式;然后,分别基于边缘提取算法和离散余弦变换(DCT)变换提取各波段内容特征;最后,对提取的特征进行压缩与归一化处理,得到多光谱影像的感知哈希序列。多光谱影像的认证过程则是通过比较待认证波段的感知哈希序列和原始感知哈希序列之间的差异来实现的。实验证明,该算法能够有效实现多光谱影像的完整性认证,并能够将篡改定位到具体的波段,克服了现有感知哈希算法没有顾及多光谱影像数据特征的缺陷,为多光谱影像的有效利用提供了保障。关键词：多光谱影像;遥感影像;感知哈希;完整性认证- 53
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发布时间：2020-08-13 -
基于差分进化P系统的多模态图像配准
摘要：利用膜计算的极大并行特点,提出一种在P系统框架下的多模态图像配准(DE-MCIR)算法。设计了一种细胞型P系统的膜结构,细胞膜中一个对象表示一组浮动图像变换参数。使用改进后的差分进化算法优化对象,并使用所设计的两种转运规则更新最优参数对象。最终,整个P系统的最优变换参数对象均保留在表层膜中。对卫星图像、红外与可见光等3类多模态图像进行了配准实验。结果显示:对于卫星图像配准实验,DE-MCIR的平均互信息值为1.4306,标准差为0.00341;对于红外与可见光等多模态卫星图像配准,DE-MCIR的平均互信息值为0.0402,标准差为0.00016;对于红外与可见光等多模态真实图像配准,DE-MCIR的平均互信息值为0.0125,标准差为0.00187。与基于遗传算法(GA)、粒子群优化算法(PSO)和PSO&Powell的图像配准算法相比,DE-MCIR算法显示了更好的优越性,不仅具有更好的全局寻优能力,还有更高的配准精度和更强的鲁棒性。关键词：差分进化算法;膜计算;多模态图像配准;变换参数;P系统- 37
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利用编码标志实现相机自动标定
摘要：针对三维立体标定靶标存在制作困难、成本较高,标定控制点的提取和识别需要人工干预等弱点,设计了一种以编码标志为控制点的双平面立体靶标,并将其用于相机的标定,以提高相机标定的自动化程度。该靶标将两个标定平面平行放置,相机能够同时以较小的视点观测,透视畸变小;通过编码标志能够实现标定靶标的自动识别,无需人工干预。实验结果表明:在光照条件和观测视角存在较大差异的情况下,能够实现标定靶标的可靠、正确识别,将该标定靶标用于立体相机的标定,重投影误差小于0.075 pixel,三坐标测量误差小于1 mm。该靶标减少了标定过程的复杂程度,具有一定的工程应用价值。关键词：标定靶标;编码标志;相机标定;视觉测量- 60
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基于Kinect数据主成分分析的人体动作识别
摘要：为了提高家庭环境下人体动作识别的效率和精度,提出并实现了基于Kinect数据主成分分析的动作识别方法。首先,通过Kinect采集人体动作特征描述的时间序列数据,并构造人体姿态描述向量;然后,运用主成分分析方法分析不同时间点的特征值的差异,获得重构的特征值,使得不同类型的动作之间有明显区别。同时减少了冗余和噪声,有利于动作的判断和识别。最后,依据重构的特征和最近邻原则,进行动作的识别分类。实验结果表明,该方法对简单的人体动作识别精度可达80%以上,单个样本识别时间分别是1.67 ms和3.93 ms,基本满足对人体动作识别的精度、抗干扰能力和实时性等要求。关键词：机器人;Kinect数据;动作识别;主成分分析(PCA)- 50
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基于两视点的任意虚拟视点图像合成
摘要：针对虚拟视点图像合成精度和任意虚拟视点的可移动范围受限问题,提出了一种基于两视点的任意虚拟视点图像合成方法。考虑各视点图像间的射影几何关系,对视点位置进行了合理布设,建立了简化坐标系模型,推导出了空间中任意虚拟视点图像与两输入视点图像上对应点之间的几何关系。对各视点图像进行了特征点提取、对应关系匹配、视图平行化、三角网格化、纹理粘贴、逆透视投影变换等处理,结合两输入视点与任意虚拟视点之间的位置比率参数,生成了任意虚拟视点图像。实验结果表明,本文方法既避免了繁杂的三维重建及相机强标定,又解决了传统View Morphing技术的虚拟视点移动范围局限问题,仅利用虚拟视点与两输入视点间的位置比率参数即可生成空间中没有不自然感的大范围任意移动的虚拟视点图像;即使输入视点图像无法完全平行化,本文方法依然合理有效,可进一步应用到多视点图像合成等领域。关键词：计算机视觉;虚拟视点;图像合成;射影几何;极几何;View Morphing- 54
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三级训练BP神经网络遥感图像超分辨重建
摘要：为了进一步提高遥感图像超分辨效果,降低超分辨重建时间,建立了一种三级训练BP神经网络(BP Neural Network, BPNN)超分辨重建方法,重点研究了网络训练样本的图像获取、输入输出样本的图像筛选、网络结构及训练算法的设计等。建立遥感图像退化模型,采用亚像素位移欠采样的方法获取网络训练样本;然后以方差比较法筛选出各级网络训练的输入/输出样本图像;最后,采用3组超分辨映射模式的遥感图像分别作为同一结构BPNN的输入/输出训练样本图像,连续进行3个周期的训练和学习,从而使图像尺寸映射模式和空间分辨率依次提高3次。仿真和泛化实验表明,三级训练BPNN较其他常见超分辨算法的峰值信噪比最高提高了6 dB左右,超分辨重建图像细节更丰富,重建时间大大降低,更适合遥感图像的实际应用。关键词：三级训练BP神经网络;遥感图像;图像重建;超分辨率- 48
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发布时间：2020-08-13 -
基于星敏感器的高精度星图模拟系统
摘要：设计了对星敏感器进行地面性能测试的星图模拟系统。根据技术指标,讨论了星图模拟的基本原理并确定了系统总体方案。建立了星图模拟方法流程,阐述了辅助视场标定、星等与亮度转换、坐标转换以及星图显示的基本原理和实现方法。针对传统的星等与亮度转换存在的问题,提出了线性亮度矫正和基于量测数据的非线性亮度矫正方法;针对光学系统畸变引起的星点位置偏差,建立了相应的模型,提出了光学畸变矫正方法。最后进行了静态与动态星图模拟,并设计了缩略图和外接显示器实现了同步双屏显示。采用FK5星表进行了实验仿真,结果表明,提出的系统能够准确模拟10.5°×7.5°视场内-4.6~6等星,星点位置畸变误差保持在0.017%以内。关键词：星敏感器;星图模拟;畸变校正;星等;坐标转换- 46
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发布时间：2020-08-13 -
无人机光学影像分区域加权平差拼接
摘要：针对无人机影像数量多、畸变大,在影像拼接过程中会产生大量累积误差的问题,对如何减少拼接过程中的误差累积进行了研究。首先,根据记录影像匹配过程中心点位置计算大致的匹配区域以减少匹配时间。接着,进行区域网概算,列出误差方程,并对不同地形特征区域赋予权值进行分区域加权平差。最后,利用无人机影像分别对本文方法和传统的直接拼接法进行实验。实验结果表明:本文提出的方法可使鬼影和错位现象减少12%,拼接效率提高15%,拼接后获得的面积扩大了8%。结果显示本文方法能从误差控制和效率上较好地完成无人机影像拼接。关键词：无人机;光学影像;分区域;加权平差;影像拼接- 52
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发布时间：2020-08-13 -
基于核主元分析和支持向量机的心拍识别
摘要：为了提高心拍识别的准确率,对心拍识别的分类算法进行了研究,提出基于核主元分析和支持向量机(KPCA-SVM)的心拍分类算法。该算法采用核函数对心拍的特征进行高维变换形成核矩阵;在高维空间下对心拍核矩阵进行主元分析,实现降维与去噪。最后,使用线性支持向量机分类器对降维和去噪后的核矩阵进行分类。为了评估提出算法的有效性,在MIT-BIH-AHA数据集上与核支持向量机及BP(Back Propagation)、径向基函数(RBF)、学习矢量量化(LÜQ)等神经网络方法展开对比。实验结果表明:核主元分析可以将核支持向量机的分类准确率提高1.16%,达到了95.98%,且识别准确率高于神经网络方法。得到的结果验证了提出的方法可以有效提高心拍识别的准确率。关键词：心电图;心拍识别;核主元分析;支持向量机- 54
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发布时间：2020-08-13 -
利用边缘直线特征的异源图像配准
摘要：针对异源异构图像中无法利用特征点进行图像匹配的问题,提出了一种基于直线的图像匹配方法。首先,检测出图像的边缘点并连接成曲线,利用多尺度策略提取边缘直线段;然后,根据空间接近性和相对显著性,将边缘直线段进行分组,每个组都被看作是直线的一个特征,称其为直线标签;最后,根据线段的几何形状计算线段之间的相似性,从而判断两个直线标签之间是否相似,并利用快速匹配算法进行匹配。类似于局部特征,直线特征具有鲁棒性,适用于视角的变化。与现有的局部特征匹配方法相比,本文的直线方法更适用于缺乏纹理,纹理不清晰,光照变化很大以及异源异构的场景图像。实验结果表明,本文的算法具有尺度不变性、旋转不变性以及光照不变性,能有效地解决无法用点特征匹配算法的场景图像之间的匹配,匹配精度在1 pixel以内。关键词：多源图像配准;边缘点;空间接近性;相对显著性;直线标签;直线特征- 38
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发布时间：2020-08-13 -
多特征相关的漂移扫描CCD星图目标识别
摘要：为了提高同步卫星定轨系统中卫星星图的目标识别精度,分析了漂移扫描CCD星图特征,提出了一种基于多特征相关的同步卫星目标识别算法。该算法利用形态学滤波抑制星图背景并消除背景的不均匀性;在星图背景均匀分布的基础上,分析局部区域的像素值、对比度和线性相关3种特征的相关度,基于相关度选取最佳阈值,根据最佳阈值分割同步卫星目标与恒星背景,提取目标像素,识别同步卫星目标。通过对同步卫星星图进行处理,结果表明,该方法能有效消除背景恒星对目标识别的影响,减少目标识别的误检率,精确识别同步卫星目标,满足同步卫星定轨的可靠性,稳定性与准确性要求。关键词：星图;目标识别;漂移扫描CCD;同步卫星目标提取;形态学滤波;多特征相关性- 62
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发布时间：2020-08-13 -
横向分区非均匀条纹生成算法
摘要：由于三维测量系统中投影仪倾斜投影横向均匀条纹时会在参考平面上产生双向畸变非均匀条纹,故本文提出了一种横向分区非均匀条纹生成方法以降低投影横向条纹测量误差。这种方法使用分区函数描述非均匀条纹像素-相位之间的关系。投影横向分区非均匀条纹时,能够在参考平面上得到周期分布均匀的条纹,从而改善相位展开结果中像素-相位之间的非线性关系,提高测量精度。对高度为50 mm的平面进行的仿真实验表明,投影该种非均匀条纹测量误差均值为0.4099 mm,均匀条纹测量误差均值为2.5235 mm。对高度为50 mm的球体进行的仿真实验表明,投影均匀条纹的测量结果对称度误差为3.1%~9.3%,而投影分区非均匀条纹时,对称度误差为0.03%~1.6%。得到的结果显示,提出的横向分区非均匀正弦条纹能够明显提高投影横向正弦条纹的测量精度。关键词：三维测量;光栅投影;横向分区非均匀条纹;像素-相位关系- 55
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发布时间：2020-08-13 -
基于仿射变换与均匀采样建模的目标跟踪
摘要：针对图像跟踪过程中目标发生的缩放、旋转以及斜切等几何变换,提出了基于仿射变换与均匀采样建模的目标跟踪方法。以粒子滤波算法为基本框架,使用6个仿射参数作为状态变量来预测目标可能发生的几何形变,并通过对仿射参数所表示的区域进行均匀采样实现对目标以及候选目标的建模。然后选用合适的相似性度量函数计算两组采样点之间的灰度差异以建立观测模型,从而得到状态变量的最优估计,实现目标的稳定跟踪。实验结果表明:视频序列的跟踪误差在10 pixel以内,优于传统目标跟踪方法以及其他基于仿射变换与特征建模的跟踪方法。该方法能够在复杂环境下稳定跟踪发生几何形变的目标。关键词：目标跟踪;仿射变换;均匀采样;粒子滤波;几何形变- 61
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发布时间：2020-08-13 -
高斯牛顿法图像配准的工件精确识别
摘要：为提高机器视觉系统对工件的识别精度,提出在工件图像匹配时加入高斯牛顿图像配准算法,以使工件的识别精度达到亚像素级。首先,构建模板和目标之间的刚体变换模型,建立模板图像和目标图像的相似度残差项,利用Sobel算子对待检测图像的x方向和y方向分别进行卷积运算得到待检测图像的差分图;然后,利用该差分图计算待检测图像的雅可比矩阵,应用双线型插值法计算模板进行刚性变化后的变换矩阵;最后,运用高斯牛顿法寻找到使变换矩阵和目标区域相似度残差项达到极小值点的亚像素目标位置,从而使工件目标的识别精度达到亚像素级。实验结果表明,该方法对工件的识别精度为0.1 pixel,角度均差为0.05°,满足了高精度识别工件的要求。关键词：机器视觉;图像配准;高斯牛顿法;工件;精确识别- 48
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发布时间：2020-08-13 -
显微镜镜头的圆弧表面缺陷检测
摘要：针对微型显微镜镜头存在的圆弧表面缺陷,提出了一套圆弧表面缺陷检测系统,以提高镜头的表面质量。在传统的图像边缘检测中,加入了图像预处理和边缘检测的方法,更好地实现了对目标的轮廓提取。然后,利用面向对象的VC++编程工具结合图像检测方法,对提取到的合格镜头和缺陷镜头同时进行图像处理,以找出缺陷镜头圆弧的瑕疵。最后,根据同时对合格镜头和缺陷镜头进行图像处理取得的结果,判断合格与缺陷镜头的差别,提取出缺陷镜头的圆弧表面特征轮廓。实验结果表明:设计的系统的像素精度为5.37μm,缺陷检测精度为96%,能够实现对微型显微镜镜头圆弧表面的边缘提取与检测。关键词：微型显微镜;镜头;圆弧表面缺陷;图像预处理;边缘检测;VC++- 77
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发布时间：2020-08-13 -
用于无人机地面站的三维场景增强感知方法
摘要：面向无人直升机的低空飞行、着陆和悬停,提出了一种用于无人机地面站的三维场景增强感知方法。针对复杂的低空环境,为三维场景的地形数据构建了多层次调用准则,以此增加三维场景的局部细节。然后,为障碍物数据库中的障碍物设计了三维保形符号,实现了对障碍物的增强感知;引入动态感知思想,设计了垂直剖面显示、路径指示以及能够实时提示飞行安全的保护符。最后,提出增强合成视景,实现了三维场景增强感知系统。选择低空进场和近地侦查两种应用进行了实验。结果表明,利用本文方法为地面站的三维场景显示提供增强感知,三维场景显示画面的帧率至少可达32 Hz。本文方法能够有效地简化三维场景的数据,降低场景信息的理解难度,提高障碍物的识别速度,有效地提升无人机操控人员的态势感知。关键词：态势感知;无人机地面站;三维场景;增强感知;三维保形符号- 63
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发布时间：2020-08-13 -
基于小波包和BP神经网络的周界入侵防御系统目标识别
摘要：在周界入侵防御系统中地面目标产生的地震动信号较为微弱,因此在进行目标识别时需对目标信号进行特征提取。本文研究了基于小波包和BP神经网络的周界入侵防御系统目标识别方法。首先,使用小波去噪对前端探测器采集到的目标运动信号进行信号预处理,通过小波包分析将信号进行分解重构,对重构后的信号进行特征提取获得目标信号的特征向量。然后,将目标特征向量作为BP神经网络的输入,对各种类型的目标特征进行学习训练。最后,应用训练完成的网络对目标进行在线识别。提取地震检波器在6种距离下各5组共30组数据进行目标识别实验验证,结果显示,网络的实际输出向量和网络的期望输出向量是一致的,目标识别准确率达到99%左右。结果表明本方法可以有效识别周界入侵防御系统的各种目标。关键词：入侵防御;目标识别;BP神经网络;小波包;地震信号- 46
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发布时间：2020-08-13 -
导航星光的预测及干扰
摘要：研究了星光折射间接敏感地平导航中捕获折射星光方向和分布的方法。为了能够准确捕获折射星,避免"失星"的出现,提出一种基于航天器轨道的折射星预测方法。该方法能够预测出航天器位于特定位置时可发生折射的星光方向,从而调整星敏感器姿态进行提前捕获。文中根据日月地-航天器的几何位置关系,研究分析了各天体干扰因素对折射星数量及分布的影响。仿真结果表明,通过范围预测可知折射星成带状分布在航天器轨道两侧,其数量与轨道高度密切相关,而通过准确预测方向可使航天器导航精度提高1倍。文章指出:日月地各天体干扰的影响会使航天器运行出现折射星导航空白段,导致导航误差迅速增大,在某些时刻瞬时径向位置误差可增大20倍,此种情况需要考虑应用其他星光导航方法辅助导航。本文提出的基于轨道的折射星光预测方法以及日月地对折射星光的干扰研究具有重要的工程应用价值。关键词：星光折射导航;导航折射星预测;星敏感器;日月地气光干扰;导航空白段- 46
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发布时间：2020-08-13
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