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2015 年 第 12 期
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基于渐开线原理的快速光学延迟线装置
摘要：为了提高光学延迟线装置的性能,基于渐开线原理设计了快速光学延迟线(FODL)装置。分析了渐开线的基本原理并建立了数学模型,推导了光学延迟线装置的延迟距离公式。对光束通过延迟线装置后的光斑畸变进行了理论与实验分析。最后,搭建迈克尔逊干涉系统,对延迟线装置的延迟线性度、延迟平稳性、延迟距离和扫描频率进行了实验验证。结果表明:对于快速光学延迟线装置,入射光斑的半径越小,旋转平面反射镜的旋转角度间隔越小,出射光束的光斑畸变越小。该装置的延迟距离为40.036 mm,延迟时间为133.453 ps,线性度误差为0.419%,平稳性误差为0.806%,扫描频率为20 Hz。与常用光学延迟线装置相比,该装置能够提供较大的延迟距离和较高的扫描频率,同时具有线性度好、平稳性好等优点, 满足快速光学延迟线的使用要求。关键词：光学延迟线装置;渐开线;线性度;延迟距离;扫描频率;光斑畸变- 66
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发布时间：2020-08-13 -
光栅-平面镜型可调式空间外差光谱仪
摘要：针对空间外差光谱技术测量光谱范围较窄(10 nm左右),制约其应用范围的问题,提出了一种光栅-平面镜结构的可调式空间外差光谱仪系统。该系统将传统的双平面光栅式空间外差光谱仪中的一块光栅换成平面镜,让另一块光栅可旋转来组成可调式结构; 通过旋转光栅切换测量波段,展宽其测量范围;对平面镜施加微小俯仰角以确保谱图还原的单值性;从而拓展了仪器的应用范围。搭建了原理样机并对其性能进行了实验验证。结果表明,设计的仪器的光谱范围达到了100 nm左右,分辨率优于0.29 nm。该仪器结构简单,光栅制作难度低,易于实现谱图还原。另外,通过增加光栅旋转切换次数和引入抑制杂光措施等手段,还可进一步展宽波段范围,提高系统光谱分辨率。关键词：空间外差光谱术;宽波段外差光谱术;光谱仪;高光谱分辨率;光栅色散;光栅-平面镜型- 75
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发布时间：2020-08-13 -
转镜式高速摄影机角跟踪精度的检测
摘要：为了提高转镜式高速摄影机测量弹丸运动轨迹的精度,本文通过合理假设和理论推导,依据弹丸外弹道飞行运动模型得到了弹丸飞行过程的数学模型。结合室内检测条件,设计了用于转镜式高速摄影机角跟踪精度的检测装置并分析了测试原理。用该设备实测了转镜式高速摄影机的角跟踪精度,并对检测装置的测量不确定度来源进行了分析。结果显示:被测转镜式高速摄影机的角跟踪精度为(0.34±0.06)°,检测装置的相对不确定度为3.0";不确定度来源主要为角度测量不确定度和焦距测量不确定度。实验结果表明,设计的检测装置具有较高的准确度和可靠性。关键词：角跟踪精度检测;转镜式高速摄影;测量不确定度;弹丸飞行- 55
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发布时间：2020-08-13 -
测量自聚焦光纤透镜聚焦常数的曲线拟合算法
摘要：提出了基于曲线拟合的光纤透镜聚焦常数的测试方法,用于超小自聚焦光纤探头研制过程中聚焦常数的直接测试。基于自聚焦光纤透镜模型及其折射率分布特征,研究了测量自聚焦光纤透镜聚焦常数的二次多项式拟合和线性化拟合算法。论述了聚焦常数对超小自聚焦光纤探针传光性能的影响。利用光纤端面折射率测试仪测试自聚焦光纤的折射率分布轮廓曲线,根据二次多项式拟合和线性化拟合算法分别求得聚焦常数和中心折射率。实验结果显示,利用二次多项式拟合算法和线性拟合算法求出的聚焦常数分别为5.587 mm-1和5.513 mm-1,与厂家的标称值5.5 mm-1基本吻合,表明曲线拟合算法适用于对自聚焦光纤透镜聚焦常数的测量与分析。关键词：自聚焦透镜;光纤透镜;微小光学探头;曲线拟合;聚焦常数- 49
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发布时间：2020-08-13 -
外腔调谐的全固态Cr:LiSAF激光器
摘要：由于调谐元件置于主腔外时,插入损耗影响小,可以扩展调谐范围, 本文采用外腔棱镜和光栅调谐结构研制了全固态Cr:LiSAF激光器。分析了外腔调谐结构的基本原理,分别选用棱镜和光栅作为调谐元件,研制了棱镜外腔调谐Cr:LiSAF激光器和光栅外腔调谐Cr:LiSAF激光器。分析对比了棱镜和光栅调谐的输出功率、光谱、调谐范围等特性以及镜片镀膜对输出特性的影响。进行了调谐实验, 结果显示:选用棱镜作为外腔调谐元件时,在325 mW的吸收泵浦功率下实现了785~985 nm的调谐,输出功率最高达21 mW。选用光栅作为调谐元件时,亦可实现785~985 nm的调谐,最大输出功率为20 mW,光谱的半峰全宽(FWHM)为0.12 nm。得到的结果表明外腔全固态Cr:LiSAF激光器可以实现窄线宽、宽谱调谐输出。关键词：固体激光器;调谐激光器;Cr:LiSAF;外腔调谐- 52
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发布时间：2020-08-13 -
红外傅里叶光谱仪的仪器线形函数及工程应用
摘要：提出了利用定量化的仪器线形函数对面阵傅里叶光谱仪像元进行光谱修正的方法。系统介绍了傅里叶光谱仪的仪器线形函数,结合仪器的自身特征建立了仪器线形函数模型,并利用MATLAB进行了仿真计算。通过理论计算给出了中心像元和边缘像元的激光光谱波峰之间的差值,其同实际值的相对误差均值仅为4.21%,修正后的边缘像元光谱准确度达到10-5量级。得到的结果从理论角度证明了利用仪器线形函数对面阵型傅里叶光谱仪进行光谱修正的有效性。最后从实际工程应用的角度出发,提出了针对面阵傅里叶光谱仪非中心像元光谱修正的方法。实验显示该方法具有很强的普适性,可在保证较高光谱准确度的基础上极大地提高光谱定标的效率,降低光谱定标的工作量。关键词：傅里叶光谱仪;仪器线形函数;光谱定标;光谱修正- 79
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发布时间：2020-08-13 -
成像光学系统的相对波像差梯度偏离值评价法
摘要：针对成像光学系统的波像差检测,提出了相对波像差梯度偏离值评价方法,用于直接表征波前的成像性能。给出了波像差梯度偏离值的定义,即为波前成像点与成像能量中心的偏离值。在此基础上定义相对波像差梯度偏离值为波像差梯度偏离值与艾里斑大小的比值, 并提出了相对波像差梯度偏离值评价方法。相对波像差梯度偏离值与波前口径、形状、焦距均无关,故文中提出用成像尺寸、成像集中度以及成像能量分布等多种方法进行相对波像差梯度偏离值评价。其中成像集中度和成像能量分布在不同的检测分辨率条件下的稳定性较好,分辨率每相差一倍产生的差异通常小于10%。根据出瞳位置的相对波像差梯度偏离值分布和像面位置的波像差梯度分布情况,可以方便地指导光学加工和系统装调。进行了相应的实验分析, 结果显示:相对波像差梯度偏离值评价方法可以用于制定波像差指标,进行波前质量控制。关键词：光学检测;成像光学系统;波像差评价;波像差梯度;相对梯度偏离值- 43
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发布时间：2020-08-13 -
基于闪耀光栅图形化实现高分辨率干涉光刻
摘要：为提高图形化干涉光刻质量,提出了基于闪耀光栅的图形化干涉光刻(PIIL)系统, 并对该系统所采用的光学原理和实现方法进行了研究。首先,分析了图形化干涉光刻系统的光场特性,阐述了其分辨率提升的原理。讨论了光学系统带宽和图案分布对光刻图形质量的影响,给出了图形质量控制的工艺方法。其次,提出了一种新型的图形化干涉光刻方法,该方法采用闪耀光栅作为衍射分光器件,实现了位相和振幅的一体化调制。采用数值计算方法模拟了闪耀光栅的衍射特性和像面光场分布,讨论了闪耀光栅的优化设计方法,获得了高达92.3%的±1级衍射效率。最后,基于数字微镜器件(DMD)和微缩成像光路设计开发了图形化干涉光刻系统,实验获得了像素化的点阵图形和质量明显改善的光刻图像,验证了该方法对任意图形的适用性。关键词：图形化干涉光刻;傅里叶光学;衍射效率;激光直写;数字微镜器件- 92
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发布时间：2020-08-13
现代应用光学
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静磁场对固液界面表面电荷性质的影响
摘要：考虑磁场对固液界面表面电荷性质的影响与微纳流体系统的流体阻力相关,本文采用原子力显微镜(AFM)研究了静磁场对去离子水黏度以及高硼硅玻璃-去离子水界面表面电荷性质的影响,并分析了静磁场对去离子水性质影响的机理。研究结果表明,将去离子水静置于磁场强度为0~0.6 T的静磁场下30 min时,去离子水的黏度随磁场强度的增加而减小,而高硼硅玻璃-磁化水界面的表面电荷密度随磁场强度的增加而增加;静磁场对去离子水性质影响的机理是磁场引起的去离子水内氢键以及氢氧键的断裂。研究结果同时表明,磁场可以有效地改变固液界面的表面电荷性质。本文的研究结果为利用磁场有效地控制微纳流体系统的流体阻力提供了可能。关键词：微纳流体系统;流体阻力;磁场;固液界面;表面电荷- 41
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发布时间：2020-08-13 -
时分复用数字闭环电容式微加速度计接口电路
摘要：为实现电容式微加速度计的数字输出闭环,设计了一种数字输出闭环ASIC(Application Specific Integrated Circuit)接口电路,以降低电路输出噪声并提高测量量程。对已有的电容式微加速度计ASIC电路进行 了改进,分时段在中间极板上加载差分电容读出信号和由脉宽调变(PWM)波控制的反馈信号,然后由控制器实现闭环,利用Sigma Delta调制器实现模数转换。通过分析差分电容读出电路和Sigma Delta调制器的原理和特性,建立了该数字输出闭环电容式微加速度计的模型,进行了系统的设计与仿真。实验结果表明,该数字输出闭环电容式微加速度计的噪声水平为9.6 μg/√Hz,量程为±3g。这些结果验证了时分复用方案的可行性和本文所提出模型的正确性。关键词：电容式微加速度计;数字闭环;接口电路;sigma delta调制器;时分复用- 59
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发布时间：2020-08-13 -
静止轨道光学遥感器的滤光轮机构
摘要：为实现静止轨道空间光学遥感器的多谱段成像,研究了光学系统特定谱段的多光谱成像的方法。对两种滤光模式进行了对比,选择透射式滤光方案进行不同谱段光线的切换。结合本项目光学系统的特点,确定了在光学系统中光线集中度较高的焦平面附近设置滤光轮机构的方案。通过对多种转动机构特点的比较,设计了一种基于正五棱锥台基座的新型滤光轮机构,该机构由滤光轮组件和滤光轮驱动机构两部分组成。介绍了滤光轮机构的组成和工作原理,最后,在环境模拟试验前后对滤光轮机构进行了综合性能测试。测试结果表明:该机构具有结构强度高、结构紧凑、精度高、稳定可靠等特点。试验前后滤光片面形精度RMS值均优于λ/30,机构转动精度优于25",机构自锁性能良好,满足复杂空间环境下光学遥感器多谱段成像的要求。关键词：静止轨道;光学遥感器;滤光片;滤光轮机构;正五棱锥台- 48
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发布时间：2020-08-13 -
机械控制式惯性压电旋转驱动器
摘要：以惯性压电旋转驱动器为研究对象,对比研究了非对称式惯性压电旋转驱动器和变摩擦力式惯性压电旋转驱动器的运动特性。分析了两种驱动器的工作原理,设计、制作了试验样机,搭建了测试系统并对两种压电旋转驱动器进行了对比试验测试。结果显示:在8 Hz方波电信号的激励下,非对称式压电驱动器的旋转步距大于变摩擦力式旋转驱动器;当驱动电压为100 V时,非对称式与变摩擦力式压电驱动器的回退率分别为73.19%、65.67%;在40 V、8 Hz的方波激励下,非对称式与变摩擦式压电驱动器的线性度残差平方和与重复性标准差分别为0.031、0.069与0.011、0.063。试验结果表明:与变摩擦力式驱动器相比,非对称式驱动器的输出步距及回退率更大,具有较高的线性度和重复性。关键词：惯性压电旋转驱动器;非对称式压电驱动器;变摩擦力式压电驱动器;运动特性- 55
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发布时间：2020-08-13 -
多工位组合电极电火花成形微凹槽结构
摘要：针对具有复杂微尺度凹槽结构的高硬度模具钢型腔难以加工的难题,提出了一种多工位组合电极电火花成形的新方法。以某种聚合物微流控芯片模具型腔为研究对象,选用NAK80模具钢为型腔材料,铜钨合金(W75%)为相应的微凸起结构电极材料并经由高速铣削加工。为降低加工难度及保障加工质量,对复杂微凸起结构进行分解,形成2组4工位组合电极;采用周铣、端铣交替进行的工艺使微凸起上表面的毛刺连续发生塑性变形从而减小和去除微凸起结构顶端的加工毛刺。最后, 利用制备好的多工位组合电极,采用变换工位代替更换电极的加工方式,通过精密电火花成形,依次完成粗、半精与精加工。结果表明:加工的凹槽侧壁与底面垂直度较好,宽度、高度误差在3 μm以内,根部圆角在15 μm以内,可以满足成型聚合物微流控芯片的使用要求。关键词：微凹槽结构;微尺度型腔;多工位组合电极;高速铣削;去毛刺;电火花成形- 46
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发布时间：2020-08-13 -
快速控制反射镜两轴柔性支撑平台刚度优化设计
摘要：基于椭圆弧柔性铰链兼顾了直梁型柔性铰链运动范围大和圆弧型柔性铰链运动精度高的特点,设计了基于椭圆弧柔性铰链的二维快速控制反射镜系统两轴柔性支撑平台。为使柔性支撑平台快速响应性好,即使其低阶固有频率最大化,对该柔性支撑平台进行了结构优化设计。理论推导了单个柔性铰链最大刚度与许用应力、转角和铰链参数的理论计算公式。然后,采用集总参数的分析方法,得出了两轴柔性支撑平台低阶最大固有频率的理论计算公式。由公式可知:在转动惯量一定的情况下,低阶固有频率最大化即为工作方向刚度最大化。最后,通过有限元仿真和实验检测验证了理论计算的准确性, 得到的结果显示:柔性支撑平台的最大固有频率和最大应力的理论值与仿真值的相对误差小于5%,平台工作刚度的理论值与仿真值、实测值的相对误差分别为3.86%和5.75%。仿真和实验结果表明:利用本文推导的理论公式进行柔性支撑平台刚度优化设计,既可以满足工程设计要求,又能省去繁杂的有限元计算。关键词：快速控制反射镜;椭圆弧柔性铰链;柔性支撑平台;刚度优化;固有频率- 60
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发布时间：2020-08-13 -
铌酸锂晶体的研磨亚表面损伤深度
摘要：针对光学材料研磨过程引入的亚表面损伤层(SSD)深度对工件的抛光工序效率和表面质量的影响,探索了光学材料在研磨过程中的亚表面损伤规律。采用角度抛光的方法测量了软脆材料铌酸锂(LN)晶体的损伤层深度,分析了研磨方式、磨粒粒径和研磨压力对工件亚表面损伤层的影响规律。结果表明:研磨方式对损伤缺陷的影响最为显著,相同研磨条件下游离磨料研磨后的损伤层深度约为固结磨料研磨的3~4倍,游离磨料研磨后工件亚表面存在多处圆弧形裂纹,固结磨料研磨后主要显现细小裂纹和“人”字型裂纹;当磨粒粒径从W28下降到W14后,游离研磨的亚表面损伤层深度下降至原来的45%,而固结研磨的损伤层深度下降至30%;另外,研磨压力的降低有利于减小工件的亚表面损伤。该研究对LN晶体研磨方式及研磨工艺的选择具有指导意义。关键词：软脆晶体;铌酸锂晶体;固结磨料研磨;磨粒粒径;亚表面损伤深度- 58
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发布时间：2020-08-13 -
航天密封圈智能测量与检测系统的集成
摘要：为了实现航天用O形密封圈的智能化全自动测量与检测,建立了双工位智能测量与检测系统,研究了大量程测量与曲面缺陷检测系统集成方案以及测量路径自主规划技术。首先,针对O形圈的柔性结构、曲面外形以及内径与截面直径之比跨度大的特点,提出基于多视场协同的双工位智能测量与检测方案,介绍了系统集成方法及其工作原理。然后,根据密封圈在大视场中的全景图信息及检测路径规划基本准则,导出了通用的小视场图像采集路径计算方法。最后,建立了密封圈检测路径的物理坐标与大视场图像坐标的映射关系,实现了系统的智能化全自动检测。实验结果表明:本集成方案能够对外形尺寸为Φ5.4~Φ140 mm的O形圈进行智能化自主测量与检测,实际检测路径的位置与理想位置之间的平均误差为0.086 mm;与手工测量和检测相比,效率提高了20倍以上,能够满足航天用精密密封圈的智能、高效、全自动测量与检测要求。关键词：密封圈;航天系统密封;智能测量;智能检测;自动测量- 73
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发布时间：2020-08-13 -
利用离子风实现后吸式进样与电离集成的离子源
摘要：针对现用离子源工作时需外接庞大复杂的供气装置,不利于便携的不足,提出了一种基于离子风的敞开式离子源和微型气泵集成系统。设计了一种新型阵列式针-柱放电电极结构,其可以在大气压下实现敞开式离子源和微型气泵双重功能。选用0～-20 000 V的负直流高压供电电源,10 mm的针-柱间距,分别对单排针-单柱,单排针-双柱,双排针-双柱3种放电电极结构进行电晕放电,并采用testo 405-V1风速计进行风速测量。结果表明,双排针-双柱产生的风速最大。采用COMSOL多物理场仿真软件对3种电极结构进行离子风仿真,并与实验结果对比,结果吻合良好。以双排针-双柱电极结构进行了离子源和微型气泵集成系统实验。结果显示:该结构放电产生的离子风最大为2.11 m/s,可以将装置后端处的乙酸样品吸入;电离产生的最大电流信号为-10 nA左右,表明该装置实现了电离功能。本文所设计的离子源和微型气泵集成系统,实现了后吸式进样并电离,省去了庞大复杂的供气装置,有望应用于便携式分析仪器中。关键词：离子源;微型气泵;离子风;后吸式进样;电离- 61
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发布时间：2020-08-13 -
离轴三反系统的无应力装调
摘要：为了解决离轴三反光学系统装调过程中由于连接、紧固、温度变化等产生的应力导致反射镜面形和系统像质恶化的问题,提出了无应力结构设计和装调方法。采用内外框结合的方法设计反射镜组件,同时设置柔性变形环节,增加应力源与镜面间传递距离来削弱应力对反射镜面形的影响。系统框架采用非固定的定位方式,使用3个高精度钢球和相应的锥形孔、V型槽和平面底座约束框架的六自由度,通过两个基准立方镜和莱卡经纬仪监视框架的微位移,数显千分表监视反射镜六维调整架的移动和复位。经初装调和计算机辅助精装调后,系统全视场平均波像差均方根(RMS)值达到0.068λ;修垫、连接后为0.070λ,在奈奎斯特频率处的全视场平均调制传递函数(MTF)为0.720,均满足设计指标,得到的结果证明了装调方法的可行性。关键词：离轴三反系统;无应力装调;计算机辅助装调;波像差- 93
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发布时间：2020-08-13 -
基于正交与插值算法的精密抛光平台综合误差建模与补偿
摘要：为了提高四轴抛光平台的加工精度,本文针对以气浮平台和旋转台为主要运动方式的四轴抛光平台进行了几何与热综合误差建模与补偿研究。采用激光干涉仪、温度传感器等测量仪器分别对平台X、Z轴在不同温度下的定位误差进行重复测量与分析,证实了不同进给速度对定位误差没有显著影响。得到了四轴抛光平台X、Z轴的定位误差与温度之间的变化规律。基于正交多项式和插值算法分别建立了X、Z轴的几何与热综合误差模型。根据综合误差模型计算出预测数据曲线,并分别对X、Z轴的7组实验数据进行了数据拟合,拟合残差绝对值均不超过0.2 μm。依据预测数据进行了补偿实验。 结果显示,补偿后四轴抛光平台在常温下、温升(60 min)下和稳态下的Z轴定位误差分别降低了93.05%、92.45%、85.71%,X轴定位误差分别降低了89.28%、93.59%、93.33%。实验结果证明本文所提出的综合模型及补偿方法精度高,鲁棒性好。关键词：抛光机床;正交多项式;插值算法;综合误差模型;误差补偿- 53
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发布时间：2020-08-13 -
基于振动相对量法的齿轮敲击振动辨识
摘要：整车转毂振动测试中测得的手动变速器箱体振动信号包含了多种部件的振动信号,传统方法无法从测试信号中直接获取齿轮敲击振动信号,故无法定量评价齿轮敲击振动水平。本文提出了运用敲击振动相对量来辨识齿轮敲击振动的方法。该方法首先对箱体振动信号进行人耳特性滤波,然后进行回归和平滑处理获得稳态振动信号。将滤波后的振动信号减去稳态振动信号,得到的振动相对量即为非承载齿轮对的瞬态敲击振动信号, 最终可辨识出齿轮敲击振动的发生时刻、频率范围和水平。在实车试验中,采用该方法在3.5 s的测试时间内,识别出振动相对量最大的134个齿轮敲击振动信号,其发生时刻与敲击振动信号回放得到的134个敲击噪声发生时刻完全相同,辨识结果与人的主观感受一致,即准确辨识出了齿轮敲击振动。得到的辨识结果可用于定量评价齿轮敲击振动水平,校核理论模型的正确性,研究不同参数对齿轮敲击振动水平的影响规律,找出关键影响因素并优化处理,从而改善齿轮敲击性能。关键词：齿轮敲击;齿轮敲击振动辨识;敲击振动相对量法;手动变速器- 43
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发布时间：2020-08-13
微纳技术与精密机械
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神经网络分数阶PIμDλ在压电叠堆控制中的应用
摘要：为了克服压电叠堆的迟滞特性,实现压电叠堆的精确控制,建立了压电叠堆控制系统, 研究了该系统所用到的神经网络、分数阶微积分等算法。首先,搭建了采集压电叠堆位移数据的硬件系统,并对含有噪声的位移数据进行了滤波处理;利用 径向基函数(RBF)神经网络对压电叠堆建模,得到了模型参数。然后,利用RBF神经网络建模得到的Jacobain信息来整定分数阶PIμDλ控制器中的参数对压电叠堆进行控制。最后,与RBF整数阶PID对压电叠堆的控制效果进行了对比。结果显示:RBF建模误差仅为位移实测数据的0.22%,RBF神经网络分数阶PIμDλ控制系统输出稳定,很好地跟随了给定。得到的结果表明RBF神经网络分数阶PIμDλ控制器控制性能良好,在压电叠堆的控制中比RBF整数阶PID控制器表现得更加稳定、精确。关键词：压电叠堆;迟滞特性;径向基函数(RBF)神经网络;分数阶PIμDλ- 36
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采用多伯努利滤波器的过采样点目标检测前跟踪
摘要：为了提高过采样体制下点目标的探测能力,提出了基于多伯努利滤波器的过采样点目标检测前跟踪方法。分析了时空过采样体制的成像过程,给出了时空过采样体制下的点目标成像模型,并将过采样观测过程等效建模为多个单采样线阵同时观测的过程。利用提出的模型,将单采样条件下的图像处理方法自然地扩展到过采样条件下。然后,根据等效观测模型,给出了针对过采样点目标的多伯努利预测和更新过程,并用序贯蒙特卡罗的方式实现了该检测前跟踪方法。最后,通过仿真实验验证了本文算法的有效性。实验结果表明:本文提出的方法能够在图像信噪比≥3的条件下,有效检测和跟踪过采样体制下的多个点目标,目标估计误差≤0.25 pixel;与单采样检测前跟踪相比,过采样检测前跟踪能够探测目标能量更弱的小目标。因此,本文方法能够满足高精度天基点目标检测跟踪的需求。关键词：时空过采样系统;点目标;检测前跟踪;多伯努利滤波器;序贯蒙特卡罗法- 71
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抑制寄生波纹的红外图像降晰函数辨识算法
摘要：提出了一种针对军事目标红外模糊图像复原的降晰函数辨识算法。该算法根据气动光学效应形成湍流流场的机理建立相应的模型,将点扩展函数简化为可用参数描述的高斯函数形式;利用红外图像的边缘梯度变化特性提出边缘清晰度改善量,并作为降晰函数参数辨识的评价标准,清晰度改善量取最大值时对应的参数就是观测图像的最佳降晰函数参数;针对复原过程中可能出现的振铃效应,运用细节规整化思想衍生的加权空间复原算法,自适应地抑制寄生波纹的产生。实验验证表明,本文方法能有效地复原红外模糊图像,且对降晰函数的辨识准确率高,相对误差可以降低至4.5%左右。另外,抑制振铃寄生波纹效果良好。复原后图像在各项质量评价指标上都有很大提高,峰值信噪比提高量超过9.4 dB,综合评价指数ImageQ提高了20以上。关键词：气动光学效应;红外模糊图像;降晰函数辨识;自适应复原;寄生波纹抑制;振铃效应- 48
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彩色融合图像的质量主观评价
摘要：考虑人眼主观评价在彩色融合图像质量评价中的重要作用,设计了52人的彩色融合图像质量主观评价实验。 采用“目标背景的感知对比度”,“清晰度”,“颜色协调性”,“颜色自然感”4个单一评价指标以及“基于目标探测的图像感知质量”,“基于场景理解的图像感知质量”2个综合评价指标对绿地、海天和城镇3类典型场景、8种融合算法获得的240幅彩色融合图像进行了主观评价,并依此进行指标分值归整及相关性分析,建立了2个综合指标的预测模型。实验结果表明:彩色融合图像的“颜色协调性”和“颜色自然感”有较高的相关性;基于目标探测的图像感知质量可用“目标背景的感知对比度”和“清晰度”来描述,基于场景理解的图像感知质量可用“颜色协调性”和“清晰度”来描述。但是对于不同的场景,每个指标的影响效果不同,所以预测模型中的权重系数不同。关键词：彩色融合图像;主观评价;主观评价指标;综合指标预测模型;分值归整及相关性分析- 51
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发布时间：2020-08-13 -
引入梯度分布特征的图像背景杂波度量
摘要：为提高图像背景杂波度量法对目标获取性能的预测精度,本文基于人眼视觉对物体边缘敏感的视觉特性,将区域梯度分布作为新的结构特征,提出了引入梯度分布特征的图像背景杂波度量法。首先,采用梯度方向直方图表征目标结构特征,选用巴氏系数度量图像目标和背景杂波在两个梯度方向直方图的相似性 ;然后,将基于图像结构相似性度量方法得到的结构相似性信息进行加权;最后采用D.L.Wilson提出的目标获取性能模型作为目标探测概率、虚警概率和搜索时间的预测模型对Search_2 数据库中的目标进行了获取性能预测。结果显示,提出的图像杂波度量法提高了目标获取性能模型的预测精度,得到的线性相关系数分别为0.870、0.845、0.897,均方根误差分别为0.0569、0.0469、2.129,与实际观察者获得的一致性较高,且没有明显的野点,预测性能明显优于现有其他杂波度量方法。关键词：背景杂波度量;结构特征;梯度方向直方图;目标获取- 57
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发布时间：2020-08-13 -
基于直线检测的棋盘格角点自动提取
摘要：针对现有棋盘格角点自动提取算法鲁棒性不足的缺点,提出了使用直线检测算法(LSD)来进行角点的自动提取。首先,使用LSD算法对标定图像进行处理,得出包含棋盘格子边缘的所有直线,并分别对所得直线的长度和角度进行伪排序以去除伪格子边缘。然后,对剩余直线的边缘端点进行近邻合并,得到角点的初始坐标并进行亚像素优化。最后,使用能量法对角点进行棋盘格结构复原与排序。实验结果显示:该方法可以正确提取含有阴影和噪声的玻璃材质标定板图像中的角点。与改进的Harris方法的角点坐标提取精度对比试验得到其最大偏差小于0.2 pixel,平均偏差小于0.15 pixel, 表明该方法具有较高的鲁棒性且定位精度与改进的Harris方法相当,可用于工程实际中环境光源变化较大的场合。关键词：直线检测;棋盘格;角点检测;鲁棒性;自动提取- 95
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发布时间：2020-08-13 -
非凸高阶全变差正则化自然光学图像盲复原
摘要：受噪声和图像边缘结构信息的影响,传统的图像盲复原方法易出现“振铃”、“拖尾”、“阶梯”等现象。为解决上述问题,本文利用图像的后验信息、点扩散函数(PSF)的稀疏性以及l1, l2两类范数在约束中的不同作用,提出了一种更一般的非凸高阶全变差正则化自然光学图像盲复原模型。针对提出模型的非凸优化问题,在数值求解过程中对模型的范数结构进行改进,引入Split-Bregman权值迭代方法,提高了计算精度。对人工模拟退化图像和真实图像进行了实验测试。结果表明,提出的方法能够对多种退化类型的图像进行有效复原,复原后的图像边缘保持良好,细节和纹理的处理都优于最近文献提出的模型。客观评价结果显示,相比最近文献的模型,提出模型的峰值信噪比最大可以提高2.08 dB,信息熵值最大可以提高1.14个单位。关键词：自然光学图像;图像盲复原;点扩散函数;正则化;全变差;分裂布雷格曼- 92
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发布时间：2020-08-13 -
无人机机载侦察视频的高效视频码率控制
摘要：提出了一种基于缓冲区状态及梯度算子的低延时高效视频码(HEVC)率控制方法,以解决现有的码率控制算法在无人机机载侦察系统中因比特分配不当引起的视频质量较差的问题。首先,利用剩余比特及缓冲区状态预分配帧层目标比特;然后,以视频中每帧各最大编码单元(LCU)的时空复杂度作为权重,预分配各LCU的目标比特;最后,通过R-λ模型获得目标比特下的编码参数,实现视频压缩编码,并完成模型参数更新。实验结果表明:在8 Mbps的带宽下,提出的算法使码率控制误差缩小到HM16.0的2/5,视频中图像质量波动范围降低到HM16.0的1/4以内。提出的方法有效抑制了帧间比特消耗波动,使得缓冲区占用量能在小范围内平稳波动,图像主观质量也得到了改善,更好地满足了机载侦察系统低延时的应用需求。关键词：无人机侦察系统;机载视频;视频压缩编码;HEVC码率控制;R-λ模型;比特分配- 86
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发布时间：2020-08-13 -
利用局部方向微分向量一致性的角点检测
摘要：在边缘轮廓提取的基础上,提出了一种利用局部方向微分向量一致性的角点检测算法以消除边缘噪声对角点检测产生的不利影响。该算法提取图像的边缘轮廓来降低算法计算量;利用各向异性高斯方向导数(ANDD)滤波器提取每个像素处的方向微分向量并进行幂次变换,以增强向量的各向异性;进而利用相邻像素的方向微分向量构建一致性测度。最后,对同一轮廓上的一致性测度进行均值归一化,得到最终角点测度。实验显示,提出算法的平均角点定位误差为1.52 pixel,与对比算法接近;检测准确率分别比点到弦距离累积(CPDA)法、相对局部曲率(He&Yung)法提高了58%和5.5%,与归一化残余面积(RA)算法相等,同时角点错检率比He&Yung和RA少25.5%和21.6%。提出的算法能准确地检测出真实角点,并具有更小的错误检测率,更高的角点重复率,而且对边缘噪声十分鲁棒。关键词：计算机视觉;角点检测;各向异性高斯方向导数;边缘轮廓;向量一致性- 59
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发布时间：2020-08-13
信息科学
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