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最新刊期
2017 年 第 3 期
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基于激光扫描的密集泡状流三维重建与优化
摘要：为测量密集气液泡状流的流动形态及参数，建立了基于激光扫描的三维可视化测量系统。采用片状激光结合旋转正多边形棱镜实现对流场的光学扫描，高速摄像机采集扫描切片图像，首先对图像进行预处理。针对扫描成像中产生的切片重复曝光问题，提出二阶微分平均卷积优化算法，该方法不仅可以有效提取多切片图像中重复曝光的特征点，而且可以去除冗余及噪声信息。实验结果表明，针对分散相遮挡的密集泡状流，基于激光扫描可完整重建其三维结构，二阶微分优化算法可以有效降低重建畸变影响，重建后体积含气率的相对误差优于6%。激光扫描方法非侵入、重建精度高，具有传统方法不可比拟的优势。关键词：光学三维测量;激光扫描;密集泡状流;三维重建;模板卷积;含气率- 114
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发布时间：2020-07-07 -
降钙素原胶体金试纸条显色分析仪
摘要：为了实现降钙素原浓度的定量测量，设计了基于树莓派的CMOS图像传感器胶体金试纸条显色分析仪，对胶体金试纸条拍照获取试纸显色反应的图像颜色特征量。首先，根据降钙素原胶体金试纸条的显色特性对CMOS传感器进行合理的白平衡校正，使CMOS传感器具有较好的色彩还原性。然后，为解决不同设备间颜色管理的差异，通过对NCS标准色卡拍照，利用多项式回归法建立了图像传感器RGB空间到XYZ空间的模型，并对仪器进行了颜色特性化校正。最后，针对试纸显色不均匀的问题，经过图像处理后，选择显色区域内具有代表性的像素点建立图像颜色特征量与样本浓度值的数学模型，实现了待测样本浓度的精确测量。实验结果表明，该胶体金试纸条显色分析仪的精度可达93.8%，重复测量误差小于1.5%，有效测量范围为0.1~35 ng/mL。该分析仪成本低、测量速度快，具有一定的应用价值。关键词：色度分析;胶体金;颜色空间;多项式回归;降钙素;浓度测量- 101
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发布时间：2020-07-07 -
远距离语音的激光相干获取及增强
摘要：基于激光相干探测理论建立了全光纤激光相干测振系统，并结合维纳语音增强技术实现了远距离、高质量语音信号的获取。首先，介绍了该系统的检测原理及光纤器件特性，搭建了全光纤激光相干测振实验系统检测发音者咽喉振动，从而实现远距离语音信号的获取。由于直接获取的语音信号受到严重的噪声干扰，采用基于最小控制递归平均算法估计噪声的维纳滤波来抑制噪声，提高语音质量。实验结果显示：激光相干测振系统可有效获取70 m内的语音信号（检测喉咙振动还原语音）；语音增强技术可有效抑制噪声，将信噪比提高5 dB，并增强语音的清晰度。由此表明，该系统具备获取远距离、高质量语音信号的能力。关键词：激光相干测振;语音获取;语音增强;维纳滤波- 99
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发布时间：2020-07-07 -
数字全息术用于光学元件表面缺陷形貌测量
摘要：利用像面数字全息显微术对光学元件表面缺陷的三维形貌测量进行了理论及实验研究。设计并搭建了相应光路系统记录全息图，采用角谱算法数值重建物光场，通过相位修正消除了系统误差引入的波前畸变，获得了经过待测光学元件表面缺陷调制的物光相位分布，并根据建立的相位分布与表面缺陷面形的关系模型计算得到缺陷三维形貌。实验以多个划痕和麻点等常见表面缺陷作为测量对象，分别获得了它们的三维形貌，以其中一条实际宽度为35 μm、深度为270 nm的划痕为例，测量得到该划痕的宽度为35.21 μm，平均深度为267.6 nm，与真实值相比，横向测量误差为0.6%，纵向测量误差为0.9%。实验结果证实该测量方法是有效、可靠的，能够准确测量光学元件表面缺陷的三维形貌，因而有助于判断光学元件损伤程度以及分析缺陷对系统波前的影响，对保障高功率激光装置的安全正常运行有重要意义。关键词：数字全息显微术;三维形貌测量;光学元件;表面缺陷;相位修正- 90
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发布时间：2020-07-07 -
便携式上转换荧光试纸条检测仪的研制
摘要：为了实现对上转换荧光试纸条的定量检测，研制了便携式上转换荧光试纸条检测仪，并通过实际测试验证了仪器的主要性能。首先，介绍了上转换荧光技术以及上转换荧光试纸条的测试原理，描述了以光学扫描检测系统和电路系统为核心的便携式荧光试纸条检测仪的设计方案，能够将试纸条的荧光信号转变为电信号并进行处理；然后，基于设计方案研制了检测仪样机，并对实际检测试纸条采集到的信号进行优化；最后，对检测仪的性能进行了测试。测试结果表明：仪器稳定、重复性好，样本检测标准差小于0.004；线性响应特性良好，拟合出的浓度标准曲线决定系数为0.996 3。该检测仪结构精巧、功耗低、性能良好，很好地满足了上转换荧光试纸条定量检测的需求。关键词：上转换荧光技术;光学扫描;标准曲线拟合;定量检测;低功耗- 89
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发布时间：2020-07-07 -
发光染料罗丹明B的荧光传感特性
摘要：本文对有机染料罗丹明B（RhB）的荧光光谱受温度、应力以及pH值等物理或化学量的影响进行了研究。实验采用波长为405 nm的激光激发RhB/H610胶黏剂复合材料或RhB水溶液，得到其荧光发射谱，用谱峰频移及新型表征方法“谱带重心频移法”分析了环境参数对谱带位置的影响，并通过线性拟合得到了RhB荧光谱带重心λB传感温度、压应力以及pH值的传感方程。结果表明，谱带重心频移法有效抑制了光强涨落的白噪声，能够显著提高传感的精度和稳定性。在测量范围中间值附近，重心法对温度、压应力以及pH值传感的相对灵敏度分别为0.026%/℃，0.09%/MPa和0.34%。由于RhB具有很高的发光效率和优异的生物相容性，因此基于RhB荧光的传感方法在生物体系的检测表征方面具有较高的应用价值。关键词：荧光传感;罗丹明B;频移;温度;应力;pH值- 75
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发布时间：2020-07-07 -
基于薄膜退火的MoS2/SiO2/Si异质结太阳能电池光伏性能提高
摘要：为了制备高效的MoSi/SiO2/Si异质结太阳能电池，利用磁控溅射技术制备MoS2薄膜，并在硫气氛下对MoS2薄膜进行退火处理。分别用退火和未退火的MoS2薄膜制备MoS2/SiO2/Si异质结太阳能电池，研究了退火对MoS2薄膜的微观结构和MoS2/SiO2/Si异质结太阳能电池光电性能的影响。实验结果显示，相比于未退火的，经过退火处理的MoS2薄膜的拉曼峰半高宽（FWHM）变窄，峰强增强，显微荧光光谱中也出现明显的激子发光峰。由此表明，退火处理使MoS2薄膜由非晶向晶态转变，薄膜的体缺陷减少，异质结太阳能电池的开路电压和填充因子得到提升，器件转换效率从0.94%提高到1.66%。不同光照强度下的J-V测量和暗态的J-V测量结果表明，经退火处理的MoS2薄膜的异质结太阳能电池具有较高的收集电压和更接近于1的理想因子，这归因于退火导致MoS2薄膜的体缺陷的减少，近而降低了MoS2/ SiO2/Si异质结太阳能电池器件的体缺陷复合。关键词：太阳能电池;MoS2薄膜;退火;光伏性能- 85
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发布时间：2020-07-07 -
角膜地形图仪中Placido盘及投射照明系统的设计与实现
摘要：为了实现检测角膜的表面形貌，设计了基于Placido盘的角膜地形图仪投射照明系统。首先，根据人眼的明视觉光谱光视效率、CCD元件光谱响应曲线以及仪器对面光源照度与发光均匀性的要求，进行了LED背光源设计。其次，根据角膜地形图仪检测原理，比较了球形和椭球形Placido盘的利弊，在背光源照明下分析了这两种面型Placido盘的光照情况。分析显示，椭球形Placido盘的最大辐照度优于球形盘。采用反向逆推法建立数学模型，利用Matlab软件求解确定了盘上黑白条纹环的分布。最后，根据上述设计参数进行了Placido盘加工，搭建了投影照明实验装置，并利用标准模型眼对所获得的投射照明系统进行检测。实验结果表明：在主波长为625 nm的AlGalnP红色LED面光源照明的情况下，采用所设计的24环椭球型Placido盘成像到CCD上的黑白条纹环满足等间隔均匀分布的要求，检测精度可达到0.05 m-1，较好地满足了角膜地形图仪对投射照明系统的高对比度、高精度的要求。关键词：角膜地形图仪;投射照明系统;Placido盘;LED背光源- 131
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发布时间：2020-07-07 -
生物组织的太赫兹数字全息成像
摘要：太赫兹辐射具有低光子能量和较高的透射性，并对水分子等极性物质反应敏感，因此太赫兹数字全息成像法可以快速准确地获取生物组织信息。本文利用太赫兹数字全息成像系统对猪肉和羊肉组织切片进行测量，采用菲涅耳反衍射方法对实验结果进行优化，选取0.9 THz分量的振幅图像进行分析。通过计算组织的吸光度获取0.9 THz吸光度图像。实验结果显示，肌肉组织的吸光度均在8 cm-1以上，脂肪组织的吸光度不超过4 cm-1。采用主成分分析方法获得吸光度得分图并进行重建，从重建结果中可以清晰区分生物组织的不同区域。由此表明，太赫兹数字全息成像技术能够直接获取生物组织的二维信息，探测时间短、效率高，在生物检测领域具有广阔的应用前景。关键词：数字全息成像;太赫兹成像;生物组织;吸光度- 74
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发布时间：2020-07-07 -
点云频域配准的双目双线结构光列车轮对检测
摘要：针对单线结构光测量因范围有限以及遮挡等原因而无法检测整个车轮的轮缘及踏面的问题，提出了一种列车轮对双目双线结构光检测方法。该方法采用两组双线结构光传感器进行测量和数据采集。在两传感器产生的点云进行配准的过程中使用截面点云数据还原点云矩阵，然后对其进行傅里叶变换，在计算旋转角度时先进行极坐标转换，最后求取两矩阵的互功率谱，从而得到点云的旋转和平移矩阵。在此过程中考虑到点云噪声的存在，将辛格函数近似代替无噪声的互功率谱傅里叶反变换，从而确定在频域配准时噪声对配准参数的确定并无影响。接着采用相对值比较的算法和主成分分析拟合基准平面，对轮对直径方向进行标定。利用标定值对扫描数据进行处理，得出包括车轮直径、车轮滚动圆径向跳动等对尺寸参数。实验表明：点云频域配准的双目双线轮对检测技术对车轮直径的测量尺寸误差≤±0.05 mm，车轮端跳的测量误差≤±0.06 mm，车轮径跳的测量误差≤0.04 mm。与标准轮对检测数据相比可知，该系统满足轮对检测精度的要求。关键词：非接触测量;结构光;轮对检测;双目双线;点云频域配准- 71
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发布时间：2020-07-07 -
球形金纳米颗粒的消光特性及不同折射率环境下的共振波长
摘要：为了研究球形Au纳米颗粒的消光特性及共振波长与环境折射率的关系，采用Mie理论计算了直径为20，40，60和80 nm的球形Au纳米颗粒在不同折射率的介质环境中的消光谱，并利用消光法实验测量了这4种粒径的Au纳米颗粒在不同浓度糖水中的吸光度，取得了糖水介质环境的折射率与浓度之间的关系及其色散规律，以及Au纳米颗粒的消光系数及共振波长随环境折射率变化的数据。结果表明，介质环境糖水浓度一定时，Au颗粒半径增大，消光峰值红移；颗粒半径一定时，周围介质环境糖水浓度增大，消光峰值红移；Au纳米颗粒的共振波长与糖水浓度呈线性关系，20，40，60，80 nm的Au纳米颗粒对应的线性斜率分别为0.106 0，0.135 5，0.193 8，0.265 8，斜率随粒径尺寸的增大而增大。该结论为探索纳米颗粒的折射率敏感性奠定了基础。关键词：纳米颗粒;散射;消光法;色散;吸光度- 127
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发布时间：2020-07-07
现代应用光学
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KDP晶体支撑系统工作姿态确定
摘要：为了确定一个KDP晶体支撑系统的合理工作姿态，研究了工作姿态对支撑系统变形、KDP晶体偏转和激光束入射角的影响。首先，提出了关键刚度分量的概念，并采用这一概念对不同工作姿态时支撑系统在重力作用下的变形进行了理论分析。其次，采用有限元方法计算了重力作用下支撑系统的变形，以及由此引起KDP晶体的偏转和激光束入射角的变化。最后，对不同工作姿态时支撑系统的变形、KDP晶体的偏转和激光束入射角的变化进行比较，并分析了关键刚度分量的影响。数值计算结果表明，受关键刚度分量的影响，不同工作姿态下支撑系统的变形、引起KDP晶体的偏转和激光束入射角的变化不同。支撑系统为最优工作姿态时，激光束入射角的变化达到最小值76μrad。这一结果满足KDP晶体支撑系工作姿态确定的相关要求。关键词：惯性约束聚变;KDP晶体;支撑系统;工作姿态;关键刚度分量;变形- 94
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发布时间：2020-07-07 -
CO2探测仪反射镜组件设计
摘要：为了降低重力、力学试验、发射条件以及因材料线胀系数差异导致的热变形对CO2探测仪反射镜面形产生的影响，从反射镜组件材料选择、结构设计和配合方式几个方面进行了分析。采用SiC材料制作反射镜，结合反射镜的环形支撑方式，通过有限元分析对镜体进行轻量化设计。选取线胀系数较小的殷钢材料，利用三角形结构的稳定性和双脚架柔性结构的灵活性设计出简易可靠的反射镜支撑结构。反射镜与支撑结构接触面为1:50的锥度面，通过环氧树脂进行胶接。在严格的工艺条件控制下，对反射镜组件进行精密加工和装配。对反射镜组件进行力学试验测试，结果表明在X向、Y向、Z向的一阶频率分别为445，423和444 Hz，与有限元分析结果接近。试验后镜面面形变化量PV值小于1/10λ，RMS值小于1/30（λ=632.8 nm）。证明了CO2探测仪反射镜组件结构设计与装调的合理性，满足空间高光谱成像要求。关键词：轻型反射镜;轻量化;柔性支撑;力学试验- 64
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发布时间：2020-07-07 -
基于新型模糊PID控制单元的LD精密温控研究
摘要：为改善温度波动对光通信用半导体激光器性能的影响，设计了基于三维语言变量的高精度跟踪误差温度控制系统。为减小系统成本，利用运算放大器AD620和OP07等器件设计了温度采集系统，并采用最小二乘法拟合温度数据，从而建立温度—电阻关系模型，预测温度变化趋势；加入第三维模糊语言变量，结合窄域论以适当压缩E、EC、ECC的论域，采用模糊规则设定方法，建立新型三维模糊PID规则表并求解得出模糊查询表。结果表明：当预设温度为25 ℃时，温控系统超调量为0.97 ℃，最大下冲量出现在第17 s，其值为0.69 ℃；工作51 s后，LD系统进入稳定状态，温度保持为25±0.05 ℃；在第150~210 s内，其温度值标准差为0.020 4 ℃。同时，该系统实现了对半导体激光器0~75 ℃的大范围精密温控，温控精度为±0.05 ℃。该系统能够实现对半导体的高效制冷、加热控制，具有响应时间快和系统开销小的优势，能对控制参数实现自整定。关键词：光通信;半导体激光器;模糊PID;温度控制- 95
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发布时间：2020-07-07 -
基于构型优化的高阶模态微质量传感器灵敏度提升方法
摘要：高灵敏度是微质量传感器准确探测细菌、病毒和气体等物质的关键指标。虽然借助微型化的高阶模态梁振动可以有效提升探测灵敏度，但微尺度效应也降低了传感器的抗环境干扰能力。因此，如何在特定尺度约束下提升高阶模态传感器的灵敏度已成为谐振式微传感器设计的前沿问题。本文在研究弹性梁几何构型、压电层尺寸与有效质量分布对振动模态影响关系的基础上，建立了压电驱动多阶梯梁式微质量传感器的灵敏度分析模型，以传感器灵敏度提升最大为目标，建立了高阶振动模态下悬臂梁几何构型优化设计模型，得到了在不同振动模态下具有最高灵敏度的悬臂梁构型，使同尺寸传感器的灵敏度提升了10.0~15.0倍。考虑驱动位置与制造成本约束，设计并研制了具有六阶梯梁结构的高阶模态微质量传感器。实验结果表明，总长度为17.6 mm的六阶梯梁微质量传感器的灵敏度为18.8×104 Hz/g，考虑制造误差的影响，其二阶模态灵敏度为同尺寸等截面梁传感器的10.0倍，较一阶模态同尺寸传感器灵敏度提升了19.8倍，从而验证了所提出的高阶模态微质量传感器灵敏度提升方法的有效性和可行性。关键词：微质量传感器;高阶模态;灵敏度;谐振;构型优化- 102
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发布时间：2020-07-07 -
静电场辅助的微压印光刻技术
摘要：介绍了一种静电场辅助的新型微压印光刻技术，并对其工艺过程进行了深入的理论研究。首先，采用数值仿真软件COMSOLTM Multiphysics，建立了静电场辅助的压印光刻瞬态仿真分析模型，讨论了不同时域微结构的演化过程。然后，详细分析了微结构的成型与仿真实验参数的定性关系，发现：适当地减小极板间距、模板凸起结构周期，同时增加模板的凸起高度、初始聚合物薄膜厚度和电压有助于微纳结构的成型。最后，通过仿真实验参数优化，得到了带有31 μm中空结构的球冠微结构。与传统压印方法相比，静电场辅助的微压印技术工艺过程简单且成本较低，能够广泛应用于微电子机械系统、光子学、遗传学和组织系统等。关键词：静电场;压印;微纳结构;两相流- 73
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发布时间：2020-07-07 -
微型压电泵中腔高对气泡滞留的影响规律
摘要：气泡滞留会严重地损害微型压电泵的输出性能，因此减少气泡滞留将有效地提高压电泵系统的稳定性和可靠性。泵腔作为气泡滞留的主要区域，同时是决定输出性能的重要元素，所以改变腔高将对气泡滞留产生重要的影响。本文从气泡压力降和输出压力两个方面建立数学模型，以此分析腔高对气泡滞留的影响规律，最后通过气泡滞留实验进行验证。实验结果表明，腔高为0.15 mm时，压电泵具有优良的输出性能和排气泡能力，在进入120个0.02 mL气泡后，压电泵仍具有稳定的输出压力（8.1 kPa）和输出流量（4.2 mL/min）；腔高为0.05 mm和0.20 mm时，压电泵在进入一个气泡后即丧失了工作能力，排气泡能力差，而腔高为0 mm和0.10 mm时，压电泵分别进入47和70个气泡后丧失了工作能力。实验表明选取合理的腔高可以有效地减少气泡的滞留。关键词：微型压电泵;腔高;气泡滞留;气泡压降- 74
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发布时间：2020-07-07 -
高速磁悬浮永磁电机多物理场分析及转子损耗优化
摘要：为提高高速磁悬浮永磁电机的综合性能，得到最优的设计参数，针对一台30 kW，48 000 rpm的磁悬浮电机进行了电磁场、转子动力学以及转子强度分析，提出一种基于多物理场分析结果的电机尺寸优化方法。使用ANSYS以及ANSOFT对电机进行建模和有限元分析，并用ISIGHT软件进行集成优化设计。以转子损耗最小为优化目标，电机几何尺寸为设计变量，在优化过程中考虑尺寸变化对电机转子模态以及强度的影响，以尺寸、电机电磁性能、力学性能等为约束条件。经过优化后，电机的转子损耗减小16.7%，其余性能均符合设计要求。根据优化设计结果加工了样机并进行电机对拖与温升实验，结果证明了优化设计的合理性，验证了本文提出方法的正确性。关键词：电磁分析;多物理场;高速磁悬浮电机;永磁电机;有限元- 92
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发布时间：2020-07-07 -
纸基RFID标签天线喷射打印化学反应沉积成形
摘要：针对目前射频识别（RFID）标签天线制备成本高、工艺复杂等问题，提出微滴按需喷射3D打印与化学沉积技术相结合制备半波偶极子天线的方法。利用构建的气动式双喷头微滴喷射系统，采用试验研究的方法，对系统按需喷射条件下产生硝酸银与抗坏血酸微滴的一致性以及基板运行速度对成线均匀性的影响进行研究，并对成形导线的电阻率进行测试；在此基础上设计、仿真和制备了半波偶极子天线，对其性能参数进行了测试。结果表明：系统产生的微滴均匀性较好；基板速度小于或等于0.5 mm/s时，硝酸银成线边缘光滑度较好；成形导线的电导率为1.57×10-5 Ω·m；打印成形的半波偶极子天线谐振频率、谐振点回波损耗S11参数等与仿真结果具有较好的一致性。为RFID标签天线提供了一种低成本制备方法。关键词：微滴喷射;化学沉积;电阻率;RFID标签天线- 112
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发布时间：2020-07-07 -
空间相机碳纤维框架的设计与优化
摘要：设计了一个应用于轻小型空间相机的碳纤维框架。根据光学系统中各光学元件的空间分布特点，通过比较选择结构性能和工艺性能优异的M40J碳纤维复合材料完成了相机框架的结构设计，并使用TC4预埋镶嵌的方法解决了碳纤维框架接口精度低的问题。对碳纤维框架进行区域划分，采用集成仿真与优化设计方法、遗传算法全局寻优与单纯型下山法局部寻优的组合优化策略对碳纤维框架各区域结构参数进行优化设计。经过优化，碳纤维框架包含TC4预埋件的总质量为15.6 kg，仅占相机整机质量的18.4%，相机的一阶频率达104.8 Hz。最后通过力学环境试验得到相机整机一阶频率为102 Hz，与仿真结果相符，进一步验证了设计的合理性和正确性。文中提出的碳纤维框架方案对轻小型空间相机设计有一定的借鉴意义。文中所采用的优化方法可广泛应用于空间相机光机结构设计中，能大幅度提高设计效率，缩短研制周期。关键词：空间相机框架;碳纤维复合材料;集成优化;组合优化策略- 115
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浮点数编码改进遗传算法在平面度误差评定中的研究
摘要：随着智能制造系统的迅猛发展，应用元启发模式计算方法快速、准确地求解平面度误差值凸显出重大现实意义。为进一步提高平面度误差计算精度，研究了一种基于浮点数编码的改进遗传算法，在原有遗传算法的交叉变异基础之上，引入模拟退火思想，建立最小包容区域法的数学模型，通过计算机仿真获得了最佳适应度收敛曲线和平均适应度收敛曲线，优化结果表明相比传统遗传算法，平面度误差计算精度提高了33.67%。本算法采用浮点数编码、三段式交叉、转轮式选择和最优保存策略，借助模拟退火算法的局部搜索优势，提升了算法的整体性能，且更便于计算机编程，可进一步推广应用到智能测量仪器的其他高精度形位尺寸计算问题领域。关键词：遗传算法;退火算法;最小包容区域;平面度误差评定- 82
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三轴转台初始位姿对准误差的测试方法
摘要：雷达仿真实验用卧式三轴飞行仿真转台的三轴交汇中心与射频阵列仿真系统球面的球心同心，转台的初始姿态满足一定要求，以减小雷达仿真时的误差。为了三轴转台位姿的精确对准，提出了一种能补偿经纬仪竖直轴线铅垂度误差和俯仰轴零位误差的对准方案，首先根据精确的已知基点的坐标，通过经纬仪对各基点的观测结果采用最小二乘迭代处理方法，确定了经纬仪的三轴交汇中心的位置，再通过经纬仪对转台的内、中环轴轴端安装的靶标进行观测，确定了三轴转台的位置与初始姿态。通过实际测试与调整，解算出了三轴转台的三轴交汇中的坐标为-0.485，0.203和-0.475 mm，外环轴指向误差为-59"。该测试结果在位置误差1 mm，姿态误差2'的要求范围之内，实现了三轴转台的位姿对准任务。关键词：三轴飞行仿真转台;位姿对准;经纬仪;最小二乘法;迭代算法- 84
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螺栓连接悬臂梁超谐响应特性试验研究
摘要：针对光电设备中广泛采用的螺栓连接形式，采用单螺栓连接悬臂梁模型，对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行实验。利用激振器和振动信号采集设备，结合快速傅立叶分析方法指出螺栓连接模型在一定条件下有超谐共振响应现象。模型的谐振频率随着扭矩的增大呈先增大后减小的现象。结构在相同扭矩下，第一阶谐振频率随着激励幅值的增大而减小，结构呈渐软非线性。给定1/2和1/3倍谐振频率下的正弦激励，系统能量随着激励幅值的增大而趋向于固有频率处。结构在低预紧扭矩下，非线性项中二次项对结构响应起主要作用；在较高预紧下，非线性项中三次非线性项对结构响应起主要作用。该实验结果对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有一定的理论和指导意义。关键词：非线性振动;谐共振;螺栓- 92
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发布时间：2020-07-07
微纳技术与精密机械
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夜间有雾图像的光照模型构建及去雾
摘要：夜间有雾图像会出现严重退化，而且人工光源的存在也使得环境光呈现不均匀性。针对上述问题，本文提出了一种适用于夜间有雾图像的光照模型，并在此基础上实现了夜间图像去雾。模型中主要包含了环境光和透射率两个参数，这两个参数都会随着图像局部内容的变化而产生空间变化。首先基于信息损耗约束理论对上述参数进行初始估计，随后利用快速导向滤波对其进行细化，以抑制块效应和光晕效应，最后将细化后的参数代入光照模型中，通过求解模型即可获得最终待还原目标图像。实验结果表明，本文提出的算法能够有效实现夜间有雾图像的去雾处理，在抑制亮区发散的同时能重现暗区的细节，恢复的场景具有较好的亮度和对比度，恢复的图像颜色自然，总体性能优于同类型的其它算法。关键词：夜间图像;图像去雾;光照模型;信息损耗约束;快速导向滤波- 98
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发布时间：2020-07-07 -
图像去雾算法的改进和主客观性能评价
摘要：本文主要研究了图像去雾技术以提高由于雾霾影响而导致的失真图像的主客观质量。对基于暗通道先验和大气散射模型的去雾算法进行了改进，设计了新的天空区域计算和透射率阈值确定方法，通过增强结果图的对比度和调整亮度，进一步降低了算法的失真。还通过对图像加雾，分别从主观质量评价和以结构相似度作为客观标准的客观评价两方面，用数理统计方法比较了各个相关算法的性能。实验表明，所提算法有效地降低了图像的失真（评价分最高），使去雾图像有较高的主观质量（总体评价分并列最高）。关键词：图像去雾;图像失真;结构相似度;主观质量评价- 87
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发布时间：2020-07-07 -
广义平均的全参考型图像质量评价池化策略
摘要：为了设计与人的主观评价相吻合的全参考型客观图像质量评价（IQA）算法。针对不同算法提取的局部特征，利用广义平均的非线性性质，提出了2种池化策略，以提高结构相似度（SSIM），梯度结构相似度（GSSIM），特征相似度指标（FSIM）的评价能力。在TID2008和TID2013数据库中进行数值实验，讨论了所有失真类型非线性参数的选择以及不同失真类型之间非线性参数的变化。结果表明，采用广义平均池化策略能提高IQA算法的有效性。4种客观评价指标Spearman等级相关系数（SROCC）、Kendall等级相关系数（KROCC）、Pearson线性相关系数（PLCC）和均方误差根（RMSE）表明所提算法性能优于已有的算法，与人的视觉系统具有一致性。关键词：图像质量评价;全参考;池化策略;广义平均- 97
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发布时间：2020-07-07 -
量子混沌与折叠算法的图像加密系统
摘要：本文提出一种量子混沌与折叠算法相结合的图像加密系统。该系统的主要思想是通过量子混沌映射和二维Logistic映射分别进行Arnold变换，得到两个由伪随机数组成的与灰度图像大小相等的矩阵Q、E，然后利用这两个矩阵对图像分别进行以下操作：一是利用矩阵Q对图像从4个方向进行“折叠操作”，二是使用前一个像素值与当前像素值进行异或，然后将异或得到的值加上E对应的值，以对当前像素值进行修改，从而达到图像扩散的效果，增加差分攻击的难度。利用MATLAB对测试图像进行模拟仿真分析，结果显示，经该加密系统加密后的图像，其水平、竖直和对角线方向像素值的相关性分别为0.001 006、0.000 152、0.000 789，信息熵H（s）=7.997 3。一系列的实验结果表明该加密系统具有很高的安全性和随机性。关键词：量子混沌映射;Logistic映射;Arnold变换;折叠操作;差分攻击- 126
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发布时间：2020-07-07 -
自适应脉冲耦合神经网络与匹配滤波器相结合的视网膜血管分割
摘要：针对眼底图像中血管与背景间对比度低以及血管自身结构复杂等因素对视网膜血管分割所带来的问题，本文提出了一种具有自适应连接值的脉冲耦合神经网络（PCNN）与高斯匹配滤波器相结合的视网膜血管分割方法。首先，利用对比度受限制的自适应直方图均衡化（CLAHE）技术与二维高斯匹配滤波器对血管区域的对比度进行有效增强。然后，利用经验阈值选择出一定的血管区域作为初始种子区域。接着，将带有快速连接机制的PCNN与种子区域增长思想相结合，通过自适应动态设置PCNN中的连接强度系数和停止条件，实现眼底图像中血管区域的自动生长。整个算法在DRIVE视网膜图像库中进行了测试，实验结果表明，相比于不使用动态连接强度系数与停止条件的方法，所提出算法的灵敏度从49.79%提高至70.39%，准确度从95%提高到95.39%。证明了该算法具有较好的分割精确度和应用价值。关键词：视网膜图像处理;血管分割;脉冲耦合神经网络（PCNN）;高斯匹配滤波器;快速连接- 139
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发布时间：2020-07-07 -
微细对接焊缝初始点定位方法
摘要：为了解决焊接机器人对薄板微细焊缝的自动定位和焊接问题，研究了一种基于视觉的高精度微细对接焊缝初始点定位方法。提出一种局部范围内两步精确定位方法，第一步，获取工件在不同尺度及旋转角度下的图像，建立典型的模板匹配库，利用模板匹配方法提取出焊缝初始点位置区域；第二步，采用Shi-Tomasi算法在此局部范围内进行角点检测，计算亚像素级角点位置并进行初始点精确定位。通过对现场拍摄的50幅不同高度和旋转角度的图像进行初始点检测，实现了对所有图像的准确检测。实验结果表明，两步定位方法鲁棒性强，可以精确定位出规则边界和不规则边界焊缝的初始点，解决了微细对接焊缝初始点定位问题，达到了期望结果。关键词：焊缝初始点;归一化相关系数;模板库;亚像素;Shi-Tomasi角点检测- 97
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发布时间：2020-07-07 -
结合局部特征及全局特征的显著性检测
摘要：针对目前大多数显著性检测方法中采用背景种子以及局部区域对比度显著性检测模型的缺点，本文提出了一种综合考虑局部特征以及全局特征的显著性检测算法。在对图像进行分割之后，算法首先融合了采用多特征方式生成的背景显著图与采用前景区域对比度方式生成的前景显著图，之后使用高斯滤波器对融合后的结果进行优化形成局部特征显著图。其次，在局部特征显著图的基础上提取多种特征的样本集合进行训练，从而得到全局特征显著图。算法最后将第一步生成的局部特征显著图与全局特征显著图进行结合生成最终的显著图。实验部分验证了算法各部分的有效性，并且在3个公开数据集上对文章方法与近年来优秀的显著性检测算法进行了对比，实验结果显示，本文算法在CSSD数据集上的准确率、召回率以及F-measure分别达到了0.837 5、0.743 4和0.813 7，在其它数据集上也有良好表现。实验表明，本文算法能够有效抑制背景区域，并且高亮前景区域，更好地检测出显著目标。关键词：多特征;显著性检测;高斯滤波器;局部特征;全局特征- 67
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发布时间：2020-07-07 -
一种分布式人脸识别方法及性能优化
摘要：传统的集中式人脸识别方法在时间效率和可扩展性等方面存在不足，已经不能满足大规模实时人脸识别的需求。针对这个技术瓶颈，本文提出了一种分布式人脸识别方法，该模型由多个代理和一个服务器组成。代理能够同时对多个视频中的行人进行检测、跟踪以及特征提取，服务器则对视频中的行人执行识别操作。针对代理处理的任务分布不均而导致处理视频时间过长、任务量过大引起的CPU利用率激增问题，设计了代理的负载均衡来进行性能优化。利用代理统计处理的视频总数及每个视频中的行人数，并将统计数据发送给服务器。服务器通过负载均衡将视频重新分配给每个代理进行人脸识别。实验结果证明，分布式人脸识别有效地提高了人脸识别方法的效率和可扩展性。对一些较为极端的实验例子，经过性能优化后，代理中最大的CPU利用率降低近40%，有效地缓解了时间延迟问题。关键词：人脸识别;分布式;代理;负载均衡;性能优化- 86
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发布时间：2020-07-07 -
简易高精度的平面五点摄像机标定方法
摘要：为了进一步提高相机参数精度，简化标定过程，在张正友平面标定算法的基础上，提出了一种较简单的5点标定算法。本文利用一个矩形作为标定模板，将其4个角点和中心点作为待匹配点。仅利用不同角度拍摄的10（10~20幅均可）幅图像，即可求解全部相机内外参数。首先，为了减小数据对结果的影响，对获取的5个点的图像坐标进行归一化，将点坐标控制在以原点为中心，- 106
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发布时间：2020-07-07 -
结合主体检测的图像检索方法
摘要：为解决图像背景复杂造成图像检索效果差的问题，提出了一种结合主体检测的图像检索方法。该方法首先训练用于目标检测的深度卷积神经网络模型，利用训练好的模型检测查询图像中的物体类别、类别概率和其所在区域坐标及特征。根据物体的类别概率和其所在区域的坐标判断图像主体后，在数据库中查找和主体类别相同的图像。计算查询图像与检索的同类别图像之间区域特征的余弦距离，结合类别概率对所有检索图像进行打分排序，返回分值最高的前10幅图像作为检索结果。最后在VCO2007数据集和自己收集的书页数据集上进行算法验证。实验结果表明，在随机选取的1 000幅测试图片检索结果的全正确率为96.5%，比现有方法提升了6.6个百分点。本文方法可有效排除图像背景的干扰，得到更加准确的检索结果和定位精度。关键词：深度学习;特征提取;图像检索;余弦距离- 106
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发布时间：2020-07-07 -
构建多尺度深度卷积神经网络行为识别模型
摘要：为了减化传统人体行为识别方法中的特征提取过程，提高所提取特征的泛化性能，本文提出了一种基于深度卷积神经网络和多尺度信息的人体行为识别方法。该方法以深度视频为研究对象，通过构建基于卷积神经网络的深度结构，并融合粗粒度的全局行为模式与细粒度的局部手部动作等多尺度信息来研究人体行为的识别。MSRDailyActivity3D数据集上的实验得出该数据集上第11~16种行为的平均识别准确率为98%，所有行为的平均识别准确率为60.625%。结果表明，本方法能对人体行为进行有效识别，基本能准确识别运动较为明显的人体行为，对仅有手部局部运动的行为的识别准确率有所下降。关键词：卷积神经网络;深度学习;人体行为识别;计算机视觉;多尺度- 158
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发布时间：2020-07-07 -
改进的ViBe算法及其在交通视频处理中的应用
摘要：基于ViBe算法的运动目标检测具有很高的处理效率，但在复杂背景下也存在缺陷，比如不能有效抑制运动目标的残影和鬼影区域、易受噪音干扰，在交通视频的处理中更为明显。鉴于ViBe算法的这些不足，本文对ViBe原算法提出了改进，结合像素生命长度对鬼影或残影像素进行判断，利用二次更新策略提高消除速度。根据像素值变化引入最大类间方差法，将原有的固定像素阈值变为动态阈值，以提高交通视频中车辆目标检测的抗干扰能力。实验结果表明，在3组不同交通场景视频中，改进算法能够在较少帧数内消除目标的残影或者鬼影。对结果的量化分析也证明了改进算法由于应用了动态阈值，使目标检测的精准度和整体性都有所提高。关键词：运动目标检测;ViBe算法改进;视频处理;动态噪音抑制;动态阈值- 102
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发布时间：2020-07-07
信息科学
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