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2021 年 第 10 期
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后置分光瞳激光差动共焦曲率半径测量
摘要：为了提高曲率半径的测量精度，提出后置分光瞳激光差动共焦曲率半径测量方法，研究了后置分光瞳差动共焦测量原理和虚拟针孔定位算法。在共焦测量系统的探测光路中通过D型光阑遮挡，使一半测量光束聚焦在焦面探测CCD，采用虚拟针孔定位算法对该CCD探测的艾里斑进行分割焦斑差动相减归一化探测，然后利用差动共焦曲线的零点对被测件的“共焦”位置和“猫眼”位置进行精确定焦并测得它们之间的距离，最终实现曲率半径的高精度测量。实验结果表明：该方法测量的曲率半径为-121.209 4 mm，测量重复性优于5×10-6，无需根据测量物镜和被测镜的参数进行硬件调整，不仅满足曲率半径高精度测量的需求，还简化了光路结构，缩减了研制装调成本，为曲率半径的高精度、快速测量提供了新途径。关键词：激光测量;分光瞳;曲率半径;虚拟针孔;差动共焦;单路离轴探测- 310
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发布时间：2021-11-01 -
基于荧光波长下转换的日盲紫外光通信探测
摘要：针对当前日盲紫外光通信系统接收端半导体光电探测器对日盲紫外波段不灵敏、响应度较低等问题，提出了一种基于光谱转换以提高信号探测响应度的紫外光通信接收方案。该方案利用二种波长下转化材料（掺Sn-硅酸盐荧光玻璃1和掺荧光染料聚苯乙烯2），通过LED@270 nm激励实现了450~650 nm的可见光探测。实验结果表明，在接收端的雪崩光电二极管窗口前贴附荧光下转化材料后，它对270 nm发射光的探测响应度明显增强；在1 kHz频率调制下，掺杂Sn-硅酸盐玻璃可使探测器的接收响应度提高1.5倍；当光源调制速率低于1.8 MHz时，掺荧光染料聚苯乙烯使得雪崩光电二极管探测器的接收灵敏度提高2倍。本工作在保留紫外光通信特点的情况下，为提高其探测灵敏度提供了一个全新的研究思路和方法。关键词：紫外光通信;荧光材料;波长转换;光电探测;增益带宽- 191
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发布时间：2021-11-01 -
双层正交的光纤布拉格光栅柔性形状传感技术
摘要：软体机器人运行中的形状信息反馈对机器人精准操控非常重要，由于其柔性的躯体特性，对搭载的形状测量传感器的柔顺性同样要求很高，为此面向软件机器人的光纤光栅柔性传感，提出了一种基于双层正交光纤布拉格光栅的可实现三维形状测量的柔性传感器，阐述了传感器的结构组成和测量原理，制备了由两层4×4光纤布拉格光栅阵列组成的传感器原型。对该传感器进行横向和纵向的曲率标定，得到了波长漂移量与曲率之间的线性递增关系；随后开展了三维形状测量研究，通过测量空间传感点的曲率建立三维坐标系，将曲率信息转化为空间坐标信息，再通过对空间离散坐标点的插值拟合来重建被测物体表面的三维形状。该柔性形状传感器可实现对复杂曲面的三维形状感知，曲率测量误差为2.8%~4.5%。本文提供的光纤光栅柔性传感器可为软体机器人的形状测量提供技术支持。关键词：光纤布拉格光栅;软体机器人;双层正交;形状传感- 170
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发布时间：2021-11-01 -
光子晶体光纤气体吸收光谱探测技术研究进展
摘要：为了研制结构紧凑、低功耗和本质安全的激光吸收光谱气体检测系统，光子晶体光纤气体检测技术受到广泛关注。通过对光子晶体光纤结构参数的优化，可将90%以上的光场模式束缚在纤芯附近，从而将气体检测的相对灵敏度提升到60%以上，限制损耗降低到10-8 dB/m。对光学模式的调控依赖于纤芯微结构参数和包层光子晶体空气孔的阵列排布的优化，以期获得更高的相对检测灵敏度和更低的光学损耗；接着，针对端头反射式、光纤光栅波长调制型和不同光纤复合型的气体检测技术进行了分析。端头反射式结构最为简单，然而难以保证气体分子的高效交换。结合Bragg光栅和长周期光栅等特种光纤结构可以构建光学谐振腔，有效增强光信号与气体分子的吸收光程。结合不同类型光纤和气体敏感材料的复合光纤结构气体探头的设计，极大地优化了气体传感的选择性和灵敏度等特性。延长光纤至1 m以上，或采用环形嵌入方式可有效增加光程，获得10-12量级的检测限。掺铒光纤的引入可有效补偿光纤环内的光学损耗。最后，分析了多孔环形和柚子型等大空芯直径光子晶体光纤的气体检测性能和未来研究方向。针对光子晶体光纤气体激光光谱吸收检测技术，未来需要在性能优化、系统集成和环境适应性方面开展研究，从而为冶金化工等行业中危险气体实时监测仪器的研制提供技术保障。关键词：光子晶体光纤;气体检测;激光光谱吸收;光纤传感;空芯光纤- 179
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发布时间：2021-11-01 -
嫦娥三号月基光学望远镜图像中的宇宙线识别
摘要：宇宙线事件是CCD和CMOS空间探测图像中普遍存在的现象，对目标的识别和提取造成了干扰。对于空间天文观测图像，提出了一种基于天文位置定标的识别算法，并在 230帧嫦娥三号月基光学望远镜的CCD图像中，共检测到29 731例宇宙线事件。与传统的拉普拉斯算法相比，本算法检测到的宇宙线事件总数多11.14%，多出的部分主要是形态与星像类似的宇宙线事件；在拉普拉斯算法检测到的样本中，98.07%可被本算法检测到；对本算法没有检测到的1.93%样本进行了检查，发现其中48.64%为恒星星像，是错误识别。分析统计了宇宙线事件在月基光学望远镜CCD靶面上的电子沉积分布，和哈勃太空望远镜的两个CCD探测器的结果对比，发现两者形态类似，但前者的峰值略高；进一步分析了宇宙线事件入射角度在CCD靶面上的二维分布，发现在两个方向上有明显超出，可以理解为探测器在嫦娥三号着陆器内部等效铝厚度较小。最后，本文提取出所有识别出的宇宙线事件的形态，建立了“CCD探测器宇宙线实体样本库”，可为空间天文望远镜图像仿真系统提供依据。关键词：月基光学望远镜;电荷耦合器件;宇宙线;天文位置定标;天光背景拟合- 142
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发布时间：2021-11-01 -
高速稳定内窥光学相干层析成像系统
摘要：为了实现消化道高速在体病理诊断，提出了一种高速并稳定成像的内窥扫频光学相干层析成像系统设计。为了实现高速内窥成像，采用200 kHz扫频光源研制了高速内窥扫频光学相干层析成像系统，并利用现场可编程门阵列和图形处理单元相结合的硬件加速处理技术实现了数据的实时处理；为了提高成像稳定性，利用码盘反馈的脉冲信号进行系统逻辑控制，有效校正了图像漂移；对系统的成像速度和图像稳定性进行了测试分析，并进行了小鼠结直肠成像实验。实验结果表明：当图像尺寸为1 024×1 333时，系统实时成像速度可达141 frame/s；在逻辑控制时序下，系统图像稳定性从87.0%提高到98.6%以上；小鼠结直肠光学相干层析成像结果与病理切片结果一致。本文研制的系统具有高速稳定成像的特点，可在体、实时、清晰地区分小鼠结直肠组织的层析结构，有望为消化道等体腔疾病在体实时病理诊断提供一种全新的诊断方法。关键词：医用光学与生物光学;光学相干层析成像;内窥成像;硬件加速数据处理- 176
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发布时间：2021-11-01 -
高桩码头基桩损伤的光纤光栅传感阵列识别
摘要：为了实现高桩码头基桩损伤的检测，对基桩挠度测量方法、静态损伤特征及损伤识别方法等进行了研究。基于应变与曲率、曲率与挠度的关系，采用两列对称布置的光纤光栅应变传感器阵列，实现了高桩码头基桩损伤前后挠度的测量；推导了多损伤条件下的基桩挠度函数，分析了基桩损伤的静态特征，确定了损伤识别指标；提出了高桩码头基桩分段损伤识别方法，并通过数值仿真与物理模型实验进行了验证。数值计算结果表明，计算损伤与预设损伤的位置基本一致，损伤程度的测量误差最大为3.3%。物理模型实验表明，预设损伤位于实测损伤范围之内，且基桩截面损伤系数与实测损伤程度呈线性关系，线性度为0.887 5，即光纤光栅传感器阵列能有效识别损伤。本方法对于损伤前后基桩均适用，且具有物理意义明确，不依赖优化算法，可长期监测等优点，满足高桩码头基桩损伤的监测需求。关键词：光纤传感;高桩码头;基桩;损伤识别;光纤光栅;挠度变化- 118
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发布时间：2021-11-01
现代应用光学
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基于改进模型的新型对角微偏振阵列设计
摘要：作为分焦平面型偏振成像系统的核心光学器件，微偏振阵列（Micropolarizer Array，MPA）对场景目标偏振信息的重构有着重要影响。针对传统2×2 MPA存在的图像分辨率损失和瞬时视场误差等问题，以及现有模型仅能设计2×N系列MPA的局限性，基于傅里叶频域提出了一种可涵盖2×N系列和N×N对角系列MPA排布模式的设计模型，并优化设计了3种新型对角排布的MPA。通过理论分析、外场实验和数值模拟对已有的MPA及新设计的MPA的重构性能进行了定性分析与定量测试。实验结果表明：利用2×2×2 MPA重构的S0，S1，S2及线偏振度图像在定量测试和视觉效果方面最优，而对于单探测器的快照式成像系统，新型3×3 MPA获得的重构效果最佳。本文改进模型的应用和新型MPA的提出可为多样化和高性能MPA的制备提供理论依据，促进了DoFP偏振成像系统的工程实际应用。关键词：偏振成像;傅里叶频域;微偏振阵列;数值仿真;图像重构- 582
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发布时间：2021-11-01 -
径向包容式超声悬浮轴承结构优化
摘要：为了提高超声悬浮轴承性能，提出了一种径向包容式超声悬浮轴承结构优化设计方法。基于扁壳理论和弹性力学建立了轴承壳体结构固有频率和径向挠度的数学模型，以壳体结构的长、半径、壁厚3个参数为设计变量，以壳体结构的固有频率和径向挠度作为优化目标函数，采用多目标遗传算法进行求解，从求解得到的Pareto解集中选择一组最符合设计要求的解，即长40 mm，半径10 mm，壁厚2 mm作为优化结果。为了验证本文优化方法的有效性，制作了3组轴承进行对比实验。实验结果表明：优化得到的轴承结构兼顾了超声悬浮轴承对固有频率和径向挠度的性能要求，可以产生较大的径向悬浮力，本文的研究方法和结果对设计和制造新型超声悬浮轴承具有重要的指导意义。关键词：超声悬浮轴承;多目标遗传算法;优化设计;气体挤压膜- 103
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发布时间：2021-11-01 -
静电诱导的高黏胶液微量分配技术与设备
摘要：针对微装配连接中高黏胶液微量分配的难题，研究了静电诱导加载与微力反馈转移技术与设备。通过静电力加载胶滴的仿真模型，计算分析了转印头距离胶面的初始高度、电流等参数对胶液加载转移过程的影响，结合力反馈转移胶滴的工艺，确定了微量高黏胶分配的技术指标和关键元件。设计了高黏胶液微量分配工艺流程，研制了微量胶液分配样机的硬件结构和控制软件。最后，以环氧树脂胶为样品进行胶液的微量分配实验，结果表明：通过调整液膜-转印头之间的高度和触发液桥拉断的阈值电流，可以控制加载胶滴和转移胶滴量，转移胶滴的半径可控制在96~193 μm，体积控制在0.43~2.81 nL，分配的胶滴半径的一致性误差为4%。该技术为解决皮升至纳升级高黏胶液的微量分配提供了新途径。关键词：微装配;高黏胶液;微量分配;静电诱导;力反馈- 117
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发布时间：2021-11-01 -
光栅编码器电纺直写精确喷印
摘要：提高射流稳定性实现精确微图案喷印与微器件集成制造是电纺直写技术应用研究的重点。引入模糊控制器构建闭环控制系统突破带电射流干扰参数多、控制模型缺乏的不足，研究了射流行为、纺丝电流与喷印微结构尺寸的演变规律；喷印制造了直线与环形两种光栅编码器，可分别应用于线速度和角速度的检测，构建了速度传感检测系统分别测试两种光栅编码器。实验结果表明，闭环系统可以有效提高射流的稳定性和喷印结构的均匀性，直写微纳结构的线宽分布区间由40~140 µm减少到50~100 µm；分析了速度传感检测系统的测试结果，直线光栅编码器对线速度的测量范围为0~100 mm/s，误差优于0.87%，环形光栅编码器对角速度的测量范围为0~100 （°）/s，误差优于0.74%。模糊闭环控制极大提高了电纺直写技术稳定性和微器件集成制造精度，有助于促进微纳喷印技术的产业化应用。关键词：电纺直写;模糊控制;有序微图案;光栅编码器;速度传感- 130
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发布时间：2021-11-01 -
柔性扫描平台最优阶多项式速度曲线控制
摘要：针对高精度柔性扫描平台以现有速度曲线模型运动时运算量、残余振动大以及稳态时间长等问题，基于时间最优原则建立了最优阶多项式速度曲线，降低高精度柔性扫描平台运动时的残余振动与稳态时间。建立高精度柔性扫描平台简化模型，以速度、加速度、加加速度及其一阶导数等限制条件为边界，对不同阶数多项式速度曲线进行残余振动仿真分析，由仿真结果确定多项式速度曲线最优阶，随后构建最优阶多项式速度曲线方程并以高精度柔性扫描平台为对象进行残余振动实验。最优阶多项式速度曲线与传统梯形速度曲线相比，高精度柔性扫描平台实际残余振动加速度峰值降低了67.91%，稳态时间缩短了49.92%；与常规三阶多项式速度曲线相比，高精度柔性扫描平台实际残余振动加速度峰值降低了42.94%，稳态时间缩短了32.50%，具有较好性能。本文提出的最优阶多项式速度曲线模型克服了现有速度曲线在高精度柔性扫描平台应用中运算量与残余振动较大，稳态时间较长的问题，实验结果表明该速度曲线模型有效降低了残余振动，缩短了稳态时间，提高了运行效率，进而提高了高精度柔性扫描平台的性能。关键词：速度曲线;残余振动;稳态时间;柔性扫描平台;S曲线- 118
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发布时间：2021-11-01 -
采用非对称迟滞算子的工业机器人柔性关节迟滞特性建模
摘要：针对工业机器人柔性关节所具有的多值对应及非对称特点的复杂迟滞特性对其控制精度产生不利影响的问题，在PI（Prandtl-Ishlinskii）模型框架下，提出一种针对非对称、强非线性复杂迟滞特性的神经网络建模方法。在PI模型的对称Play算子的结构基础上，将Play算子中的线性部分用非线性函数替代：将两个变化后的Sigmoid函数组合，构造一个与迟滞曲线轮廓接近的新函数，作为一个非对称非线性的迟滞算子，以此为激励函数，在PI模型框架下，构建神经网络迟滞模型，对柔性关节表现出的复杂迟滞特性进行建模。在柔性关节不同输入条件下获得的实验数据，对模型进行验证，结果表明最大预测误差能控制在1°以内，相较于PI模型，最大误差减小为其五分之一，均方根误差减小为其五分之一。所建立的神经网络迟滞模型具有较好的泛化能力，建模精度有较大提升。关键词：柔性关节;复杂迟滞特性;神经网络迟滞模型;PI模型;非对称迟滞算子- 97
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基于形变检测的弱微零件过盈装配控制
摘要：针对过盈微装配中弱微零件易损的问题，以激光惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion，ICF）研究中微靶关键部件—冷冻罩（Thermomechanical Package，TMP）组件装配作为研究对象，开展弱微零件过盈装配方法研究。首先，针对装配空间狭小及存在视觉遮挡，导致难以实现装配过程中硅臂形变检测的问题，提出了基于灰度变化的形变检测方法并建立了小爪灰度—形变模型；然后，针对受到显微视觉检测精度影响，硅臂与套筒微小位姿偏差不易检测的问题，基于硅臂受力变形情况分析，提出了硅臂与套筒位姿偏差定性判断方法，实现两者微小位姿偏差的检测；最后，基于零件灰度变化及几何分析，提出了微装配过程位姿偏差定量计算方法并设计了过盈装配控制策略。实验结果证明了所提方法的有效性，并且实现了过盈20~26 μm的TMP组件无损装配。该方法适用于微机电系统制造中微轴孔过盈装配。关键词：弱微零件;形变控制;过盈装配;微装配- 98
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发布时间：2021-11-01 -
微移液管探针结构读写的环境湿度控制方法
摘要：为了克服环境湿度变化对微移液管探针结构读写稳定性的不利影响，本文首先设计了一种混合室和工作室的双气室结构，在工作室的内置隔板上均匀分布小孔形成均匀的微气流，确保工作室内湿度均匀并减小对工作点气流扰动的影响。然后，通过数值模拟验证了设置混合室和工作室双气室结构的合理性，且以小于0.06 m·s-1流速对工作室进行双侧充气时，对工作点的气流扰动小于50 μm·s-1。制作实物并实验表明，该系统能够在5分钟内将工作室的湿度控制在给定值（环境温度25 ℃），且相对湿度的稳态误差为2.59%；通过控制环境湿度，对比不同湿度条件下微移液管探针电沉积（写）结构质量和扫描（读）成像质量，发现该环境湿度控制方法能够满足微移液探针微纳读写的工作要求。该方法对提高基于移液管探针微结构制造和检测的稳定性和可靠性具有重要的现实意义。关键词：微移液管探针制造与检测;微环境湿度控制;数值仿真优化- 100
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发布时间：2021-11-01
微纳技术与精密机械
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光谱色差与主分量特征融合的石窟表面风化智能评估
摘要：针对单一光谱特征无法精细化表征石窟表面复杂风化区域风化类型及程度的问题，基于光谱分析与色度学理论，提出了一种光谱色差与主分量特征融合的石窟表面风化智能量化评估方法。重建石窟表面多光谱图像的反射光谱，计算每个像素点与基准点的色差，并使用主成分分析方法提取多光谱图像数据的主分量特征；然后融合石窟表面风化的光谱色差与主分量特征，对不同风化类型及程度进行表征；最后使用随机森林分类器，对石窟表面多光谱图像中每个像素点的风化程度进行智能评估。实验表明，融合光谱色差与主分量特征的方法对复杂风化区域不同风化类型及程度的表征能力优于单一光谱特征，石窟表面整体风化程度评估准确率为99.86%，Kappa系数为0.99，可实现复杂风化区域的精细化表征。关键词：石窟风化;光谱重建;主成分分析;特征融合;智能评估- 183
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发布时间：2021-11-01 -
高速微扫描图像超分辨重建
摘要：为了提升无人机机载光电侦察设备的目标识别距离，本文结合实际工程项目研制了适用于机载光电侦察设备的高速微扫描超分辨核心组件，在嵌入式平台GPU-TX2i上实现了图像实时超分辨重建。首先让微扫描核心组件按照预先设定的步长和频率进行微位移，获取四帧具有亚像素偏差的连续的低分辨率图像，然后使用基于概率分布的图像超分辨重建算法，将这四帧图像处理成一帧高分辨率的图像。实验结果表明，探测器输出的帧频为120 FPS、分辨率为640×512的低分辨图像序列经超分辨重建后，变成帧频为30 FPS、分辨率为1 280×1 024的图像序列，有效空间分辨率提升了78.2%，目标识别距离提升了43.3%。重建一帧高分辨率图像耗时约为33 ms，微扫描核心组件的微扫描响应时间小于1.0 ms，到位精度小于0.3 μm（对应约0.03个像素）满足机载光电侦察设备对实时性和精度的要求。关键词：微扫描;超分辨率;图像处理;目标识别- 281
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河流自然水体中三维视觉测量
摘要：针对水体浑浊所造成水下图像退化和多介质引起的光线路径改变等问题，提出了基于径向多线结构光的水下视觉测量方法。首先，建立了基于折射的水下视觉测量模型，在投影仪垂直于折射平面投射且光平面经过投射光轴的条件下，陆上光平面和水下光平面共面，陆上标定可代替水下标定；采用蒙特卡洛模拟方法，分析了像点误差对点云计算精度的影响。其次，设计了黑白交错的中心旋转径向多线编码光模式；采用黑白条纹边缘作为测量点，减弱了编码光解码对图像质量的依赖性；通过中心旋转的方式，提高了表面的测量分辨率。最后，在1 m×1.2 m×0.8 m的水体中加入泥沙模拟自然河流水体环境，实验分析了浑浊水体对条纹提取、编码光解码和三维视觉测量精度的影响。实验结果表明，该方法在1 500 mm的测量距离上，对清水条件下的瓷瓶进行了不规则表面的三维表面测量；对清水、含有40，60和90 g泥沙的浑水中规则物体进行三维表面测量，获得了平面残差分别为0.95，1.93，5.43和21.43 mm的测量结果；当泥沙量超过某数值（如60 g）时，条纹提取精度急剧恶化，泥沙量为40和90 g的浑水中测量平面拟合残差从1.93 mm增加到21.43 mm。关键词：三维视觉测量;河流水下测量;结构光;径向多线投影模式- 150
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场内外特征融合的残缺图像精细修复
摘要：针对当目标特征严重缺失时现有图像修复方法未能充分利用完整区域预测缺失区域特征，造成修复结果特征不连续、细节纹理模糊等问题，本文提出一种基于场内外特征（EFIF）融合的残缺图像精细修复方法。首先，利用改进的动态记忆网络（DMN+）算法将残缺图像的场内特征及相关的场外特征融合，生成包含场内外特征的残缺图像优化图；其次，构建带有梯度惩罚约束条件的生成对抗生成网络，指导生成器对优化后的残缺图像进行粗修复，获得待修复目标的粗修复图；最后通过相关特征连贯的思想对粗修复图进一步优化，得到最终的精细修复图。在三个复杂度不同的图像数据集仿真验证，并与现有占主导地位的修复模型进行视觉效果和客观数据比对。实验结果显示：本文模型修复的结果在纹理结构上更加合理，在视觉效果和客观数据均优于其他模型，在最有挑战性的Underwater Targe数据集中所提算法峰值信噪比（PSNR）最高为27.01，结构相似性指数（SSIM）最高为0.949。关键词：残缺图像;相关特征连贯;精细修复;注意机制;场内外特征- 201
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发布时间：2021-11-01 -
三维点云自适应稀疏优化重构
摘要：为了抑制三维点云中包含的噪声，提出一种具有特征保持的稀疏优化重构方法，在抑制噪声的同时恢复尖锐特征。首先，利用邻域点构建的局部张量矩阵的特征值对隐含流形面进行曲率估计，并凭借成对一致性投票实现特征点邻域的鲁棒统计辨识，避免离群点对于法向估计的影响；然后，为了抑制交替优化过程中产生的虚假特征，在L0最小化框架中引入具有特征辨识的自适应微分算子，并依靠投影正则项缓解曲面特征的退化；最后，根据优化后的法向场对尖锐特征进行投影恢复。实验结果表明，经本文所述算法重构后点云的误差平均减小10.2%，法向误差平均减少29.7%，同时主观视觉效果也优于现有多种典型算法。所述方法能够有效提高点云的质量，为基于点云的三维测量与逆向建模提供技术支撑。关键词：点云降噪;特征恢复;L0最小化;邻域辨识;统计投票- 142
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利用模型相似性的三维模型簇协同分割
摘要：为准确捕捉三维点云模型的上下文信息，提高分割准确率，提出一种利用模型相似性进行三维模型簇协同分割的方法。首先，对点云模型进行最远点采样得到质心点，并采用球内随机选取的方式确定邻域点以构建球形邻域；然后，使用特征聚合算子编码三维点云之间的几何拓扑关系，提取各邻域间的相关联特征，并利用各球形邻域的质心坐标构建空间相似性矩阵，由空间相似性矩阵对编码器网络所提取的模型局部特征进行加权求和，完成对三维模型的协同分析；最后，搭建分层特征提取网络对经过加权处理的关联特征进行解码操作，完成模型簇协同分割任务。实验结果表明，本文算法在ShapeNet Part数据集上的协同分割准确率达到了86.0%。与kNN算法相比，以球内随机选取法为邻域点采样策略，可使网络的分割准确率提升0.8%；相比于使用共享的多层感知机进行特征提取，使用特征聚合算子进行卷积运算可使网络的分割准确率提高12.9%；与当前主流的模型分割算法相比，本文算法的分割准确率得到了进一步的提升。关键词：协同分割;特征聚合算子;空间相似性矩阵;模型簇;分层编-解码器- 127
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基于Hessian矩阵和支持向量机的CT图像裂纹分割
摘要：工业CT裂纹分割是工业CT图像处理中的一项关键技术，而CT图像中的伪影、噪声等干扰会对裂纹分割带来极大的困扰。为了提高CT图像中裂纹的分割精度，本文通过分析CT图像中裂纹的特征，提出了结合Hessian矩阵和支持向量机的CT图像裂纹识别与分割的方法。首先采用基于Hessian矩阵的多尺度滤波方法提取CT图像中的线状结构并对提取的线状结构进行对比度增强；然后利用图像像素点灰度在空间的分布规律提取线状结构图像的纹理特征信息；再使用基于径向基函数的支持向量机训练裂纹识别分类器；进而使用训练好的模型定位测试图像中裂纹所在的方块区域；最后使用自动阈值分割算法得到CT图像中的裂纹。实验结果表明，结合Hessian矩阵和支持向量机的分割方法能够抑制图像中非目标区域，提高了算法的抗干扰性，对裂纹子图像识别的准确率可达94.5%，具有实际的工程应用价值。关键词：图像分割;工业CT图像;裂纹识别;Hessian矩阵;支持向量机- 187
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发布时间：2021-11-01
信息科学
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