最新刊期
      2021 年 第 7 期

        现代应用光学

      • 王璐钰,李玉琼,蔡榕
        2021, 29(7): 1491-1498. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1491
        摘要：在“太极计划”中由卫星抖动引起的光程倾斜（tilt-to-length， TTL）耦合噪声是影响激光干涉测量精度的第二大噪声源，为保证测量精度，该噪声要≤±25 µm/rad@±300 µrad。基于费马原理设计了由双凸透镜组成的成像系统，仿真分析了该成像系统对于TTL耦合噪声的抑制效果，搭建物理实验平台验证了该成像系统抑制TTL耦合噪声的有效性。仿真结果表明：加入双凸透镜成像系统后，TTL耦合噪声≤±10 µm/rad@±300 µrad；实验结果表明：加入双凸透镜成像系统后，TTL耦合噪声≤±15 µm/rad@±300 µrad，均满足“太极计划”对光程倾斜耦合噪声抑制水平的要求，且整个干涉光路易于调控、测量精度高。通过搭建物理实验平台验证了TTL耦合噪声的抑制效果，为“太极计划”激光干涉测量奠定了物理实验基础。  
        关键词：激光干涉测量：引力波探测;太极计划;空间激光干涉仪;光程倾斜耦合噪声   
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        发布时间：2021-08-09
      • 张然,蔡弘,关乐,万振华,陈永台,樊元义,褚金奎
        2021, 29(7): 1499-1510. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1499
        摘要：为了在多云天气下实现天空偏振定向，提出了一种利用改进的U-Net深度神经网络结合偏振度阈值进行云分割的方法，并基于瑞利散射理论获取太阳方向与体轴夹角实现天空偏振定向。采用包含3个残差结构的Respath模块将U-Net神经网络的编码区与解码区更好的融合，并在下采样时添加MultiBlock模块，使输入图像的特征更好地被学习。将神经网络预测的二值分割图与设置偏振度阈值为0.1的二值分割图进行或运算得到能够较好地分割云和蓝天的二值图。最后，将该二值图作为mask模板去除偏振方位角图中异常像素点，使保留的像素点符合瑞利散射理论，进而获取太阳方向与体轴的夹角。多云天气下的实验表明，该方法获取载体坐标系下太阳方位角的均方根误差为0.42°，能够满足实际导航需求。  
        关键词：偏振导航;深度神经网络;偏振度阈值;瑞利散射理论;多云   
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        发布时间：2021-08-09
      • 满意,杨轻云,陈涛
        2021, 29(7): 1511-1517. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1511
        摘要：为了提高光度测量的精度进而提高反演空间目标的姿态、形状等特性的准确率，提出了消光修正拟合的光度测量方法。传统的光度测量是利用一些已知星等恒星的灰度值计算零等星灰度值，然后再通过待测目标的灰度值计算出待测目标的星等值，在此过程中加入经典大气消光模型所带来的影响。先是利用实测数据对光度测量计算过程中的消光修正进行拟合，充分考虑实际测量时大气消光所带来的影响，获取更符合实际情况的光度测量数据。然后，在零等星灰度标定的过程中采取迭代的方法计算零等星灰度的均值，降低大气不稳定所带来的异常数据对于测量结果的影响。实验结果表明：改进优化后光度测量方法的精度可以达到0.11个星等。相对于以往的光度测量方法测量精度更高，测量结果可以更好地应用于后续的反演工作。  
        关键词：光度测量;空间目标;大气消光;迭代均值法   
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      • 孙建美,陈斐璐,杨辰烨,李金辉,方东,温珠莉,王驰
        2021, 29(7): 1518-1526. DOI: 10.37188/OPE.2020.0565
        摘要：搭建基于超小GRIN光纤探头的F-P干涉仪测振的实验系统，采用高精度纳米位移台作为被测振动体目标，在解析基于超小GRIN光纤探头的集成化F-P干涉仪工作性能的基础上，对被测振动体的微小振动进行多次实验测量，采集实验测量数据并分析该集成化F-P干涉仪的实验性能。实验结果显示，在给定实验条件下，该F-P光纤干涉仪在振幅为200~300 nm时的性能参数较好，线性度最小为0.42%，对应的灵敏度为7.507 V/μm，重复性标准差最大为0.232 V；在10~100 nm与350~500 nm，干涉仪测振系统有较好的重复性，其标准差小于0.102 V。该F-P干涉仪系统具有测量微小振动的可行性，有望应用在微小振动和位移等精确测量领域。  
        关键词：光纤传感;F-P干涉仪;超小光纤探头;微小振动测量   
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        发布时间：2021-08-09
      • 李春剑,吴书清,粟多武,冯金扬,王启宇
        2021, 29(7): 1527-1538. DOI: 10.37188/OPE.2020.0566
        摘要：光干涉绝对重力仪采用迈克尔逊干涉仪监测被测落体的下落位移。干涉仪的参考棱镜需相对于地球中心静止，然而置于地面上的参考棱镜会随着地面振动，这将使干涉法所测的落体相对于地球的位移变化有偏差，直接影响重力仪单次测量数据的准确性，同时增大了多次测量数据的分散性。因此，针对NIM-3A型绝对重力仪提出了全新的测振补偿法，利用高精度测振传感器监测地面振动，并将它补偿到干涉法监测的被测落体下落位移上。实验结果表明：测量结果的A类不确定度优化了7.8倍，且未出现系统偏差。该方法在未出现系统偏差的情况下，有效提高了单次测量数据的准确性，减小了多次测量数据的分散性，优化了测量结果的A类不确定度。  
        关键词：干涉测量;绝对重力仪;测振补偿法;A类不确定度;分散性   
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        发布时间：2021-08-09
      • 潘云,李颐,颜昌翔
        2021, 29(7): 1539-1548. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1539
        摘要：在利用可调谐二极管激光吸收光谱技术测量一氧化碳（CO）气体浓度时，反演精度受光强、温度、压强等的影响，需要对系统的总体误差进行分析与分配。为了提高TDLAS的测量精度，降低多项误差对测量的影响，本文提出了对系统各个测量误差的分配方法。首先建立了CO浓度反演的误差模型，基于二次谐波测量原理引入了二次谐波峰值、光强、驱动电流、温度、压强和光程几项误差；其次，利用随机化方法分别研究了系统各项误差对浓度误差的影响，并通过数值拟合的方法推导了浓度误差与各项误差的关系，比较了浓度误差对各项误差变化的灵敏度；最后，根据求得的灵敏度关系，综合考虑浓度测量要求以及现有器件的工艺水平，对各项误差进行了合理、有效的分配。利用蒙特卡洛法对本文所提出的各项误差分配方案进行了仿真，仿真结果表明，在CO体积分数为2.5%时，该误差分配方案可使浓度测量的绝对误差小于0.025%。在实验室条件下对体积分数为2.5%的CO进行了测量，其绝对误差小于0.01%，实现了对CO气体浓度的高精度反演。本文的研究结果保证了TDLAS浓度检测系统在多项误差影响下的测量精度，同时，可有效降低系统的设计难度和经济成本，对仪器的开发和应用具有重要的指导意义。  
        关键词：可调谐二极管激光吸收光谱;一氧化碳（CO）;浓度反演;误差分配;蒙特卡洛法   
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        发布时间：2021-08-09
      • 周斌,张瑜,王海伟,王继红
        2021, 29(7): 1549-1558. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1549
        摘要：针对雨雪、雾霾等天气条件下氧气吸收被动测距受大气和气溶胶等复杂背景光谱影响严重的问题，采用混合像元分解技术对提高复杂背景条件下的测距精度进行了研究。分析了高光谱图像像元混合机理，以雨滴端元为例建立了复杂天气条件下目标与背景的混合像元模型；讨论了复杂天气条件下目标光谱的提取方法，提出了复杂天气氧气吸收被动测距的基本流程；最后，对不同距离处小雨、重度霾、中雪3种典型复杂天气条件下的卤钨灯目标进行了被动测距实验。实验结果表明，混合像元分解方法可快速提取目标光谱，与多次循环采集平均法、背景消除法相比测距精度有较大提升，不同的距离及天气条件下的测距精度分别提高到3.39%、5.81%和4.36%，可满足实际飞行目标辐射光谱的快速采集与测距精度要求。  
        关键词：被动测距;氧气吸收;混合像元分解;目标提取;极端天气   
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        发布时间：2021-08-09
      • 彭建伟,马迎军,陈卫宁,史魁,张高鹏
        2021, 29(7): 1559-1566. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1559
        摘要：为了满足光电搜索跟踪瞄准装置电视探测系统对光轴稳定性和一致性的要求，对一种采用旋转式切换机构的三视场电视探测系统进行了研究。通过对系统指标的分析，选定了切入切出式视场切换的光学系统方案，明确了采用旋转式切换机构的结构形式。基于该思路设计了精密旋转轴系、强力钕磁铁以及高弹力的柱塞限位机构和具有自锁特点的蜗轮蜗杆驱动机构，给出了限位机构和驱动机构的选型计算过程和结果。提出了利用经纬仪配合十字分划板工装的光轴一致性装调方法。通过该设计和装调流程，最终实现了高稳定性的三视场电视探测系统。测试结果表明，系统中视场光轴稳定性不超过8″，三个视场的光轴一致性均在1个像元尺寸内，满足指标要求。实验室和外景试验效果表明，系统各个视场成像质量优良，探测距离远，可以满足使用要求。  
        关键词：探测系统;三视场;光轴稳定性;旋转切换;成像   
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        发布时间：2021-08-09

        微纳技术与精密机械

      • 叶震,姚鹏,于世孟,张仙朋,黄传真
        2021, 29(7): 1567-1579. DOI: 10.37188/OPE.2020.0612
        摘要：柱面微透镜阵列的加工精度要求高，加工效率低，采用具有微细轮廓结构的成形砂轮进行磨削加工能够极大地提高加工效率。为了预测成形砂轮磨削工件的面形误差和表面粗糙度，建立了成形砂轮磨削仿真模型。通过滤波方法分析和模拟微细结构成形砂轮的磨粒突出高度的偏态分布特征，结合实测的砂轮的轮廓形状和跳动完成了整体的空间砂轮的重构，同时建立了砂轮表面磨粒的磨削运动学模型，模拟出工件磨削加工后的表面形貌。最后，开展磨削实验验证了仿真模型的有效性。对比仿真与实验结果可知，面形误差PV值的偏差为5.78%，Ra值的偏差为17.3%，Rz值的偏差为12.9%。该磨削仿真模型能有效预测磨削表面的面形误差和表面粗糙度。  
        关键词：精密磨削;柱面微透镜阵列;磨削表面仿真;砂轮建模;成形砂轮   
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        发布时间：2021-08-09
      • 姜一舟,于连栋,常雅琪,贾华坤,赵会宁
        2021, 29(7): 1580-1588. DOI: 10.37188/OPE.2020.0603
        摘要：机器人的定位精度是评价机器人性能的重要指标。为提高机器人的定位精度，提出了一种改进差分进化算法，完成了机器人运动学参数标定实验。该算法在选择操作中使用了Metropolis接受准则，搜索更多的空间区域，以获得更好的收敛性。同时提出了种群多样性评价函数来监测种群多样性，种群低于阈值时进行二次变异操作，以避免陷入局部优化。为了验证本文提出的方法，利用六自由度机器人和激光跟踪器进行了仿真和实验。经过运动学参数标定，机器人的平均距离精度由2.906 0 mm（校准前）提高到0.095 2 mm。实验结果证明了本文提出的基于改进差分进化算法的机器人运动学参数辨识方法的有效性。  
        关键词：机器人标定;改进的差分进化算法;运动学模型;定位精度   
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        发布时间：2021-08-09
      • 王福全,郑鑫,周智勇,段黎明
        2021, 29(7): 1589-1597. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1589
        摘要：为实现精密气浮转台低速精确控制，提高转台定位精度和动态响应性能，提出一种变带宽线性自抗扰控制算法。首先，根据转台及驱动电机的数学模型，建立包含扰动项的控制系统模型。接着，构造线性扩张状态观测器，分析初值误差对观测精度的影响，提出一种观测器带宽调节方法以提升观测精度。然后，根据控制器带宽设计思想，设计加入扰动补偿后的控制律。最后，在精密气浮转台实验平台中对变带宽线性自抗扰控制性能进行了实验验证。结果表明：低速工况下，跟踪误差不大于0.000 8°；位置阶跃响应中，角定位误差不大于0.000 7°，与传统线性自抗扰控制相比，超调量由0.001 7°下降到0.001 4°；在转动惯量和电机电感参数单一失配的情况下，转台仍能保持高定位精度。满足精密气浮转台定位精度高、速度平稳性好、抗扰性强的要求。  
        关键词：自抗扰控制;气浮转台;变带宽;带宽设计;低速控制   
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        发布时间：2021-08-09
      • 费倩,王志武,颜国正,庄浩宇,付文浩
        2021, 29(7): 1598-1608. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1598
        摘要：胃肠道机器人的无线能量传输（WPT）系统的性能易受到尺寸、安全性等诸多因素的影响。为使胃肠道机器人在这些限制下依然能够安全稳定地接收能量，本文建立了系统的数学模型，并用智能优化算法对其进行优化。采用平板螺旋线圈作为系统的发射线圈，建立能量传输系统优化的数学模型。接着，根据安全性、功率要求等限制分析系统的约束条件，并以效能积作为优化函数。对粒子群优化算法进行改进，并引入布谷鸟搜索策略。最后，用改进的粒子群算法对系统进行优化，并对优化后的参数进行了实验验证。实验结果表明：系统传输效率为10.2%，接收功率为637 mW，达到预期结果。优化后的WPT系统基本满足了胃肠道机器人能量传输的要求。  
        关键词：胃肠道机器人;无线能量传输;传输效率;粒子群算法   
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        发布时间：2021-08-09
      • 任同群,钱志龙,徐龙,王晓东
        2021, 29(7): 1609-1619. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1609
        摘要：摆组件是微型悬丝摆式加速度计的核心部分，其装配精度直接影响加速度计的测量准确性。为此，开发了一台摆组件自动装配设备。设计了上下固定式和可拆装式工装夹具，摆组件通过可拆装夹具安装在对应的固定夹具上。由步进直线电机驱动穿丝夹钳实现悬丝相对于玻璃管的穿入，并由微力传感器控制张紧力。真空吸附装置集成于三维运动平台构成上装调模块，实现上工装拾取、搬运和定位。锁紧装置集成于电动转台构成下装调模块，实现下工装的固定与姿态调整。通过上下工装夹具的对齐及合体，实现最终装配。装配过程中借助反射棱镜，由单相机实现立体视觉测量功能。实验数据表明，装配位置精度小于15µm，平行度小于15µm，满足自动装配设备的稳定可靠、装配精度高等要求。  
        关键词：摆组件;微型悬线摆式加速度计;装配设备;玻璃管   
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        发布时间：2021-08-09
      • 海阔,曾雪锋,李锐钢,李英杰,李龙响,张学军
        2021, 29(7): 1620-1630. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1620
        摘要：行星研磨技术由于提升磨削接触点相对速度，能够有效提高材料去除效率。但由于传统研磨盘不均匀磨损，导致研磨盘形状持续改变，从而影响了研磨过程中去除函数的稳定性和准确性，限制了该技术的应用。本文针对基于小磨头行星运动方式，通过建立构建磨损函数，预置研磨盘曲率半径，使研磨盘满足在加工单周期后各点去除量相等，从而提升去除函数稳定性。通过实验验证，研磨去除函数与模型仿真计算结果一致，验证了模型的准确性，利用优化后的研磨盘可获得高效稳定的去除函数。采用直径40 mm SiC研磨盘研磨SiC工件，实验结果表明：对比加工前后研磨盘磨损情况，面形变化小于1%，符合均匀去除要求；对比多组不同研磨阶段去除函数，体积去除率误差小于2.3%，满足光学研磨去除函数稳定性要求；在公转100 r·min-1，自转-100 r·min-1条件下，体积去除率达到6.879 mm3·min-1，比同样参数下的平转动研磨提高了40.9%的去除量。证明了行星研磨技术能够通过参数设计获得高稳定性的高效去除函数，为行星运动研磨技术应用于SiC镜片高效加工提了供可靠的理论指导。  
        关键词：光学加工;行星运动研磨;研磨盘磨损模型;去除函数稳定性   
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      • 吴俊,舒岳阶,周世良,柏鲁勇,曹师宝
        2021, 29(7): 1631-1639. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1631
        摘要：现有的结构安全监测方法尚无法完全满足复杂系泊条件下系船柱结构安全监测的需要。针对系船柱结构及系缆特点，提出了标准条件系缆力的概念与指标。以此为基础，依据弹性力学原理推导了标准条件系缆力反演模型，并根据缆力方向的范围与反演模型的应变监测点要求，研究了系船柱表面多点应变布置方案，提出了基于多点应变融合的系船柱结构受力安全监测方法。针对系船柱应变分布特点与长期监测要求，研究提出了应变均化的布拉格光纤光栅传感器表面焊接传感方案，并在1 500 kN系船柱上成功部署了5支应变传感器与1支温度传感器，开展了长时间连续监测。通过分析标准条件反演缆力与船舶实际缆力值，标准条件系缆力反演误差最大为8.1%。证明该方法具有较强的可行性与操作性，能有效实现港工既有系船柱结构的安全状态监测与预警。  
        关键词：系船柱，标准条件系缆力，反演模型;结构安全监测;多点应变融合   
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      • 安磊,王伟,廖德锋
        2021, 29(7): 1640-1652. DOI: 10.37188/OPE.2020.0564
        摘要：为了分析角摆和转速对超精密全口径抛光机气浮转台静态特性的影响， 建立了一种数值计算方法。将考虑角摆后的气膜厚度方程带入雷诺方程，此时的方程含有角摆和转速项，采用有限差分法进行离散并通过联合流量平衡方程进行数值求解。计算结果表明：单一角摆下，气浮转台的最大极限角摆为5×10-5 rad，随着角摆的增大，气膜厚度最大值逐渐增大而最小值逐渐减小，压力分布发生改变，承载力逐渐降低。组合角摆下，气浮转台的最大极限角摆为4.9×10-5 rad，组合角摆对气浮转台静态特性的影响规律和单一角摆时基本一致，但效果更为显著。气浮转台的失效转速为2 300 r·min-1，随着转速的增大，气膜厚度不会直接发生改变，压力分布却明显变化，最终承载力逐渐降低，进而导致气膜厚度发生变化。角摆和转速的改变致使气浮转台的承载力发生变化，为了保持力的平衡，转台位置会随之改变。该研究为后续动态回转误差的研究提供了理论基础。  
        关键词：超精密气浮转台;角摆;转速;有限差分法;静态特性   
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        发布时间：2021-08-09
      • 张贵阳,霍炬,杨明,周婞,朱子健
        2021, 29(7): 1653-1666. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1653
        摘要：针对细长型和大尺寸试件的全场变形测量问题，本文提出一种基于数字图像相关方法的立体变形测量方法。通过建立多相机网络的联合约束关系，使其中任意两个CCD相机可以绑定为一个整体完成试件的部分测量，并最终将测量结果映射到统一参考坐标系下，从而减小了因直接进行全场测量而导致较大非线性成像畸变的影响，而且能够避免牺牲采集图像的有效空间分辨率。同时，联合约束关系的优化将图像对间立体配准点的搜索限制在对极线附件区域，而不是整幅图像上，从而缩小了搜索空间，提高了搜索速度。此外，通过优化试件与多相机网络之间的位置及姿态参数，进一步提高了散斑点空间三维坐标的重构精度。最后，通过位移和变形测量实验证明了本文方法的有效性，在［0.8 m，0.5 m，0.6 m］的空间范围内，目标的平移测量误差小于0.044 mm；离面位移测量精度优于0.06 mm。能够满足飞行器地面物理仿真试验的应用需求。  
        关键词：机器视觉;多相机网络;联合约束优化;数字图像相关;变形测量   
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        发布时间：2021-08-09

        信息科学

      • 侯培国,张铮,宋涛,祁继辉
        2021, 29(7): 1667-1677. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1667
        摘要：传统的多投影颜色校正和亮度融合在RGB颜色空间下进行，存在校正过程中亮度和色度相互干扰的问题。针对上述问题，提出一种基于Lab颜色空间的颜色校正和亮度融合方法。将亮度与色度单独提取出来，用B样条曲线模型建立起各投影仪原图像与投影显示画面的亮度、色度转换关系，以消除各投影仪投影显示画面之间的颜色差异，并采用融合B样条曲线的伽玛校正对画面重叠区域的亮度进行调节。实验结果表明，相对于RGB颜色空间，在Lab空间进行颜色校正使两个投影显示画面的颜色强度差异在Lab三通道分别减少了4.14，2.41，2.44；相对于RGB颜色空间的伽马校正，在Lab空间将伽马校正与B样条曲线融合进行亮度调节使投影显示画面重叠区域与非重叠区域的颜色强度差异在Lab三通道分别减少了6.12，4.64，3.47。基于Lab的多投影颜色校正及亮度融合技术可对投影显示画面亮度与色度进行更准确的校正，并且给予不同颜色强度对应的伽马系数。  
        关键词：Lab颜色空间;颜色校正;亮度融合;伽马校正;B样条曲线   
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        发布时间：2021-08-09
      • 曹城华,武文波,王钰
        2021, 29(7): 1678-1685. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1678
        摘要：基于Stellarium开源天文软件获取的星空背景图像数据，在其上随机添加不同运动方向的小目标，并在不同的帧图像对小目标进行随机方向和大小的位移，模拟空间目标的形态特征和运动特征；在对序列帧图像进行预处理、去除噪声、图像分割、质心确定、图像配准、最大值投影等一系列操作后，生成包含运动目标轨迹和恒星背景目标的图像；之后使用Radon变换对空间目标的运动方向进行检测。实验结果表明，该处理方法和流程不仅能够对单个目标进行运动方向检测，而且能够检测多个运动目标的运动方向，计算得到的空间目标运动方向和实际设置运动方向的绝对误差精度均值为0.022 2°，支持对圆弧状运动轨迹进行分析，并对噪声有一定的抗干扰能力，能够有效地对空间目标运动方向进行精确、准确检测。  
        关键词：Radon变换;星空背景;空间目标;运动方向检测   
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        发布时间：2021-08-09
      • 陈清江,胡倩楠,李金阳
        2021, 29(7): 1686-1694. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1686
        摘要：为更好地解决由于相机抖动、物体之间相对运动等因素引起的图像模糊问题，本文设计了一种多尺度交替连接残差网络用于图像去模糊，采用“从粗到细”的多尺度方式来逐渐恢复出清晰图像。首先，提出一种多尺度残差模块来拓展网络宽度，提取并融合不同尺度之间的特征信息；其次，提出一种基于扩张卷积的交替连接残差模块来逐渐恢复模糊图像的高频信息；最后，利用一层卷积来对特征图进行重建。实验结果表明：本文所提去模糊算法的峰值信噪比以及结构相似度分别为32.313 6 dB和0.942 5，均高于目前先进的图像去模糊技术。从评价指标和主观效果上均可看出本文所提去模糊方法具有更强的图像恢复能力，纹理细节更丰富，能够有效提升图像去模糊效果，具有更强的实用价值。  
        关键词：图像去模糊;多尺度残差;扩张卷积;交替连接残差;感受野   
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        发布时间：2021-08-09
      • 周涛,霍兵强,陆惠玲,马宗军,叶鑫宇,董雅丽,刘珊
        2021, 29(7): 1695-1708. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1695
        摘要：针对CT模态医学图像采用卷积神经网络训练时的特征提取不充分、特征维度较高等问题，本文提出了基于融合多尺度图像的非负稀疏协同表示分类的密集神经网络肺部肿瘤（Multi Scale DenseNet-NSCR）的识别方法。第一，使用迁移学习将预训练密集神经网络模型初始化参数；第二，将肺部图像预处理，提取多尺度病灶ROI区域；第三，采用多尺度CT图像训练密集神经网络，提取全连接层的特征向量；第四，针对融合特征维度较高问题，采用非负稀疏协同表示分类器（NSCR）对特征向量进行表示，求解系数矩阵；第五，利用残差相似度进行分类。最后，采用AlexNet，DenseNetNet-201模型及三种分类算法（SVM、SRC、NSCR）两两组合模型进行对比试验，实验结果表明，Multiscale-DenseNet-NSCR分类效果优于其它模型，且特异性和灵敏度等各项评价指标也较高，该方法具有较好的鲁棒性和泛化能力。  
        关键词：密集神经网络;多尺度医学图像;迁移学习;NSCR算法   
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        发布时间：2021-08-09
      • 肖术明,王绍举,常琳,冯汝鹏
        2021, 29(7): 1709-1719. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1709
        摘要：为了减少神经网络模型对手写数字数据集的训练计算耗时和最佳训练次数，同时保证手写数字图像的分类准确率，引入了压缩感知技术，提出了基于压缩感知和单隐层前馈网络（Compressive Sensing and Single Hidden Layer Feedforward Network，CS-SHLNet）的手写数字图像快速分类算法。首先，利用高斯随机矩阵对具有稀疏性的手写数字图像进行线性观测，将高维图像信号投影到低维空间得到观测值；其次，通过误差反向传播（Error BackPropagation，BP）算法不断调整单隐层前馈网络权值建立适应于观测值的神经网络模型，将观测值嵌入神经网络中对图像进行特征提取；最后，采用单隐层前馈网络模型对手写数字进行图像分类，以训练计算耗时、最佳训练次数和分类准确率等指标对模型进行定量评估。实验结果表明：相比较单隐层神经网络和深度学习对MNIST手写数字数据集的高维图像信号图像分类，先通过CS技术利用观测数M=235的高斯随机矩阵线性观测得到图像的观测值，再利用单隐层前馈网络对观测值进行图像分类，网络模型的训练计算耗时缩短为13.05 s，最佳训练次数缩短为3次，分类准确率保持97.5%。该算法中的压缩感知线性观测可以有效减少神经网络模型对手写数字数据集的训练计算耗时和最佳训练次数，而且可以保证分类准确率。  
        关键词：图像分类;手写数字;压缩感知;神经网络   
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        发布时间：2021-08-09
      • 迟书凯,叶旋,高翔,解则晓,陶冬冬
        2021, 29(7): 1720-1730. DOI: 10.37188/OPE.20212907.1720
        摘要：为实现前景运动的精确估计，本文提出了一种基于编码标记点的高精度运动估计方法。该方法在测量环境内的前背景中粘贴环状编码标记点，并在每次前景运动后采集若干图像，通过同时估计所有相机位姿以及背景固定标记点、前景运动标记点的空间坐标，获取前景运动六自由度参数（旋转、平移）。为实现上述目标，本文提出了包括基于随机抽样一致性的编码标记点识别与提取，图聚类的编码标记点与相机分组，增量式从运动恢复结构的背景点与相机位姿初始化，图优化的前景点与前景运动初始化以及广义光束平差的全局优化等在内的一套高精度运动估计流程。实验结果表明，本文提出的前景运动估计方法精度在0.3 mm左右，可以满足高精度前景运动估计的需求。  
        关键词：高精度运动估计;编码标记点;基于图聚类的分组;基于广义光束平差的全局优化   
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      • 郭立强,刘恋
        2021, 29(7): 1731-1739. DOI: 10.37188/OPE.2020.0555
        摘要：针对相机和电子显微镜等成像设备在自动对焦过程中聚焦测度易受噪声干扰的问题，将图像处理中的斜变换与统计学中的方差相结合，提出一种具有噪声鲁棒性的聚焦测度。将图像进行分块处理，便于后续获取每个局部子图像的清晰度指标。计算每一个子图像的斜变换来得到频域系数。在变换域中，计算中频系数的绝对值并对它进行累加求和作为各子图像的清晰度指标。最后，计算各子图像清晰度的方差，将该方差作为整幅图像的聚焦测度值。通过提取局部子图像的中频信息并结合全局的方差求解的方法可以使聚焦测度具有较高的噪声鲁棒性；通过在LIVE图像数据库的实验结果表明：本文方法的噪声鲁棒性优于现有经典算法，其SDA和离散度客观评价指标相比于鲁棒性较好的索贝尔梯度熵算法平均提高了20.27%和125.61%。  
        关键词：图像处理;聚焦测度;斜变换;方差   
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        发布时间：2021-08-09
      • 陈森路,刘育梁,徐团伟
        2021, 29(7): 1740-1749. DOI: 10.37188/OPE.2020.0699
        摘要：基于视频的非接触光电容积脉搏波（Photoplethysmography， PPG）可以实现非接触式心率监测。为改善非接触PPG信号质量和提高非接触PPG技术检测心率的准确性，提出一种自适应感兴趣区域（Region of Interest， ROI）的方法。使用独立向量分析对人脸分区域处理，然后使用归一化分割选取信噪比和相关度最高的小区块作为自适应ROI来获取心率，通过对自适应ROI加权平均和频域处理得到非接触PPG信号。相比于预选定ROI的方法，该方法将头部静止状态下心率误差的均值和标准差从（4.72±6.46） 次/分降低至（0.52±1.49） 次/分，根均方误差（Root Mean Square Error， RMSE）从7.96次/分降低至1.50 次/分，平均误差率从9.45%降低至1.73%。头部运动状态下该方法的误差为（1.02±2.91） 次/分，RMSE为2.11 次/分，误差降低50%以上。使用Bland-Altman及相关性分析比较该方法与使用接触式PPG仪器得到的心率，计算得到头部静止时95%置信区间为-2.44~3.48 次/分，运动时为-2.76~4.79 次/分。最后通过对比与接触式PPG信号的波形，证明该方法得到了细节完整的PPG信号。实验结果表明，该方法显著提升了PPG信号的质量与心率的准确率。  
        关键词：光电容积脉搏波;非接触心率;自适应感兴趣区域;独立向量分析;归一化分割;信噪比   
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        发布时间：2021-08-09
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