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最新刊期
2022 年 第 22 期
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离轴光学系统的畸变分析及焦距测量
摘要：为了实现离轴光学系统的高精度畸变分析、测量及在轨图像的快速、高精度畸变校正，利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析。首先，对离轴光学系统的理论畸变进行了分析，提出了等效焦距的概念，并利用高阶畸变分析方法对系统的相对畸变进行了拟合分析；接着，针对装调完成的某离轴光学系统完成了畸变测试及焦距测量；最后，利用实测结果完成了该离轴光学系统的物像对应关系的高精度解算。与ZEMAX光线追迹的结果相比，利用高阶畸变系数计算得到的等效焦距最大偏差为0.366 mm；对于某装调完成的离轴光学系统，实测等效同轴系统焦距的偏差仅为6.378 mm，相对偏差为0.073%。验证了该方法对于离轴光学系统畸变分析、测量及焦距测量具有正确性及精度保证，将为在轨图像的快速、高精度畸变校正提供可靠输入。关键词：离轴光学系统;畸变分析;焦距测量;等效焦距;高阶畸变系数- 226
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发布时间：2022-11-24 -
航空遥感大气多角度偏振辐射计及测试实验分析
摘要：地球大气与气候变化密切相关，且影响着人类健康和生态环境，大气监测具有重要意义。大气气溶胶散射辐射的偏振敏感性为光学偏振遥感技术应用于大气探测提供了新思路。结合我国航空遥感系统技术发展和环境大气遥感监测需求，提出了一种航空大气多角度偏振探测方法，突破集束式偏振光学系统设计和偏振定标等关键技术，研制了大气多角度偏振辐射计。首先，介绍辐射计偏振探测原理，讨论光学系统方案设计，分析辐射计多角度探测和定标精度对气溶胶柱浓度反演后验误差的影响；其次，利用标准偏振光发生器和绝对辐射定标系统，对辐射计偏振测量精度进行验证，并得到绝对辐射定标不确定度；再次，针对辐射计航空遥感模式，研发专门的多角度多光谱偏振探测数据处理系统；最后，开展外场实验分析，通过航空与地面同步观测实验，验证了辐射计各项指标。研究结果表明：辐射计的绝对辐射定标不确定度优于4%，偏振测量精度优于0.5%，同步比对站点的大气气溶胶光学厚度反演精度优于0.05。该辐射计获取的偏振数据可反演得到大气气溶胶光学厚度等参数，满足区域环境大气监测应用需求。关键词：航空;偏振;遥感;多角度;辐射计- 84
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发布时间：2022-11-24 -
C+L波段低损耗色散补偿19芯光子晶体光纤设计
摘要：为解决空分复用通信系统中多芯光纤色散积累的问题，本文利用光子晶体光纤灵活的色散可调性并结合多芯光纤提出了一种C+L波段低损耗色散补偿19芯光子晶体光纤。通过有限元法结合耦合模理论对该光纤色散、芯间串扰、限制损耗及弯曲损耗等各项光学性能进行了数值模拟。结果表明，该多芯光纤在C+L波段实现大负色散的同时，能显著抑制芯间串扰及限制损耗。该光纤在C+L波段内可实现介于-9 572~-13 633 ps/nm/km之间的大负色散及介于2.04×10-5~8.1×10-3 dB/km之间的超低限制损耗。同时在C+L波段该光纤芯间串扰介于-88.96~-33.33 dB/100 km之间，并且弯曲损耗值满足ITU-T建议的G.654光纤在标准光纤尺寸下对19芯光子晶体光纤的要求。因此，该光纤可在基于空分复用技术的多芯光纤通信系统中发挥有效的色散补偿作用。关键词：空分复用;光子晶体光纤;多芯光纤;色散补偿;芯间串扰- 68
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发布时间：2022-11-24
现代应用光学
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1级齿轮渐开线样板的国内量值比对
摘要：齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010中的最高等级为1级，其齿廓形状公差在1.0~2.1 μm之间，目前我国商品渐开线测量仪的测量不确定度暂不满足1级齿轮渐开线样板的测量要求。为了验证大连理工大学高精度齿轮研究室研制的齿轮渐开线样板的制造精度，大连理工大学联合中国计量科学研究院、东北国家计量测试中心、重庆市计量质量检测研究院对编号GIA db100-200-262：06的具有3种基圆参数的新型齿轮渐开线样板进行了国内量值比对。根据各单位计量室提供的齿轮渐开线样板基圆半径和齿廓形状偏差的测量结果和测量不确定度，采用加权平均法计算该齿轮渐开线样板的齿廓形状偏差参考值，最终测量结果的归一化偏差|En|<1，证明了各计量室测量结果的真实有效性。在95%的置信区间内，该齿轮渐开线样板4个齿面计值范围内的齿廓形状偏差ffα=（0.27~0.43）±0.53 μm，满足我国齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010对1级齿轮渐开线样板齿廓形状公差和计值范围的要求。关键词：齿轮渐开线样板;渐开线齿廓偏差;量值比对- 148
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发布时间：2022-11-24 -
高频磁致伸缩换能器输出特性测试与优化控制
摘要：高频磁致伸缩换能器的谐振状态和输出特性受电磁激励条件、发热程度以及负载状况等多种因素共同影响。为了提升高频磁致伸缩换能器的输出性能，本文深入研究了工作温度和负载变化对换能器谐振频率和最佳偏置磁场的影响规律并设计了闭环控制系统。首先，依据换能器阻抗圆图和输出加速度特性，对不同温度和负载下磁致伸缩换能器的谐振频率与最佳偏置磁场进行了实验测试以发现其变化规律；然后，基于测试数据建立了反向传播（Back Propagation，BP）神经网络预测模型并采用遗传算法和粒子群算法对BP神经网络进行优化以表征温度和负载与谐振频率和最佳偏置电流之间的非线性关系；最后，搭建了磁致伸缩换能器的闭环控制系统并利用预测模型的预测结果实时调整闭环控制器的参考值以实现谐振频率和最佳偏置磁场的自动追踪，实验结果证明了该控制系统优化换能器输出特性的有效性，不同工况下可使换能器的输出加速度幅值平均提高25.65%。关键词：高频磁致伸缩换能器;谐振频率;偏置磁场;BP神经网络;闭环控制系统- 145
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发布时间：2022-11-24 -
3D位姿估计结合阻抗控制的沉孔装配
摘要：面向长圆轴零件与沉孔零件的自动装配需求，针对装配中任意位置和姿态的零件柔顺装配的问题，研究了3D视觉和力觉结合的柔顺装配策略。在3D视觉定位方法中，提出了一种沉孔零件位姿估计的算法：首先使用超体素分割和约束平面分割（Constrained Planar Cuts， CPC）聚类完成点云数据的预处理，再利用基于权重的随机采样一致性（Weight-based Random Sample Consensus， WRANSAC）平面拟合完成平面定位，通过沉孔的轮廓提取与圆拟合估计装配位置。在力觉方法中，采用阻抗控制实现零件的柔顺装配。实验结果表明：本文提出的WRANSAC平面拟合算法的平均距离误差- 175
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发布时间：2022-11-24
微纳技术与精密机械
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融合二维图像和三维点云的相机位姿估计
摘要：为了准确地在特定三维真实环境中，通过单目相机获取的RGB图像来估计相机的六自由度位姿，本文结合已知的二维图像及三维点云信息，提出了基于稠密场景回归的多阶段相机位姿估计方法。首先，将深度图像信息与传统运动结构恢复（Structure From Motion， SFM）算法相结合，构建单目相机位姿估计数据集；其次，本文首次将深度图像检索引入2D-3D匹配点的构建当中，通过所提的位姿优化函数对位姿解算加以优化，提出多阶段相机位姿估计方法；最后为提升位姿估计的性能，将ResNet网络结构用于图像的稠密场景坐标回归，使得所提方法的位姿估计精度大幅度提升。实验结果表明：对于给定的位姿误差阈值5 cm/5°，在公开数据集7scenes下的位姿估计准确率均值为82.7%，在自建数据集下的准确率为94.8%。与现有的其他相机位姿估计算法相比，本文所提方法不论在自建数据集还是公开数据集下的位姿估计精度均有提升。关键词：相机位姿估计;三维点云;特征匹配;场景回归- 92
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发布时间：2022-11-24 -
集成电路X射线图像的多正则化图像复原
摘要：针对集成电路X射线图像噪声强烈、对比度低的特点，本文充分考虑图像边缘细节和平滑区域在细节保持和噪声去除上的不同需求，提出一种多正则化图像复原方法。该方法基于快速傅里叶变换下的高斯高通滤波和高斯低通滤波获取集成电路X射线图像的边缘细节结果和平滑滤波结果作为正则化图像复原的观测图像，充分利用- 86
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发布时间：2022-11-24 -
基于内容视觉感知和传输失真的无参考视频质量客观评价
摘要：通过分析和研究视频内容特征、编解码失真特征和传输时延特征对视频质量评价的影响，结合人眼视觉特性及其数学模型，提出了一种综合考虑传输和编解码失真的基于内容感知的无参考视频质量评价方法，并构建其数学模型。在该方法中，首先采用视频帧图像纹理复杂性特征、图像的局部对比度、时域信息及其视觉感知来描述视频内容，构建其内容感知模型，并以此探讨视频内容及其视觉感知对视频质量的影响；然后，探讨比特率与视频质量之间的关系，构建其模型，研究视频比特率对其质量的影响；接着，结合视频传输时延特征，构建了由于传输时延失真而产生的视频质量下降的质量评价模型；最后，采用凸优化方法综合3个方面的模型，提出了一种综合考虑视频内容、编解码失真、传输时延失真和视觉特性的无参考视频质量评价模型。并采用多个建立的视频数据库和开源数据库中的数据和视频进行了测试验证，并与17种现有视频质量评价模型进行了性能对比；结果表明，所提模型的精度Pearson相关系数和Spearman秩序相关系数值最小分别能够达到0.877 3和0.833 6，最大可以实现0.938 3和0.943 8，表现出了较好的泛化性能，且复杂度比较低。综合模型精度、泛化性能、复杂性3个方面的性能参数表明，所提模型是一个性能比较优异的视频质量评价模型。关键词：视频质量评价;人类视觉特性;视频内容;亮度和色度;传输时延- 103
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发布时间：2022-11-24 -
由粗到细的多级小波变换水下图像增强
摘要：为实现水下降质图像的颜色校正和细节增强，提出了由粗到细的多级小波变换水下图像增强方法。首先，通过多级小波变换将水下图像分解为低频图像和一系列高频图像；随后，提出了由粗到细的多级小波变换水下图像增强网络，它包含基于多级小波变换的图像增强子网络和二阶龙格库塔模块构建的细化子网络。基于多级小波变换的图像增强子网络用于估计水下图像增强的初步结果，它包括低频分支和高频分支。低频分支校正低频图像的颜色信息，它将颜色校正问题看作隐式的类型转化问题，并将类型转化中常用的实例归一化和位置归一化用于低频分支的颜色校正中。高频分支为了适应低频分支的操作，如实地增强高频图像的边缘和细节，联合低频分支处理时的信息以及高频图像，计算增强高频细节的掩模；逐步上采样掩模，并将其与各级小波变换获取的高频图像相乘，以增强细节。实施逆小波变换，获得初步增强的水下图像；最后，设计基于二阶龙格库塔模块的细化子网络，对初步增强的结果进一步细化。实验结果表明：在合成和真实水下图像上，本文算法较已有的水下图像增强算法，具有更好的增强效果，PSNR值的提升幅度达9%。满足水下视觉任务的颜色校正、细节增强、清晰化等要求。关键词：水下光学;小波变换;深度学习;颜色校正;龙格库塔- 65
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发布时间：2022-11-24 -
精密跟踪型望远镜适配的快速星图匹配
摘要：空间目标的精密定轨需要高精度的天文定位技术，而星图匹配是天文定位的基础。本文针对精密跟踪型望远镜提出一种快速星图匹配算法，它包含优化三角形匹配和序列图像修正两部分。论文主要叙述了该算法原理、流程与实现，并对其速度与精度等方面进行了研究。首先，利用编码器轴系定位划取指向天区的星表数据，经筛选和归算列为导航星表。接着，应用降维查表的方法加速三角形匹配并通过理想坐标底片常数之间的关系校验得出首帧匹配结果。然后，修正算法结合后续各帧中望远镜指向的变化量计算导航星的理想坐标，并应用上一帧的底片常数，匹配观测星和导航星。最后，对底片常数计算得出的导航星和目标定位结果进行统计对比。经实验，计算39组星对时采用快速三角形匹配可以将时间缩短至近1/300；对后续图像（每帧含大约100组匹配星对）使用序列图像修正算法，均可以在0.04 s以内完成匹配；采用快速星图匹配算法获取的匹配星对用于对中高轨激光星定位，其平均误差在0.5″左右。由此可见，快速星图匹配算法充分满足精密跟踪型望远镜天文定位精度高、速度快的要求。关键词：星图匹配;天文定位;三角形匹配;图像序列;底片常数- 80
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发布时间：2022-11-24 -
局部相关点平衡的三维激光点云骨架提取
摘要：激光扫描获取的点云模型形状分析和变形需要依赖骨架线完成。本文提出了一种快速自动获取激光扫描点云骨架线用以对模型进行形状变换的方法，同时减少手动绑定骨架导致的时间耗费。该方法将初始骨架点定义为点云模型中具有对称法向的最近相关点的中点，通过中点状态的平衡化得到最终的骨架点；然后采用主成分分析法搜寻满足方向一致性要求的骨架点组合，并利用广度优先搜索方法合并不同骨架分支；最后将各分支通过拉普拉斯平滑后相连，从而得到完整的骨架线，并将此骨架线应用于模型形状变换的任务中。实验将本文方法与- 73
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发布时间：2022-11-24
信息科学
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