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2022 年 第 5 期
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超精密空间分离式外差利特罗平面光栅编码器位移测量系统
摘要：面向浸没式光刻机双工件台的超精密位置测量应用需求，提出了一种超精密空间分离式外差利特罗平面光栅编码器位移测量系统。给出了测量系统的原理与方案设计、系统各部件的设计及制造、编码器测量原理推导及实验验证等。所设计平面光栅编码器位移测量系统的相位卡的细分率为4 096，测量分辨率为x50 pm/z25 pm。实验结果表明：该平面光栅位移测量系统可实现x向和z向位移的同时测量，z向运动行程为±1 mm，满足光刻机双工件台的垂向调焦需求；Rx/Ry/Rz单轴转动或三轴联合转动极限转角为±1.5 mrad时，交流信号质量仍然满足测量要求，光刻机双工件台的Rx/Ry/Rz的调平转动满足需求。所设计的平面光栅编码器位移测量系统能够实现光刻机双工件台相应的测量功能且具有较高的性能指标。关键词：浸没式光刻机;位移测量;平面光栅编码器;空间分离;外差;利特罗角- 369
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发布时间：2022-03-25 -
基于视差放大与超分辨率的三维光场腹腔镜标定
摘要：基于光场成像理论的三维腹腔镜是实现腹腔三维成像的重要研究方向，标定是光场腹腔镜实现三维成像的基础。针对光场带宽积与较小的光场视差会制约三维光场腹腔镜标定精度提升的问题，提出了一种视差放大方法，将直接计算光场视差的问题转换为间接计算两个特征点的距离问题，较大的特征点间距在光场图像中体现为易于检测的点-点间距和点-线间距，从根本上提高了光场腹腔镜的标定精度；基于SRDenseNet的改进型超分辨率网络，整合通道注意力机制，同时提高了光场腹腔镜四维成像的角度分辨率与位置分辨率，间接地提高了光场腹腔镜的标定精度。实验结果表明，经光场视差放大与超分辨处理后，三维光场腹腔镜标定的反投影误差降低了16%，R2提高了6%。关键词：医学成像;光场腹腔镜;光场视差;超分辨率;标定- 199
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发布时间：2022-03-25 -
三灰度编码相位展开方法条纹投影轮廓术
摘要：为了通过减少条纹投影轮廓术所需投影和采集的条纹图像数量，提高三维测量速度，提出了一种用于条纹投影轮廓术的三灰度编码相位展开方法。投影仪投射5幅条纹图像到被测物体表面，包括三幅正弦相移条纹图像和两幅三灰度编码图像，由相机采集经物体表面调制的变形条纹图。通过相机采集到的三幅变形正弦相移条纹图像计算包裹相位。通过相机采集的三灰度编码图像，经过空间灰度平均、灰度三值化、灰色伪码去除后得到三灰度编码值，在获得编码值后利用编码值的空间邻域信息进行解码后得到展开相位级次，对包裹相位进行相位展开。将由对准误差导致的错误相位点去除后得到最终的展开相位。最后，通过系统标定得到的标定系数和最终的展开相位得到被测物体表面的三维形貌。实验结果表明，与最佳三条纹结合四步相移方法相比，该方法在测量精度相当的情况下，测量速度提升了2.4倍。本文所提方法在不牺牲测量精度的同时，提高了三维形貌测量的效率，对复杂形面的快速测量具有实际应用价值。关键词：条纹投影轮廓术;三灰度编码;相位展开;错误相位点- 194
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发布时间：2022-03-25 -
时间延迟积分荧光显微成像平场校正技术
摘要：时间延迟积分（Time Delay Integration， TDI）图像传感器具有高速、高灵敏度等特点，广泛应用于高通量、大视场的荧光显微成像系统中。显微物镜视场内响应均匀是精确获取荧光能量分布的基础，为提高系统成像质量和测量准确度，研究了适用于TDI荧光显微成像系统的平场校正或响应非均匀性校正方法。根据TDI荧光成像系统的工作原理推导激光诱导荧光成像模型，分析图像均匀性退化机理。提出一种基于微阵列生物芯片的两步式校正方法，将系统响应非均匀性分为高频和低频部分分别校正，高频部分采用传统的两点校正方法，低频部分采用微阵列生物芯片校正。基于高通量TDI荧光显微成像系统开展实验，执行并验证本文的校正方法。实验结果表明：本文方法将TDI荧光成像系统的响应非均匀性由25.21%降低至2.87%，显著提高了系统性能。本文提出的校正方法能够满足TDI荧光显微成像系统的平场校正需求，具有一定的应用价值。关键词：荧光显微成像;时间延迟积分;非均匀性校正;微阵列生物芯片- 155
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发布时间：2022-03-25 -
混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信中继系统
摘要：为准确评价混合毫米波射频/多输入多输出-自由空间光通信（millimeter Wave Radio Frequency/Multiple Input Multiple Output-Free Space Optical， mmW RF/MIMO-FSO）中继系统的性能，利用Meijer-G 函数推导出混合mmW RF/MIMO-FSO中继系统端到端中断概率、误码率以及遍历容量的闭合解析表达式。该混合系统的中继采用固定增益方案、接收端采用等增益合并方式合并多路信号。mmW RF信道服从Nakagami-m衰落，FSO信道服从Gamma-Gamma分布。数值仿真结果显示，MIMO技术可以有效缓解由于大气湍流强度的增强而导致的混合中继系统性能降低。随着激光发射器和光电探测器相对应的收发孔径数目的增加，混合中继系统性能逐渐增强，但与此同时系统的复杂度也不断提高。综合分析可知，当激光发射器发送的激光信号束与光电探测器使用的接收孔径数相等且都为2时，MIMO-FSO链路的性能达到最佳状态。关键词：空间光通信;混合射频/自由光通信中继系统;毫米波;多输入多输出;固定增益- 126
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发布时间：2022-03-25 -
12.7 km水平信道空间激光通信闪烁抑制
摘要：大气湍流引起的光强闪烁效应会导致信噪比下降，严重影响自由空间光通信的正常工作。空间分集技术能够有效克服这种影响，为抑制12.7 km城市水平信道大气湍流光强闪烁，设计了空间分集接收发射系统，并对分集接收的最大比合并、等增益合并和选择合并方案的抑制效果进行了对比，结果表明等增益合并方案工程实现简单，抑制效果明显，相比于单路信号闪烁指数可降低至40.1%。最后，根据全天闪烁指数变化反演了大气折射率结构常数变化，与PAMELA模型的模拟结果对比，趋势相符。研究结果对提高自由空间光通信质量有着重要意义。关键词：自由空间光通信;光强闪烁;空间分集技术;湍流抑制;分集合并- 146
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发布时间：2022-03-25
现代应用光学
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大面积纳米压印技术及其器件应用
摘要：大面积纳米压印技术是一种利用模板压印方法大规模制备大面积微纳米结构的图形化技术，具有重复性好、成本低及结构分辨率高等优点。对各类聚合物及介质的快速结构成型使得大面积纳米压印技术在制备微纳光学、光电器件方面具有独特的优势，可应用于发光二极管、显示器、增强现实光波导及微流控芯片等众多领域，并在纳米技术商业化中发挥关键作用。首先对纳米压印技术进行介绍，然后从大面积纳米压印技术、大面积压印模板制备、大面积纳米压印技术的器件应用及其前景与挑战四个方面来介绍大面积纳米压印技术。关键词：纳米压印;大面积压印模板;大面积图形化;器件应用- 227
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基于变换序列权重峰值拟合的直线电机速度的快速精密测量
摘要：为了实现直线电机动子速度的实时鲁棒精密测量，研究了一种基于权重相位相关峰值拟合的直线电机速度测量方法。首先，构造出锯齿波条纹目标图像，利用线扫描相机获取运动过程中的连续锯齿波条纹序列。然后，采用相位差算法得到相邻信号的互功率谱，引入反比例函数代替傅里叶反变换后的狄拉克函数，仅通过对峰值点及两个邻域点简单加权，更加快速稳定得到条纹信号的亚像素位移。最后，根据系统标定系数和固定拍摄间隔计算直线电机动子实时速度。实验结果表明：本文方法的平均耗时约为0.02 ms，测量精度在0.05 pixel以内，速度测量精度为0.03 mm/s。关键词：直线电机;图像测速;锯齿波条纹图像;权重相位相关峰值拟合;亚像素测量- 138
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发布时间：2022-03-25 -
激光预冲击提高激光动态柔性微胀形成形质量
摘要：提出了一种激光预冲击辅助激光动态柔性微胀形的新型微成形工艺，以提高微成形件的质量。本工艺利用激光冲击对紫铜箔进行预处理以提高其成形性能，并从胀形深度、表面质量、厚度减薄率、成形对称性、断面形貌等方面研究了微胀形件的成形质量。实验结果表明，胀形深度及表面粗糙度随着激光能量的增加而增加，当激光能量从325 mJ增加至575 mJ时，胀形深度从216.3 μm增至388.7 μm。微胀形件的成形质量随着激光能量的增加而恶化。微胀形件的最大厚度减薄位置位于胀形中心区，局部颈缩则出现在胀形中心区和模具入口区，然而断裂发生在模具入口区。随着激光能量的增加，断裂模式由剪切断裂与韧性断裂的混合模式转变为剪切断裂。激光预冲击有利于提高微胀形件的成形质量，并抑制局部颈缩的产生。关键词：激光预冲击;激光动态柔性微胀形;紫铜箔;成形质量;断裂模式- 127
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发布时间：2022-03-25 -
稳定
X 轴的刀具圆弧Z 向补偿差值迭代法摘要：为了改进自由曲面刀具路径规划中刀具圆弧Z向补偿的计算方法，降低车床克服X轴惯性带来的跟踪误差，提高切削速度和效率，基于超精密车削下的慢刀伺服技术提出一种差值迭代法。以理想刀位点极径和由给定刀触点计算出的实际刀位点极径作差值运算，判断差值是否小于车床导轨分辨率，若低于分辨率，则输出刀位点；若超过，将差值补偿给初始刀触点重新计算补偿刀位点，再与理想极径作差值，此为一次迭代，通过多次迭代，即可完成最终刀位点输出。通过实验分析证明：三次迭代后的刀位点极径即可满足阿基米德螺线渐变，车床X轴稳定进给，同时对Z轴的补偿量较少，加工精度达PV0.226λ@632.8 nm。该差值迭代法无需复杂的方程组求解和曲面拟合，可操作性好，加工精度和效率高。关键词：光学加工;自由曲面;稳定X轴;Z向补偿;差值迭代- 124
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发布时间：2022-03-25
微纳技术与精密机械
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基于CycleGAN-SIFT的可见光和红外图像匹配
摘要：针对红外图像和可见光图像因成像机理不同导致传统匹配算法匹配精度不高、鲁棒性差的问题，提出一种基于CycleGAN-SIFT的可见光和红外图像匹配算法。为了减小可见光图像与红外图像之间特征差异对匹配结果造成的影响，通过迁移学习共享权重的方式在可见光图像和红外图像基础上利用CycleGAN生成伪红外图像，利用SIFT特征提取算法分别提取伪红外图像和红外图像的特征点并进行匹配。为了降低错误匹配率，利用RANSAC剔除误匹配点对。最后，将伪红外图像上的特征点映射至可见光图像，从而实现可见光图像与红外图像的匹配。为了验证所提出算法的有效性，从OTCBVS和TNO Image Fusion Dataset数据集中任选4组异源图像，并分别在无噪声、有噪声以及存在角度畸变3种情况下与SIFT、Canny-SIFT、SURF以及CMM-Net 4种经典算法进行比较。实验结果表明，在不考虑角度畸变和噪声干扰的条件下，所提出算法的匹配正确率可达95%以上；当存在角度畸变和噪声干扰情况时，本文算法的匹配正确率依然在95%以上，具有匹配精度高、鲁棒性强的优点。关键词：图像匹配;异源图像;Cycle生成对抗网络;尺度不变特征;随机抽样一致算法- 157
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发布时间：2022-03-25 -
融合空谱
- 梯度特征的深度高光谱图像去噪摘要：为了去除高光谱图像采集过程中产生的噪声，提升后续图像处理的性能，提出了一种融合空谱-梯度特征的深度高光谱图像去噪方法。它包括空谱特征网络和梯度特征网络，且各网络使用密集跳跃连接和可分离卷积策略进行优化。空谱网络模型实现噪声特征的精确提取，梯度网络模型对噪声纹理特征进行补充，最后基于两个网络的特征提取结果进行融合，实现噪声特征的精准刻画，并用于恢复干净图像。分别在合成噪声图像和真实噪声图像上验证方法的有效性。实验结果表明，该方法在恢复图像内部结构上效果显著，在噪声标准差50的条件下去噪结果的平均信噪比达到29.426 dB，平均结构相似性达到0.967 8 dB，去噪结果使用支持向量机算法进行分类，分类精度达到90.89%。关键词：高光谱图像;去噪;空谱网络;梯度网络;密集连接;可分离卷积- 193
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发布时间：2022-03-25 -
自适应双刃边法模糊红外图像复原
摘要：红外图像由于对比度低、噪声大，导致图像边缘较为模糊，严重影响图像中有效信息的提取与识别。针对该问题，提出了一种基于相位一致性原理自适应提取双刃边进行模糊红外图像复原的方法。该方法首先利用频域的相位一致性点作为边缘特征点，提取图像边缘信息；在此基础上根据最优角度原则自适应地选择两条满足条件的刃边，拟合退化图像的点扩散函数；最后以点扩散函数为先验信息，利用快速全变分正则化模型实现模糊图像复原。实验证明，基于相位一致性自适应提取双刃边的方法高效且鲁棒性强，可有效提取各种形状图像边缘的刃边信息；在失焦、光学衍射、相对运动等不同图像退化条件下，相比于自适应单刃边法，本文算法所复原图像的平均梯度和信息熵分别提高了11.5%和1.4%，所生成的椭圆点扩散函数的复原效果明显优于传统单刃边法生成的圆形点扩散函数的复原效果。关键词：图像复原;相位一致性;自适应;双刃边;最优角度原则;点扩散函数- 192
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发布时间：2022-03-25
信息科学
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