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最新刊期
2022 年 第 7 期
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皮米量级微位移信号处理分辨力的光纤布拉格光栅探针系统
摘要：为了实现超高分辨力的微位移测量，建立了基于光纤布拉格光栅传感的高灵敏度探针系统，研究了静态锁相放大技术，用于检测小于纳米量级的微位移信号。根据光纤布拉格光栅传感原理，设计了高灵敏度的双光栅自补偿解调系统结构。基于信号特征研究了静态锁相放大技术，用于实时检测处理微弱测量信号。最后，通过探针系统的性能测试实验可获得灵敏度和分辨力等参数。实验结果表明：探针系统在接触区域的微位移测量范围约为1- 259
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发布时间：2022-04-22 -
空间探测用真空紫外光谱辐射计的校准
摘要：为了实现115~200 nm的真空紫外光谱辐射计的校准，针对现有方法中校准源均匀性不高、量值传递链条长、校准波段下限不够的问题，设计了两种校准方法。基于标准漫反射板的校准方法中，研制了测量最低波段到115 nm的真空紫外双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function，BRDF）/双向透射分布函数（Bidirectional Transmittance Distribution Function，BTDF）测量标准部件；基于标准辐射计的方法中，提出了相应的真空紫外光谱辐射亮度传递标准设计方法，标准视场角为2°，在真空条件下完成了实验验证；提出了一种标准真空紫外漫透射器制备方法，对标准真空紫外漫透射器的空间分布特性进行了测量，该方法在±10°角度范围内具有良好的均匀辐射朗伯特性。建立了校准装置，分析了各自的量值传递链条和测量不确定度，表明基于标准辐射亮度计的方法中减少了BRDF测量不确定度分量，测量不确定度更优。利用校准装置对风云卫星上的载荷进行了校准，115~200 nm波段光谱辐亮度测量不确定度为12%（k=2），载荷在轨运行良好。真空紫外光谱辐射计校准方法和装置对空间真空紫外探测技术的研究和应用具有重要的意义。关键词：紫外遥感;真空紫外;光谱辐亮度;漫透射;校准;测量不确定度- 131
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发布时间：2022-04-22 -
宽带复合耦合型频率选择表面
摘要：为满足具有稳定传输特性的低剖面、宽带频率选择表面（Frequency Selective Surface， FSS）结构的需求，提出了一种基于复合耦合型结构的宽带FSS结构。基于相邻周期子单元间相位-振幅的相互调制作用，建立新型宽带FSS的物理模型。采用全波数值仿真方法分析新型宽带FSS的电磁传输特性，以及扫描角度对其电磁传输特性的影响。最后，采用印刷电路板技术制备500 mm×500 mm的实验样件，并利用自由空间法测试其传输特性。实验结果表明：该结构具有稳定传输的宽频带特性，其-3 dB带宽为8.85 GHz，阻带顶部平坦、边缘陡直性较好，具有较好的入射角度稳定性。相邻周期子单元间相位-振幅相互调制作用理论为展宽FSS工作带宽提供了新方法，基于该方法设计的新型宽带FSS结构具有潜在的工程应用价值。关键词：频率选择表面;复合耦合型;宽阻带;电磁传输特性- 96
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发布时间：2022-04-22
现代应用光学
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矢量原子磁力仪中旋转磁场产生装置的研制
摘要：阐述了利用抽运-检测型原子磁力仪研制的磁场旋转调制法矢量原子磁力仪的工作原理、系统组成以及对旋转磁场的技术要求，根据该矢量原子磁力仪对旋转磁场的技术要求，提出了一种高性能旋转磁场产生装置。该装置通过DDS相位同步技术实现了正弦信号间相位差的补偿和精密调控，相位调控精度的理论设计值为0.022°；建立相应的电路模型，通过仿真分析以及电路模块间相互耦合关系的研究，完成了基于多模块间协同控制的电流调整模块设计，实现了线圈驱动电路电流的精密控制和调整。当旋转磁场强度为500 nT时，对应的磁场强度调整精度优于5 nT。以上设计使旋转磁场产生装置具备了旋转磁场强度、轨迹以及方向精密控制和调整的功能，经测试该装置的各项技术指标完全满足矢量原子磁力仪的技术要求，为矢量原子磁力仪研制以及技术研究奠定了技术基础。该旋转磁场产生装置在冶金、生物科学以及相关基础物理研究中也有重要的应用价值。关键词：矢量原子磁力仪;旋转磁场产生装置;磁场精密调控;DDS相位同步- 141
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发布时间：2022-04-22 -
发动机连杆裂解槽激光加工机床的加减速前瞻控制
摘要：为了提高发动机连杆裂解槽激光加工机床的加工效率，提出了一种对机床数控系统的加减速进行前瞻控制与S型曲线加减速相结合的方法。将高档数控系统常用的S型曲线加减速算法原有的七段过程简化为五段，将前瞻控制理论应用到S型曲线加减速算法中，在速度突变前提前规划速度，将这五段曲线中的位移、速度和加速度从连续量转变成离散的、周期变化的量，最后将改进后的算法移植到数控系统中。仿真结果表明，应用改进算法，变速后系统达到新稳态的时间缩短了3.5 ms，最大超调量是原来的80%。切槽实验结果表明：对连杆大头孔进行激光切槽后，裂解槽的槽深均匀无超差（裂解槽上各个点的槽深度差异小于±0.02 mm），完全符合后续加工要求，该方法大大提高了连杆裂解槽激光加工机床的稳定性以及速度和精度。关键词：激光加工;连杆;裂解槽;S型曲线加减速;前瞻控制算法- 94
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发布时间：2022-04-22 -
主动随机送风条件下大口径离轴三反光学系统的计算机辅助装调
摘要：气流扰动是决定大口径、长焦距光学系统波前检测精度的重要因素，进而影响光学系统装调的效率和质量。针对该问题，提出采取主动随机送风来抑制气流扰动对波前检测的影响。实验结果表明，通过主动随机送风，可以提高系统波前检测的稳定性，Zernike系数测量结果标准差由0.04降低到0.01以下。进一步地，在主动随机送风条件下完成了一个0.5 m有效通光口径，6 m焦距的离轴三反消像散光学系统的计算机辅助装调。经过两轮迭代，系统波像差RMS平均值由0.49λ降低到0.086λ，满足系统像质要求。通过主动随机送风可以有效地抑制气流扰动对大口径、长焦距光学系统波前检测的影响，从而为计算机辅助装调提供稳定、正确的波前数据，提高了系统装调的效率和质量，这对于研制大口径光学系统具有重要意义。关键词：计算机辅助装调;离轴三反光学系统;主动随机送风;大口径光学系统;气流扰动- 142
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发布时间：2022-04-22 -
微透镜阵列单点金刚石车削补偿技术
摘要：为了提高微透镜阵列单点金刚石车削的加工精度与一致性，提出了加工误差的理论模型，并针对其补偿方法进行了理论分析和实验研究。将微透镜阵列加工等效为自由曲面加工，通过建立单点金刚石慢刀伺服切削模型，计算了理论曲面在每一个切削点处沿切削方向的曲率半径；结合刀具等效倾斜角模型和机床加工时延模型，进一步得到了慢刀伺服切削微透镜阵列误差面形的理论预测值。然后，使用原位测量设备测量处理得到实际加工误差，将面形误差理论值与实际加工误差测量值比较，并将面形误差理论值预补偿到加工程序中。实验结果表明，面形误差理论值与实际加工误差测量值具有一致性，两者偏差在［-0.7- 157
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发布时间：2022-04-22
微纳技术与精密机械
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数字液滴PCR图像的荧光信息提取
摘要：针对数字液滴聚合酶链式反应（droplet digital Polymerase Chain Reaction， ddPCR）核酸检测中数字聚合酶链式反应由液滴数量多、尺寸小、排列紧密、荧光强度不均匀而导致的液滴难以计数问题，提出一种图像处理方法，基于灰度遍历法采集图像的信息，通过微分分析法对液滴进行分类和计数，可准确采集ddPCR实验的图像信息。通过卷积算法去除图像中的噪声，使用灰度分布均衡化法增强图像的对比度。以灰度遍历的方式将图像在逐个阈值下二值化，并以几何条件为限制统计液滴数量。通过微分分析法对数据进行分析，得出荧光液滴与全部液滴的计数结果。在以人类gDNA（genomic DNA）为检测样本的ddPCR实验中，该算法的平均检测准确率为99.36%，与商用仪器算法和同类算法相比分别提高了2.24%，2.53%。该方法为ddPCR实验提供了可靠的检测结果，可更好地适用于ddPCR实验。关键词：荧光斑点检测;数字液滴PCR;核酸检测;图像处理;图像分析- 275
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基于城市遥感卫星影像对的立体匹配
摘要：为了解决城市卫星遥感影像中存在大量阴影以及大量的视差阶跃区域导致立体匹配效果不佳的问题，提出一种适应于城市遥感影像对的立体匹配算法。对算法所使用的匹配代价函数、代价聚合方法和视差优化方法等进行研究，改进了匹配代价函数，利用多阶加权Census算法减小噪声等因素的影响。在代价聚合中加入建筑边缘信息的约束条件，在视差细化部分充分考虑城市建筑的形态特点，对视差图进行优化。实验结果表明：在MiddleBury数据集上，本文算法的准确率比经典SGM算法提升4.54%；在城市区域WorldView-2立体影像对上，建筑屋顶的高程方差为0.71，满足基于城市卫星遥感影像对获取高精度视差图的要求，能够为城市三维重建提供良好的条件。关键词：卫星遥感;城市遥感影像;Census变换;边缘约束;视差优化;立体匹配- 135
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发布时间：2022-04-22 -
基于自注意力特征融合组卷积神经网络的三维点云语义分割
摘要：针对现有算法忽略点云数据全局单点特征和局部几何特征的深层关系，导致捕获的局部几何信息缺乏鉴别性且难以有效识别复杂形状的问题，提出基于自注意力特征融合组卷积神经网络的三维点云语义分割算法。首先，设计轻量化网络框架的代理点图卷积提取点云局部几何特征，并加入组卷积操作减少计算量和复杂度，以较少的冗余信息增强特征的丰富性；其次，通过Transformer模块进行不同分支间特征信息的交流，使全局特征和局部几何特征相互补偿，增强特征的完备性；然后，将点云底层语义特征与原始点云融合以扩大局部邻域感受野，获得高级上下文语义信息；最后，将特征输入到分割模块完成细粒度语义分割。实验结果表明，该算法在S3DIS数据集和SemanticKITTI数据集上的分割精度分别达到79.3%和56.6%，能够提取三维点云的关键特征信息，网络参数量较少且具有较高的语义分割鲁棒性。关键词：三维点云;语义分割;图卷积;组卷积- 169
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发布时间：2022-04-22 -
基于改进Mask R-CNN+LaneNet的车载图像车辆压线检测
摘要：针对辅助驾驶或自动驾驶领域车载图像的车辆压线检测问题，以及检测过程中由于欠曝、阴影或实体遮挡等因素导致的漏检、误检问题，提出基于改进Mask R-CNN与LaneNet的车辆压线检测算法。在网络优化方面，在Mask R-CNN网络的基础上将RoI Align层的图像缩放算法（双线性插值）改进为双三次插值，将全连接层卷积化的VGG16网络取代LaneNet的E-Net共享解码器；在图像增强方面，改进Gamma校正算法以实现欠曝图像的自动校正；在训练数据方面，完成Tusimple数据集中车辆目标的标注并基于改进的随机擦除算法在网络训练过程中进行数据增强。实验结果表明：车辆检测速度保持不变的同时车道线检测速度提升了28%，车辆漏检率、误检率分别降低了38.93%，89.04%，车道线漏检率、误检率分别降低了67.21%，87.05%，算法的性能指标可满足车辆压线判断的应用需求。关键词：图像校正;实例分割;车道线检测;数据增强;压线检测- 151
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采用三层模板局部差异度量的红外弱小目标检测
摘要：针对现有算法在复杂背景下虚警率高、实时性差的缺陷，提出了一种基于三层模板局部差异度量的单帧红外弱小目标检测算法。提出三层模板的构造方式，充分利用模板不同层之间灰度分布的差异，提出灰度差异度量和方差差异度量相结合的三层模板局部差异度量算法，同时实现了目标增强与背景抑制，最后采用自适应阈值分割算法从显著性图中提取待检测目标。实验结果表明，所提算法只需使用固定尺寸的三层模板遍历一次图像即可实现对不同尺寸目标的检测，不仅避免了由多尺度运算导致的算法复杂度的提升，而且防止了由区域交叠造成的目标漏检。使用公开数据集SIRST进行测试，与现有8种算法对比，本文算法的信杂比增益平均提高了7.7倍，背景抑制因子平均提高了3.9倍，且具有更好的实时性。关键词：目标检测;红外小目标;区域交叠;三层模板;局部差异度量- 192
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发布时间：2022-04-22
信息科学
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