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    2024 32 8

      现代应用光学

    • 旋转激光扫描系统是一种空间多目标并行角度传感系统,其光源性能对系统精度至关重要。为解决光源导入问题,研究人员创新性地设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。然而,激光在穿过转轴进入镜组时,倾斜入射柱镜会导致扫描光面型变化。为解决这一难题,研究人员提出了一种基于平行线传递性的激光光轴姿态调整方法,并建立了光轴倾斜误差的标定方法。实验结果证明,经过调整后,光轴与转轴轴线的空间夹角小于0.15°,满足了扫描光截面中心直线度对激光入射柱镜的角度要求。这一研究成果不仅提高了系统的测量精度,也为旋转激光扫描系统在工业测量等领域的应用提供了有力支持。
      任永杰,郭威,吴腾飞,滕明鑫,林嘉睿,邾继贵
      2024, 32(8): 1111-1121. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1111
      摘要:旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的扫描光面型发生变化。针对此问题,研究了一种基于平行线的传递性的激光光轴姿态的调整方法,并借助激光跟踪仪测量平台,分别对光轴与转轴轴系进行拟合,建立了对光轴倾斜误差的标定方法。实验结果表明,调整后光轴与转轴轴线的空间夹角优于0.15°,完全满足扫描光截面中心直线度对激光入射柱镜的角度要求。该调整方案可用于系统的装配环节,使扫描光更加接近理想平面,有助于系统测量精度的提升。  
      关键词:大尺寸测量;旋转激光扫描系统;光轴调整;轴线拟合;误差分析   
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      发布时间:2024-05-08
    • 纳秒激光脉冲技术取得重要突破,研究团队成功实现了高速转镜调Q控制系统,为获得窄脉冲、高峰值功率输出激光提供了直接方式。该系统以Arduino mega 2560单片机为核心,精准控制激光电源的充放电和高速电机启停,同时通过整合降频控制氙灯放电时刻,实现了对延迟时间的精准控制。在5 Hz重复频率下,转镜转速为650 r/s时,获得的最高单脉冲激光能量为45.7 mJ、脉冲宽度为86.2 ns,相应的峰值功率为530.2 kW。这一成果为纳秒激光脉冲技术的进一步发展奠定了基础,有望为激光加工、医疗等领域带来更高效、更精准的解决方案。
      朱永斌,马圣洁,程庭清,王礼,陈月明,江海河
      2024, 32(8): 1122-1129. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1122
      摘要:转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为核心的高速转镜调Q控制系统,通过精确单片机解析串口屏指令控制激光电源的充放电和高速电机启停,同时通过对转镜脉冲信号整合降频控制氙灯放电时刻,实现对延迟时间的精准控制,实现了灯泵Er,Cr:YSGG激光纳秒窄脉冲调Q输出。在5 Hz重复频率下,转镜转速为650 r/s时,获得的最高单脉冲激光能量为45.7 mJ、脉冲宽度为86.2 ns,相应的峰值功率为530.2 kW。  
      关键词:转镜调Q;固体激光器;Er,Cr:YSGG激光;Arduino;氙灯泵浦   
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      发布时间:2024-05-08
    • 齿轮齿面形貌激光干涉测量领域迎来重要突破。以往,由于噪声干扰,采集的包裹相位图中常出现质量差的区域,导致解包路径错误,严重影响测量精度。针对这一问题,研究团队提出了一种基于Tsallis相对熵质量评价的包裹相位修补方法。该方法通过高斯分布拟合阈值处理后的图像,并利用Tsallis相对熵评价相位质量,最后修补质量差的区域,显著提高相位解包裹质量。实验验证显示,该方法可减少40%的相位残差点,有效提升相位质量。这一方法简单易行,准确率高,对其他移相光学领域同样适用,为齿轮齿面形貌激光干涉测量精度提升开辟了新的途径。
      康乐谦,杨鹏程,吕秋娟,连力平,朱新栋
      2024, 32(8): 1130-1139. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1130
      摘要:齿轮齿面形貌激光干涉测量中,由于容易受到多种噪声干扰,采集到的包裹相位图中会存在相位质量差的区域,解包路径经过这些区域会造成解包裹错误,降低测量精度。针对这一问题,根据干涉条纹图像的概率分布特点,本文提出一种基于Tsallis相对熵质量评价的包裹相位修补方法。该方法先利用高斯分布拟合阈值处理后的图像,再由Tsallis相对熵评价相位质量,最后修补质量较差的区域以提高相位解包裹质量。设计对比实验验证本方法的有效性,实验结果表明,该方法可以减少40%的相位残差点,并且有效提高了相位质量。该方法使用简单,准确率高,同样适用于其他移相光学领域。  
      关键词:干涉测量;包裹相位图;Tsallis相对熵;图像修补;相位解包裹   
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      发布时间:2024-05-08

      微纳技术与精密机械

    • 在金属切削领域,镍磷合金的超精密切削过程中泊松毛刺的形成一直是一个研究热点。为了深入了解其形成机理和规律,并寻找更精准的毛刺尺寸表征方式,科研人员进行了深入研究。他们首先对泊松毛刺的形成机理进行了理论分析,建立了预测模型,并通过实验验证了模型的准确性。实验结果表明,切削深度对毛刺尺寸的影响显著,而切削速度的影响较小。此外,研究还发现,传统的毛刺高度和宽度表征方法存在一定误差,因此科研人员提出了一种基于积分法的泊松毛刺体积计算方法,进一步提高了毛刺尺寸表征的准确性。这一研究成果为镍磷合金正交切削过程中切削参数的合理选择和毛刺尺寸评估提供了重要的理论指导,有望推动金属切削技术的进一步发展。
      李晓蓬,余亮宝,孙占文,王素娟
      2024, 32(8): 1140-1152. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1140
      摘要:为了探究镍磷合金超精密切削过程中泊松毛刺的形成原因及规律,并且寻求泊松毛刺尺寸更精准的表征方式,本文通过对镍磷合金泊松毛刺的形成机理进行理论分析,建立其正交切削过程中的泊松毛刺高度和宽度预测模型,并通过实验分析切削参数对泊松毛刺高度和宽度的影响,通过实验观察可知,切削深度对毛刺尺寸影响显著,切削深度由3 μm增加至9 μm时,毛刺高度增加了0.099 8 μm,毛刺宽度增加了1.06 μm,而切削速度对毛刺高度及宽度的影响很小。且通过对比实验得到的毛刺数据和预测数据可知,毛刺高度和宽度预测模型的平均相对误差值分别为5.43%和8.17%,验证了预测模型的准确性。同时目前的泊松毛刺高度和宽度表征方法具有一定的误差,因此本文提出了利用积分法计算泊松毛刺体积的方法,并基于体积法建立了更准确的泊松毛刺尺寸表征方法,通过计算得到体积的预测模型平均相对误差值为4.81%,可知泊松毛刺体积的预测模型准确度相对更高。研究结果为镍磷合金正交切削过程中合理选择切削参数和泊松毛刺尺寸评估方法提供了理论指导。  
      关键词:微沟槽切削;镍磷合金;毛刺生成;金刚石切削   
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      发布时间:2024-05-08
    • 科技新闻播报:空间天文望远镜领域迎来重大突破。针对低频段视轴扰动补偿问题,专家提出了一种基于主动光学技术的自适应精密稳像闭环控制方法。该方法利用精细导星仪作为高精度视轴扰动检测器,结合四点支撑压电驱动大口径快摆镜机构进行扰动补偿。通过精密稳像闭环控制,该方法能准确计算出补偿视轴扰动所需的摆动角度,并转换为各支撑点压电陶瓷执行器的伸缩量。同时,采用基于广义Bouc-Wen逆模型的压电动态迟滞前馈补偿方法,实现高精度定位控制。此外,该方法还利用具有自学习和自适应能力的单神经元对PID控制器参数进行调优,确保最优控制效果。实验表明,该方法能有效补偿空间天文望远镜的视轴偏差,将精细导星仪X和Y方向星点质心位置偏差功率谱密度在0~6 Hz频段内积分值分别抑制了98.54%和98.62%。这一成果为空间天文望远镜的精确观测提供了有力支持,标志着空间光学控制技术的又一重要进步。
      张泉,魏传新,高源蓬,朱雨霁,李清灵,房陈岩,周显宜,尹达一
      2024, 32(8): 1153-1163. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1153
      摘要:针对空间天文望远镜低频段视轴扰动补偿问题,提出了一种基于主动光学技术的自适应精密稳像闭环控制方法。该方法以精细导星仪(Fine Guide Sensor,FGS)为高精度视轴扰动检测器,以四点支撑压电驱动大口径快摆镜机构(Fast Steering Mirror, FSM)为视轴扰动补偿器。首先,采用位置式PID控制器串联积分环节进行精密稳像闭环控制,得到补偿FGS检测出的二维视轴扰动所需FSM的二维摆动角度,进而根据驱动结构转换为每个支撑点的压电陶瓷执行器(Piezoelectric actuators, PZT)的伸缩量。然后,利用基于广义Bouc-Wen逆模型的压电动态迟滞前馈补偿方法进行高精度的压电陶瓷执行器定位控制。最后,根据有监督的Hebb学习规则,利用具有自学习和自适应能力单神经元对PID控制器参数进行调整,从而得到最优控制器参数。实验结果表明,所提控制方法能够有效地补偿空间天文望远镜的视轴偏差,可以将精细导星仪X方向和Y方向的星点质心位置偏差功率谱密度在0~6 Hz频段内积分值分别抑制了98.54%和98.62%。  
      关键词:空间天文望远镜;精密稳像;精细导星仪;大口径快摆镜机构;迟滞补偿;单神经元自适应PID控制   
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      发布时间:2024-05-08
    • 在主动磁轴承技术领域,为应对基座运动导致转子振动增大的挑战,研究者提出了一种基于惯性运动的前馈控制方法。通过构建五自由度磁轴承转子动力学模型,并深入分析基座小幅度复杂运动对转子受扰动力的影响,他们设计出了一种自适应惯性前馈控制策略。实验验证表明,这一方法显著降低了磁轴承转子的位移,减少了80%以上,极大提升了磁轴承转子的运行精度。这一创新不仅为磁悬浮系统基座扰动问题提供了有效解决方案,而且其实用性也得到了实验平台的验证,仅需添加一个小型惯性微机电测量单元,即可满足实际工程需求,为磁轴承技术的进一步发展奠定了坚实基础。
      黄雨杰,徐向波,郑领博,李林
      2024, 32(8): 1164-1174. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1164
      摘要:为抑制主动磁轴承中基座的运动造成转子的振动增大,设计并实现了一种基于惯性运动的前馈控制方法。首先,针对基座运动状态下的磁轴承系统,建立了基座运动的五自由度磁轴承转子动力学模型,然后,分析了在基座进行小幅度复杂运动时转子受扰动力的动力学,提出了一种基于自适应算法的惯性前馈方法。最后,采用搭建的实验平台对不同扰动下开启前馈控制前后转子的响应进行了实验研究。实验结果表明:自适应前馈控制器使能后,磁轴承转子的位移减少了80%以上。设计的自适应前馈控制方法能够有效抑制磁悬浮系统基座扰动对转子振动的影响,大幅提高了磁轴承转子的运行精度,且设计的系统仅需增加一个小体积的惯性微机电测量单元,满足实际工程应用需求。  
      关键词:主动磁轴承;动基座补偿;自适应算法;前馈控制器;惯性运动;振动抑制   
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      发布时间:2024-05-06

      信息科学

    • 输电线路弧垂测量领域迎来新的突破。传统的弧垂测量方法操作繁琐且耗时,而单目视觉方法又受限于视场角和分辨率,难以应对大档距输电线路的测量挑战。针对这一问题,研究人员提出了一种结合IMU加速度计传感器和高分辨率工业单目相机的局部摄影测量方法。在已知少量输电线路参数的前提下,只需拍摄待测导线的左侧部分,即可通过引入语义分割技术提取图像中的导线,建立摄影测量模型,进而恢复导线的三维形状并计算弧垂。这一方法不仅操作便捷,而且测量精度较高,相对误差可控制在5%以内,为输电线路弧垂测量提供了新的解决方案,对于保障输电线路的稳定运行具有重要意义。
      胡冠华,孙成会,申立群,胡涛
      2024, 32(8): 1175-1185. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1175
      摘要:定期监测输电线路中导线弧垂的大小对输电线路的稳定运行有重要意义。传统的弧垂测量方法操作复杂且耗时较长,应用单目视觉获取完整导线图像是一种便捷的弧垂测量方法,但是当输电线路的档距过大时,相机受视场角和分辨率的限制,无法拍摄完整的导线,难以测量弧垂。针对上述问题,设计了一种便捷可用的局部摄影测量方法,将IMU中的加速度计传感器与高分辨率工业单目相机结合,在已知少量输电线路参数的条件下,只需拍摄待测导线的左侧部分即可。获得单幅导线图像后,引入语义分割技术提取图像中的导线,以摄影测量模型为基础将导线的实际点与对应成像点建立联系,以此建立非线性方程组,经非线性求解恢复导线的三维形状,进而计算导线弧垂。弧垂的测量相对误差可以控制在5%以内,满足实际应用需求。  
      关键词:输电线路;弧垂;局部摄影;惯性测量单位;语义分割   
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      发布时间:2024-05-08
    • 针对气体泄漏事故危害大的问题,研究人员在红外成像探测技术领域取得了新突破。传统的气体红外图像对比度低、边缘模糊,识别难度大。为此,专家提出了一种基于混合高斯背景建模的低对比度气体红外图像泄漏检测方法。该方法首先在预处理阶段使用时域自适应帧间滤波算法进行降噪和细节保持,随后结合空域信息和梯度信息约束,构建时空混合高斯背景模型,初步提取泄漏气体目标前景。为进一步提高准确性,研究人员还利用改进的快速鲁棒的模糊C均值聚类方法,实现气体区域的自适应分割。实验结果显示,在5米泄漏距离下,该检测算法准确率高达92.3%~96.3%,有效弥补了气体区域空洞问题,降低了其他运动物体的干扰。这一研究成果不仅显著提升了气体泄漏检测的抗干扰能力和区域分割精度,也为红外成像探测技术的发展和应用提供了新的思路和方向。
      左金辉,徐文斌,周世杰,盛道斌,徐向东,李正强,韩颖慧,吴春江,张磊
      2024, 32(8): 1186-1198. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1186
      摘要:气体泄漏事故造成的危害是多方面的,如环境污染、人员财产损失、火灾爆炸。红外热成像作为可实现大范围快速成像的定性探测技术被广泛使用,相比一般红外图像,气体红外图像的对比度更低,边缘更加模糊,不易识别。针对上述问题,本文提出一种基于混合高斯背景建模的低对比度气体红外图像泄漏检测方法。首先,在预处理阶段,提出时域自适应帧间滤波算法实现红外图像的降噪和细节保持;然后,基于空域信息和梯度信息约束,提出时空混合高斯背景模型实现泄漏气体目标的前景的初步提取;最后,为更好地去除前景检测中干扰的运动目标,利用改进的快速鲁棒的模糊C均值聚类方法实现气体区域的自适应分割。实验结果表明,在5 m的泄漏距离下,该检测算法可有效提高准确率,弥补气体区域空洞问题,降低其他运动物体的干扰,气体泄漏检测准确率在92.3%~96.3%,与其他算法相比具有显著的抗干扰和区域分割能力。  
      关键词:气体泄漏检测;红外热成像;时空高斯混合模型;时域自适应帧间滤波;运动检测;快速和鲁棒的模糊C均值聚类   
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      发布时间:2024-05-08
    • 地质评估领域迎来了一项重要突破。针对砂粒显微图像分割这一难题,研究者提出了一种增强型金枪鱼群优化指数熵的分割方法(ETSO-EXP)。该方法能够有效保留各类砂粒的纹理特征,为地质评估提供了更为准确的图像分割手段。研究者首先针对金枪鱼群优化算法(TSO)的不足,提出了混沌扰动策略、动态权重策略和余弦干扰策略进行增强。实验表明,这些改进使得ETSO在收敛精度和速度上都有了显著提升。随后,研究者将ETSO应用于确定EXP的分割阈值,并通过信息量标准验证了该方案的可行性。在雅鲁藏布江砂粒显微图像数据集上的实验结果显示,与TSO-EXP相比,ETSO-EXP在峰值信噪比、结构相似性、特征相似度和寻优速度等方面均取得了显著的提升。这一研究成果不仅展示了ETSO-EXP在砂粒显微图像分割中的优越性能,还为地质评估领域提供了新的解决方案。该方法对于处理对比度较高、纹理丰富或砂粒碎屑尺寸差异较大的图像具有较高的分割精度和计算速度,为地质评估提供了有力的技术支持。
      王梦菲,王卫星,徐琨,李理敏
      2024, 32(8): 1199-1211. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1199
      摘要:砂粒显微图像分割可以辅助地质评估,但因其种类繁多,特征复杂,为分割的准确度带来了挑战。针对该类图像提出一种增强型金枪鱼群优化指数熵的分割方法(ETSO-EXP),可以有效保留各类砂粒的纹理特征。首先,针对金枪鱼群优化算法(TSO)在全局搜索与局部开发上的若干不足,提出了混沌扰动策略、动态权重策略和余弦干扰策略对其增强,基准函数实验表明ETSO大幅提高了收敛精度,小幅提高了收敛速度。其次,将ETSO用于确定EXP的分割阈值,以分割图像的信息量为标准验证了该方案的可行性。最后,在雅鲁藏布江砂粒显微图像数据集上进行分割实验,与TSO-EXP相比,ETSO-EXP分割的图像在峰值信噪比、结构相似性、特征相似度和寻优速度的评估上分别达到了18.78%,6.85%,4.16%和3.83%的提升,在同类分割方法中性能最优。结果表明,分割方法ETSO-EXP对于对比度较高、纹理丰富或砂粒碎屑尺寸差异较大的图像都具有较高的分割精度和计算速度。  
      关键词:砂粒显微图像;图像分割;指数熵;金枪鱼群优化   
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      发布时间:2024-05-08
    • 随着自动驾驶技术的日新月异,城市街景语义分割技术作为自动驾驶技术中的关键环节,正逐渐受到关注。一项新的研究成果在实时城市街景语义分割领域取得了显著突破。研究团队针对当前语义分割算法面临的挑战,如像素区分不清晰、复杂场景理解不精准以及小尺度对象分割不准确等问题,提出了一种基于跨层次聚合网络的实时城市街景语义分割算法。该算法通过结合跨层次聚合的金字塔池化模块、通道注意力机制以及多尺度融合模块,实现了对多尺度上下文信息的有效提取和特征复用,促进了深层特征与浅层特征的融合。经过在Cityscapes和CamVid两个通用城市街景数据集上的验证,该算法在准确性和实时性之间取得了有效平衡,相较于其他算法在语义分割性能上有显著提升。实验结果表明,该算法在一张RTX3090显卡上以294 FPS的实时性达到73.0% mIoU的准确性,为实时城市街景语义分割领域带来了新的突破。这一研究成果不仅为自动驾驶技术的发展提供了有力支持,也为实时城市街景语义分割领域的研究开辟了新的方向。
      侯志强,程敏婕,马素刚,屈敏杰,杨小宝
      2024, 32(8): 1212-1226. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1212
      摘要:随着自动驾驶技术的迅速发展,精确高效的场景理解显得尤为重要。城市街景语义分割旨在准确识别并分割出行人、障碍物、道路和标志物等要素,为自动驾驶技术提供必要的道路信息。然而,当前的语义分割算法在城市街景分割中仍然面临一些挑战,主要表现为不同类别的像素区分不够清晰、对于复杂场景结构的理解不够精准以及对小尺度对象或大尺度结构的分割不准确等问题。为此,本文提出一种基于跨层次聚合网络的实时城市街景语义分割算法。首先,在编码器末端设计了结合跨层次聚合的金字塔池化模块,用于高效提取多尺度上下文信息;其次,在编码器和解码器之间设计了跨层次聚合模块,通过引入通道注意力机制增强信息的表征能力,逐级聚合编码器阶段的特征以充分实现特征复用;最后,在解码器阶段设计了多尺度融合模块,在通道维度聚合全局信息与局部信息,促进深层特征与浅层特征的融合。将所提算法在两个通用的城市街景数据集上进行了验证。在一张RTX3090显卡上(TensorRT测速环境),本文算法在Cityscapes测试集以294 FPS的实时性达到73.0% mIoU的准确性,在更高分辨率的图像上以164 FPS的实时性达到75.8% mIoU的准确性;在CamVid 数据集以239 FPS的实时性达到74.8% mIoU的准确性。实验结果表明,本文算法在准确性与实时性之间取得了有效平衡,对比其他算法的语义分割性能具有显著提升,为实时城市街景语义分割领域带来了新的突破。  
      关键词:语义分割;卷积神经网络;城市街景;编码器-解码器结构;金字塔池化模块   
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      发布时间:2024-05-08
    • 钢材缺陷检测领域取得重要突破。针对钢材表面缺陷形态多样、结构复杂等问题,研究者提出了一种轻量化的VTG-YOLOv7-tiny检测算法。该算法通过设计VoVGA-FPN网络,增强特征融合能力;构建三重坐标注意力机制,提升特征提取能力;引入鬼影混洗卷积,降低模型参数量和计算量;增加大目标检测层,改善检测精度。实验验证表明,改进后的算法在NEU-DET和Severstal数据集上mAP分别提升5.7%和8.5%,参数量和计算量分别降低0.61M和4.2G,精确度和召回率也显著提升。这一成果为钢材缺陷检测提供了新的解决方案,并有望为边缘终端设备提供高效、准确的检测能力。
      梁礼明,龙鹏威,冯耀,卢宝贺
      2024, 32(8): 1227-1240. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1227
      摘要:针对钢材表面缺陷形态多样、结构复杂且存在检测目标漏检现象和算法参数量过大等问题,提出一种轻量化VTG-YOLOv7-tiny的钢材缺陷检测算法。该方法一是设计VoVGA-FPN网络,以减少信息传递过程中的丢失,增强网络特征融合能力;二是构建三重坐标注意力机制,提升模型对空间和通道信息的特征提取能力;三是引入鬼影混洗卷积,在提高精度的同时降低模型参数量和计算量;四是增加大目标检测层,改善特征图中部分缺陷占比较大,导致检测精度低的问题。在NEU-DET和Severstal钢材缺陷数据集进行实验验证,改进后算法与原模型相比,mAP分别提升5.7%和8.5%;参数量和计算量分别降低0.61 M和4.2 G;精确度和召回率分别提升7.1%,1.8%和8.9%,7.0%。实验结果表明,改进后的算法更好地平衡了检测精度和轻量化,为边缘终端设备提供了参考。  
      关键词:缺陷检测;轻量化YOLOv7-tiny;VoVGA-FPN网络;三重坐标注意力;鬼影混洗卷积   
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      发布时间:2024-05-08
    • 一项针对工业实际场景的研究取得了重要进展。该研究团队发布了名为PD4CV(Part Detection for Control Valve)2023的密集控制阀零件数据集,为工业生产中的自动目标检测提供了新的资源。该数据集源自控制阀生产车间,包含了9类零件、510张工盘图像和15015个零件样本,具有密集摆放、遮挡、尺寸差异大、外形相似等特点,为自动目标检测带来了诸多挑战。通过对比实验,研究团队发现一般场景数据集和特定工业场景数据集难以应对PD4CV2023数据集的特殊性。然而,一系列目标检测算法在该数据集上的综合对比验证了其有效性,显示出PD4CV2023数据集在一般性目标检测、多尺度目标检测、小规模、不均衡数据下目标检测中的优越性。这一研究成果为面向工业的目标检测研究提供了新的方向,有望推动工业生产中的自动化智能化进程。同时,该数据集也为相关领域的研究人员提供了宝贵的实验资源,为解决工业自动化中的目标检测问题奠定了坚实的基础。
      王琳毅,白静,李彦梅,李文静
      2024, 32(8): 1241-1251. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1241
      摘要:工业生产中的自动化智能化离不开自动目标检测,而高准确性的自动目标检测则依赖于与实际场景相适应的数据集。本文针对工业实际场景,发布了一个密集控制阀零件数据集,命名为PD4CV(Part Detection for Control Valve)2023。该数据集的图像全部来源于控制阀生产车间,图像采集完成后,首先对数据集图片进行预处理操作,接着对数据集图片中的零件目标进行标注,然后再对数据集图片进行训练集、验证集以及测试集的划分。PD4CV2023数据集共涵盖9类零件,包括510张工盘图像和15 015个零件样本,平均每张图像含有约29个零件样本。与现有的目标检测数据集相比,该数据集具有零件摆放密集、遮挡,零件尺寸差异大,部分零件外形相似,零件样本数量不均衡等特点。最后,在不同类型数据集上的预训练对比实验表明,一般场景数据集、特定工业场景数据集只适用于一般和特定任务,而代表实际控制阀生产工况下的PD4CV2023数据集,可用于控制阀零件目标检测,其具有其特殊性和不可替代性;一系列目标检测算法在该数据集上的综合对比则验证了PD4CV2023数据集在一般性目标检测、多尺度目标检测、小规模、不均衡数据下目标检测中的有效性。PD4CV2023数据集可用于面向工业的目标检测的相关研究。  
      关键词:深度学习;工业目标检测;数据集;控制阀零件   
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      发布时间:2024-05-08
    • 在三维重建领域,为了解决不连续位置对基于相位测量轮廓术精度的影响,研究者提出了一种创新的自适应分割方法。该方法通过自适应方向相干性算法,有效确定不连续位置,将相对相位展开为绝对相位。仿真和实际实验均验证了该方法的有效性,显著提高了三维重建的精度。这一研究成果不仅为相位测量轮廓术的发展提供了新的思路,也为高精度三维重建领域的研究开辟了新的方向。
      邓高旭,刘梓豪,柯俐颖,周诗洋,马立东
      2024, 32(8): 1252-1260. DOI: 10.37188/OPE.20243208.1252
      摘要:为了消除不连续位置对基于相位测量轮廓术三维重建精度的影响,提出了一种相位测量的不连续位置自适应分割方法。对该方法所采用的基于自适应方向相干性的相位不连续分割算法进行研究。首先,采用自适应方向相干图和平滑相位图确定不连续位置,即获得不连续区域与连续区域的灰度映射图。接着,将灰度映射图后处理为使用0-1表示的不连续区域与连续区域的掩码图。最后,将掩码图作为加权最小二乘相位展开方法的权重图将相对相位展开为绝对相位,所求解权重主要用以衡量包裹相位图中每个像素位置相位的质量。仿真结果表明:该自适应方向相干法对噪声方差为0.8的包裹相位图中直线和矩形不连续位置的分割平均误差分别为1.678 3和3.000 2个像素。实际相位测量轮廓实验也证明所提出方法可以有效分割包裹相位图不连续位置。所提出方法可实现对不连续位置的自适应分割以用于高精度的三维重建。  
      关键词:机器视觉;加权最小二乘;不连续分割;掩码图;自适应后处理   
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      发布时间:2024-05-08
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