基于互补集合经验模态分解结合希尔伯特变换的光频扫描干涉信号相位提取方法

光频扫描非线性会影响光频扫描干涉(FSI)信号的相位提取精度,进而降低扫频干涉测距精度。针对这一问题,本文提出了一种基于互补集合经验模态分解结合希尔伯特变换(CEEMD-HT)算法的干涉信号相位提取方法。在CEEMDHT算法进行理论推导和仿真分析的基础上,通过仿真验证了该算法对非平稳扫频干涉信号相位求解的有效性。进一步采用FSI实验系统中的真实输出光频率作为仿真条件进行了仿真实验,仿真结果表明CEEMD-HT算法对干涉信号相位的求解精度以及FSI测距精度都有显著的改善。最后,通过FSI测距系统的测距实验对所提出的干涉信号相位提取方法进行验证。结果表明:在2 m自由空间测量范围内,基于CEEMD-HT算法的重复测距精度为2.79μm,相较于EMDHT和直接测量法分别提高了5.19倍和8.28倍。

飞秒激光频率梳精密测距技术综述

高精度绝对距离测量在科技发展中具有重要的作用,传统的测量方法已无法满足日益提高的测量要求。光学频率梳是重频和相位完全锁定的锁模脉冲激光,具有很高的空间、时间和频率分辨率。基于光频梳的测距技术由于在大尺寸计量及未来空间任务中的应用潜力引起了极大关注。介绍了光频梳测距技术的发展与现状,重点介绍了5种测量原理,包括合成波长干涉法、多波长干涉法、色散干涉法、双光梳干涉法和飞行时间法。

基于DSP的宽动态范围莫尔条纹计数与精密细分技术

为莫尔条纹的计数与细分提供了一种基于 DSP(数字信号处理器 )的高速软件解决方案。它能有效的解决传统系统中计数电路与细分功能不能无缝匹配的问题 ,提高测量的准确性。由于采用了高速信号处理和闪烁采样技术 ,采用该方案的系统能处理宽动态范围的莫尔条纹信号。提供的实例能对从直流到1 MHz的莫尔条纹信号进行计数与细分 ,对于 1 μm光学分辨率的光栅测长系统来说 ,其相应的最高测量速度为 1 0 0 0 mm/ s,细分步长可以达到 nm级。

声光可调近红外光谱技术用于打叶复烤片烟化学成分均质化生产控制

研究解决了打叶复烤环节内在化学成分无法实现自动化闭环控制和均质化加工的难题,采用声光可调近红外光谱技术(AOTF-NIRS)在线检测方法,以打叶复烤烟叶烟碱、总糖、钾、氯4个化学成分为监控指标,以化学成分变异系数(CV)为均质化程度的评价指标和控制参数,实现打叶复烤生产主产品叶片内在化学成分的在线检测和均匀性控制方法;并建立了近红外在线标签软件即化学成分标识系统,根据实际生产情况,统计每箱成品叶片的化学成分数据并做平均处理后,将化学成分含量打印到标签,作为每箱片烟产品的标识,实现打叶复烤在线化学成分检测和质量均质化控制的目的。

面向大规模SFM的快速鲁棒特征跟踪算法

运动恢复结构(SFM)是指通过分析二维图像序列恢复三维结构信息的过程,在计算机视觉的多种应用中起着重要的作用。特征跟踪是大规模SFM的核心组成部分,但现有的多视图特征跟踪算法在鲁棒性和效率上还存在不足,为解决这一问题,提出了一种快速和鲁棒的特征跟踪(FRFT)算法。首先,采用AGAST进行特征点检测,并使用图像矩为AGAST特征定义主方向,为构造旋转不变的描述子奠定基础;其次,在差分高斯金字塔空间内,根据中心点与邻域像素之间的差值构造特征描述子,避免光照和尺度变化对特征匹配的影响;再次,为了提高特征匹配效率,对特征集合进行聚类,采用KD-Tree加速特征匹配,提高算法的时间效率;最后,采用4种方式对FRFT算法进行验证,并与现有经典算法进行比较。实验结果表明,FRFT算法在鲁棒性和时间效率方面均优于现有经典算法。

基于光敏阵列直接调制的单栅式时栅位移传感器

针对传统叠栅形式光栅存在制造难度大、安装要求高等缺点,提出了一种用时间细分空间的单栅式时栅位移传感器。从光的粒子性出发,分析了用正交变化的光场信号合成光场电行波的方法;用点阵发光二极管(LED)模块作为交变光源,用空间正交的光敏阵列直接耦合光强信号获取了反应空间位移的电行波信号;最后,通过检测电行波信号与激励信号过零点之间的时间差,实现了对空间直线位移的测量。研制了原理样机,采用普通机械加工方法对其进行了实验验证。结果表明,在440mm测量范围内,样机的测量精度可达±2μm。该单栅式时栅位移传感器减少了叠栅式传感器对安装工艺的要求,提高了抗干扰能力;采用的测量技术避免了传统粗光栅技术存在的精度难以提高、动态特性差等缺点,为光学位移测量提供了一种不通过精密机械细分来提高测量精度的方法。

交变光场时空耦合型位移测量系统的研制

针对现有光栅精密刻划加工难度大制约测量精度的问题,设计了一种以交变光场为测量媒介的时空耦合线性位移测量系统。该测量系统利用四路正交的交变光场与四组正交的正弦透光面调制耦合形成电行波信号实现高精度位移测量。在对测量系统测量原理分析的基础上,建立了该系统的理论模型和误差模型,通过仿真详细分析了该系统在时间相位不正交、空间相位不正交以及结构安装不平行时的误差规律。开展实验验证了一次、二次和四次谐波的产生原因,根据误差来源改进了测量装置的结构,优化了相应的参数。实验结果表明:在180mm测量范围内,用栅距0.6mm的测量系统实现了±0.4μm的测量精度。该测量系统规避了现有光栅精密刻划的问题,结构简单、安装方便,为光学位移测量提供了新思路。

基于激光扫描和SFM的非同步点云三维重构方法

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(SFM)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和SFM结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的SFM数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与SFM点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。

关节式坐标测量机参数识别算法研究

为了对比关节式坐标测量机结构参数常见的三种标定算法:非线性最小二乘法、遗传算法和模拟退火算法,建立了统一的损失函数,将实验数据分为标定数据和测试数据,分别用LM法、遗传算法、模拟退火算法标定关节式坐标测量机,从算法的速度、实测效果和稳定性三方面进行了对比分析.结果表明:LM法耗时最短,所得结果也最为稳定,是适合进行关节式坐标测量机标定的优良算法.

平行双关节坐标测量机建模

平行双关节坐标测量机是一种新型非正交坐标测量设备。文中利用改进四参数DH模型导出平行双关节坐标测量机的测量模型,在此基础上建立该坐标测量机的误差模型。利用测量机的误差模型验证测量模型的正确性,并与理想模型进行比较。该方法为进一步研究平行双关节坐标测量机的设计和误差分配提供了理论基础。

基于传感标签的机床直线度无线监测方法及实验

对机床导轨直线度误差的检测,提出一种集成无线射频识别与传感器技术,利用传感标签实现直线度误差测量及信号无线传输的新方法。基于激光准直测量原理,采用改进表面分流型二维光电位置传感器获取直线度误差测量数据,具有测量精度高、线性度好、暗电流小及加反偏容易的特点;分布在机床上的位敏传感标签可将3个方向的直线度误差测量数据与标签对应的编码信息打包后无线传输给读写器及计算机,通信协议简单,能耗要求低;直线度误差评定采用了符合最小条件的精确算法,开发的评定软件具有运算速度快、运算精度高的特点,并可与水平仪、自准直仪等多种直线度测量仪器配合使用。

基于单目视觉的自由曲面三维坐标测量方法

本文将单摄像机与三坐标测量机结合设计了一种自由曲面的三维坐标测量方法。自由曲面的表面经坐标测量机带动摄像机序列采集图像后形成图像体积,然后使用调焦评价函数在图像体积内寻优判断,找到自由曲面的正焦图像表面。根据物像关系式和正焦图像表面即可推得自由曲面点的三维坐标。经实验比较,本系统测量结果与接触式坐标测量机测量曲面点Z坐标极限偏差13μm。

一种具有线性光学放大的激光三角法检测系统光路设计

从改进斜入射斜接收式激光三角法的光路系统角度出发,提出了一种对液面反射光线采用线性光学放大的光路设计,将液面微小位移变化线性放大为光电检测器上的光点位移变化来提高液位检测分辨率。对曲面镜的线性放大原理进行了理论推导,介绍了线性放大曲面镜曲线函数表达式的数值计算方法以及计算机程序流程。仿真实验结果表明,该线性放大曲面镜可以实现线性放大功能,能够有效地提高激光三角液位检测系统的液位检测分辨率,同时可保证检测系统具有较小的非线性误差。该光路设计方法也可应用于具有位置线性放大的光学位置指示系统中。

视觉多通道梯度与低阶矩自适应图像评价

针对现有图像梯度特征质量评价方法的不足,充分考虑人类视觉系统(HVS)特性,提出了一种基于HVS多通道梯度和低阶矩联合(MGLJA)方法。MGLJA基于log-Gabor滤波器提取图像的多通道视觉特征并予以阈值稀疏化处理;然后以梯度相似度算法和低阶矩失真度算法分别评价各通道视觉特征的能量特征和结构特征;在评价融合阶段,MGLJA首先依据视觉中央凹空域加权局部评价,其次依据对比度函数频域加权各通道评价;最后,通过一步快速回归算法自适应地融合梯度评价和低阶矩评价得到待测图像的质量评价。不同类型和水平失真图像的实验结果表明,MGLJA方法的斯皮尔曼原始排序相关系数、回归曲线的相关系数及均方根误差等评价指标均优于PSNR类传统方法,与特征结构相似度(FSIM)及视觉显著(VSI)等新方法相比整体性能上也有较大优势,且评价实时性也明显优于FSIM方法。

六自由度测试系统

本文所描述的测试系统基于激光全息分光技术和激光干涉测长技术，同时测定目标物体六个自由度的偏差。采用激光漂移补偿技术建立了稳定的激光束基准，采用磁光调制技术减小光强不稳定等因素对滚转角测量精度的影响，实现了多自由度较高精度的准直。实验表明，在激光光源距靶标１ｍ时，该系统σ重复性误差：线位移小于４μｍ，角位移小于４″，整个系统结构简单，测量效率高。

视觉稀疏化多通道多特征自适应的图像评价

针对均值奇异值分解(M_SVD)算法没有考虑图像的结构特征和视觉特性,利用Log-Gabor小波模拟人类视觉系统(HVS),提出了一种将视觉奇异值与几何矩联合(VSVGM)的方法。VSVGM首先基于二维Log-Gabor变换提取图像的视觉多通道奇异值能量特征,然后设计了视觉阈值算法和失真度评价算法分别对该特征进行稀疏化处理和局部测量;其次,根据HVS空域、频域特性融合局部评价和各视觉通道评价;最后,VSVGM自适应地融合了视觉几何矩第二结构特征评价。实验结果表明VSVGM的主、客观评价相关系数和预测相关系数分别提高了4.4%和3.5%,预测误差则降低了2.491。VSVGM方法的整体准确度、稳定性及评价速度均优于特征相似度(FSIM)新方法。

红外光学系统焦距测量装置校准规范说明

红外光学系统焦距测量装置是红外光学系统焦距校准和检测的技术手段之一。红外光学系统焦距测量装置校准规范不仅应用于计量部门,保证计量部门日常校准工作的准确性、一致性和可溯源性,同时为红外光学系统焦距测量装置生产部门提供了技术依据,满足红外光学系统焦距测量装置用户在申请各种认证过程中对红外光学系统焦距测量系统的要求。简要介绍红外光学系统焦距测量装置校准规范的主要构成和主要参数校准方法及不确定度评定。

一种关节式坐标测量机的建模及其标定

为了研究7轴关节式坐标测量机的测量模型及其标定技术,根据DH模型(Denavit-Hartenberg notation)对7轴关节式坐标测量机进行了建模,并对参数个数和含义进行了深入研究.通过仿真发现7轴关节式坐标测量机直接标定时不能有效辨识某些参数的特殊问题.为解决该问题,设计了弯杆测头对测量机的整机参数进行标定.最后,将测量机测头换回直杆测头进行测头校准,获得更换测头后的测头参数.实验表明该方法能够有效地辨识出测量机整机的参数,能有效保证测量机的精度,这也证明了给出的测量模型的正确性。

视觉特征深度融合的图像质量评价

针对当前视觉感知特性研究和图像特征评价算法的不足,通过构建视觉多通道神经网络融合预测模型,提出一种视觉特征深度融合的图像质量评价方法.首先,结合人类视觉系统特性设计直方图统计和奇异值分解2个互补视觉评价算法,进一步对图像各视觉通道的稀疏化梯度信息进行深度处理.其次,构建BP神经网络融合模型,对各层视觉特征的多通道评价融合分别进行预测.最后,对3层视觉特征评价从内层到外层逐层地进行深度自适应融合.实验结果表明,所构建的融合模型有效提高了各种评价算法的指标水平,所提方法优于已有方法.

基于DOFVS的新型压力输水管道泄漏在线监测方法

压力输水管道因内部压力及外部使用环境腐蚀等因素经常造成爆管泄漏等问题,根据管道泄漏时会引起泄漏点周围管壁振动这一特点,利用基于相位敏感光时域反射仪技术的分布式光纤振动传感技术(DOFVS)提出了一种新型压力输水管道光纤在线泄漏监测方法,此方法利用普通单模通信光纤拾取泄漏点引起的管道振动信号并进行实时检测和定位。在室内测试环境下,该系统能够检测出DN90 cm×EN2 cm普通钢制压力输水管道在0.4 Mpa压力下,泄漏孔径为4 mm的泄漏;在室外测试环境下,该系统能够检测出DN200 cm×EN2 cm普通钢制压力输水管道在0.27 Mpa压力下,泄漏量大于11 L/s泄漏孔的泄漏。此外,采用多尺度小波分解去噪方法,对监测信号中的环境噪声信号进行滤除,并取得了良好的去噪效果。