非统计方法估计的不确定度分量的自由度

本文讨论了不确定度评定中非统计法估计的不确定度分量自由度的分析和计算 ,给出了由扩展不确定度计算自由度的表达式。指出这类不确定度分量的自由度计算中应区分使用标准不确定度和扩展不确定度。目前国内外有关不确定度评定的法规性文献中均未作这一区分。由此会造成自由度计算的混乱 ,方法不当所给结果会出现大的差错 ,因而对按 t分布确定的合成总扩展不确定度产生显著影响 。

精密离心机大臂缩比样件热变形的测试

本文研究了整体构件热变形的高精度的测试方法并研制了相应的测试系统，测试分析了精密离心机关键部件碳纤维环氧树脂复合材料大臂缩小的模拟样件的热变形，为大臂实件的工艺参数设计和施工提供了基本依据，保证了这一关键构件具有极高的尺寸热稳定性。所研究的测试方法和测试系统亦具有推广应用的价值。

离心力对干涉测量光路的影响及其修正

本文分析了旋转载体上离心力造成的干涉测量光路中空气介质压强的不均匀变化，给出了与光路介质折射率相应的分布规律，分析了由此引起的干涉测量系统动态测量的示值偏差，据此分析计算的结果可用于测量结果的精密修正。本文的讨论结果为精密离心机及类似的运动载体上的动态干涉测量系统的分析设计提供了依据。

相位法激光测距接收系统

为了提高相位法激光测距的速度和精度,提出了一种新的相位差放大测量方法,在不增加测量时间的同时将测相精度提高1/N倍,并结合欠采样技术避免了混频器和其他多余器件的使用,减小了串扰对系统的影响。考虑高频弱光信号入射到雪崩光电二极管上会在输出信号上产生相位延迟,提出灵活控制加在雪崩光电二极管上的反向偏压来减小相位延迟的方法,对于调制频率为18.5 MHz,波长为650 nm的激光,当入射光强度为0.5μW时,可将相位延迟从1.4°压缩到0.03°之内。建立了信号串扰产生测相误差的数学模型,并通过实验给出了采取不同屏蔽措施时串扰对测相误差的影响。实验结果表明,采用上述方法,当调制频率为18.5 MHz时,测相精度为0.014°,相应的测距精度可达0.3 mm。

基于激光视觉的石英摆片厚度精密测量方法

石英摆片厚度的检测能够提供产品生产过程中的重要信息,通过实时检测石英摆片的厚度,可以生产出高质量的产品,并能够识别和排除有缺陷的产品。为了提高石英摆片厚度参数检测的精度和效率,提出了一种利用激光视觉技术进行石英摆片厚度测量的非接触测量方法。该方法根据斯涅尔的基本光学定律,通过视觉测量系统获取激光光斑的图像;利用改进的Zern ike矩边缘定位算法及优化的激光光斑中心定位算法计算石英摆片的厚度。设计了半导体激光器恒功率驱动控制系统和激光光束准直系统,分析了激光入射角角度的选取原则。实验结果表明:该方法稳定性好,测量精度高,可以实现石英摆片厚度的非接触精密测量。

脉冲激光测距中高精度时间间隔的测量

考虑时间间隔测量对脉冲激光测距系统的意义,提出了一种新的高精度时间间隔测量方法。该方法在现场可编程门阵列(FPGA)中实现了脉冲计数法、多相采样法和延迟链法的结合。采用脉冲计数法对被测时间间隔进行"粗值"测量,保证大的动态测量范围。利用FPGA内部锁相环产生N路同频率,相位均匀分布的时钟信号作为计数时钟,基于等精度测频原理,将被测时间间隔的测时分辨率提高到Tclk/N。利用FlipFlop锁存器形成延时链,对被测信号与相邻计数时钟的时间间隔进一步量化。该方法解决了传统多相采样技术中由于倍频次数高导致相移分辨率降低的问题,在不增加计数时钟和有限延迟链数量的前提下,得到较高测时分辨率。测试结果表明,该时间间隔测量模块的动态测量范围为163.8μs,测时过程相对较短,当进行多次重复测量时,测量的标准误差在71 ps以内,基本满足实际应用的精度要求。

应用线阵CCD的空间目标外姿态测量系统

设计了9路线阵CCD相机组合的空间目标外姿态测量系统,该系统解决了面阵图像传感器用于姿态测量时存在的速度和精度的矛盾,能够实时重构放置于被测物体上的点合作目标在世界坐标系下的三维坐标,并经空间解算,确定被测物体的姿态角。该系统着眼于合作目标和相机光学系统的相对位置,解决了多相机与多点合作目标一一对应时的目标干扰问题;设计了新的光学系统构架,提高了精度,节省了空间;实现了多相机测量系统的局部标定和全局标定。图像采样率为1316帧/s时,姿态测量精度为1′。测试结果表明,该姿态测量系统可以实现对被测对象高精度的实时测量,且具有合作目标简单,价格低廉等优点。

基于共面点的多视觉测量系统的全局标定

提出了一种基于共面点的世界坐标唯一全局标定方法。利用激光跟踪仪在现场构建系统总体坐标系,通过拟合基准面来设置共面标定点,系统中各摄像机传感器直接获得标定点的图像,从而实现了各局部相机的全局标定,不需要中间坐标系的转换,避免了多次坐标转换带来的精度损失。在实际的由多个高速视觉传感器组成的飞行器外部姿态测量系统中进行标定实验表明,在测量范围较大的情况下,系统精度的均方根误差不超过0.8 mm,整个标定过程简单,基本满足实际测量的高精度要求。

一种新的边缘保持局部自适应图像插值算法

为了尽可能降低噪声的影响和保持图像的边缘信息,提出了一种新的边缘保持局部自适应图像插值算法。算法首先对分割成部分重叠的各子图像进行整数小波变换,然后对于高频子带进行逐点BayesShrink阈值去噪和中值滤波去除高斯和椒盐噪声,同时对于低频子带进行亮度保持的直方图均衡增强图像的对比度,最后根据自适应阈值Canny边缘检测将子图像划分为平坦和边缘区域,分别进行施用双线性插值和非线性插值。实验结果表明,MBW图像插值算法得到的插值图像有较好的主观图像质量,其峰值信噪比(PSNR)比传统方法平均提高了2.23～2.96dB。

基于分层插值和最小二乘拟合的亚像素细分算法

在分析传统的光斑质心亚像素细分算法误差原因的基础上,提出了一种基于"金字塔思想"分层方式的三次线形插值和最小二乘拟合的质心算法。通过多次插值对光斑图像进行逐层细分,采用最小二乘曲面拟合在每一层内进行迭代计算。结果表明,该文分层插值方法提高了图像的分辨率,减小了图像系统误差和随机噪声等因素对算法精度的影响,通过该方法获得了较高精度的图像光斑中心位置。仿真实验测试证明,分层插值拟合方法精度优于质心法和曲面拟合法等传统算法,在实际的飞行器测量实验中具有很好的实用性。

基于FPGA的多通道高速CMOS图像采集系统

基于图像采集系统高速、大容量的特点,提出了一种以FPGA芯片为核心处理器件的CMOS图像传感器数据采集系统的设计方案。系统将模块化结构设计、LVDS与乒乓存储等多项技术应用于设计过程中,保证了数据采集和传输的实时性。详细介绍了图像采集、数据传输、时序控制和数据解串等模块的工作原理及实现方法。实际应用证明,该系统实现了对数据量达590MPix-els/s的图像序列的数据采集、传输和存储,大大方便了后续图像处理电路的设计与实现。

基于合作目标的姿态测量系统建模及精度的蒙特卡罗估计

通过在飞行器表面安装x型的激光发射装置作为合作目标,用于飞行器近景姿态测量。该方法将飞行器姿态变化进行了有效放大,提高了测量精度。建立相应的数学模型以确定飞行器的外部姿态。针对系统的测量函数关系式具有隐式、非线性的特点,且相关系数估计困难,提出了基于蒙特卡罗统计仿真的不确定度估计方法。通过静态实验测得各输入坐标的不确定度及其误差服从的概率分布。用计算机模拟抽样各分量代入测量数学模型中,得到三维姿态的估计值和系统的总不确定度。从而有效地回避了由于测量方程的限制而对测量不确定度估计所造成的困难。使不确定度评定更为有效。仿真结果为实际测量的精度估算奠定基础。

应用Hopfield神经网络和小波域隐Markov树模型的图像复原

为了解决传统的Hopfield神经网络图像复原算法对噪声抑制和图像细节保护不能很好兼顾的问题,提出了一种基于改进的连续Hopfield神经网络和小波域隐Markov树(HMT)模型的复原算法。将小波域HMT模型作为图像小波系数统计关系的先验知识,并以正则化项的形式引入到神经网络模型中,最终利用Hopfield神经网络的能量收敛特性完成图像复原。同时提出了一种高度并行的网络权值矩阵计算方法,通过对模板图像进行算子操作,分批求取网络权值,避免了大型矩阵的乘法运算。实验结果表明,无论是对真实图像还是人工生成图像,算法复原的视觉效果均有明显改善,提高信噪比(ISNR)较传统同类算法增加了0.3dB以上,达到了同时抑制噪声和保护图像细节的目的。

时域反射电缆测长中的波速特性

行波波速是决定时域反射电缆测长系统测量精度的关键.为了减小波速的影响,研究了时域反射电缆测长中的波速特性,分析了行波传播速度和介电常数的频率特性,研究了电缆的材料特性和环境温度对电缆中行波传播速度的影响,总结了确定波速的依据.实验测量了行波信号在不同温度下的波速,给出了行波在PVC绝缘电缆中传播速度的温度补偿系数.实验结果表明,经过波速温度补偿后,时域反射电缆测长系统的测量精度得到显著提高.

使用形态Haar小波法检测目标感兴趣区域

对图像进行面向自动目标识别(Auto Target Recognition,ATR)的压缩其关键是快速而准确地检测到目标感兴趣区域ROI(Region-of-interest),并将其与背景区域分别进行不同比特率的压缩。本文将形态Haar小波法与数学形态学方法相结合来实现目标ROI的检测,设计了新的目标ROI检测算子。对采集图像进行二维形态Haar小波分解,结合目标ROI检测要求的特点,仅在尺度信号域内应用设计的目标ROI检测算子,最终完成目标ROI的检测。仿真实验表明,该方法对目标ROI的检测率最高可达到1.0000,而最低虚警率仅为0.0012;对含像素级别为102×102的图像,所需运算时间仅为10-1s。与传统方法相比,本文算法对目标ROI检测效果好,运算简单,节省了运算时间和硬件资源。

基于BP神经网络的外姿态测量系统线阵CCD标定

在基于线阵CCD相机的空间物体外姿态测量系统中,线阵CCD相机的标定是空间合作目标定位的一个重要步骤。利用神经网络所具有的处理复杂非线性映射问题的能力,提出了基于反向传播(BP)神经网络的线阵CCD标定方法。该方法能够很好地描述外姿态测量系统中三维空间合作目标与像点之间的映射关系,无需建立复杂的数学模型,可直接恢复空间合作目标的三维信息,从而计算空间物体的姿态信息。实验结果表明:基于BP神经网络的线阵CCD标定方法与传统的DLT方法比较精度可提高41.7%。

MEMS惯性测量组合初始标定方法研究

为了降低MEMS惯性测量组合(IMU)的测试成本,提出一种借助于机器视觉技术标定MEMS惯性测量组合的方法。综合考虑了3个加速度计和3个陀螺仪的标定因数、零偏误差和安装方位误差因素的影响,建立了IMU数学模型。在外力的推动下,悬挂于2个屏幕之间的IMU作不规则运动,安装在IMU上的2根准直激光束在屏幕上生成4个指示光斑。借助于双目三维重构技术测量指示光斑在世界坐标系内的坐标,然后应用欧拉角算法确定载体坐标系相对于世界坐标系的旋转角速度向量和线加速度向量。求解IMU数学模型,确定模型中的待定参数。实验结果表明:该文给出的方法可以准确测量载体坐标系相对于世界坐标系的旋转角速度向量和线加速度向量。

基于Rodrigues参数的多线阵CCD外姿态测量系统的姿态解算

提出了一种以Rodrigues参数作为姿态描述参数的线阵CCD外姿态解算算法用于多线阵CCD空间目标外姿态测量系统,以解决传统姿态解算算法约束条件多、计算量大、实时性差等缺点。利用Rodrigues参数简洁高效的特点,根据多点合作目标组成的线段间的相交矢量关系推导出了一种新的基于Rodrigues参数的多线阵CCD外姿态解算模型。算法结合Rodrigues参数集切换理论避免了奇异性的发生,并给出了这种姿态解算方法的流程。仿真结果表明,与四元数算法相比,该算法在未损失计算精度的前提下,计算消耗时间减少了37.6%,实时性优于四元数法,并且避免了奇异性问题。

三轴仿真转台误差建模与分析

基于多体系统运动理论建立三轴仿真转台系统的误差模型,研究了三轴转台有误差情况下的基本运动规律。针对仿真转台的结构和工作原理,详细地分析了影响转台设备的指向精度和中心位置精度的各项几何误差,并利用仿真的方法比较了这些误差项对转台定向和定位精度的影响效果。此方法也可为仿真实验的误差分配、误差补偿提供理论依据,以提高仿真试验整体精度。

LVDS技术在高速多通道图像采集系统中的应用

针对CMOS图像传感器输出通道多、传输速率高的特点,将LVDS技术应用于采集系统中,提出一种适用于高速多通道图像数据采集的采集系统。详细介绍了LVDS技术和应用、图像数据传输部分的硬件构成、接口设计以及工作原理。