基于视频的振动测量技术研究进展

振动测量是保障结构安全和良好状态的基本手段。高精度的振动测量可为结构设计、安装调试、健康管理等振动试验提供精确的输入与响应测试。相较于传统的振动测量手段,基于视频的振动测量技术将相机的全部像素转化为高精度振动传感器,利用视频图像方式让人们肉眼可视结构在物理世界的真实振动形态,具有非接触、全视场、高空间分辨率、灵活方便等优点,近年来受到业界的广泛关注。该文主要介绍了视频振动测量技术的系统构成与测量过程、当前主要方法和相关技术最新进展,并总结了视频振动测量技术与其他技术相比存在的优势。通过分析与对比,肯定了视频方法是解决振动测量问题的有效手段和对传统测量方法的有力补充,随着相关技术和硬件设备的发展,视频振动测量方法将具有越来越大的研究意义和应用价值。

基于长短路融合及数据平衡的SAR船舶检测算法

针对SAR图像检测船舶任务中的目标小、近岸样本目标检测困难等问题,文章提出一种名为长短路特征融合网络(Long and Short path Feature Fusion Network,LSFF-Net)的船舶检测网络。该网络通过长短路特征融合模块有效协调了大目标与小目标检测,避免小目标特征信息的丢失。网络中应用结构重参数化结构提高了模块学习能力。为了满足多尺度目标检测,加入特征金字塔网络,融合多尺度特征。为了应对近岸样本目标检测,设计数据重分配算法,提高了对近岸样本目标的检测精度。实验结果表明:在公开数据集检测时,算法的平均精度(Average Precision,AP)达到97.50%,优于主流目标检测算法。该方法为提高SAR图像中小目标和近岸样本目标检测精度提供了新的实现方案。

基于蓝光LED的水下远距离通信系统设计

为满足水下远距离、高速率、低误码、高性能的通信要求,该文设计了一套低功耗、小型化的水下无线光通信系统。以蓝光LED阵列作为光源既提高了输出功率又增大了发射视角,以光电倍增管(PMT)作为探测器、极大提高了接收增益,整个收发系统以FPGA为基础,实现了数据的RS编解码,同时加入8B/10B编码以解决OOK调制的均衡问题,内部电路的优化处理提高了系统整体性能,外部结构设计控制收发视角以提高系统的能量传输效率。经水池实验测试,该系统可实现水下距离50 m,通信速率100 kb/s、误码率(BER)低于10^(-6)的稳定通信,为后续水下远距离无线光通信的发展奠定了基础。

基于Unet 3+的散射成像实验设计与实现

针对传统散射成像方式范围小、系统稳定性要求高、设备复杂等问题,提出了一种基于深度学习的散射成像实验设计方案。该方案采用监督学习的方式,利用神经网络从实验散斑数据中学习光线在散射介质中的传播规律,实现对散斑图像的重建。具体实验过程:首先构建散射系统,并在其基础上获取不同种类的散斑图案用于网络训练;然后使用Unet 3+网络模型对散射过程进行拟合,通过多尺度跳跃连接的方式实现对图案中低维特征的高效利用;最后利用训练好的网络实现对不同种类的散斑图案的高质量重建。实验结果表明,本方案无需昂贵的硬件设备,结构简单,易于操作,训练好的Unet3+网络相比于广泛应用的Unet模型具有更高的重建质量,且针对新类型的散斑数据体现出一定的泛化能力。

数字差分-积分快速相位解包裹算法研究

数字全息技术是目前应用最广泛的定量相位成像技术之一,但是当测量相位较大的物体时,需要解包裹算法才能计算出正确的相位信息.目前,已有的解包裹算法均面临计算量巨大、耗时的问题.为了解决上述问题,本文基于傅里叶变换相位恢复算法,利用复振幅相位信息的完整性,提出针对薄相位和连续大相位的基于数字差分-积分的快速直接解包裹算法.该算法首先通过基本的傅里叶变换相位恢复算法操作后,得到含有物体完整相位的复振幅信息;随后,从中提取两幅子复振幅信息,并将二者相除,再相位提取出其中信息,便可得到一个物体真实相位差分信息;最后,沿差分方向对提取的相位差分信息进行积分,便可得到解包裹后的相位信息.同时通过仿真与具体实验对该算法进行了验证.结果表明,本文算法可以实现快速准确的解包裹相位直接恢复.

反射面形状对光纤位移传感器光强调制特性的影响

为了分析反射面形状对单模光纤照射的光纤位移传感器光强调制特性的影响,建立了反射面不为平面时的光强调制特性函数模型.该模型基于单模光纤出射光场为修正近似高斯分布假设,通过引入反射面形状因子,分析了反射面形状因子对光强调制特性的影响规律.仿真结果表明,随着凹形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡无显著变化,而后坡灵敏度增大,线性范围减小;随着凸形反射面曲率半径值的增大,传感器特性曲线的前坡仍无显著变化,而后坡灵敏度减小,线性范围增大;当曲率半径增大的一定值时,反射面的非平面性影响较小,其作用趋近于平面.

用于无模光刻的连续浮雕谐衍射透镜阵列设计

为了获得实时调焦写入以及高的系统分辨力和衍射效率,提出了一种基于连续浮雕谐衍射透镜阵列的无模光刻方法。该方法采用连续浮雕谐衍射透镜阵列作为无模光刻的物镜阵列,在兼顾系统分辨力和衍射效率基础上,由同一衍射透镜阵列实现聚焦写入和检焦;同时利用谐衍射透镜的深浮雕特性调制透镜的环带宽度,降低透镜的制作难度。在分析谐衍射透镜特点以及考虑激光直写制作工艺对连续深浮雕衍射聚焦特性影响的基础上,设计、制作并测试了设计波长为441.6nm,F数为7.5的连续浮雕谐衍射透镜阵列。测试结果表明,该阵列同时具有聚焦写入和检焦功能,且对写入激光和检焦激光的衍射效率均优于70%,有望改善无模光刻的制作质量。

基于深度学习的离轴数字全息成像技术

针对传统离轴数字全息成像技术需要先验知识和额外全息图的问题,提出了一种深度神经网络成像框架全息重建U形网络,解决离轴数字全息领域的重建问题。首先利用非对称卷积结构进行底层特征提取;接着通过多组残差卷积块提取不同尺度的全息图特征;最后通过转置卷积与特征拼接重建图像。实验数据经充分训练后,该方法仅需输入单张全息图就能输出单张清晰的重建图。与Holo-UNet相比,实验振幅样本和实验相位样本的重建峰值信噪比和结构相似度分别由原来的28.75 dB,0.919和29.55 dB,0.956提高至30.66 dB,0.933和33.43 dB,0.981,效果明显。

结合线性回归的离轴数字全息去载波相位恢复算法

为实现仅用一幅离轴数字全息图便能直接恢复相位,提出一种利用空间载波相移技术(spatial carrier phase shift,SCPS)和线性回归相结合的离轴数字全息去载波相位恢复算法.首先,利用SCPS将一幅离轴数字全息图分为四幅含有载波相移的全息图,其中载波相移由沿行、列两个方向的正交载波所引入;然后,将四幅载波相移全息图作为输入,将所求物体相位和两个正交的载波作为未知量,结合最小二乘法和线性回归同时求出载波和相位信息.相较于已有的去载波技术,本算法无需背景全息图作为参考,便可准确地去除载波,实现高质量的相位重建.本文结合数值仿真和具体实验结果验证本算法的有效性和优越性.

OBE理念下的教学改革研究——以电子技术类课程为例

基于OBE理念的工程教育模式,在电子技术类课程中,重新构建教学目标、确立教学任务和内容,进行了理论课程和实践课程的贯穿融合,制定了综合成绩考核体系。改革后解决了很多课程建设过程中的难点,为其他课程的建设提供了良好的参考和建议。

用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列研究

研究了一种用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列方法.该方法采用连续浮雕衍射透镜阵列替换传统并行激光直写中的物镜阵列,在兼顾系统分辨力基础上,克服了波带片等衍射透镜阵列衍射效率低的缺点;同时因采用深浮雕结构优化环带宽度,可降低阵列的制作难度.针对并行激光直写系统阵列F/#小的特点,在建立连续深浮雕衍射透镜阵列非旁轴近似聚焦模型基础上,设计、制作和测试了波长为441.6nm,F/#为7.5的连续深浮雕衍射透镜阵阵列.测试结果表明:该阵列的衍射效率优于70%,远高于波带片阵列的40%.

基于频谱分值差动的数字全息显微自聚焦技术

传统数字全息显微自聚焦技术通过判定关键函数的峰值或谷值确定焦平面,但其峰/谷值附近的灵敏度较低,增加了确定最佳聚焦位置的难度。该文提出了一种频谱分值差动的数字全息显微自聚焦方法,该方法首先将两个虚拟探测器以同等距离分别放置在真实探测器两侧,接着利用频谱分值函数分别得到两条普通聚焦曲线和一条频谱分值差动(DSS)曲线,最后通过搜索DSS曲线的过零点自动识别焦平面。该文以USAF相位板、海拉细胞和血液涂片为实验样本以验证所提方法的有效性,结果表明,与传统方法相比,该方法具有良好的适用性和计算效率。

基于视频放大的非平稳微振动测量实验设计与实现

为了对物体产生的微弱振动频率进行测量,该文提出了基于视频放大的非平稳微振动测量方法。该方法首先使用摄像机拍摄物体振动视频并将微振动可视化,进而从视频中提取物体振动频率信息。具体地,首先采用基于灰度空间的欧拉视频放大(Euler video amplification based on gray space, EVM-GS)方法将视频中肉眼难以分辨的微弱振动放大到人眼能够明显观察的幅度;然后通过基于灰度值帧差的最佳分析区域选择算法确定分析区域,对该区域使用空间滤波对视频图像去噪以及减小待处理数据量;最后使用基于S变换的非平稳信号分析方法(non-stationary signal analysis method based on S transform,NSS-S)提取振动频率。实验结果表明,该测量方法能将微振动可视化,并实现非接触式的无损测量,所测振动频率结果准确。

远心同-离轴混合数字全息高分辨率重建方法

现存的同-离轴混合数字全息技术可同时解决同轴全息共轭像消除困难和离轴全息分辨率受限的问题,但需预测衍射距离,不仅复杂耗时,且精度有限;而远心成像技术可获得非衍射图像,无需预测衍射距离,并具有可消除球面像差和散焦像差等特性.因此,本文将远心成像技术引入同-离轴混合数字全息技术中,提出一种远心同-离轴混合数字全息高分辨率重建方法.该方法利用远心同-离轴混合数字全息系统,分别采集聚焦的离轴全息图和同轴全息图;进而将离轴全息图获得的低分辨率相位信息与同轴全息图获得的振幅信息相复合,作为迭代恢复过程的物光复振幅初始值,并分别在空域和频域进行约束迭代,实现高分辨率重建.实验结果表明,该方法无需衍射距离等先验信息,便可很好地消除共轭像和系统畸变的干扰,并可充分利用图像传感器的空间带宽积,实现物体的高分辨率重建.

一种TPC硬判决译码改进算法研究

针对Turbo乘积码(TPC)传统硬判决译码算法中某些错误可以检测但无法纠正的问题,提出了一种改进的TPC硬判决译码算法.该算法在对传统硬判决译码算法进行多次迭代的基础上,通过串接检错、估算错误总数、构造错码候选码字集、选取最优码字等步骤来解决传统算法可检而不可纠的错误图样问题.仿真结果表明:在误比特率为10-5时,与传统硬判决迭代译码算法相比,本文提出的算法能够提高0.9 dB的增益.

无线接收机可变增益放大器的设计与实现

设计并实现了一种同时具有可变增益和自动增益控制功能的放大器,可用于无线接收机中。该放大器主要分为4级电压放大电路和控制部分。控制部分是使用STM32单片机作为控制器,控制操作由按键输入实现,LCD1602液晶屏显示键入和系统输出信息。系统可实现可变增益和自动增益控制模式。样机指标达到超过60 dB的最大增益且能在20 dB以上以6 dB步进线性可调。

双合成波长数字全息低噪声分级解包裹方法

双波长数字全息中差分合成波长可拓展无相位包裹测量纵深范围,但显著放大相位噪声;加性合成波长可抑制相位噪声,但大幅缩小无相位包裹测量范围.因此,本文利用差分合成波长无包裹测量范围大与加性合成波长噪声低的特性,提出一种双合成波长数字全息低噪声分级解包裹方法.该方法利用由差分合成波长获得的“相位差”引导单波长包裹相位进行解包裹,然后再利用单波长的解包裹后的光程差引导加性合成波长获得的包裹“相位和”进行解包裹,通过分级实现双波长低噪声解包裹.实验结果表明,该方法可以简单、快速地实现双波长数字全息低噪声解包裹.

美国高等教育组织结构研究综述

世界经济的全球化和信息技术的发展,带动了高等教育国际间的交流与发展。从高等教育国际性发展的战略高度分析美国高等教育的行政组织结构及管理体系,以期为我国的高等教育管理提供有益借鉴。

偏振分光镜传输系数不等对非线性误差的影响

为了减小激光外差干涉非线性误差,必须考虑偏振分光镜透过率和反射率不等对非线性误差的影响。通过分析两臂透过率与反射率不等对测量信号的影响,推导出两臂反射率与透过率不等对激光外差干涉非线性误差一次谐波和二次谐波影响的理论模型。仿真结果表明,透过率与反射率不等将严重的影响非线性误差一次谐波的大小,当反射率为1而透射率由1变为0.85时,其非线性误差由0.56nm增加到2.03nm,同时非线性误差只是一次谐波和二次谐波的简单叠加。仿真结果表明调整偏振分光镜的旋转角度误差能够有效的消除两臂透过率与反射率不等对非线性误差的影响。为进一步指导调整减小或消除非线性误差提供了理论依据。

偏振分光镜旋转角度误差的确定

偏振分光镜存在旋转角度误差是引起激光外差干涉非线性误差的来源之一.提出了一种确定激光外差干涉偏振分光镜旋转角度误差的方法.通过分析偏振分光镜旋转角度误差在其它条件下对激光外差干涉非线性误差的影响,得出偏振分光镜存在的旋转角度误差将极大地增加非线性误差的一次谐波,但改变二次谐波很小.对光电接收器输出信号进行频谱分析,分离出激光外差干涉非线性误差的一次谐波和二次谐波,通过测量非线性误差二次谐波相对测量信号的大小,通过应用非线性误差二次谐波幅度比值与偏振分光镜旋转角度误差之间的模型,确定偏振分光镜旋转角度误差.实验结果表明,应用该方法能够得到偏振分光镜的旋转角度误差,从而为调整偏振分光镜提供了实验依据.