直接测距型无扫描激光主动成像验证系统

为提高成像效率,研究了基于雪崩光电二极管(APD)阵列和分束照明的直接测距型无扫描激光主动成像系统。系统采用脉冲激光器作为光源,通过测量激光脉冲飞行时间来获取目标距离信息;基于达曼光栅进行分束照明以提高能量利用率。另外,光学系统采用收发共孔径结构,保证了目标处激光脚点和APD阵列各像元的几何对准。与参考APD所采用固定阈值时刻鉴别法不同,系统采用固定阈值与恒比定时相结合的时刻鉴别法处理回波APD阵列的输出信号以适应外光路参数的变化。各通道采用专用计时芯片TDC-GP22测量启停脉冲之间的时间间隔,实现了45ps的计时分辨率。最后,将19m和31m处放置的两个角反射器作为合作目标进行了成像实验,并给出了所获取的距离图像。结果表明:两个目标的平均距离分别为19.28m和31.54m,测距误差分别为0.28m和0.54m,显示提出的设计方案切实可行。

亚像元的CCD几何超分辨方法

为了在现有CCD像元尺寸的基础上提高CCD像元分辨力,对CCD几何超分辨问题进行了研究。从研究现状入手,给出了现有算法及其不足,建立了亚像元超分辨成像数学模型,提出了亚像元的CCD几何超分辨方法。该方法将两片线阵CCD集成在同一器件中,在线阵方向上错开半个像元,同时读出时间减半,最终交织重组图像数据,以合成高分辨率图像。利用MATLAB7.0.1软件对双线性插值方法及亚像元成像方法进行了仿真,并定性定量地分析了两种方法的效果。结果显示:亚像元方法合成图像分辨率约为低分辨率图像的2倍,且两组仿真图像中的PSNR比双线性插值图像分别高出1.4864dB和2.2070dB。该方法可以显著地减轻欠采样引起的图像模糊,且实时性优于双线性插值方法。

数字微镜器件视频显示性能分析

相比于阴极射线管投影和液晶显示技术,基于数字微镜器件(DMD)的显示系统有其自身的优势,对DMD在视频显示应用中的灰度调制、颜色控制及其显示性能进行了深入研究。在简要介绍DLP Discovery4100组件工作原理及空间灰度调制法和时间灰度调制法的基础上,给出了基于时间灰度调制的彩色视频颜色控制方法:将帧周期均分为R、G、B三个时间段,在每个时间段依据相应颜色分量灰度值控制DMD微镜在各个位时间的状态。以DLP Discovery4100DMD组件为例,深入分析了基于DMD的视频显示系统所能实现的灰度级与帧频、DMD类型的关系。分析结果显示:在实现相同灰度级时,三DMD彩色视频显示系统能够达到的最大帧频与灰度视频显示系统相同,而单DMD、双DMD彩色视频显示系统能够达到的帧频约为灰度视频显示系统的1/2、1/3。分析结果为视频显示系统设计提供了理论依据。

直接测距型激光主动成像系统发展现状

对直接测距型激光主动成像系统进行了深入研究。按照工作方式分类介绍了国外相关研究机构激光主动成像系统的工作原理及系统参数,归纳总结并比较分析了各工作方式的优缺点。分析认为:基于单点或小面阵探测器配合光机扫描方案可实现较远作用距离,但其对激光器重频要求较高,后续数据处理复杂,且系统体积、功耗较大;而基于Flash探测器的激光主动成像系统易于实现小型化,对激光器重频要求较低。作用距离受限问题可通过电子扫描得以有效解决。在具体应用时,需根据实际需求,综合考虑系统体积、质量、功耗、激光器输出峰值功率及脉冲重复频率、所能获取的探测器类型、后续数据处理能力等多种因素折衷选取。

激光成像系统高精度目标距离和强度信息提取

为提高脉冲激光3D成像系统中提取目标距离和强度信息的精度,对时刻鉴别和峰值保持电路进行了深入研究。在简要分析激光测距体制及探测器选择的基础上,给出了激光3D成像系统结构框图:激光器输出信号经半反半透棱镜,反射光线触发参考APD作为计时起始信号,以提高计时基准。给出了恒定阈值鉴别与恒比定时鉴别相结合的时刻鉴别电路,在提高时刻鉴别精度的同时可有效消除噪声对电路的影响。峰值保持选取基于OPA861的跨导型峰值保持电路。在实验室搭建了回波信号模拟系统,并在此基础上对电路性能进行测试。最后,给出了实验结果。结果显示:时刻鉴别电路精度优于1ns;当输入窄脉冲峰值信号低于800mV时,峰值保持电路保持精度优于2.63%。整个结果满足后续实验要求。

凝视型激光主动成像系统性能验证

为了研究凝视型激光主动成像系统对非合作目标的成像性能及在目标跟踪中的应用,设计了基于APD阵列和分束照明的凝视型激光主动成像系统。对激光回波功率与目标距离之间的关系进行了理论分析,结果显示:200m外目标的回波功率小于1μW。为提高系统作用距离,选取高增益带宽积跨阻放大器OPA657N提高系统增益,并通过优化元件布局来克服高跨阻值时的通道串扰。实验验证了距离方程的正确性。在此基础上,采用八连通团块检测方法实现目标探测,并对两轴目标跟踪进行了实验验证。结果显示:系统能够对200m处非合作目标稳定成像,并能获取420m处非合作目标的回波信号;当目标在俯仰轴、偏航轴方向行程大于2.5°时,系统能够实时探测并稳定跟踪。

基于CMOS摄像头与FPGA的位置检测系统设计

提出采用CMOS数字摄像头采集并提取黑色胶条位置来控制冷却转鼓速度的方法。系统以FPGA作为核心控制器,采用两片SRAM进行乒乓操作,FPGA根据CMOS摄像头输出的同步信号,将采集到的图像信息存储到一片SRAM中,同时读取另一片SRAM中的图像数据并进行图像处理,黑色胶条位置检测采用简单的灰度阈值二值化方法。给出了部分采集图像及仿真结果。采集图像显示,CMOS摄像头成像质量满足工程要求。仿真结果表明,系统实现了SRAM的乒乓操作,并完成了黑色胶条位置检测。系统与冷却鼓连接,实际运行可靠。

具有液晶显示及语音提示功能的智能电动车设计

为实时获取智能电动车的状态信息,将液晶显示器及语音芯片应用于智能电动车系统。智能电动车由两个模块组成:电动车模块和无线控制模块。无线控制模块向电动车发送命令,电动车依据接收到的命令动作。无线控制模块在发送命令的同时,将命令信息实时显示在液晶显示器上,并通过语音芯片发出语音提示。语音提示部分同时具有现场重录功能。在概要介绍系统组成的基础上,着重分析了液晶显示及语音提示的设计,最后给出了无线控制模块实物图。实际系统运行结果表明,液晶显示和语音播放与无线发射命令同步,语音模块现场重录功能便于实现。

具有温度补偿的APD阵列信号采集电路

对APD阵列信号采集电路进行了深入研究,着重分析其增益温度补偿实现方法。系统采用集成DC-DC高压模块为APD阵列提供高压偏置,以提高系统可靠性。高压模块输出电压可通过数字电位计进行软件控制,也可通过常规电位计手动调节,增强系统增益调节的灵活性。为保持APD增益恒定,需在环境温度变化时,APD偏压与APD击穿电压成比例变化。详细分析了基于温敏二极管、温敏电阻及带温度传感器的数字电位计的增益温度补偿方法。APD阵列在激光照射下生成的电流信号经跨阻放大器转换成电压输出。最后,对电路性能进行了测试。分析表明:基于温敏二极管的增益补偿方法设计简便;采用温敏电阻的增益补偿方法只能实现部分温度范围的线性补偿;应用带温度传感器的数字电位计进行温度补偿时存在锯齿效应,该锯齿效应与温度分辨率有关,在温度分辨率为4℃时,偏差最大可达4.57 V。测试结果显示:在激光脉冲宽度为5.1 ns时,模块输出电压脉宽达到10 ns。整个电路满足后续系统设计要求。

具有人机交互界面的步进电机控制器设计

为便于工业应用,设计了具有人机交互界面的步进电机控制器。该控制器具有独立的编程指令。用户可通过PC机运行的程序编译软件完成应用程序的编写、自定义图像的选取及寄存器参数的设置。程序编译软件将上述信息通过串行总线传送给步进电机控制器,并保存在非易失性存储器中。步进电机控制器读取、解译并执行应用程序。该系统中配置有液晶显示器,实时显示操作信息;同时配有键盘,便于用户在工业现场修改应用程序或寄存器参数。整个系统以片上外设丰富的Cortex-M3核ARM芯片为核心,对系统指令、人机交互键盘、非易失性存储及LCD显示模块的设计进行了详细分析,并给出了系统设计显示结果。结果显示:LCD显示信息与用户按键命令同步,非易失性模块数据存储可靠,系统运行结果良好。

多通道并行温度采集系统

为满足热控系统多点温度实时采集的需求,对多通道温度传感器的并行采集实现方案进行了深入研究。系统主控芯片采用FPGA,温度传感器选取单总线数字温度传感器,每个总线上分布有10个温度传感器,共计10组。详细分析了单总线温度传感器位操作时序及操作耗时,并给出了多通道并行操作代码设计。通过实体例化完成10通道100个温度传感器的数据采集。分析结果表明:采用该设计方案,可在873 491μs时间内完成100个温度传感器的数据采集,满足热控系统温度数据时序采集要求。最后给出了系统硬件实现电路及实际采集结果。利用该设计框架,可在FPGA资源满足条件下扩充温度传感器通道数,方案更具灵活性。

单DMD彩色视频显示系统的颜色控制

对单DMD彩色视频显示系统中的颜色控制方法及其实现进行了深入研究。在简要分析三种DMD投影系统及空间灰度调制法、时间灰度调制法优缺点的基础上,提出了一种单DMD彩色视频显示系统方案,并着重分析了基于脉冲选通灰度调制的颜色控制方法:将帧周期均分为R、G、B时间段,并将各时间段等比例划分为各个位时间段,依据相应颜色分量灰度值控制DMD微镜的状态。由于DMD接收的是视频图像各像素的位平面数据,对图像灰度值到位平面数据的格式转换进行了详细分析。最后,依据DMD工作特点,给出了DMD操作控制时序。整个方案切实可行,可为系统实现提供理论依据。

动态扫描拼接成像系统的多模控制

提出了凸轮驱动的线阵CCD像面动态扫描拼接方法以扩大遥感仪器的覆盖宽度,并对系统负载非平衡特性及其多模控制算法进行了分析。讨论了现有拼接方法的优缺点,进而引入凸轮驱动的动态扫描拼接方法。该方法采用电机和凸轮作执行机构,电机做匀速旋转运动,通过凸轮带动多个线阵CCD做往复直线运动,实现动态扫描拼接。为了提高CCD成像质量,从理论上对凸轮结构的特殊性、平台姿态角及相机方位角造成的系统负载非平衡特性进行了分析,结果表明:平台俯仰角对负载非平衡特性影响较小,可以忽略;当平台横滚角和相机位角之和非零时,负载力矩在凸轮升程段和回程段表现出不同的特性。针对凸轮升程段和回程段采用相同控制器时凸轮转速在两阶段存在转速降的情况,提出了变输入的多模控制方法,并进行了相关实验。结果表明:变输入的多模控制方法可有效消除凸轮转速在升程段和回程段存在的转速降,且在从动件匀速段的凸轮稳速精度达到0.48%。该方法简单、方便,易于工程实现。

卡托普利对动脉粥样硬化大鼠内皮素转换酶表达的影响

目的:观察血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)类药物卡托普利干预ECE-1和ECE-1mRNA的表达,探讨ACEI与内皮素(ET)系统的相互作用。方法24只雄性SD大鼠随机分为正常组、动脉粥样硬化(AS)组和卡托普利干预组;以喂高脂饮食方法建立SD大鼠AS模型,使用ACEI类药物卡托普利进行干预;在AS形成过程中,以免疫组织化学法分析各组动脉组织中ECE-1蛋白质表达与胞内定位;以半定量逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)分析各组ECE-1mRNA表达和卡托普利干预对ECE-1mRNA表达的影响;并提取动脉血管膜,分析组织ECE-1的活性和以放射免疫法检测不同动物组血中ET-1的含量。结果正常组大鼠的内皮细胞和中膜SMC中有ECE-1微弱表达(4.32±0.05),阳性染色常位于细胞膜和胞质内;AS组大鼠的内皮细胞和内膜SMC中ECE-1表达显著增高(10.56±0.28,P<0.01)。干预鼠主要在内皮细胞和中膜SMC中表达较弱(4.54±0.13),AS鼠显著高于对照鼠和干预鼠(P<0.01)。AS鼠ECE-1mRNA表达明显高于干预组与正常组(P<0.01),表达水平分别为2.04±0.18、0.83±0.01和0.88±0.02;AS鼠ECE-1酶活性高于正常鼠和干预鼠(P<0.05);AS鼠血ET-1均值为79.42 pg/mL明显高于正常鼠32.25 pg/mL和干预鼠36.83 pg/mL(P<0.01)。结论ACEI类药物能下降血ET-1水平,可能与抑制ET-1产生的关键酶ECE-1有关,其结果有助于解析ACEI防治AS的机制。

动脉粥样硬化大鼠血管组织内皮素转换酶1的表达

目的:观察内皮素转换酶1(endothelin-converting enzyme-1,ECE-1)在动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)大鼠中的表达情况,探讨AS可能的内皮发生机制。方法:雄性SD大鼠,随机分为正常组和AS组(n=8);AS组大鼠以高脂饮食方法建立AS模型,正常组大鼠正常饮食。免疫组织化学法、RT-PCR分别分析两组动脉组织中ECE-1蛋白及mRNA表达;提取动脉血管膜蛋白,以内皮素前体作为底物与一定量的组织膜蛋白进行酶解反应,放射免疫法测定酶解产物ET-1的含量,观察组织ECE-1的体外活性;放射免疫法比较两组大鼠血浆中ET-1的含量。结果:正常组大鼠的血管内皮细胞和中膜平滑肌细胞(SMC)中有ECE-1微弱表达(8.58±0.92),阳性染色常位于细胞膜和胞质内;AS组大鼠的血管内皮细胞和内膜SMC中ECE-1表达显著增高(19.12±0.37,P<0.01)。AS组大鼠血管组织ECE-1 mRNA表达(2.04±0.18)明显高于正常组(0.83±0.01,P<0.01);AS组大鼠血管组织ECE-1体外活性高于正常组[(22.47±1.49)vs(18.89±1.55)pg/ml,P<0.05];AS组大鼠血浆ET-1值明显高于正常组(79.42vs32.25 pg/ml,P<0.01)。结论:大鼠血管组织ECE-1异常表达可能通过提高血浆ET-1含量促进AS的发生发展。

S3C2440A在步进电机控制器人机交互中的应用

为实现步进电机控制器系统升级,深入探讨了S3C2440A在步进电机控制器人机交互接口中的应用。S3C2440A内部具有专用的触摸屏接口和LCD控制器,可方便实现与触摸屏和LCD的无缝连接。在介绍步进电机控制器结构的基础上,给出了S3C2440A与触摸屏和LCD的接口电路,并对其应用程序设计进行了详细分析。通过等待中断模式和X/Y坐标连续转换模式的结合实现触摸屏触点信息的采集,并介绍了触摸屏的三点校正方法,最后给出了示例代码。以320×240TFT LCD为例,对LCD控制器的时序、缓冲区设置和显示数据格式进行了详细分析,同样给出了应用程序代码。最后,完成了系统运行实验。实验结果表明,S3C2440A与触摸屏和LCD接口方便,采用该结构可简化硬件系统设计,并减轻系统运行负荷。整个系统运行可靠。

依折麦布联合阿托伐他汀治疗急性冠脉综合征的临床疗效

急性冠脉综合征（ACS）是在冠状动脉粥样硬化基础上由于斑块糜烂、溃疡或破裂，继而血栓形成，造成冠状动脉狭窄或闭塞，从而引起心肌缺血，引起一系列临床表现的临床综合征。本研究以60例急性冠脉综合征患者为研究对象，联合使用阿托伐他汀与依折麦布，观察其血脂变化并评价联合治疗的安全性和有效性。

用PIN探测器进行激光雷达参考光检测

可靠准确的参考光检测是提高直接测距型激光主动成像系统测距精度的关键因素之一,对基于PIN探测器的参考光检测电路设计进行了深入研究。首先,对比分析了雪崩光电二极管(APD)和PIN光电二极管性能及其供电电路的难度。综合考虑参考光功率稳定特性及参考光光路设计难度,选择PIN探测器进行激光雷达参考光检测。详细分析了高压集成芯片LT3482作为常规电源和利用电流监测模式驱动PIN探测器时的差别。选择高增益带宽积跨阻放大器OPA657N实现PIN探测器电流电压转换,对其关键外围元件参数的选取进行了详细分析。同时介绍了超高速比较器MAX9601的应用注意事项。最后,设计了电路板并进行实验验证。结果表明:对脉冲为10 ns的激光光源,当PIN探测器施加89.449 V的偏置电压时,其输出电流信号经跨阻放大器后电压幅值达到-3.7 V,可保证起始信号可靠检出,但脉冲展宽为15 ns。整个模块可有效给出参考光对应的计时起始信号。基于集成高压芯片驱动的PIN探测器配合恒定阈值时刻鉴别方法在直接测距型激光主动成像系统参考光检测中是切实可行的。

全景式航空相机摄影起始角误差抑制方法

覆盖宽度是全景式航空相机的重要指标,深入分析了摄影起始角误差对全景式航空相机所得图像锯齿效应的影响。在介绍全景式航空相机工作方式及工作时序的基础上,分析了所得图像边缘差异占覆盖宽度的比值γ与目标倾斜角、横向扫描角及摄影起始角误差之间的关系。全景式航空相机工作时,通常对摄影起始角设定预留恒定角度值,该方法会造成较大的摄影起始角误差。为了减小该误差,提出了改进迭代算法:在每帧成像时记录摄影起始角误差,并利用该误差对下一帧图像进行修正。最后给出了实验结果。结果表明:采用传统算法和改进迭代算法时,摄影起始角误差均方根值分别为0.045°和0.005°,γ值范围分别为[0.009 1,0.014 8]、[0.001 0,0.001 7]。改进迭代算法将摄影起始角误差降低为传统算法的1/9,对应γ最大值为0.001 7,满足工程需求。