面向大气湍流畸变场景的卷积图像校正方法

大气湍流引发的折射率在时间和空间上的随机波动,会使远程成像系统捕获的图像出现时空模糊和几何畸变,严重削弱了图像的视觉效果和应用价值。针对这一问题,许多学者尝试采用多帧幸运区的方法和基于卷积神经网络的深度学习方法来修复大气湍流引起的图像畸变。然而,在强湍流情况下,这些方法通常模型训练难度较大,湍流自适应性校正能力较为薄弱。为了解决上述问题,经研究提出了一种改进的深度学习网络来提升湍流畸变校正的性能。该网络采用Transformer端到端的网络结构,利用多头自注意力跨通道捕获局部上下文信息;对一级校正网络采用蒙特卡洛Dropout策略进行训练,通过模型不确定性来提取传统方法难以捕获的退化区域;利用提取到的不确定性映射作为引导信息,输入第二级校正网络提升校正准确性。在基于时空模糊加几何畸变的合成湍流退化图像集上进行了实验,证明了提出方法的有效性。

一种数字水准标尺的新型编码规则及识读方法

为满足高精度、大视距的数字水准测量需求,提出了一种新型二维复合编码的数字水准标尺编码规则,标尺条码由绝对编码和相对编码两列组成。绝对编码由不同宽度的黑白条码组成,沿标尺长度方向上若干个条码组合形成一个码段,采用二-十进制的编码规则唯一确定该码段在标尺上的绝对位置;相对编码由等宽度,相对大尺寸的黑白条码组成,通过同时存在于相对编码和绝对编码中的参考码表示标尺上的位置。针对所提出的编码规则,设计了视线位置的精确识读方法。对所设计水准标尺进行高差、重复性以及远视距实验,结果表明,该二维复合编码的水准测量在30 m以内的测量时间小于1.57 s,条码识别率为100%,最大偏差小于0.09 mm,具有解码快速、识别精确、稳定等优点。

近红外光谱烷烃类气体定量分析系统的研究

介绍了一种近红外光谱烷烃类气体在线定量分析测量方法。该方法以单片闪耀光栅为核心构成分光系统,分析计算了分光系统的关键参数,设计构建了硬件系统平台,完成了窄带光束实验测试和烷烃类七种单组分气体光谱探测实验。实验表明,入射狭缝为2mm时,分光系统在中心波长1200～1800nm波段内能够分离谱宽为10nm的窄带光束,出射光束中心波长步进扫描步长优于0.1nm。光谱探测实验证实七种气体在1600～1800nm波段内存在较强的特征谱线,但存在严重的交叉混叠现象。甲烷谱线位置与HITRAN光谱数据库相吻合。实验结果表明该方法有可能用于混合气体探测,且结构简单、成本低廉,为后续研究提供了技术储备并明确了研究方向。

基于GRU神经网络的脉搏波波形预测方法研究

随着生活水平的提高,人们对健康的关注度越来越高,尤其是适应快节奏生活的手环等便携式生理监测设备,备受人们青睐。光电容积脉搏波描记法(PPG)作为一种无创人体脉搏采集手段,被广泛应用于此类设备中。人体脉搏中包含很多生理信息,如血压、血糖、动脉硬化等,为了对这些信息进行提取和分析,目前主要采用机器学习的方法,通过提取脉搏波中的特征点计算特征参数进而建立生理参数模型。但此类方法需要大量且长期的脉搏数据,用于提高生理参数模型的精度,而长期的数据采集受环境限制较大且与便携式生理监测设备设计理念冲突,并且对脉搏波预测的研究存在空白。针对此问题,本文使用Colaboratory建立GRU神经网络模型与LSTM网络模型分别对脉搏波数据进行预测,并对影响模型性能的主要参数进行对比调参。而由自动化机器学习工具AutoML_Alex针对脉搏波数据分析并择优建立的LightGBM网络可以作为具有参考价值的基线模型。通过以上3个模型针对从不同个体采集到的大量脉搏波数据进行建模,对比其平均绝对百分比误差MAPE,LSTM为0.879%,单层GRU为0.852%,LightGBM为0.842%,4层GRU模型为0.828%,进而应用到不同个体上发现单层GRU模型的稳定性(MAPE)要优于其他模型。本文以GRU网络建立的脉搏波预测模型以不同个体短期脉搏数据为蓝本,对不同个体的长期脉搏波数据进行预测,进而对人体的动脉硬化生理情况进行监测达到早期发现早期预防的目的,同时为便携式生理监测设备提供技术和数据支持。

基于CNN-Bi LSTM的短期电力负荷预测

短期电力负荷预测能准确评估地区整体电力负荷变化情况,为电力系统运行决策提供准确参考。电力负荷参数受多维因素影响,为充分挖掘电力负荷数据中的时序特征,提升电力负荷预测精度,该文提出一种基于特征筛选的卷积神经网络—双向长短期记忆网络组合模型的短期电力负荷预测方法。以真实电力负荷数据作为数据集,通过对多维输入参数的优化筛选,选取高相关性特征向量作为输入,构建预测模型。通过与添加注意力机制的组合模型对比验证了输入参数优化分析的可行性和优越性。最后利用实际算例将该方法与利用自动化模型构建工具构建的梯度增强基线模型及常用预测模型相比,该方法构建的组合模型可以提升多维电力负荷数据的短期预测精度。

应用于三坐标测量机的半光斑成像式激光测头

运用半光斑成像原理研制出一种新型的半光斑成像非接触激光瞄准测头,采用自适应控制方法实时调节激光光强使其可以适应不同光学特性表面的瞄准测量,并对该测头重复性瞄准触发精度、不同光学特征表面的灵敏度特性进行了实验研究。实验结果表明该测头重复性瞄准测量不确定度在1μm以内,测量灵敏度可达30--60 mV/μm,测量角度在不增加辅助措施的前提下可以达45°,综合性能达到传统三角法光学测头的性能。该测头具有检测速度快、自动化程度高、瞄准精度高的特点,结合其他测长仪器可以实现自由曲面的快速、精确测量,具有广泛的应用前景和较强的实用价值。

一种基于CPLD的丝杠螺旋线误差动态检测方法

针对目前广泛应用的滚珠丝杠螺旋线误差检测系统的不足,对传统测量仪器进行了改造,以双频激光干涉仪作为长度测量基准、圆光栅作为角度基准,设计以可编程逻辑器件(CPLD)为核心电路的计算机测量系统方案,并进行样机实验研究和试运行,运行结果证明该套测量系统能够实现两级以上丝杠螺旋线误差的动态测量,测量效率高。

钼粉还原自动化生产线装料称重装置的设计

针对钼粉还原炉自动化生产线的工艺需求,设计了一种装料称重刮平与现场控制为一体的钼粉自动化装料称重装置。详细论述了该装置的机构组成及工作原理,并以ADuC824单片机为主控单元、EPM7128为逻辑信号处理单元构建完整的软硬件测控单元平台,设计制作了相应的部件单元和软件程序,并进行了现场试运行实验。实验结果表明,该称重装置重复性测量精度标准差为1.5 g,最大相对误差为0.11%,达到了钼粉还原炉自动化生产线所要求的称重误差控制要求。

半光斑成像式多功能激光瞄准测头的研究

运用半光斑成像原理设计了一种用于三坐标测量机的多功能激光瞄准测头。详细介绍了测头的光学系统工作原理和设计思路，采用自适应控制方法实时调节激光光强使其可以适应不同光学特性表面的瞄准测量，并进行了多功能测头的重复性瞄准测量、灵敏度测量、倾角跟踪实验。实验结果表明，该测头重复性瞄准测量不确定度优于1μm，测量灵敏度可达30mV／μm，激光跟踪瞄准被测曲面倾角可达25°，能满足三坐标测量机的使用要求。该测头具有检测速度快、自动化程度高、瞄准精度高的特点，结合三坐标测量机或者其它测长仪器，能够实现对自由曲面进行快速精确瞄准及轮廓图像瞄准测量，具有广泛的应用前景和实用价值。

大弹性织物主动馈送式张力控制方法的应用研究

本文分析带状弹性织物张力控制的特殊性与主要影响因素,提出主动馈送式张力控制方法,并自此基础上,采用参数自整定的模糊PID控制算法,设计完整的检测和控制系统方案并进行样机实验,样机实验结果表明主动馈送式张力控制方法在大弹性织物张力控制中有效可行,并对于大弹性材料的变张力控制具有参考价值。

氯化钠近红外光谱检测技术研究

氯化钠(NaCl)近红外光谱分析在生物医学上有着重要的意义。钠离子(Na+)是人体血液中电解质的主要成分,而电解质有助于维持身体的酸碱平衡。采用近红外光谱技术测量氯化钠浓度,在分析钠离子近红外光谱检测机理的基础上,选定波长建立了NaCl浓度线性回归预测模型,同时为了减小温度对水吸收的扰动,使用选定光谱区建立偏最小二乘(PLS)非线性回归模型。结果表明所建立的非线性校正模型决定系数(R2)=99.82%,交叉验证均方误差(RMSECV)=14.5,剩余预测偏差(RPD)=23.7。完全满足日常生化检测精度要求,该技术可以应用于医院实验室钠离子浓度定量分析。

静态锥束CT成像系统的几何标定方法研究

采用X射线源阵列的静态CT成像系统为消除机械运动伪影,提高重建图像质量以及扫描成像效率提供了有效途径。高效、准确的几何标定方法是对X射线源阵列标定的关键。提出通过对一个已知三维标定模板的一次投影成像,采用最小二乘的直接线性变换法实现X射线成像系统的内、外参数准确估计的方法,以此方法用于静态CT扫描成像系统的几何标定。实验和仿真结果表明,该标定方法无需辅助装置,避免了满足要求条件的多次投影成像的过程;不受标定模板空间姿态的限制,一个X射线源与探测器的几何标定只需一次投影成像过程,方法简单、准确、易于操作,适于平面探测器的静态锥束X射线源阵列的成像系统几何参数的准确标定。

基于相关理论及零休特征融合的串联故障电弧检测方法

针对串联故障电弧发生时隐蔽性和随机性强、电流幅值相对较小易被负载电流湮没、与负载性质关联性大而导致的难以准确检测问题,提出一种基于相关理论及零休特征融合的串联故障电弧检测方法。以参照UL1699标准搭建的低压单相交流串联故障电弧实验平台为基础,通过采集用电回路的两个周期电流并计算其零休时间比例系数、滤除低频成份后的归一化绝对值最大互相关系数,然后用模糊逻辑器将两系数进行融合处理得到串联故障电弧综合特征识别系数,进一步结合零休时间比例系数并分别与经验阈值比较,从而判别是否有串联故障电弧发生。结果表明,该法对低压单相交流用电回路中使用GB14287.4推荐负载时产生的串联故障电弧辨识率高达100%,无误判漏判现象发生。

基于模糊PID控制的InGaAs光电探测器的温控系统

InGaAs光电探测器性能的好坏与环境温度的变化密切相关,为了使探测器能有良好的工作特性,其工作环境温度必须具有高稳定度。温度控制系统以MSP430F149为控制核心,使用参数自整定的模糊PID控制算法,以脉宽调制的方式驱动半导体制冷器工作,实现对光电探测器的高精度温度控制。并对模糊PID控制的控制效果进行了SIMULINK仿真,最后在InGaAs光电探测器上进行了温度控制的实验。实验结果表明设计的温度控制系统可以达到±0.02℃的高精度控制,完全符合实际应用需要。

游梁式抽油机冲次软测量方法研究

游梁式抽油机冲次是影响抽油机系统运行工况的重要参数,实时精确地测量抽油机冲次是调控及优化抽油机系统效率的基础。针对现有公式法和传感器法测量冲次,存在准确性易受实际运行条件和野外环境影响、需额外增设测量器件、故障率较高等缺陷,提出一种基于自相关理论的抽油机冲次软测量方法。即建立冲次与悬点载荷函数、驱动电机输入电功率函数的周期关联关系模型,通过采集驱动电动机输入电流、电压计算实时输入电功率,利用周期信号自相关函数与原函数同周期、噪声信号自相关函数在原点集中的特性,对输入电功率函数进行自相关运算,经去除干扰后获得电功率函数周期,依据输入电功率函数周期与抽油机冲程周期、抽油机冲次的关联关系计算得到抽油机冲次,从而在不增加外设条件下实现对抽油机冲次的软测量。仿真以及某大型油田采油六大队现场试验表明,该方法实用有效、抗扰性高、测量误差不超过1%。

视觉瞄准激光干涉测量编码型水准尺

针对编码型水准尺分划误差的检测,提出了视觉瞄准与双频激光干涉术相结合的测量方法。构建了编码型水准尺的精密检测系统并对瞄准测量方法进行了研究。当被测条码边缘出现在瞄准视场中时,不必微调载尺工作台,即可实现图像和干涉仪测量数据快速采集,并由软件完成瞄准及测量。采用最大方差法分割图像;再使用图像边缘跟踪法,直接寻找检测边缘,从而避开去除噪声的困难;最后应用概率细分方法对条码边缘定位,提高测量分辨率,从而完成条码边缘图像的检测。实验结果表明,该检测系统视觉瞄准标准差为0.23μm,系统稳定性标准差<0.5μm。该瞄准测量方法提高了测量效率,测量精度高于检测要求4倍,保证了编码型水准尺检测的可靠性。该检测系统已成功应用于编码型水准尺的分划误差检测中。

多功能测头光学系统设计

提出了一种用于三坐标测量机的新型多功能测头,介绍了多功能测头光学系统的设计思路,分析了光路中光学元件的作用,计算了光学元件主要参数,并进行了多功能测头的实验验证。大量实验结果表明,该测头经过标定,激光跟踪瞄准重复性测量的不确定度在±1μm以内,激光跟踪瞄准被测曲面倾角可以达到30°,能满足三坐标测量机的使用要求,同时也可以用于其它测长仪器对自由曲面进行快速精确的瞄准以及对零件轮廓的图象法测量。

带状弹性织物张力控制方法的应用研究

分析带状弹性织物张力控制的特殊性与主要影响因素,提出主动馈送式张力控制方法,采用参数自整定的模糊PID控制算法,设计完整的检测和控制系统方案并研制了实验样机,样机实验结果表明主动馈送式张力控制方法在弹性织物张力控制中有效可行,并对于大弹性材料的张力控制具有参考价值。

磁场作用下葡萄糖近红外光谱检测技术研究

采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)研究了磁场强度对葡萄糖溶液近红外光谱的影响,发现磁场作用下葡萄糖的近红外光谱吸收强度和部分峰位发生显著变化。分析了磁场对葡萄糖溶液近红外光谱吸收的影响机理。采用偏最小二乘回归法(PLS)建立了磁场作用下葡萄糖溶液的定量分析模型,使用验证集进行验证。研究结果表明,磁场对葡萄糖分子基团偶极矩产生诱导作用,使偶极矩增大,吸收增强;同时磁场作用下,葡萄糖分子趋于沿平行于磁场的方向排列,其基团振动频率(特征吸收峰)吸光度与浓度变化的线性关系得到极大的改善。该研究有助于提高葡萄糖分子吸收强度及其测量精度,为进一步提高血糖检测精度提供技术支持。

具有相同分子基团的多组分气体现场在线光谱分析

针对目前傅里叶变换红外光谱分析还不能独立应用于气体成分多、部分成分具有同种分子基团、气体浓度变化范围大的复杂多组分混合气体的在线分析问题,文章以甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷和正丁烷五种轻烷烃气体的混合气体的光谱分析为例,提出采用充分考虑气体温度、压力及干扰气的影响,采用特征提取、光谱畸变识别与修正、神经网络的鲁棒建模与分层建模的方法来实现具有相同分子基团的混合气体光谱分析。最后给出了五种轻烷烃气体的光谱与气相色谱的在线分析结果。分析结果对比曲线表明,两种仪器分析结果曲线几乎完全重合,这说明该文提出的光谱分析方法可以独立应用于具有相同分子基团的多组分气体混合气体现场在线分析,解决了科学研究和工程应用中气体组分复杂、气体浓度变化范围大的复杂多组分混合气现场分析难题。