一种轻小型遥感相机多通道高速图像传输方案

遥感相机图像传输接口性能是影响相机整体性能的重要指标,为解决多通道相机图像数据传输速率高且同时满足轻小型化需求的问题,文章提出一种高吞吐率、低误码率的轻小型相机多通道高速图像数据传输方案,该方案基于CoaXPress接口采用Aurora 8B/10B通信协议,通过FPGA吉比特发送器(Gigabit Transceiver,GTX)实现4套焦面组件下行的高速图像传输,测试数据率达到13 Gbit/s,同时实现上行21 Mbit/s的相机控制数据率。仿真及测试结果表明:该方案极大地提高了相机的图像数据传输速率,接口电缆数量较传统减少近50%,可满足轻小型遥感相机多通道高速图像传输需求,为各类遥感相机高速小型化提供新的解决方案。

不同稳态工况对同步调相机单相短路后暂态温升的影响

同步调相机可在系统故障时为特高压直流换流站提供暂态无功支持,以保持系统电压稳定,防止直流换相失败,但调相机的高无功输出也会导致其温升增加,运行能力受限。系统故障前同步调相机的初始工况是影响其暂态温升和运行能力的一个重要因素,为研究系统低电压时调相机暂态温升与初始工况之间的关系,该文将调相机的电磁场、温度场与电网模型耦合,计算调相机不同稳态工况下的定转子损耗和温度分布;以线路单相短路故障引起的系统低电压为例,研究调相机初始工况对暂态温升的影响。在考虑各结构件最大容许温度的条件下,揭示调相机单相短路持续时间随初始工况的变化规律。研究结果为提升调相机在系统低电压下的暂态运行能力提供技术支持。

新型同步调相机匝间短路故障机理分析

随着新型同步调相机大规模投入运行,调相机的安全问题逐渐凸显。绕组匝间短路故障是调相机1种典型故障,对调相机长期运行和电网稳定都有严重影响。该文从两种故障发生后对气隙磁场磁动势的影响出发,建立转子总电流、定子绕组相电流、支路电流及电磁转矩的统一数学表征,从幅值、相位、谐波含量等多方面对两种故障进行深入的对比分析,揭示新型同步调相机绕组匝间短路故障机理。该文基于已投入使用的TTS-300-2型新型同步调相机,开发有限元软件的仿真程序,搭建调相机模拟机的实验平台。理论分析结果分别得到了仿真与实验结果的验证。

计及短路比提升与暂态过电压抑制的含高比例风电送端电网两阶段式调相机优化配置

随着送端电网中大规模风电机组的接入及常规同步机组的置换淘汰,电网短路比水平下降,电压支撑能力削弱,故障时易导致新能源机组暂态过电压而发生脱网事故。面向含高比例风电的送端电网,研究综合计及短路比提升和暂态过电压抑制的调相机优化配置方法。首先,利用新能源多场站短路比(multiple renewable energy stations’short-circuit ratio,MRSCR)分析了调相机接入对风电场短路比的提升作用,并基于调相机暂态快速无功响应特性揭示了其对风电机组暂态过电压的抑制机理;然后,提出一种同时计及短路比提升和暂态过电压抑制的两阶段式调相机优化配置策略,第一阶段以风电场短路比提升为核心约束优化配置调相机位置与基础容量,第二阶段以暂态过电压安全为关键约束进行调相机配置容量修正,并引入量子遗传算法(quantum genetic algorithm,QGA)进行优化求解。最终,基于PSD-BPA在含高比例风电的送端电网进行算例分析,验证了所提出的调相机优化配置方法能够显著提升风电机组多场站短路比水平并有效抑制风电机端暂态过电压。

面向车载相机采集图像的智能汽车测试场景关键性量化模型

车载相机图像是构建智能汽车测试场景库的主要数据来源,但其中关键测试场景发生概率低,大部分场景的测试价值小,若将其直接应用于智能汽车测试会浪费大量测试资源。本文提出一种面向车载相机采集图像的智能汽车测试场景关键性量化模型。首先,基于实车相机参数对实车采集的图像进行处理,输出对行车安全具有影响的参数;其次,基于风险场理论将参数整合,输出测试场景关键性量化结果;最后,对实车采集的图像进行测试场景关键性量化验证,结果表明本文模型可以精确输出测试场景关键性的具体数值,进而对比不同场景的测试价值,证明本文提出的模型可以有效筛选智能汽车关键测试场景。

基于深度学习的全天空相机成像日间云量计算研究

云量是天文领域中地基光电望远镜站址选择的重要评价参数之一。针对全天空相机成像的日间云量计算存在的问题,提出一种基于深度学习的全天空相机成像日间云量计算模型。云检测层,模型通过构建通道加权-特征融合(channel weighting-feature fusion,CWFF)结构,从而加强对云层记忆能力和深层特征的提取能力以完成云检测任务;云量计算层,模型提出一种基于云检测模型的云量计算方法,有效提高云量计算的误差率。实验表明,该方法在云检测任务中的综合准确率超过95%,在云量计算任务中的平均绝对误差不超过5%。

红外照相机的热浮法湍射流流态转捩机理探究

为了探究湍射流3种流动状态的转捩机理,设计并搭建了可控式湍射流实验仪,利用热浮法红外拍摄了3种流态,实现了湍射流的可视化及精确测量。通过实验观察和分析了包络态中流体转捩速度与雷诺数的关系,确定了转捩临界雷诺数大小范围,并推导和验证了涡环态中推进力与流体流速的半经验公式;同时通过颜色仿真展示了喷口截面处的压强分布图像;利用网格剖分的方式分析了涡环转捩机理,完善了流体运动过程的精细测量,为实验室测量雷诺数提供了一种可行方法。

基于红外相机和毫米波雷达融合的烟雾遮挡无人驾驶车辆目标检测与跟踪

战场环境下无人驾驶车辆的感知系统易受烟雾、扬尘等天气的影响,对关键目标的检测与跟踪能力大大下降,造成目标漏检、目标误检、目标丢失等严重后果。针对该问题,开发毫米波雷达和红外相机融合系统,采用目标级融合方式建立简洁有效的融合规则,提炼和组合各传感器的优势信息,最终输出稳定的目标感知结果。对毫米波雷达的目标进行有效性检验和提取,并提出改进的基于密度的含噪声空间聚类应用算法,以减少毫米波雷达噪音干扰。以YOLOv4网络为基础,引入MobileNetv2主干网络,在网络训练过程中运用迁移学习方法,同时对红外数据样本进行扩充,解决了红外图像训练样本少的问题。试验结果表明,相较于仅基于红外相机的算法,融合检测算法在烟雾环境下的精度显著提升,且算法实时性高,实现了烟雾环境下毫米波雷达与红外相机融合的目标检测与跟踪,提高了无人驾驶车辆目标检测与跟踪系统的抗烟雾干扰能力。

基于Hotelling T2-BiLSTM的同步调相机故障诊断方法

同步调相机故障会严重影响特高压直流输电工程的稳定性。针对特高压电网中不对称电压条件下同步调相机励磁绕组匝间短路故障难以识别问题,提出基于霍特林T2-双向长短期记忆网络(Hotelling T2-BiLSTM)的同步调相机故障诊断方法。首先,从三相电压、三相电流、励磁电流、转子振动和无功功率中提取故障特征,计算Hotelling T2统计量以构建故障检测指标;然后,采用BiLSTM模型对特征进行分类,并利用逻辑回归层进行故障诊断;最后,在动模实验室中进行实验验证其有效性。实验结果表明,所提方法具有较高的故障诊断精度。

激光雷达和相机的决策级融合目标检测方法

【目的】激光雷达与相机这两类传感器检测数据格式不统一、分辨率不同,且数据级和特征级的融合计算复杂度高,故提出一种决策级的目标融合检测方法。【方法】对激光雷达与相机的安装位置进行联合标定,实现这两类传感器检测结果的坐标系转换;利用匈牙利算法将激光雷达点云检测目标框和相机图像检测目标框进行匹配,设定目标框重合面积阈值,检测获得目标物的位置、类型等。【结果】实车测试结果表明,根据检测目标检测框长宽比选取不同交并比阈值的方法使得车辆和行人的目标识别准确率分别提升了3.3%和5.3%。利用公开数据集KITTI对所提融合方法进行验证,结果表明,在3种不同难度等级场景下,所提融合方法的检测精度分别达到了75.42%、69.71%、63.71%,与现有常用的融合方法相比,检测精度均有所提升。【结论】这两类传感器的检测目标框重合面积阈值对决策级融合检测结果影响较大,根据检测目标检测框长宽比选取不同阈值可有效提升车辆和行人的目标识别准确率。决策级融合方法能准确匹配雷达和相机的检测目标,有效提升目标检测精度。

空间视觉测量相机地面检测及显示系统

为了给空间视觉测量相机的研制提供测试环境,充分测试空间视觉测量相机的功能及性能,基于相机的工作特点和实际测试需求,设计了空间视觉测量相机的地面检测及显示系统。地面检测及显示系统由一台高性能计算机、一台图像接收设备、图像显示软件和通信软件组成,适用于空间视觉测量相机单机、环境试验等多种情况测试。通信软件采取分布式设计,分为1个中心服务器软件、4个客户端软件;软件采用MFC架构,多线程方式运行,软件间采取TCP/IP协议进行通信。其中中心服务器软件负责与相机之间进行通信,通信协议为RS422;4个客户端软件分别实现对相机的指令控制、遥测数据的显示及监测、自动运行及在轨更新功能验证。经过多次单机测试及超过400 h的环境试验测试,空间视觉测量相机地面检测及显示系统运行稳定,对相机的各项功能及性能均能实现测试覆盖,能够满足相机研制过程中的各项测试及试验需求,提高了相机研制的测试效率。

基于像素偏振相机的新型光弹技术应用

像素偏振相机与传统光弹方法相结合是近20年来发展起来的一种新型应力测试技术,其克服了传统光弹方法抗环境光干扰能力弱、定量测试操作复杂、很难实现实时测量等缺点。基于此,介绍了该方法的工作原理,并通过2个实例展示了该方法在适应复杂环境及高精度测试方面的巨大技术优势。给出了该新型光弹技术的若干前瞻性应用建议,包括玻璃幕墙安装应力的高效率检测及钢化玻璃内部缺陷的在线检测等。

基于Gabor滤波器的事件流特征增强及事件相机对象识别

基于Gabor滤波器的事件驱动卷积是仿生分层脉冲神经网络中常用的事件相机对象特征提取方法。为提高该类网络事件相机对象特征提取能力,提出基于Gabor滤波器的事件流特征增强算法,并应用于奖励调节STDP规则的脉冲神经网络事件相机对象识别系统。算法首先将事件流按时间窗口划分为事件流片段,然后提取各时间窗口内的事件流片段特征,同时增强事件数量较多的时间窗口内特征。并基于奖励调节STDP规则帮助网络学习诊断性特征。采用增强算法的网络在MNIST-DVS数据集上的分类精度优于未采用增强算法的网络,并且对于较短的事件流输入也有很好的分类能力。该事件流特征增强算法能够提高基于Gabor滤波器的事件驱动卷积对事件相机对象的特征提取能力。

基于视觉的相机位姿估计方法综述

相机位姿估计是通过估计相机的位置坐标和环绕三个坐标轴的角度偏转,来描述其相对于给定场景的方向和位置,是自动驾驶、机器人技术等任务的重要组成部分。为帮助研究人员在相机位姿估计领域的研究,对相机位姿估计的研究现状和最新进展进行梳理。首先介绍了相机位姿估计的基本原理、评价指标和相关数据集;然后从场景关系搭建和相机姿态解算两个关键技术出发,对两阶段模型结构方法和单通道模型结构方法进行阐述总结,分别从核心算法和利用的场景信息不同上进行分类归纳分析,并对室内室外公开数据集上的表现作对比;最后阐述了该领域当前面对的挑战和未来的发展趋势。

考虑系统稳定边界的同步调相机励磁与升压变参数联合优化

现有提升调相机动态无功特性的参数优化方法侧重于电磁参数的优化,这给生产企业带来较高的工艺要求和较大的成本压力。针对该问题提出考虑系统稳定约束的调相机励磁系统及升压变参数联合优化方法,分析其对电磁参数优化的可替代性。首先,推导了基于Park模型下调相机的无功频域特性,与6阶实用模型下的无功频域特性对比,基于调相机的Park模型可提升调相机动态无功特性的分析精度。然后,提出根据调相机并网系统的稳定边界确定参数的优化区间,采用频域灵敏度方法确定重点参数,并基于人工鱼群算法进行参数优化。最后,通过仿真结果表明,励磁系统与升压变参数的联合优化,可获得与仅优化电磁参数时相近的调相机动态无功性能,验证了电磁参数优化的可替代性,从而降低调相机的制造成本,扩大同步调相机的应用场合和范围。

基于球面角点特征的鱼眼相机与激光雷达联合标定方法

针对鱼眼相机和激光雷达的联合标定问题,提出一种基于球面角点特征的鱼眼相机与激光雷达联合标定方法。首先利用静电斥力物理模型得到了均匀分布在球面上的点集,并以这些点集为生长点对球面进行Voronoi划分,得到了均匀的球面像素,实现了鱼眼相机图像在球面上的均匀重采样;之后在球面上提取了鱼眼相机图像的角点特征,有效地避免了图像畸变带来的角点提取困难的问题;最后利用17组标定数据在球面上实现了鱼眼相机和激光雷达联合标定,在鱼眼图像上的重投影误差小于2个像素,并通过数据融合实验复现了真实场景中的彩色三维效果。

基于三色球的单目相机三维空间定位算法研究

为了实现无工装夹具条件下的机器人焊接,提出基于三色球的单目相机三维空间定位方法,利用球在任意角度成像的几何不变性,结合球的半径信息实现球的深度信息的提取,解决了传统单目相机无法实现三维空间定位的难题。定位算法引入颜色滤波简化三色球的识别,改进霍夫圆检测算法,提高了三色球的识别精度。研究了球的深度信息计算模型,并推导了相关公式,实现了单目相机下球的三维坐标计算。构建了基于3个标准球的焊接工件定位模型,通过工件上3个定位点设置的标准球实现焊接工件定位。基于三维微位移平台设计了定位精度检测实验平台,并开展了相关实验。实验表明,三维空间定位算法的定位误差在±0.24mm以内,满足焊接工件定位的精度要求。

基于工业相机的枪弹测速系统

针对法庭科学领域小口径枪弹瞬时速度测量需要,设计了一种基于工业相机的枪弹测速系统,结合了高速摄影测速和光幕靶测速的优点,采用标准工业相机代替高速摄影机,通过前级激光光幕探测子弹,触发后级工业相机测量系统,使用高亮度频闪光源进行补光照明,记录弹丸瞬间拖影,获取空间图像信息,配套软件实现数据采集、运动颗粒识别、速度计算等功能。系统可测弹丸直径2~8 mm,速度范围在20~1 000 m/s之间,测速间距5 mm以内。实际应用表明,系统测量值更接近瞬时速度,小口径弹丸检测率优于目前使用的测速系统,且一体化便携设计,操作简单,在法庭科学领域具有较大的应用价值。

基于3D相机的拆垛机器人手眼标定方法研究

为了提高拆垛机器人手眼标定的准确度,设计了一种结合有序点云和对偶四元数的改进粒子群优化算法的手眼标定方法。首先,采用三层梯状采样法获取不同姿态的手眼标定数据;然后,对圆形标定板进行圆心提取,采用加权奇异值分解的方案求解定位点的旋转平移矩阵,减少了噪声干扰;最后,将求得的刚性变换矩阵转换为对偶四元数,采用改进的自适应粒子群优化算法求解出手眼矩阵的旋转和平移部分。实验结果表明,手眼标定方法可稳定地处理标定数据,且平均误差小于2.5 mm,优于Tsai法和传统对偶四元数法。

基于红外相机的江西九岭山国家级自然保护区鸟兽多样性监测

2019年7月至2021年2月,利用红外相机对江西九岭山国家级自然保护区鸟兽多样性进行监测,共布设红外相机18台,累计有效工作7058日,获得独立有效照片3706张,记录到兽类4目8科10种,鸟类4目6科11种。其中,海南鳽(Gorsachius magnificus)、白颈长尾雉(Syrmaticus ellioti)、小灵猫(Viverricula indica)为国家Ⅰ级保护动物,白鹇(Lophura nycthemera)、勺鸡(Pucrasia macrolopha)、豹猫(Prionailurus bengalensis)、猕猴(Macaca mulatta)为国家Ⅱ级保护动物。相对丰富度指数分析结果显示,小麂(Muntiacus reevesi,64.00)、白鹇(15.49)、猕猴(5.80)、野猪(Sus scrofa,4.89)、花面狸(Paguma larvata,2.48)、猪獾(Arctonyx collaris,1.75)是保护区6种常见种,其余物种丰富度指数均小于1.00。不同时段的相对丰富度指数分析结果显示,小麂日活动高峰出现在16:00-18:00和06:00-08:00两个时段,具有晨昏活动性;白鹇、猕猴、野猪具有相似的日活动节律,以昼间(06:00-18:00)活动为主。物种积累曲线显示,鸟类、鸟兽总物种数在达到最大相机数后仍有增加趋势,说明今后仍需增加红外相机布设数量开展监测。该调查结果为九岭山国家级自然保护区的野生鸟兽资源保护和管理提供基础数据,并可为长期的生物多样性监测和评价提供科学依据。