Effect Due to the Particle Nature of the Doppler Shifted Radiation on the Dynamics of the Spherical Light Emitting Source

The Doppler effect is a phenomenon of intrinsic kinematic character. This paper analyzes the kinematic Doppler effect for the case where the source is moving and the observer is at rest in the classical limit. The particle nature properties of radiation are considered and how it affects the dynamics of the Source has been studied. The dynamical and kinematical equations have been derived by considering this effect. It has been conclusively shown that a moving light-emitting source experiences a finite recoil momentum in the direction opposite to the direction of motion and come to rest in finite time.

Nonlinear effect of the structured light profilometry in the phase-shifting method and error correction

Digital structured light （SL） profilometry is increasingly used in three-dimensional （3D） measurement technology. However, the nonlinearity of the off-the-shelf projectors and cameras seriously reduces the measurement accuracy. In this paper, first, we review the nonlinear effects of the projector-camera system in the phase-shifting structured light depth measurement method. We show that high order harmonic wave components lead to phase error in the phase-shifting method. Then a practical method based on frequency domain filtering is proposed for nonlinear error reduction. By using this method, the nonlinear calibration of the SL system is not required. Moreover, both the nonlinear effects of the projector and the camera can be effectively reduced. The simulations and experiments have verified our nonlinear correction method.

基于Kvaser Leaf Light的换挡执行器控制模块台架测试系统设计与应用

基于Kvaser Leaf Light设计了换挡执行器控制模块的台架测试系统,分析了换挡执行器控制模块的主要功能,并编制了测试用例,按照测试用例在自主开发的上位机软件上进行了功能测试,验证了测试系统满足换挡执行器控制模块的台架测试需求。

基于SSK的室内VLPC系统设计及性能分析

本文设计了一个多输入单输出(Multiple-Input Single-Output,MISO)的三维室内可见光定位通信一体化(Visible Light Position and Communication,VLPC)系统,该系统在接收端基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)的三维可见光定位(Visible Light Position,VLP)算法获得定位数据,同时估计信道状态信息(Channel State Information,CSI)并上传给发射端进行定向通信.该系统的发射端基于空移键控(Space Shift Keying,SSK)的室内可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术实现系统的通信功能.另外,本方案可以完全避免通信与定位子系统之间的干扰.同时,通过推导定位误差的克拉美罗下界(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB)和SSK-VLC的通信可达速率来评估本文提出的VLPC系统的性能.仿真结果验证了本文所提方案的有效性.

改进的三频四步相移面结构光三维重建算法

针对面结构光中传统三频四步相移算法投影图片过多、效率较慢这一问题,提出了改进的三频四步相移面结构光重建算法。改进的算法需要3个高频率的正弦条纹图,但所需投影的条纹数量从传统算法的12张减少到了7张,最高频率的条纹图4张,次高频和最低条纹图分别为2张和1张,投影效率比传统算法提高了41.7%。介绍了改进算法的原理,将最高频率4张图所计算的包裹相位用来三维重建,其余两个频率条纹图计算的包裹相位用来进行相位展开,理论上该方法与传统算法精度一致。最后,通过实验验证了该算法的重建精度以及对具有复杂表面物体的三维重建能力。实验结果表明改进的面结构光算法在提高投影效率的同时与传统算法保持着一致的精度。

基于自适应大气光值补偿的改进暗通道煤矿井下图像去雾算法(特邀)

视频监控是保障工业生产和人员安全的重要手段。但在一些特殊领域,监控图像常会受到粉尘散射的影响而产生雾化现象、导致图像质量退化。此外,由于这些生产环境在照明、目标景物方面具有特殊性,常用的暗通道去雾算法存在色彩偏移、过暗、光晕等现象。以煤矿井下监控图像为目标,针对井下粉尘、水雾导致图像模糊、照度低、色彩信息不丰富的问题,提出一种改进的快速暗通道算法。该算法对大气光值进行基于像素自身颜色信息的自适应补偿校正,以减小色偏的产生,并针对井下图像提出了自拟合的亮度和饱和度增强函数。除对井下图像进行处理外,还将该算法用于常用去雾图像数据集,结果表明该算法对多种场景在有效去雾的同时很好地矫正了色偏及光晕现象,并提高了亮度和色彩饱和度。该算法为井工煤矿等产业以及生活场景的去雾提供了一种新的手段。

光抽运小铯钟光频移评估与抑制方法研究

光频移是光抽运小铯钟的主要频移之一。以国产光抽运小铯钟为例,讨论了光频移的主要来源,并提出了几种减小光频移的措施,包括:提高激光束准直度,减小镜面反射杂散光;综合利用原子饱和吸收谱和原子束荧光谱,校准探测光束和原子束的垂直度;特殊设计光回收结构和工艺,有效抑制漫反射杂散光;设计温度补偿电流方案,提高光频校正速率;设计基于液晶相位延迟器的光功率稳定环路,实现光功率稳定度Allan方差1 s进入10^(-5)量级,远端在10^(-4)量级;在确保原子高效抽运的情况下,结合整钟频率准确度变化趋势,选择合理的探测光功率。将前述减小光频移的措施实际应用于12台光抽运小铯钟产品,实测结果显示:将拟合误差值纳入评估,光频移系数bmax区间在2.04×10^(-13)/mW到4.96×10^(-13)/mW之间,按典型光功率值1.3 mW估算,长期稳定度受光频移的实际影响远小于6.45×10^(-16),对于目前批产的小铯钟而言,这部分频移量的影响是可以忽略的。

基于结构光的三维重建研究方法

随着测量技术的不断发展,快速且精准地获取物体三维信息成为研究的热点。传统测量方法存在精度有限且需要在被测物体上添加传感器的问题。因此,提出了根据正弦条纹结构光投影时条纹产生的形变,采用相依轮廓术对目标物的三维重建。在提出的模型中,实验结果表明,在重建精度和测量速度等方面都有着优越的性能。

基于夜间灯光遥感的成都市建成区扩张时序演变分析

【目的】探究2007—2017年成都市建成区扩张变化及发展趋势。【方法】以成都市为研究区,基于夜间灯光数据,利用支持向量机法提取2007、2012、2017年成都市建成区,结合城市扩张强度、扩张速度、重心等指标,探讨10年间成都市建成区扩张演变趋势。【结果】结果表明:(1)2007—2012年,成都市建成区面积扩张了106.87 km^(2);2012—2017年,成都市建成区面积扩张370.08 km^(2),10年间建成区面积扩张明显,城市发展迅速。(2)2007—2017年,成都市建成区主要以成华、青羊、武侯为中心向四周扩张,各区县建成区连贯性和面积均有所增加,城市发展重心逐渐往东南方向迁移,整体呈现“中心聚集,环状向外扩张”特征。【结论】研究结果能够为成都市城市建设和发展提供参考。

基于特征融合的Mean-shift算法在目标跟踪中的研究

针对仅采用颜色特征的Mean-shift跟踪算法,在目标跟踪过程中,运动目标受光线变化的影响时,易发生跟踪错误等问题,提出一种基于特征融合的Mean-shift算法。新算法结合了颜色特征和边缘方向角特征,并对各特征模型进行加权处理,有效解决了Mean-shift算法在光线突变场景中跟踪失效的问题。实验表明,该算法能够有效提高跟踪的稳健性,达到快速、实时的跟踪效果。

基于Camshift算法的光笔投射点的实时跟踪

为实现对光笔投射点的实时跟踪,采用了Camshift跟踪算法,但是该算法在动态复杂背景及在颜色相似的背景区域中不能很好地进行跟踪。因此,提出了改进方法。首先,引入红色滤镜,以此改变Camshift算法颜色特征提取的效果,从而削弱了背景的影响,突出了目标,很好地克服了背景中的颜色干扰,使动态复杂背景下光笔投射点的跟踪具有较高的鲁棒性和实时性;然后通过改变区域选择方式,达到了自动跟踪的效果;最后,通过OpenCV实现了对光笔投射点的实时跟踪。实验结果表明,该方法在光笔投射点实时跟踪上是十分有效的。

3D surface reconstruction based on binocular vision using structured light

A 3D surface reconstruction method using a binocular stereo vision technology and a coded structured light,which combines a gray code with phase-shift has been studied.The accuracy of the 3 D surface reconstruction mainly depends on the decoding of gray code views and phase-shift views.In order to find the boundary accurately,gray code patterns and their inverses are projected onto a human eye plaster model.The period dislocation between the gray code views and the phase-shift views in the course of decoding has been analyzed and a new method has been proposed to solve it.The splicing method is based on feature points.The result of the 3D surface reconstruction shows the accuracy and reliability of our method.

MULTIPARAMETER MEASUREMENT FOR RACEWAY GROOVE OF BEARING BASED ON 3D RECONSTRUCTION WITH DIGITAL STRUCTURED LIGHT

A fast 3D reconstruction method based on structured light to measure various parameters of the raceway groove is presented. Digital parallel grating stripes distributed with sine density are projected onto the raceway groove by a DLP projector, and distorting of stripes is happened on the raceway. Simultaneously, aided by three-step phase-shifting approach, three images covered by different stripes are obtained by a high-resolution CCD camera at the same location, thus a more accuracy local topography can be obtained. And then the bearing is rotated on a high precision computer controlled rotational stage. Three images are also obtained as the former step at next planned location triggered by the motor. After one cycle, all images information is combined through the mosaics. As a result, the 3D information of raceway groove can be gained. Not only geometric properties but also surface flaws can be extracted by software. A preliminary hardware system has been built, with which some geometric parameters have been extracted from reconstructed local topography.

The influence of nonparaxiality on the spectral behavior in Young's experiment illuminated by partially coherent light

Starting from the Rayleigh-Sommerfeld diffraction integral, this paper studies the spectral behavior in Young＇s experiment illuminated by nonparaxial partially coherent light and compares with the paraxial case, where the influence of nonparaxiality of partially coherent light on the spectral shifts and spectral switches is stressed. It is shown that there is a spectral shift in the nonparaxial case relative to the paraxial one and the critical position changes, at which the spectral switch occurs. The ratio of the waist width to the central wavelength ω0/λ0 and relative spatial correlation length △ affect the spectral difference. The smaller ω0/λ0 is, the larger the difference between the nonparaxial and paraxial results appears. The effect of relative spatial correlation length △ is relatively small.

基于SVMD-HD去噪的白光干涉解调算法

垂直扫描白光干涉法(VSWLI)是一种非接触式三维表面轮廓测量方法。蝙蝠翼作为VSWLI当中一种固有的缺陷,尤其在被测样品的台阶高度小于光源的相干长度时,台阶边缘处的蝙蝠翼尤为显著。相移干涉法不存在这种缺陷,但是存在相位模糊的问题。提出一种将Carré等步长相移算法与快速傅里叶变换(FFT)相干峰值检测技术相结合的白光干涉解调算法。该算法基于逐次变分模态分解(SVMD)与Hausdorff距离(HD)联合去噪。分别以高度为500 nm和1200 nm的连续台阶器件和高度为10μm的标准台阶作为测试样品,进行实验测量验证。所提出的算法能够有效地抑制台阶高度跳变处的蝙蝠翼,克服相位模糊问题。

融合上下文感知注意力的低光图像去雾网络

现有的低光去雾算法因受图像光照强度低、光照不均匀等影响,其去雾后的图像存在细节丢失、色彩失真等现象。针对上述问题,提出一种融合上下文感知注意力的低光图像去雾网络(ACANet)。首先,在基准网络中引入层内上下文感知注意力模块,分别从通道维度和空间维度结合全局视角辨识和加权同一尺度下的重要特征,使网络突破局部视野的约束,更加高效地提取图像纹理信息;其次,引入层间上下文感知注意力模块,通过投影操作将高级特征映射到信号子空间,以实现不同层之间多尺度特征信息的高效融合,进一步提升对图像细节的重建;最后,引入CIEDE2000色偏损失函数,通过CIELAB色彩空间对图像色调进行约束,并与L2损失一起联合优化网络,使网络准确地学习图像色彩,以解决图像的严重色偏问题。实验结果表明,所提算法在多个数据集上的客观指标均优于现有去雾算法,其峰值信噪比指标较基准网络提高了8.8%,且主观去雾效果更彻底,恢复图像细节更丰富,色彩还原度更好,更接近于真实图像。

基于结构光点云的变形测量方法研究

针对结构变形测量需求,提出一种基于结构光点云的变形测量方法。搭建了结构光相机测量系统,基于投影仪逆向相机的假设并借助棋盘格标定板完成了系统标定。采用格雷码辅助的四步相移技术设计投影仪投射的图案,并利用标定的系统参数,完成待测物表面的三维重建,获得结构表面点云。提出基于点云间距离计算结果的结构变形分析方法,并分析比较了基于点到点、点到面和面到面3种点云距离计算方法原理。通过实验验证了所提基于结构光点云的变形测量方法的可行性和精度,实验结果表明,该方法可以实现结构离面位移的高精度测量。

SERF原子自旋惯性测量检测误差分析及抑制

在无自旋交换弛豫(SERF)原子自旋惯性测量装置中,检测系统的性能是决定输出信号灵敏度和稳定性极限的关键因素。为有效抑制SERF原子自旋惯性测量的低频随机噪声,在横向电子自旋极化率稳态解和旋光角表达式的基础上,建立检测相关的输出信号误差机理模型,明确了检测系统影响最终测量信号噪声的主要因素。研究结果表明:检测光入射气室时的初始光强作为信号背景直接引起刻度系数的波动而非作用于电子自旋,而检测光的非理想线偏振导致电子自旋产生横向抽运效果和横向光频移作用,从而引入测量误差。针对检测系统影响测量信号噪声的主要参数,设计了参数优化路径:先通过优化检测光频率,提高惯性测量刻度系数,后通过检测光功率的优化,减小横向抽运效应、横向光频移作用及检测光背景波动。实验表明:通过对比输出信号的Allan方差,优化后SERF原子自旋惯性测量的零偏不稳定性减小了1.8倍,速率斜坡噪声系数从0.124 (°)/h^(2)减小至0.041 (°)/h^(2),达到了抑制测量信号低频随机噪声的效果。

基于色移键控的联合编码调制实验设计

结合可见光通信这一未来高速无线通信的关键技术,提出了一种基于色移键控的联合编码调制实验设计方案。首先,对引入三角形划分方法构建三维多强度平面星座进行研究,提出了基于目标色约束的多强度平面色移键控星座设计方法。其次,给出了实验方案的建模,并进一步提出基于集合划分和有限状态机的高编码增益联合编码调制方法。最后,对所提方案的最小均方欧式距离进行了计算与分析。仿真结果表明,所提的联合编码调制方案显著改善了可见光通信系统的误码率性能。