基于线结构光的厚板焊缝特征点提取算法

针对厚板结构件在使用激光视觉系统时图像特征区域提取难和工件表面加工不均匀漫反射等导致特征点提取困难的问题,提出基于线结构光的厚板焊缝特征点提取算法。首先,激光视觉系统获取焊缝图像并使用YOLOv4算法进行预训练,利用训练获取的权重文件自动检测并获取焊缝特征感兴趣区域(ROI);其次,对ROI进行降噪、二值化等处理,通过逐行(列)搜索法得到焊缝中心线;最后,根据不同焊缝类型,基于最小二乘法使用距离法和直线段聚类的方法来提取特征点。实验结果表明:该方法可有效提取不同类型的焊缝特征点,具有鲁棒性强、识别误差小等特点。

圆结构光系统深孔圆度测量方法研究

圆结构光系统测量深孔(通孔)圆度时存在激光器、相机和深孔难以保持平行或同轴的问题,导致无法测量准确的圆截面,从而产生系统误差。搭建了基于圆结构光的测量系统,分析了系统误差的产生机理并提出了一种基于圆结构光系统测量圆度的方法,可对系统误差进行一定补偿:首先,获取待测深孔的内表面高分辨率三维点云,拟合点云轴线,通过刚体变换将三维点云变换到深孔轴线与相机光轴平行的位置;然后,选定一个测量截面,搜索该截面上的点和与该截面范围较近的点作为圆度评定点;最后,采用网格搜索算法完成圆度评定。测量实验的结果表明,该方法对于圆度误差的补偿效果良好,其中测量不确定度为4.78μm。

基于轻型自限制注意力的结构光相位及深度估计混合网络

相位提取与深度估计是结构光三维测量中的重点环节,目前传统方法在结构光相位提取与深度估计方面存在效率不高、结果不够鲁棒等问题。为了提高深度学习结构光的重建效果,本文提出了一种基于轻型自限制注意力(Light Self-Limited-Attention,LSLA)的结构光相位及深度估计混合网络,即构建一种CNN-Transformer的混合模块,并将构建的混合模块放入U型架构中,实现CNN与Transformer的优势互补。将所提出的网络在结构光相位估计和结构光深度估计两个任务上进行实验,并和其他网络进行对比。实验结果表明:相比其他网络,本文所提出的网络在相位估计和深度估计的细节处理上更加精细,在结构光相位估计实验中,精度最高提升31%;在结构光深度估计实验中,精度最高提升26%。该方法提高了深度神经网络在结构光相位估计及深度估计的准确性。

光质和光强变化对油松幼苗生长及非结构性碳水化合物的影响

为研究不同光质和光强对油松幼苗生长的影响,以培育5个月的油松容器苗为材料,设置红蓝绿混合光源(red∶blue∶green=6.5∶1.2∶2.3)、红蓝混光光源(red∶blue=5∶1)和全光谱植物生长灯作对照处理,分别在RGB和RB光源条件下50 cm处设置光子通量为90、150、210μmol·m^(-2)·s^(-1)的3个不同光照强度对油松幼苗继续补光4个月,揭示不同光质和光强对油松幼苗生长及非结构性碳水化合物的影响规律。结果表明:1)RB和RGB光质处理下除W1处理外,油松幼苗苗高和地径均高于CK,达到油松1年生播种苗的一级苗木标准。RGB处理下光照强度为210μmol·m^(-2)·s^(-1)时油松幼苗的苗高与地径最大,分别是CK处理的149.44%和152.00%。2)RB和RGB光质处理下整株干重、根冠比、根分配率及壮苗指数均在光照强度为210μmol·m^(-2)·s^(-1)时最高。3)RB光质处理下光照强度为150μmol·m^(-2)·s^(-1)时油松幼苗的淀粉含量变化明显,RGB光质处理下光照强度为210μmol·m^(-2)·s^(-1)时油松幼苗的可溶性糖含量最多,且可溶性糖与淀粉含量之间的转化相对稳定。4)RB和RGB光质处理下油松幼苗整株生物量、地径和苗高与淀粉含量存在正相关,与可溶性糖含量存在负相关(P<0.01)。

基于线结构光扫描的烟支表面缺陷检测方法研究

在烟支表面缺陷检测时,为解决传统二维图像方法无法获得深度信息的问题,提出一种基于线结构光传感器旋转扫描的检测方法。烟支在两同向辊轮的旋转带动下实现自转,通过线结构光视觉传感器获取物体轴向轮廓线,使用随机采样一致性拟合轮廓线,通过计算原始点到拟合轮廓的距离判断缺陷点。选取某品牌烟支在检测过程中得到的原始数据,其中多组样本的Kappa值均达到0.97,重复性达到99.3%。研究为烟支缺陷检测提供参考。

大跨度单层柔性光伏支架结构气动阻尼的试验研究

大跨光伏支架结构轻柔,在风荷载作用下易产生显著气动效应。为研究该类结构的气动阻尼特征,对不同风速和张力工况下两种典型倾角(0°和10°)的大跨度柔性光伏支架结构开展气弹风洞试验。基于气弹模型风洞试验结果,分别利用经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)和变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)结合改进的随机减量方法(random decrement technique,RDT)识别得到了柔性光伏支架结构在不同风速风向、组件倾角和拉索预张力下的气动阻尼比。研究结果表明,气动阻尼对风向角的变化较为敏感。当组件倾斜铺设时(10°倾角),大跨光伏结构气动阻尼在180°迎风向时会出现负值。张力增加可能导致高风速下平铺组件的气动阻尼比显著降低。气动阻尼比随风速的增加整体呈减小趋势,低风速下基本为正值,而高风速下可能出现负气动阻尼。不同方法识别出的气动阻尼比结果存在一定的差异,但反映出的气动阻尼的变化特征具有一致性。

基于双目结构光的三维立体电路板焊点定位

三维立体电路将传统二维集成电路拓展至三维,在提高了电路板形状设计柔性的同时,也提升了电路板上元器件焊点定位的复杂度.为了降低三维立体电路加工过程中的人力成本,提高加工效率,设计了一种用于焊接机床对三维立体电路板焊点定位的双目结构光系统,并针对双目结构光系统在与焊接机床结合应用过程中存在的坐标转换、焊点识别困难等问题,从硬件与算法层面提出了解决方案.在软硬件的配合下,可以简单快速地完成双目结构光系统与焊接机床之间的坐标转换,并对电路板焊点完成定位与坐标计算,代替了人工对三维立体电路板焊点测量定位的复杂流程.实验表明,提出的方案具有较高的精度,能够满足机床焊接元器件过程中对焊点的定位需求.

基于线结构光的大型构件表面尺寸加工质量检测方法

针对大型构件表面尺寸加工质量的高精度三维检测的需求,设计了一套主动式线结构光旋转扫描检测系统.采用相机主动式旋转扫描,适用于不方便移动且跨距大、特征多的大型构件检测.提出了一种新的系统旋转中心快速标定的方法,仅需标靶上一点即可完成标定,适合大型构件检测的现场快速标定.加入编码机构,可根据被测物的特征变化动态调整扫描速度,提高了系统检测效率和通用性.所有元器件均可单独调用,保证了系统的可扩展性.改善了扫描时的串口逻辑,进一步提高了三维点云的密度.实验结果表明,本系统对标准物体的最大偏差为0.0310 mm,标准差最大为0.0150 mm,对大型构件实物的检测误差在0.05 mm以内,满足大型构件表面特征加工质量的高精度三维检测需求.

基于结构光的铆钉凹凸量双目视觉检测方法

为了弥补飞机铆钉凹凸量的传统检测方式在精度、效率及稳定性方面的不足,提出了一种基于结构光的铆钉凹凸量双目视觉检测方法。首先通过工业投影仪将结构光投射到铆接表面,由双目相机采集投影图像。然后根据铆钉边缘特征提取出铆接区域,并采用改进的格雷码解相位方法计算铆接区域表面的相位信息。根据相位信息匹配特征点,利用视差原理计算出点云。最后通过点云数据处理,计算出铆钉的凹凸量。制作标准件并完成了凹凸量测量试验,测量误差在±20μm以内,重复测量标准差小于3μm,单个铆钉测量用时约2.2 s,能够满足现场测量精度和效率要求。

海上浮式光伏结构及其水动力问题研究展望

淡水水体的浮式光伏发电技术弥补了传统陆基光伏的部分缺陷,在近十年的时间里得到快速发展,与此同时,将浮式光伏技术应用于海洋环境成为了各国学者面临的重要命题。海上环境不同于陆地,在同等光照条件下,海面开阔,日照时间长、辐射量高等优势使得海上光伏项目的光照利用效率更高,发电量可以得到显著提升,但是如何保证海上光伏在极端自然环境下的生存是该项目未来能否实施的最大挑战。首先概述了浮式光伏系统的发展历程,分析了各类浮式结构的形式、特点及其对海洋环境的适用性;然后针对不同结构形式和不同锚泊形式的海上浮式光伏结构,重点围绕其在遭受波浪和风荷载情况下可能遇到的水动力问题和结构强度问题,从设计可行性的角度分析了国内外学者针对相关结构的一些研究成果;最后提出海上浮式光伏系统未来可能的发展方向。

基于线结构光扫描的工件高精度三维测量方法

为了提高工业中对复杂轮廓工件的测量精度和效率,设计了一套高精度非接触三维测量系统,并提出了一种基于线结构光扫描的工件轮廓三维测量方法。首先,利用高精度相机和三轴移动平台采集线结构光图像。然后,通过基于差分区间的灰度质心算法,精确而高效地提取出线结构光中心线,并生成原始点云模型。接着,对采集到的点云数据进行必要的点云滤波和精简预处理。最后,将预处理后的点云数据与CAD模型精确配准,进行工件表面轮廓的测量与误差评定。实验结果表明:测量工件轮廓高度的绝对误差小于0.07 mm,相对误差小于0.5%。所提出的三维测量系统及方法测量误差较低,能够实现工件的高精度三维测量,具有一定的工业应用价值。

光伏发电板支架焊接结构疲劳寿命估计研究

光伏发电板支架焊接强度不足会导致支架焊接疲劳寿命短,焊接结构失效概率上升,为此,文中提出光伏发电板支架焊接结构疲劳寿命估计方法。考虑光伏发电板焊接厚度和局部过渡等因素,构建光伏发电板支架焊接结构模型。根据该模型确定焊趾为支架应力集中区,以支架焊趾为主获取光伏发电板支架焊趾疲劳应力分布,从中明确当前状态下发电板焊接结构疲劳应力状态,结合概率神经网络建立疲劳寿命估计模型,得到光伏发电板支架焊接结构疲劳寿命估计结果。试验结果表明:该方法能够确定精准的疲劳应力分布及疲劳寿命,该方法的疲劳寿命估计精度高。

光强对木麻黄幼苗根系形态、解剖结构及其碳氮含量的影响

对光环境的灵敏响应使得森林中常见的光照异质性成为影响植物自我更新的关键因素,然而植物地下根系结构对光照的响应较为难测而缺乏深入研究。为探究不同光强下木麻黄根系响应策略,以一年生木麻黄(Casuarina equisetifolia)幼苗为试验材料,模拟森林幼苗生长的林外(CK)、林缘(L1)、林窗(L2)和林下光环境(L3)设置4种光照强度,测定及分析木麻黄幼苗的生长、根系形态、细根解剖结构及碳氮含量等指标。结果表明:(1)L1下,幼苗采取维持高度,降低横向生长的方式,保证正常累积生物量,随光照强度的下降,株高、地径、叶片生物量及地上部分生物量逐渐下降。(2)在根系表型上,幼苗随光限制的加重呈现抑制纵伸但促进根系的横向生长,其中总根长、根平均直径及根体积达到显著差异。在径级结构上,细根发育程度随光照减弱而下降;而适当的遮光(L1)促进粗根生长但L3时除根尖数较CK上升外,根长度、根表面积、根体积均显著下降。(3)1—3级细根解剖变化较大,相较CK,1级细根皮层细胞面积显著增加,但根半径、维管柱结构、表皮厚度等指标则显著下降,2级细根根半径、皮层细胞面积、表皮厚度明显减少,但维管柱结构仅在L2、L3时显著下降;3级细根根半径、皮层细胞面积和维管柱面积均较CK显著增大,L1时维管柱结构下降,但随光照减弱加重,维管柱面积和中柱占比均明显增加。(4)在碳氮含量上,CK与L1无显著差异,TC在L2时显著下降,TN则在L2时显著上升,TC、TN均在L3达到最大,而C:N随光强降低逐渐下降。综上所述,光限制时,木麻黄生物量及碳分配稳定根茎部分生长,采取“弱化吸收,强化储存”收缩型生长策略;当限制加重时,光合和呼吸作用失衡导致植物对细根投入养分的浪费,并最终造成林木死亡。研究结果为林下植被的更新提供理论参考。

基于面结构光的飞机舱门间隙测量技术与应用

针对复杂试验环境下,战机舱门间隙非均匀变形动态测量难度大、精度要求高的问题,提出了基于面结构光的飞机舱门间隙测量方法,研究了条纹投影结构形面测量方法,包括在不需要空间相位展开过程或任何先验信息的情况下搜索包裹相位图中每个有效像素的立体对应和绝对条纹顺序,生成初始视差图和绝对相位图并进行了视差优化;建立了立体结构光模型,利用视差图和绝对相位图计算三维坐标。对得到的数据进行处理,包括建立被测件的物理坐标系,曲面截取以及对间隙位移量提取。设计了两种标准间隙,对本文方法的合理性和有效性进行了验证,可以对任意曲面和动态场景进行快速、准确的间隙和阶差的测量。将本方法应用于某飞机舱门间隙变形的测量中,获得了实际的变形位移量。

基于数字微镜器件的快速超分辨晶格结构光照明显微研究

超分辨结构光照明显微成像技术(super-resolution structured illumination microscopy,SR-SIM)具有时间分辨率高、光漂白和光毒性低和对荧光探针的要求少等优点,适用于活细胞的长时程超分辨成像.采用二维晶格结构光作为照明光,可以实现更快的成像速度和更低的光毒性,但同时也增加了系统的复杂性.为了解决此问题,本文提出了一种基于数字微镜器件的快速超分辨晶格结构光照明显微成像方法(digital micromirror device-based lattice SIM,DMD-Lattice-SIM),通过同步分时触发DMD和sCMOS相机的方式实现二维正交晶格结构光的产生,且只需要采集5幅相移原始图像即可重构出超分辨图像,相比于传统SR-SIM需要9幅相移原始图像的方法,图像采集时间减少了约44.4%.同时,在基于空域和频域联合的SIM重构算法(joint space and frequency reconstruction method-SIM,JSFR-SIM)的基础上,本文还发展了用于Lattice-SIM的JSFR超分辨图像重构方法(Lattice-JSFR-SIM),先在频域对原始图像进行预滤波处理;然后,在空域对滤波后的图像进行超分辨重构处理.与传统频域图像重构处理对比,该方法在512×512像素数的成像视场下重构时间减少了约55.6%,对于实现活细胞实时超分辨成像具有重要意义和应用价值.

一种利用结构光照明的高精度三维测量系统

为了实现对微小物体的高精度三维测量,本文构建了一套基于结构光照明的三维形貌测量系统,对该系统所使用的相位编码算法、远心相机标定算法和投影仪标定算法进行了研究。首先,通过边缘提取算法获得二维平面标靶的特征点坐标,使用改进的张氏标定算法完成远心相机标定,通过相位编码结构光得到相机像素与投影仪像素之间的映射关系。然后,由映射关系使投影仪也能捕获特征点的位置信息,进而完成投影仪标定。最后,基于立体视觉模型对被测物体进行三维重建。实验结果表明,标定后的测量系统视场大于2000 mm^(2),全视场的测量精度约为32μm,中心视场的测量精度为10μm。该系统具有良好的稳定性和重复性,能够满足大多数工业检测的应用需求,展示出广阔的应用前景。

基于空间灰度重心推进的线结构光中心提取

利用线结构光对工件进行三维测量时,快速、准确提取激光光条中心是测量系统的关键技术之一。提出一种基于空间灰度重心推进的激光中心提取方法。该方法基于激光条纹空间灰度重心向前推进,结合八邻域判定法进行光条空间区域的选取,接着对选取的区域进行新的空间灰度重心坐标提取;在完成整幅图像提取后,采取3σ准则剔除异常中心点,最终获得激光中心坐标信息。实验结果表明,所提算法对不同类型条纹的适用性强,提取效果稳定。提取中心均方根误差为0.492pixel,相较于提取精度最优的Steger改进算法提升了9.8%,提取速度提高了5倍;相较于处理速度最优的内部推进算法,在保持提取速度基础上,提取精度提升了24.1%。同时,所提算法极大增强了对欠曝光光条图像的处理能力,有效降低了环境对线结构光测量的限制。

一种大径厚比低温分光片支撑结构的设计与试验

空间相机大径厚比低温分光片支撑结构设计时,需要在刚度和柔度方面进行平衡,既要保证能通过力学振动考核,同时还要保证低温下面形精度。针对这一需求,文章设计了一种新的支撑结构,利用不同结构材料热膨胀系数差异进行变形适配,实现无热化支撑,同时在不同材料连接环节设计多级径向柔性卸载结构,实现分光片高刚度、高低温面形精度支撑。对该结构进行了仿真分析,结果表明:分光片组件一阶基频达到191 Hz,从常温293 K到工作温度133 K,分光片面形RMS变化0.032λ(λ=632.8 nm)。该结构的低温面形测试结果显示:温度从293 K降到130 K,分光片面形RMS变化0.028λ。分光片组件随相机主体完成鉴定级力学试验考核,分光片组件安装点最大加速度响应达到16gn,试验前后分光片组件状态无变化。文章设计的大径厚比低温分光片支撑结构刚度、低温面形精度和环境适应性均满足空间相机应用要求。

人工草地光稃香草群落结构及其物种多样性分析

【目的】为探明青海省果洛藏族自治州大武滩不同人工草地光稃香草群落结构和物种多样性变化。【方法】以4个不同人工草地的光稃香草群落为研究对象,分析了物种组成、重要值和多样性指数。【结果】结果表明,4个群落共有23种植物,属15科22属,不同样地的优势种和共优势种植物分别为麦宾草+光稃香草、麦宾草+草地早熟禾+光稃香草、草地早熟禾+光稃香草+短穗兔耳草、草地早熟禾+垂穗披碱草+光稃香草。Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数和优势度指数均表现为样地1光稃香草+麦宾草群落最小,其余各样地多样性指数相差不大。样地3群落地上生物量最大,为809.33 g/m^(2),地上生物量较样地1、2和样地4分别提高了10.36%、68.61%和52.13%差异显著。【结论】因此优势种的不同是驱动草本植物群落结构及其多样性和生物量变化的重要因素。

基于微纳结构及材料特性的光场调控模拟研究

利用时域有限差分算法(FDTD)对微纳结构靶的光场分布进行仿真模拟,探究微纳结构靶中的光传输机制,分析材料特性和结构参数对光传输特性和光场分布的影响。基于光场分布及演化的仿真模拟结果,对比半导体氧化铝、绝缘体二氧化硅和金属铜三种导电性不同的材料上纳米线和纳米孔阵列微纳结构靶的激光传输特性,分析光传输过程中的光场分布变化。研究结果表明,通过改变氧化铝和二氧化硅纳米孔(线)阵列结构靶中孔洞(纳米线)直径和间距等结构参数,可以实现对微纳结构靶中光传输特性和光场分布的调制,实现光场在介质材料和真空区域间的周期振荡分布,或是以一种稳定形态传输;激光在铜纳米孔阵列中传输时,透光性随孔洞半径的增加而增加。基于光场分布及演化的仿真模拟结果,对比不同材料、不同微纳结构靶的激光传输演化特性,给出物理图像及对应现象规律,根据光场调控需求,给出微纳结构靶设计。