A New Approach to Analyzing Behavioral Change Propagation in Redesigning of Drone Camera Stabilizer

Redesigning of complex products is not an easy task. Engineering change requirements can be extracted at any stage of the product redesign process, and it makes the management of engineering change become a challenging mission. The motivation for this study is to find the shortest path of behavioral change propagation (BCP), minimize the BCP, access to the special behavioral elements in order to better managing the BCP and classifying the behavioral attribute of the elements in terms of their relationship to change by betweenness centrality coefficient (BNCC), clustering coefficient (CLC), reachability coefficient (RC) and change propagation index (CPI). In this article, the procedure of managerial decision-making is proposed by combining system restrictions in behavioral clustering design structure matrix (BCDSM) with optimization algorithms. The practicality of suggested method is verified in redesign procedure of a phantom drone camera stabilizer as a case study. The results, indicate that the absorption of change by behavioral elements is dominant in the mechanical (63.9%), electrical (61.1%) and thermal (38.9%) behaviors of the drone camera stabilizer system in redesign process. These elements are best candidates for reducing the cost and time of behavioral changes in the system redesign and are desirable for the designer.

高速科学CCD CAMERA系统设计

在实验结果的基础上,介绍了一种高速科学CCD相机系统设计。测试选用了柯达CCD芯片KAF-0401LE和KAF-1001E,用MAXII系列CPLD芯片实现了CCD驱动时序和数据采集时序控制;采用片内集成CDS的CCD信号A/D转换器AD9824进行相关双采样和高速模数转换;内置8051的CypressUSB2.0控制芯片CY7C68013A完成了高速同步数据传输及与上位机通讯,接收和发送上位机指令等;结合USB采集系统使用VisualC++编写了系统控制界面。实现了采集速率选择(最高10MHzPixelRate对应于20Mbyte/sUSB传输速度)、复合模式选择、单帧/连续采集、制冷温度采集和控制等,适用于同类型CCD相机的系统设计。

基于彩色二维条码流的Display-to-Camera通信系统

为了满足人们的多元化通信需求,构建可靠的低成本通信链路,本文利用日常生活中的屏幕显示设备和照相摄像设备,构建了新型Display-to-Camera通信系统.描述了系统基本链路并建立系统模型,阐述了收发机实现框架和关键技术;搭建实验系统,设计了符合显示屏显示特性的新型彩色条码流,用以承载信息;接收端利用计算机图像处理技术,匹配、跟踪识别信号区域,过滤系统背景噪声;利用帧分类和颜色增强技术抑制了系统符号间干扰,保证了彩色条码的正确识别.实验系统实现了速率287kbit/s的数据传输,解码正确率99.8%.

基于Camera Link接口的CMOS相机小型化设计

基于Camera Link接口设计了一款小型CMOS相机并进行仿真验证。硬件的小型化设计包括硬件功能模块划分、主要器件选型、整机供电分布以及PCB设计等;软件的小型化设计为以FPGA内部集成Camera Link并串转换模块来代替传统的转换芯片。整机实测结果表明相机工作稳定可靠。本研究对于CMOS相机小型化设计具有借鉴意义,同时由于探测器模块配置的灵活性,亦可作为CMOS相机的一种通用处理平台。

针对高速灰度相机的Camera Link接口电路设计研究

笔者研究Camera Link接口电路设计,为相机与高速数据采集系统之间的数据通信奠定了技术基础。笔者概括了Camera Link接口的优越性,阐述了Camera Link接口技术原理,依据其协议结构和Camera Link摄像机的基本配置,针对高速灰度相机型号,选择相应通信接口芯片进行电路设计。其中,Camera Link接口设计电路由异步串行通信电路、相机控制电路、图像数据接收电路三个部分组成。

基于红外摄像装置的Triniti呼吸门控系统的设计和性能验证

目的通过分析红外摄像装置Triniti呼吸门控系统和腹压带方式下采集的呼吸运动波形及4DCT影像一致性,验证Triniti呼吸门控系统的临床可行性。方法利用CIRS 18023-A呼吸运动模体及配套的CIRS Motion Control软件,导入仿真标准呼吸运动及真实患者的呼吸运动曲线,模拟人体肺部呼吸运动的周期、幅度、频率等,产生不同的呼吸运动模型,并分别用基于腹压带和Triniti呼吸门控系统2种呼吸运动信号触发CT扫描,分析2种装置触发下的4DCT影像一致性,最后根据Triniti系统追踪的呼吸运动,设置门控范围,实现门控治疗。结果2种呼吸运动信号探测装置采集到的呼吸运动波形曲线相关性>0.8(P<0.001),4DCT影像各时相感兴趣区域测量度差异性值为(0.065±0.069)cm,差异无统计学意义(P>0.05)。结论基于红外摄像装置的Triniti呼吸门控系统追踪呼吸精度高,可实现临床呼吸门控治疗,从而有效减少呼吸运动对放射治疗造成的影响。

基于Philips棱镜3CMOS相机的光学设计及其光谱优化

针对彩色数字相机高成像质量以及高色准的需求,本文研究了基于Philips棱镜的3CMOS相机的光学系统设计以及相机光谱优化方法。通过对Philips棱镜进行光路建模,优化了棱镜的结构参数。在保证全内反射以及出射窗口大小的条件下,减小了系统的体积,并由此设计了Philips棱镜3CMOS相机光学系统。其视场角为45°,相对孔径为1/2.8,在110 lp/mm的奈奎斯特采样频率下,系统的MTF全视场全波段均大于0.4。基于色度学基本原理建立了Philips棱镜相机的矢量成像模型,分析了由光线入射角度变化造成的薄膜光谱偏移,提出了宽光束下光谱偏移的修正模型。利用该模型设计并优化了相机中的4组光学薄膜。通过光路仿真实验以及色差分析,基于优化后的相机光学系统的平均色差降低了15.8%,像面颜色不均匀性降低了60%。结果表明:本文设计的光学系统拥有良好的成像质量,优化后的相机光谱实现了良好的颜色性能以及颜色均匀性。

“巴遥一号”卫星双相机热设计及验证

针对“巴遥一号”卫星相机主体全寿命周期内温度应保持较高稳定性和均匀性的任务要求。通过建立热阻网络模型,分析热控设计的重点和难点,并提出有效管理热量传递和合理设计控温方式的方法;利用结构热控一体化设计解决双相机焦面电路高功率密度热量排散问题,采用直接与间接相结合的控温方式提高主光学结构温度稳定性。通过热仿真分析和热平衡试验验证热设计的准确性。相机入轨4年后1个月内的在轨温度变化显示,相机各部分温度水平和温度稳定性满足设计指标要求,镜头的温度波动范围在0.09~0.17℃,CCD的温度波动范围在0.93~4.30℃,表明相机热控设计合理有效。以上设计实践可为双相机一体化热控设计提供借鉴。

一种大视场高分辨率的复眼光学系统设计

针对传统无人机载成像系统无法实现大视场与高分辨率共存的问题,设计了一款大视场高分辨率无人机载复眼相机系统,该相机由曲面子眼阵列、光学中继系统和图像探测器三部分组成。中继系统使用了非球面设计,减小了系统体积。单个子眼焦距为20 mm,视场角为10°,中继系统为一鱼眼透镜,焦距为7 mm,可将子眼阵列所成焦曲面像转为平面像。总系统视场达到122°×106°,F数为3,焦距为3 mm,在飞行高度1 000 m时对地分辨率为0.8 m。仿真结果显示,各个光学子通道调制传递函数(modulation transfer function, MTF)在208 lp/mm处均大于0.3,系统在给定的公差范围内像质能够满足要求。与现有无人机载复眼系统相比,该文设计的系统视场更大,分辨率更高,且体积更小。

基于机器视觉的数字图像处理系统设计与实现

图像技术在计算机技术的发展推动下,被广泛应用于各个领域,且呈现出良好的应用效果。基于机器视觉的数字图像处理系统,已经成为现代科学和技术中不可缺少的工具。该文以此为出发点,探究基于机器视觉的数字图像处理系统设计方案,并思考系统的实际应用价值。

基于自由曲面的紧凑型大视场离轴三反空间光学系统设计

为缩小空间光学系统的体积,降低遥感卫星的发射成本,根据初级像差理论求解光学系统的初始结构,采用视场和面型的渐进式优化策略设计了一款焦距为2000 mm,视场为5°×5°,F数为12.5,外包络圆直径为750 mm,具有“环形轮廓”的离轴三反光学系统。系统的主镜和三镜采用XY多项式自由曲面,次镜采用Zernike多项式自由曲面。根据自由曲面的面型参数,仿真出三个镜面的二维矢高图。设计结果表明系统的成像质量接近衍射极限,各视场RMS光斑直径最大为8.38μm,小于探测器的2个像元尺寸大小。系统能量集中度高,最大相对畸变量为1.88%,最大波前像差为0.053λ,各视场波像差优于λ/18。公差分析结果表明系统成像质量良好,可以满足各项指标要求。

红外遥感相机多负载制冷控制器的设计与实现

制冷控制器是红外遥感相机的重要部组件,其温控精度直接影响着相机成像质量。随着控温性能指标要求越来越高,相机部组件的制冷需求也越来越多,多功能、高性能、低重量、少成本的新型制冷控制器的研制变得越来越迫切。针对这些问题,本文设计集中型多负载红外遥感相机制冷控制器,采用电路模块复用与测控温分离的方法实现多负载控制。硬件上,在传统制冷控制器的基础上进行模块复用小型化设计,实现由“单电源、单主控、多驱动”组成的集中型硬件产品;提出“控制器+测温盒”的测控温分离方法,就近采集温度数据以保证测温精度,从而提高控温精度。软件上,配合硬件方案完成软件架构设计、测控温匹配设计、多负载驱动独立设计、温度数据可靠性设计。以此设计方案为基础,“一带三”制冷控制器的实验数据显示,该设计满足测控温匹配、驱动独立、精密控温的功能性能要求,同时±8mK的制冷控温精度完全满足了高质量成像要求,该方案可行。

基于“BIM+仿真模拟”的地铁车站摄像机监控盲区问题研究

传统的监控摄像机施工图设计多根据以往经验采用二维设计的方法,不能对监控摄像机的监控区域进行仿真模拟,当末端设备遮挡导致无法通过安防验收时,则需要增加摄像机部署数量,从而出现装修拆改等现象,导致建设工期和建设成本增加。为解决监控摄像机的盲区问题,基于BIM技术,研究一种摄像机监控仿真模拟分析方法。该技术包括目标建筑BIM模型创建、监控摄像机部署、摄像机视场区域和合理监控区域确定、监控摄像机周围物体遮挡影响分析等,应用该技术,可标示出监控区域和盲区范围、绘制摄像机监控范围分布图,确认无盲区现象。该技术能对监控摄像机的监控范围进行仿真模拟,并对盲区进行分析,从而有效地解决监控摄像机盲区的难题,实现BIM技术和安防监控专业的融合,实现监控“无死角,全覆盖”的安防要求,有助于提高城市轨道交通工程、高铁站房、航空机场及商场的监控摄像机施工图设计和施工质量,降低建造成本,提高工程项目运营的安全管理水平。

基于眼动实验的运动相机造型设计研究

对市场上现有运动相机的不同风格的造型设计进行对比研究。把3种不同造型风格的运动相机典型样本作为研究对象,对运动相机消费者进行基于语义差分法的感性评价试验和眼动追踪实验。结合消费者的主观评价结果和眼动数据并进行综合分析。对消费者对运动相机造型的认知行为特征和偏好进行总结,为设计师在运动相机产品造型设计过程中满足消费者感性需求的目标提供建议与思路。

基于Pro/E的摄像机前盖注塑模具设计

本文通过对摄像机前盖的用途及所使用材料的成型工艺性的分析,利用Pro/E软件实现摄像机前盖注塑模具设计的整个过程。本模具设计内容包括成型方法及模具的选择,型腔数量的确定,型腔的排列,分型面的选择,浇注系统的设计,型芯、型腔尺寸设计,导向、定位机构设计,滑块侧抽芯机构设计,推出机构设计及冷却系统设计。

基于双光相机的光融合成像系统设计与实现

随着科技的不断发展,光融合成像系统被广泛应用于电网中,对维护电网的稳定性、可靠性有重要的作用。但在实际应用中,部分光融合成像系统的成本高、稳定性差、实时性不足等成了当前亟需解决的问题。基于此,该文提出了一种基于双光相机的光融合成像系统。首先,对双光相机、光融合成像技术进行了理论概述,为后续的系统设计提供理论基础。其次,为实现基于双光相机的光融合成像,采用了一种基于多帧融合的光融合算法,通过对多帧图像进行预处理、特征提取和匹配,实现了高精度的图像融合。最后,通过实验验证了系统的可行性和有效性,结果表明,基于双光相机的光融合成像系统在动态范围、图像清晰度、续航等方面具有较好的性能,能满足不同场景的实时需求。

暗光图像增强技术在矿用小型终端中的应用

目前矿山行业所使用的图像采集终端为手机、照相机、摄像机等小型图像记录设备,在暗光低照环境下采集的图像存在清晰度低、亮度低、图像失真和大量噪点等问题。为满足在矿山等低照度环境下采集到彩色清晰的图像的需求,通过开发低照图像去噪和低照图像增强算法软件、研究摄像头驱动、设计小型化大通光量摄像头模组,论文创新性的提出了应用于矿用手持终端的暗光成像技术,以及在相同的低照环境下与传统手持记录设备实验对比,得出本文所设计的暗光成像技术能有效抑制图像失真、图像噪点大问题,图像清晰度和亮度显著提高。

空间相机主支撑结构拓扑优化设计

针对目前空间相机主支撑结构设计中难于同时保证重量轻且刚度高的问题,提出了采用拓扑优化方法对空间相机光学系统主支撑结构进行优化设计的方案,并采用有限元分析法对两种空间相机主支撑结构优化设计的结果进行了检验。对卡塞格林光学系统和TMA光学系统主支撑结构进行拓扑优化后做了比较,卡塞格林光学系统主支撑结构一阶固有频率从41 Hz提高到72 Hz,重量降低了15%;TMA光学系统主支撑结构在一阶固有频率不降低的情况下,重量降低了35%。结果表明,采用拓扑优化设计方法缩短了设计周期,提高了空间相机主支撑结构的性能,有效降低了支撑结构重量,满足了系统设计要求。

测绘相机光学镜筒设计、加工及装配

研究了光学镜筒的设计、加工和装配。从材料选取、结构形式确定和性能分析等方面论述了测绘相机光学镜筒的设计过程,探讨了透镜支撑结构-薄壁壳体的加工方法。最后,介绍了单镜组和主镜筒的装配过程。通过比较,选取铸钛合金ZTC4作为镜筒的材料,采用单镜组加筋壳结构的组合形式,运用PATRAN/NASTRAN软件对主镜筒的分析表明其结构强度和刚度很好,可满足相机结构要求。薄壁壳体通过精密铸造,再经过车削而成,各定位阶梯内圆柱面同轴度达到0.01 mm。镜筒装配要点是无变形安装固定透镜、精确控制空气间隔和高精度定心。装配完成的镜头光学传递函数达到0.43(77 lp/mm),满足测绘相机精度要求。

三线阵立体测绘相机光学系统设计

光学系统结构决定了CCD相机的外形尺寸和布局,为保证相机的小型化、轻量化及稳定性,本文针对光学系统设计指标的要求,分析、比较了折射式、反射式及折反射式等光学系统的结构型式,综合考虑相机的空间环境适应性和结构布局等因素,采用像方远心光路,设计了一种兼具匹兹瓦型与对称型优点的新型光学系统结构。设计的光学系统成像质量好,在Nyquist频率为77lp/mm时,正视相机全视场的平均传递函数为0.613,前、后视相机全视场的平均传递函数为0.578;正视相机畸变为2×10-5,前、后视相机畸变为2.4×10-5。装调完成后对光学系统成像质量进行了检测,各相机光学系统传递函数的测试值均在0.451以上,满足实验室静态传递函数>0.2,相对畸变<3×10-4的指标要求。