基于强噪声条件下的激光图像边缘检测研究

边缘检测是激光图像处理的一个重要步骤,针对当前激光图像边缘检测误差大,易受噪声干扰等缺陷,为了获得完整的激光图像边缘,设计了基于强噪声条件下的激光图像边缘检测方法。首先采集激光图像,采用直方图均衡技术对原始激光图像进行增强处理,改善激光图像质量,然后采用小波变换去除激光图像噪声,并采用Canny算子进行激光图像边缘检测,最后测试结果表明,与当前激光图像边缘检测方法相对比,本方法能够检测出更多激光图像边缘细节,激光图像边缘检测精度的平均值超过93%,而且激光图像边缘检测时间控制60 ms以内,为激光图像提供了一种高精度检测技术。

高水平应用型大学“检测技术”课程教学探索与实践——以北京信息科技大学为例

构筑全环境立德树人“大思政”格局,是全面提升高水平应用型大学教育教学质量的关键所在。“检测技术”是电子信息大类专业特色主干课程,其教学内容与仪器领域科技前沿紧密结合,具有高度的学科交叉特性。融合思政元素开展教学工作具有独特的优势,是新时代教育教学改革的必然趋势。以北京信息科技大学“检测技术”课程为例,探索了以课程教学为主线、科技前沿技术服务课程思政的教学模式,在教学实例方面,从激光干涉产生的“小”条纹入手,引导学生关注知识点背后隐藏的“大”学问,启发学生见“微”知“著”,树立精益求精的科学态度,坚定科技报国的理想。

基于频域吸收峰标定气体浓度的检测方法

传统的光学气体检测方法需要将时域信号转换为频域信号,从而获得气体的浓度。这种方法在转换过程中会引入误差,无法准确反映频率随时间的变化,造成气体浓度不能准确标定。提出一种基于频域吸收峰标定气体浓度的检测方法。以CO_(2)为例进行检测,利用基于BeerLambert定律的直接吸收法对CO_(2)和N2的混合气体中CO_(2)的浓度进行测定。此方法通过采集激光束的光强和频率信息,并使用相邻平均法和Levenberg-Marquardt(LM)优化算法进行Lorentz拟合获得吸收光谱峰值强度。实验结果表明:激光峰值强度与气体浓度之间满足线性关系,Pearson相关系数可达0.999。因此,基于频域吸收峰标定气体浓度的检测方法可有效简化系统结构,避免时域到频域转换中频率漂移的影响,使得激光峰值强度与气体浓度之间线性度良好。

高重频激光地面足印探测器峰检电路的设计

设计了一款两级峰值检测电路,实现对上升沿为3ns、脉宽为5ns、下降沿为3ns、重频为10kHz的脉冲信号的峰值检测与保持,利用STM32单片机的模数转换器完成电压信号采集。给出以APD为光电探测器件的地面探测器系统的基本结构框图,利用探测器系统中的放大电路模块使接收激光脉冲宽度从1ns展宽至5ns,搭配峰值检测电路模块实现窄脉宽、高重频激光信号的检测与数据记录。利用信号源完成峰值检测电路部分的功能测试,使用重频为1kHz、脉宽约为1ns的激光器完成探测器系统整体的功能测试,实验证明此系统可以较好地检测并记录该激光信号的峰值。

基于移动三维激光扫描技术的地铁隧道接触网导高检测新方法

[目的]地铁隧道内接触网导高是保证列车正常受电的重要参数,需定期进行检测。针对其他导高检测方式存在的误差大、精度低的问题,需提出基于移动三维激光扫描技术的地铁隧道接触网导高检测新方法。[方法]基于移动三维激光扫描技术提出了导高检测的新方法,分析了误差来源;提出通过在移动式三维激光扫描仪上增设刚性倾斜组件来改变扫描仪激光线入射角度,进而减少隧道断面点云模型的毛刺数量,并采用等角兰勃特投影来获取隧道真实点云模型。与导高仪检测结果进行对比,以验证其导高检测精度是否满足相关要求。[结果及结论]基于移动式三维激光扫描技术建立的隧道断面点云模型存在毛刺,是因激光脚点垂直入射接触网发生散射和漫反射导致的。增加倾斜组件,可有效减少隧道断面点云模型的毛刺数量。移动式三维激光扫描仪与导高仪的导高检测数据对比结果表明,基于移动式三维激光扫描技术的导高检测精度基本在±3 mm以内,能够满足相关规范对导高检测的精度要求。

基于多传感器融合的列车运行环境自主感知系统设计

针对列车在复杂运行环境中面临的视角、视距影响及隧道维护等安全隐患,提出了基于多传感器融合的列车运行环境自主感知系统的设计与应用方案,能够有效识别和应对各种运行中的障碍物,在防护障碍物侵限和线路环境病害监测方面实现了技术提升。样机在某地铁线路实际部署,通过地铁列车正线运行的实际使用,验证了系统的应用价值,为后续全面推广打下了坚实基础。

考虑高斯能量分布的复杂表面航天器激光雷达散射特性分析

针对复杂表面航天器在激光雷达照射下散射特性模拟不准的问题,通过表面建模和激光特性修正进行了解决。该方法首先通过高斯能量分布法对激光光束模型进行修正;然后基于有限元的思想,针对航天器复杂表面非光滑、非连续以及多材质等特性,利用改进Z-buffer的消隐算法解决了复杂航天器表面建模问题;最后建立了面向激光雷达的复杂表面航天器激光雷达散射截面的计算方法。仿真分析表明:航天器不同姿态下的激光雷达散射截面精度提升了14 58%,为后续面向激光雷达的隐身设计奠定了基础。

基于激光点云的建筑裂缝与外观缺陷检测方法研究

探究将三维激光扫描技术应用于房屋安全性鉴定,通过采用传统检测手段对基于激光点云建筑裂缝与外观缺陷检测结果进行重复检测,验证激光点云检测建筑物表面裂缝和外观缺陷的可行性和可靠性,为城市老旧建筑、自建房屋开展建筑体检提供技术保障,及时发现潜在的安全隐患,保障人民群众生命财产安全。结果表明,南宁6栋建筑人工检测共发现304处缺陷,与三维激光扫描技术检测建筑裂缝与外观缺陷的检测结果比较,建筑缺陷错漏21处,错漏率为6.9%。

全地形CCTV检测与三维激光扫描技术在排水暗涵排查中的应用

本文为将排水暗涵内部的结构性、功能性缺陷,污水混接,断面尺寸,箱涵边界,顶底标高查明,准确定位空间信息,采用全地形闭路电视(CCTV)检测与三维激光扫描技术相结合的方法在特殊暗涵段排查中应用。解决了常规CCTV检测无法精确定位和量测的难题,提高了排水暗涵检测效率和质量,为设计改造提供丰富的模型、影像、图纸、数据等,避免因为排查精度不够导致的改造阶段的设计方变更,节省工程费用。

三维激光扫描与BIM技术在泵闸流道变截面偏差检测中的应用

异形混凝土流道变截面是水利泵闸工程施工控制的重难点,为克服变截面施工质量偏差人工检测手段控制难度大、精度低等问题,有必要探索三维激光扫描技术在该部位质量检测方面的实际应用效果。总结三维激光扫描与BIM相结合的技术流程,分析三维激光扫描的技术理论方法,以新川沙泵闸工程为应用案例,通过高精度非接触式扫描技术获得异形流道的点云数据,收集三维空间坐标信息生成点云模型,与施工图纸建立的BIM模型进行对比分析。结果表明:施工质量偏差分析精确到毫米级,±20 mm以内的偏差占87.21%,点云模型站间误差最大为9.8mm,表明该方法用于泵闸工程异形混凝土流道质量偏差检测是可行的。本研究可为其他泵闸工程质量控制的精度可视化提供指导和借鉴意义。

基于激光测距技术的带式输送机集控技术研究

基于矿井当前带式输送机的能耗状况分析,基于激光测距技术这一基础理论,重点研究了基于激光测距技术的载荷检测原理,使实时检测带式输送机上的煤流状态和载荷分布情况成为可能,进而设计并应用了带式输送机集中控制系统检测装置,验证了系统的精度及节能效果,实现了预期目的。

量子级联激光光谱技术在大气环境检测中的运用分析

基于气体检测技术的发展现状对量子级联激光光谱技术的特点进行了阐述与分析,介绍了应用量子级联激光光谱技术所构建的大气环境下气体光谱检测装置,分别对装置的运行原理及处理方式进行了分析,并以甲烷与甲醛等气体为例,对大气环境下上述气体吸收光谱进行了采集、模拟与分析,对气体的浓度值变化情况进行了相应统计,从而得到量子级联激光光谱技术在大气环境中应用的相关结论。

基于AI智能分析技术的智能煤流管控技术运用研究

针对煤矿井下带式输送机煤流检测手段缺乏、煤流检测装备造价高的问题,从关键技术、采用3D激光扫描仪试验案例、煤流管控系统设计三方面论述煤流检测技术。采用3D激光扫描技术,通过激光束在扫描物体表面时产生反射光信号,利用探测器接收该信号,对采集到的光学信号进行数字化处理,运用软件构建物体三维空间信息,完成三维模型重建,计算得到单位体积值,结合带式输送机速度采集信号值,计算得到单位时间输送带运煤量值,将最后计算结果运用到目标运煤带式输送机的速度调节,从而实现煤流的均衡运输,减少带式输送机空载、轻载运行损失及设备机械磨损,进而实现节能降耗、安全、高效智能运行的目的。

基于激光测距技术的灌浆流量检测方法测量精度研究

针对目前灌浆过程中使用电磁流量计测量低流速状态下浆液流量精度较低的问题,提出一种基于激光测距技术的灌浆流量实时检测方法。首先,通过理论分析,推导浆液流量计算公式,然后,利用Fluent软件对该检测方法的测量精度进行研究,并采用正交试验设计法研究浆液水灰比、搅拌桨转速、排浆速度这3个设计参数对该流量检测方法测量精度的影响。研究结果表明:采用测量液位高度得到低排浆速度下浆液实时流量的检测方法具有一定的可行性,将搅浆桶内液面高度下降4 mm所需时间作为单位时间计算浆液流量,所测流量相对误差在6%以内,且在0.013 m/s低排浆速度下,该检测方法测量精度较电磁流量计的测量精度有大幅度提升;排浆速度是影响流量测量精度的最直接因素,在低排浆速度下,排浆管内浆液易产生回流现象,进而加剧浆液液面的不稳定程度,导致流量测量误差偏大。

微型人眼安全固体激光器技术

本文报道了一种高峰值功率(≥2 MW)、高重复频率(≥20 Hz)的157μm人眼安全微型固体激光器,具有体积小、重量轻、结构紧凑、环境适应性强等优点。激光器采用新型微型设计、LD侧面泵浦、被动调Q、高效OPO等技术。在工作频率20 Hz时,获得了脉冲宽度≤5ns,单脉冲能量≥10mJ、光束发散角≤5mrad、中心波长1572μm的人眼安全激光输出。

激光散斑在运动损伤恢复效果检测中的应用

目前方法对运动损伤修复效果检测时,不能清晰获取运动员损伤处的图像,导致检测效果差、精度低,为此,提出应用激光散斑检测运动损伤恢复效果。利用脉冲红外热成像技术获取损伤处的图像,利用激光散斑计算原始图像的变形程度,通过图像的稀疏融合提取图像缺陷特征,结合二进制粒子群算法与混沌算法计算图像的缺陷特征;通过SVM分类器完成对损伤图像的分类,实现对运动员损伤恢复效果的检测。实验结果表明,该方法检测恢复效果的精度高、效果好,与实际损伤恢复效果之间偏差较小。

激光诱导击穿光谱的Gold去卷积算法自动寻峰

为提高激光诱导击穿光谱(LIBS)寻峰中重叠谱的分辨能力并抑制随机噪声的干扰,提出用Gold去卷积算法结合平滑处理的自动寻峰方法。对于标准样品NIST 1256b和NIST 1762的LIBS光谱,先进行平滑处理,然后采用高斯形系统函数去卷积,最后用五点法对去卷积结果进行自动寻峰。实验研究了平滑处理结合不同半峰全宽(FWHM)的系统函数对重叠峰分辨能力和抗随机噪声干扰能力的影响。结果表明,采用0.140 nm(比弱峰的FWHM稍大)作为Gold去卷积系统函数的FWHM,结合平滑处理能取得高达0.039 nm的重叠谱分辨能力,且寻峰峰位、峰值、曲线拟合与NIST数据库的数据都能较好地吻合。研究初步表明基于Gold去卷积算法的自动寻峰可应用于LIBS数据处理。

脉冲激光多回波峰值检测电路设计

在脉冲激光探测中,常采用峰值检测电路获取强度信息。当激光通过部分反射或部分遮挡的空间多层物体时,会产生多个回波。传统峰值检测电路无法准确探测多回波峰值。因此,基于脉冲多回波峰值检测原理,设计了一种具有高集成度的新型脉冲多回波峰值检测电路芯片。该芯片以两级峰值采样保持电路结构为基础,通过采用交织采样和多路复用技术优化了电路结构,实现了对多回波信号的峰值检测。芯片采用CMOS 0.18μm工艺设计,面积约为2.6 mm×0.48 mm,测试结果表明,所设计的芯片能够有效检测幅值范围50~500 mV、脉宽5 ns的多回波信号,峰值输出电压的最大误差为4.8%,通道间的输出电压最大相对偏差为5.7%,具有更精细的多回波探测能力,可集成应用于脉冲激光探测系统。

基于语义分割模型的三维沥青路面车辙异常分析方法

车辙深度是路面状况评价和道路养护的一个重要指标。现有车辙深度测量方法未考虑复杂路况下坑槽、松散、裂缝和桥梁接缝等对车辙计算的影响,其有效性和适用性受到了限制,测量结果的真实性也有待进一步验证。有鉴于此,文中提出了一种基于语义分割模型的沥青路面车辙异常检测与校正方法。采用三维线激光技术采集道路横断面高程数据,利用包络线算法提取车辙深度。对于最大车辙深度超过10 mm的横断面,搭建基于深度学习的语义分割框架,提出改进的DeepLabV3+网络对病害类型进行自动辨识和像素定位,并结合最大车辙深度高程点,设计基于拉格朗日插值的校正规则来对异常车辙进行校正。研究结果表明,改进的DeepLabV3+模型能较为准确地识别和定位造成车辙检测异常的路面病害,其对5种路面特征和病害的综合检测准确率达81.63%,在均交并比(MIoU)和大部分交并比(IoU)上的表现均优于U-Net、PSPNet、DeepLabV3+模型。现场验证结果表明,文中方法不仅能够自动分析车辙异常的原因,还能通过对异常车辙的校正排除其他病害的影响,从而较大程度地还原实际车辙深度水平。文中研究成果可为路面预防性养护提供科学数据支撑。

高功率激光驱动核反应研究进展与展望

近年来,随着高功率激光技术的持续进步,目前在实验室已可获得超过1022W/cm2的激光聚焦强度,且还在不断提升,这为超高强度激光脉冲触发核过程和核应用开辟了可能性。这样的超强脉冲激光与物质发生相互作用时,会出现很多新的物理现象,并且其产生的高温高压高密度的等离子体极端环境以及诱发的核反应次级粒子束等,也为其他基础和应用研究提供了独特的平台。强激光产生的等离子体环境可用来模拟天体核反应的环境,研究电子屏蔽效应等因素带来的低能核反应截面测量中的不确定性因素,这是目前实验室条件下直接研究天体环境中核反应的唯一技术手段。同时,激光驱动等离子体中核反应的研究也与惯性约束聚变中的燃料设计息息相关。与常规环境温度和压力下的物质相比,等离子体环境中的核反应动力学要复杂得多,对于研究天体核反应和惯性约束聚变也至关重要。因此,除加速器和反应堆外,高功率激光器正成为研究核物理的新平台。激光与核物理的结合不仅有利于具有新颖思想和方法的基础科学研究,也有利于广泛的物理应用领域。激光核物理已成为国际上一门新的交叉学科,也是物理学的重要前沿之一。与传统核物理装置相比,超强激光器具有脉冲宽度短、时间分辨率高、通量大等特性,这给核反应研究带来独特机遇的同时,也给核反应产物测量带来了挑战。本文从激光与物质的相互作用开始,介绍了世界上的激光装置,评述了激光驱动核反应的研究意义、研究特点与挑战,总结了激光驱动核反应的实验研究方法以及产物探测与标定技术,同时介绍了最新的研究进展和对未来研究的展望。