基于视频的振动测量技术研究进展

振动测量是保障结构安全和良好状态的基本手段。高精度的振动测量可为结构设计、安装调试、健康管理等振动试验提供精确的输入与响应测试。相较于传统的振动测量手段,基于视频的振动测量技术将相机的全部像素转化为高精度振动传感器,利用视频图像方式让人们肉眼可视结构在物理世界的真实振动形态,具有非接触、全视场、高空间分辨率、灵活方便等优点,近年来受到业界的广泛关注。该文主要介绍了视频振动测量技术的系统构成与测量过程、当前主要方法和相关技术最新进展,并总结了视频振动测量技术与其他技术相比存在的优势。通过分析与对比,肯定了视频方法是解决振动测量问题的有效手段和对传统测量方法的有力补充,随着相关技术和硬件设备的发展,视频振动测量方法将具有越来越大的研究意义和应用价值。

基于深度学习的离轴数字全息成像技术

针对传统离轴数字全息成像技术需要先验知识和额外全息图的问题,提出了一种深度神经网络成像框架全息重建U形网络,解决离轴数字全息领域的重建问题。首先利用非对称卷积结构进行底层特征提取;接着通过多组残差卷积块提取不同尺度的全息图特征;最后通过转置卷积与特征拼接重建图像。实验数据经充分训练后,该方法仅需输入单张全息图就能输出单张清晰的重建图。与Holo-UNet相比,实验振幅样本和实验相位样本的重建峰值信噪比和结构相似度分别由原来的28.75 dB,0.919和29.55 dB,0.956提高至30.66 dB,0.933和33.43 dB,0.981,效果明显。

基于顺序统计滤波和二元积累的辐射源信号检测方法

现代雷达采用宽带线性调频、相位编码等低截获概率(low probability of interception,LPI)波形,发射功率较低,到达侦察接收机的辐射源信号信噪比较低,给被动侦察带来了巨大的挑战。现有的被动检测方法在检测该类信号时,存在一定的局限性,比如算法复杂度高、计算量大和实时性较差等。针对上述问题,提出了一种辐射源信号检测方法。在数字信道化预处理的基础上,设计了适合在工程实现的并行流水线结构,基于顺序统计滤波和二元积累完成检测,提高了检测速度,能够实现对低信噪比信号的恒虚警(constant false alarm rate,CFAR)检测。仿真试验证明了所提方法的有效性和正确性,为辐射源信号检测提供了有力的理论支撑。

基于频谱分值差动的数字全息显微自聚焦技术

传统数字全息显微自聚焦技术通过判定关键函数的峰值或谷值确定焦平面,但其峰/谷值附近的灵敏度较低,增加了确定最佳聚焦位置的难度。该文提出了一种频谱分值差动的数字全息显微自聚焦方法,该方法首先将两个虚拟探测器以同等距离分别放置在真实探测器两侧,接着利用频谱分值函数分别得到两条普通聚焦曲线和一条频谱分值差动(DSS)曲线,最后通过搜索DSS曲线的过零点自动识别焦平面。该文以USAF相位板、海拉细胞和血液涂片为实验样本以验证所提方法的有效性,结果表明,与传统方法相比,该方法具有良好的适用性和计算效率。

基于视频放大的非平稳微振动测量实验设计与实现

为了对物体产生的微弱振动频率进行测量,该文提出了基于视频放大的非平稳微振动测量方法。该方法首先使用摄像机拍摄物体振动视频并将微振动可视化,进而从视频中提取物体振动频率信息。具体地,首先采用基于灰度空间的欧拉视频放大(Euler video amplification based on gray space, EVM-GS)方法将视频中肉眼难以分辨的微弱振动放大到人眼能够明显观察的幅度;然后通过基于灰度值帧差的最佳分析区域选择算法确定分析区域,对该区域使用空间滤波对视频图像去噪以及减小待处理数据量;最后使用基于S变换的非平稳信号分析方法(non-stationary signal analysis method based on S transform,NSS-S)提取振动频率。实验结果表明,该测量方法能将微振动可视化,并实现非接触式的无损测量,所测振动频率结果准确。

数字差分-积分快速相位解包裹算法研究

数字全息技术是目前应用最广泛的定量相位成像技术之一,但是当测量相位较大的物体时,需要解包裹算法才能计算出正确的相位信息.目前,已有的解包裹算法均面临计算量巨大、耗时的问题.为了解决上述问题,本文基于傅里叶变换相位恢复算法,利用复振幅相位信息的完整性,提出针对薄相位和连续大相位的基于数字差分-积分的快速直接解包裹算法.该算法首先通过基本的傅里叶变换相位恢复算法操作后,得到含有物体完整相位的复振幅信息;随后,从中提取两幅子复振幅信息,并将二者相除,再相位提取出其中信息,便可得到一个物体真实相位差分信息;最后,沿差分方向对提取的相位差分信息进行积分,便可得到解包裹后的相位信息.同时通过仿真与具体实验对该算法进行了验证.结果表明,本文算法可以实现快速准确的解包裹相位直接恢复.

远心同-离轴混合数字全息高分辨率重建方法

现存的同-离轴混合数字全息技术可同时解决同轴全息共轭像消除困难和离轴全息分辨率受限的问题,但需预测衍射距离,不仅复杂耗时,且精度有限;而远心成像技术可获得非衍射图像,无需预测衍射距离,并具有可消除球面像差和散焦像差等特性.因此,本文将远心成像技术引入同-离轴混合数字全息技术中,提出一种远心同-离轴混合数字全息高分辨率重建方法.该方法利用远心同-离轴混合数字全息系统,分别采集聚焦的离轴全息图和同轴全息图;进而将离轴全息图获得的低分辨率相位信息与同轴全息图获得的振幅信息相复合,作为迭代恢复过程的物光复振幅初始值,并分别在空域和频域进行约束迭代,实现高分辨率重建.实验结果表明,该方法无需衍射距离等先验信息,便可很好地消除共轭像和系统畸变的干扰,并可充分利用图像传感器的空间带宽积,实现物体的高分辨率重建.

结合线性回归的离轴数字全息去载波相位恢复算法

为实现仅用一幅离轴数字全息图便能直接恢复相位,提出一种利用空间载波相移技术(spatial carrier phase shift,SCPS)和线性回归相结合的离轴数字全息去载波相位恢复算法.首先,利用SCPS将一幅离轴数字全息图分为四幅含有载波相移的全息图,其中载波相移由沿行、列两个方向的正交载波所引入;然后,将四幅载波相移全息图作为输入,将所求物体相位和两个正交的载波作为未知量,结合最小二乘法和线性回归同时求出载波和相位信息.相较于已有的去载波技术,本算法无需背景全息图作为参考,便可准确地去除载波,实现高质量的相位重建.本文结合数值仿真和具体实验结果验证本算法的有效性和优越性.

双合成波长数字全息低噪声分级解包裹方法

双波长数字全息中差分合成波长可拓展无相位包裹测量纵深范围,但显著放大相位噪声;加性合成波长可抑制相位噪声,但大幅缩小无相位包裹测量范围.因此,本文利用差分合成波长无包裹测量范围大与加性合成波长噪声低的特性,提出一种双合成波长数字全息低噪声分级解包裹方法.该方法利用由差分合成波长获得的“相位差”引导单波长包裹相位进行解包裹,然后再利用单波长的解包裹后的光程差引导加性合成波长获得的包裹“相位和”进行解包裹,通过分级实现双波长低噪声解包裹.实验结果表明,该方法可以简单、快速地实现双波长数字全息低噪声解包裹.

基于EFPI光纤传感器的仿生耦合相位差放大

针对传统声测向阵传感器在恶劣环境和小尺寸条件下工作不稳定和失效的问题,提出了一种基于EFPI(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer)光纤传感器的仿生耦合相位差放大技术。首先通过制作的双F-P腔光纤传感器实现对声音信号的动态解调,F-P腔设计时,不需要考虑初始腔长差对解调结果的影响;实验过程中测量的声音信号为5 kHz,解调后的功率谱与声音信号频率一致;然后在传统阵列测向的基础上,引入奥米亚棕蝇听觉耦合机制。实验过程中改变声波入射角度(由0°变为30°),两路信号的相位差被显著放大;耦合后的信号时延相较于原始信号可以放大到15倍,进而提高时延对波达方向角的灵敏度。