1 吉林大学 通信工程学院，吉林长春3002
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033
为了降低大气湍流对自由空间光通信系统传输性能的影响，建立了一套自适应光学校正系统来校正高阶像差。对该系统的混频效率，误码率和迭代次数等参数进行研究。首先，将图像的Zernike系数划分为8个大类，256个小类，通过CNN模型预测输入光斑的大类。对于每一小类的像差，取每一阶系数范围的中点作为标准点形成一个标准Zernike系数向量，按照其对应的标准电压作为初始校正电压进行校正。实验结果表明：随机并行梯度下降算法使混频效率达到0.80、0.85和0.9需要的迭代次数分别为110次、161次和280次；在使混频效率达到相同值的前提下，CNN-SPGD（Convolutional Neural Networks-Stochastic Parallelism Gradient Descent）算法所需的迭代次数分别为4次、37次和141次。而在相同的迭代次数下，CNN-SPGD算法在系统中的混频效率更高，误码率更低。CNN-SPGD算法与SPGD算法相比，像差校正速度更快。该CNN-SPGD算法可以大幅度减少传统自适应光学系统的迭代次数，满足激光通信的各种需求。
自由空间光通信 无波前传感 混频效率 误码率 free space optical communication wavefront sensorless mixing efficiency bit error rate
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
为了提高跟踪过程中目标位置的定位精度，提出了基于显著性区域加权的相关滤波目标跟踪算法。本文在高效卷积算子跟踪算法（Efficient Convolution Operators for Tracking，ECO）的跟踪框架基础上，首先采用预训练的改进残差网络SE-ResNet来提取不同层的多分辨率特征，充分利用浅层和深层特征的不同特性来增强特征表达，通过因式分解的卷积求出相关滤波的响应图；然后采用背景对像模型来获取目标的显著性图，并使用显著性图来对相关滤波的响应图进行加权，提高定位精度；最后，在视觉目标跟踪（Visual Object Tracking，VOT）竞赛上与8种流行的跟踪算法进行对比，在VOT2016和VOT2017竞赛上的平均重叠期望（Expected Average Overlap，EAO）得分分别达到了0.415 7和0.341 2，均优于其他算法。实验表明本算法可以有效提升目标跟踪中的定位精度，改善跟踪性能。
卷积神经网络 相关滤波 显著性区域 目标跟踪 convolutional neural network correlation filter salient region object tracking
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了应对日益增长的城市供暖节能压力，解决由供暖引起的废气排放问题，本文设计并实现了一种基于物联网的温湿度与风速信息采集系统。介绍了系统的总体结构，设计完成了以ARM微处理器为核心、以EC20模块为通信媒介、外接多路温湿度传感器和风速传感器的硬件电路和嵌入式软件程序。通过真实场景测试，系统实现了通过3G网络实时、定时发送当地温湿度和风速数据至中心服务器的功能，控制中心根据设定的环境标准控制供暖锅炉调节供暖量，完全满足供暖调节的实际需求。同时，系统经过一定改进还可以应用到气象监测、档案管理、食品药品储存、工农业和交通等其它方面。尤其在物联网领域，本系统有着非常广泛的应用前景。实验结果证明了该系统的通用性和实用性。
物联网 嵌入式设计 节能控制 Internet of Things (IoT) embedded designing energy conservation control ARM ARM
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了Camera Link摄像机的小型化和集成化,设计并实现了基于FPGA的Camera Link接口的编码输出功能.输出编码分为3个步骤:首先,完成图像像素数据到Camera Link PORT的映射;其次,根据DS90CR287的数据编码要求对PORT数据和同步时钟信号进行编码;最后,通过FIFO和并串转换功能模块完成图像数据和时钟编码信号的LVDS信号输出.使用ModelSim软件,对像素时钟为40 MHz的BASE模式进行了仿真,同时在实物实验中,完成了像素时钟为40 MHz的FULL模式的实验,通过以上两方面实验验证了设计的Camera Link输出编码方案的正确性和可行性.提出的编码方案稳定可靠,可以应用于不同模式下的Camera Link编码输出,具有很高的灵活性和应用价值.
输出编码 摄像机 output encoding camera link Camera Link FPGA FPGA video camera
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 吉林大学 通信工程学院, 吉林 长春 130033
根据抛物线运动特有的射影几何性质, 提出了一种应用抛物线运动估计摄像机姿态的新方法。首先, 计算不同位置自由落体运动轨迹在摄像机图像平面上投影直线的交点, 并证明该交点即为地球重力方向的灭点。其次, 使用Sampson近似计算抛物线运动轨迹在摄像机平面上的投影二次曲线方程。最后, 在摄像机内参数已知的条件下, 利用抛物线投影二次曲线中隐含的关于灭点和灭线的射影几何性质, 完成摄像机姿态的估计。 通过数值模拟和实际实验验证了提出算法的正确性和可行性。结果表明: 与传统的棋盘估计方法比较, 本文算法估计旋转矢量的轴平均误差为0.017 rad, 角平均误差为0.007 rad, 平移矢量方向的平均误差为0.071 rad。得到的结果显示该方法可以应用于计算机视觉中摄像机的姿态估计。
计算机视觉 摄像机 姿态估计 抛物线运动 射影几何 computer vision camera pose estimation parabolic motion projective geometry
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 吉林大学通信工程学院, 吉林 长春 130012
为提高波前传感器的波前探测速率，研究了基于全息术的无计算波前传感新方法。在薄全息图近似下，推导出基于快速傅里叶变换(FFT)算法的数值模型，并数值模拟了全息波前传感器对低8阶Zernike项像差的探测过程。结果表明，波前探测误差均方根值（RMS）为0.24 rad。搭建实验平台对数值模拟的结果进行了验证，波前探测误差RMS值达到0.29 rad。实验结果表明，基于全息术的无计算波前传感方法可以高效探测低阶Zernike像差。
自适应光学 全息术 波前传感器 无计算 光学学报
2013, 33(12): 1209001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 吉林大学通信工程学院, 吉林 长春 130033
针对点目标的抛物线运动，提出了一种使用已标定单目摄像机测量点目标三维坐标的新方法。算法分三个步骤：通过计算悬垂直线在摄像机平面上投影直线的交点得到重力方向的消失点；使用Sampson近似计算抛物线运动轨迹的投影二次曲线，并利用抛物线的射影几何性质计算抛物线支撑平面的旋转矩阵；通过地平面的单应矩阵计算世界坐标系和摄像机坐标系之间的平移矢量，以得到抛物线支撑平面的单应矩阵，并确定抛物线运动点目标的三维坐标。通过仿真实验和真实实验证明了算法的正确性和可行性。实验结果表明：所给出的方法对点目标的抛物线运动测量具有易于实现、测量简便的优点。
机器视觉 单目测量 点目标 抛物线运动
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
为解决现有Base型Camera Link相机需要专用采集卡和系统机才能存储的问题,设计了基于FPGA的脱机存储系统。该系统使用两片SDRAM交替缓存图像后,经乒乓操作存储到两块IDE固态硬盘中。该系统实现了分辨率为640×480,帧频为100 f/s的10位图像数据存储。实验表明系统实现了图像数据的完整存储。
图像存储 现场可编程逻辑阵列 同步动态随机存取器 IDE固态硬盘 image storage camera link Camera Link FPGA SDRAM IDE solid-state hard disk
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林，长春130033
2 中国科学院 研究生院，北京100049
为满足Camera Link相机图像存储系统小型化、可移动、易携带的要求，设计了基于Xilinx公司V4系列现场可编程门阵列(FPGA)和TI公司6000系列数字信号处理器(DSP)相结合的硬件电路方案。首先，在FPGA的控制下图像数据缓存到一片SDRAM中，同时读出另外一片SDRAM中缓存的图像，经乒乓操作存储到两块固态硬盘中。其次，DSP与上位机用百兆网连接，在上位机的控制下，DSP从外部存储器接口(EMIF)中获取图像数据后，发送给上位机完成实时显示或者存储图像回放的功能。实验表明: 在相机分辨率为640×480、帧频为100 f/s且像素为10位时，该系统可以不丢帧地完成图像存储任务。在不需要实时显示的应用场合，系统可以单独完成脱机存储任务，满足Base型Camera Link相机的便携存储要求。
图像存储 Camera link接口 SDRAM控制器 image storage camera link interface FPGA FPGA SDRAM controller DSP DSP
