条纹投影轮廓术在测量高反光物体时表面会出现过度曝光的现象, 致使对应区域的相位数据缺失。提出一种高反光物体直线运动的三维测量方法。仅向高反光物体投影一帧固定光栅, 随着物体在投影区域直线运动, 采集两帧高反光区域不重合位置的变形条纹图像。随后, 通过所提的具有单帧特性的计算莫尔轮廓术分别从这两帧变形条纹图像中进行物体在这两个位置的初步三维重建。最后, 通过像素匹配、点云配准与融合获得物体完整三维重建。该方法在不增加额外设备的条件下, 只用一帧光栅, 实现了比传统单目自适应条纹投影算法更高的精度, 提高了测量的实用性。实验结果证明该方法的可行性和有效性。
光学三维测量 计算莫尔轮廓术 条纹投影轮廓术 高反光物体 点云配准与融合 像素匹配 3D measurement computer-generated Moiré profilometry (CGMP) fringe projection profilometry (FPP) highly reflective object point cloud registration and fusion pixel matching
云南师范大学 物理与电子信息学院，云南 昆明 650000
提出了运用近红外光谱技术检测新鲜马铃薯叶片中含水量的方法，并通过预测结果和运算量的对比得出一种高效率的预测方法。采集了900～2100 nm波段范围内110个新鲜马铃薯叶片的光谱反射率信息，经SG（Savitzky-Golay）平滑、多元散射校正（MSC）和标准正态变量变换（SNV）3种预处理后，分别建立偏最小二乘回归（PLSR）模型和BP神经网络模型，再运用回归系数（regression coefficients, RC）法在全波段光谱中提取特征波长，同样经3种预处理后分别建立预测模型。结果表明：在运用光谱全波段信息构建的模型中，经多元散射校正（MSC）预处理建立的BP神经网络模型预测效果最好，预测集决定系数R2为0.9791，均方根误差RMSE为0.3723；在基于特征波长构建的模型中，经SG平滑预处理建立的神经网络模型预测效果最优，预测集决定系数R2为0.9658，均方根误差RMSE为0.4759；验证了特征波段结合BP神经网络建立的模型与全波段建立的模型预测结果相差不大，因而能够极大地减少运算量，提高预测效率。
马铃薯叶片 含水率 光谱 偏最小二乘回归（PLSR） BP神经网络 potato leaf moisture content spectrum partial least squares regression（PLSR） BP neural network
贵州大学 测绘工程教研室, 贵州 贵阳 550025
以曲率、法向量变化量等为度量指标的三维点云模型不具有基于某一参考面的对偶性, 基于Morse理论提取的点云Morse-Smale(MS)复形存在大量无意义特征, 这严重制约了模型特征的识别效率。针对这一问题, 提出单复形拓扑模型的概念, 以避免无意义特征的提取, 并基于MS复形的特性线重要性度量方法和“同态收缩算法”, 推导了单复形拓扑模型的特征线重要性度量方法和拓扑简化算法。同时, 针对模型过渡特征在拓扑简化过程中难以保留的问题, 依据单复形构建与“持续值”简化理论, 通过设定阈值, 过滤删除导致跨轮廓与非轮廓关键线生成的鞍点, 实现简化过程中过渡特征的保护。算法在多个典型三维点云模型上进行了实验验证, 结果表明, 与现有拓扑特征提取方法比较, 单复形拓扑模型提取与简化算法避免了大量无意义特征的提取, 时间效率提高了52.22%, 数据压缩率提高了5%以上; 过渡特征保护方法对过渡特征的识别率达到了100%。本文方法显著提高了三维点云模型的特征识别效率, 并有效改善了常规算法存在的过渡特征线断裂不完整问题。
点云 非对偶性 特征提取与简化 过渡特征保护 Morse理论 point clouds non-duality feature extraction and simplification blend feature protection Morse theory 光学 精密工程
2020, 28(10): 2301
1 四川大学 电子信息学院，四川 成都 610064
2 成都师范学院 物理与工程技术学院，四川 成都 611130
提出了一种基于灰度拓展的单帧正交复合光栅三维测量方法。由于受商用DLP最大灰阶动态范围256的标准限制，单帧复合光栅中的多张调制光栅共享256灰阶动态范围导致其对比度变小，其表征的三维物体的相位信息被压缩，解相过程出现相位断裂现象，测量误差增大。采用时分复用原理，将一具有766灰阶的正交复合光栅拆分为三幅不同的具有256灰阶的条纹图。依次序加载进循环播放的视频中投射至待测物体表面，当用曝光时间为3倍视频刷新周期的整数倍10 bit CCD采集时，就可采集到具有766灰阶动态范围的变形复合光栅像。通过滤波和灰度校准等计算后，物体的三维面形能够完整而精确的重建。经仿真和实验验证，所提方法打破了DLP256灰度投影的限制，有效提高了相移变形条纹的动态范围，增大了被测物体细节信息，避免了相位展开环节相位断裂而引起物体面形重构不完整的现象。
三维测量 正交复合光栅 灰度拓展 时分复用 3D measurement orthogonal composited grating grayscale expanding time division multiplexing 红外与激光工程
2020, 49(6): 20200034
1 四川大学光电科学技术系, 四川 成都 610064
2 成都师范学院物理与工程技术学院, 四川 成都 611130
采用复合光栅相位测量轮廓术进行三维测量时,从变形复合条纹中能有效地解调出相移变形条纹,此时滤波窗口的选择至关重要。通过分析噪声特征及其对频谱成分不同取向影响的差异性,寻找空间频谱在两个正交方向上的最佳滤波窗口,建立了一种提高测量精度的混合滤波窗口。数字模拟表明,所设计的混合窗口对噪声的抑制均优于矩形、三角形、布莱克曼和汉宁等滤波窗。已知高度平面的测量结果表明,采用均衡噪声和频谱泄漏的混合窗口的重构误差最小,其误差均方根比汉宁滤波窗口减小了9.64%,测量精度得到有效改善。实物测量实验验证了所提方法的可行性和有效性。
测量 复合光栅相位测量轮廓术 复合光栅 滤波 噪声分析 混合窗口
云南师范大学物理与电子信息学院, 云南昆明 650500
针对马铃薯晚疫病, 提出了将病害叶片和健康叶片联合测试并提取有效特征波长的检测方法。对健康和病害叶片的光谱图像进行主成分分析, 并从主成分图像的权重系数曲线中提取出 6个健康叶片特征波长和病害叶片特征波长。基于健康叶片与病害叶片的 6个特征波长做第二次主成分分析, 将特征波长优化至 712.19 nm、749.70 nm和 841.47 nm, 再基于这 3个特征波长做主成分分析, 选用主成分中对比度最明显的图像来识别病害区域。研究表明, 采用健康叶片与病害叶片联合使用并结合二次主成分分析可实现马铃薯叶片病害的设别, 且识别率可达 100%。
高光谱成像技术 马铃薯晚疫病 健康病害结合 二次主成分分析 特征波长 hyperspectral imaging technolog potato late blight combination of health and disease second principal component analysis characteristic wavelength
1 哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院, 哈尔滨 150001
2 黑龙江大学 机电工程学院, 哈尔滨 150080
射频爆磁压缩发生器作为一次性电磁脉冲产生和辐射的小型化装置，其辐射天线的结构和性能是其在实用化层面亟待突破的瓶颈。针对这一问题，深入研究了射频爆磁压缩发生器产生和辐射电磁脉冲的机理，并在此基础上，提出了一种适于实际需求的射频爆磁压缩发生器小型化共形天线。此共形天线设计成爆磁压缩发生器本体的一部分，在结构方面保证了该装置的小型化和实用性。CST仿真和实物测试结果表明，此共形天线在0.5 GHz到10.3 GHz的频带上具有良好的辐射特性，在辐射性能方面同样可以满足射频爆磁压缩发生器实用性的需求。
电磁脉冲 射频爆磁压缩发生器 辐射特性 共形天线 超宽带天线 electromagnetic pulse radio frequency explosive magnetic flux compressio radiation characteristics conformal antennas ultra-wideband antenna 强激光与粒子束
2017, 29(11): 115004
北京交通大学 光波技术研究所 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
虚像相位阵列(VIPA)具有色散角度大、结构简单、成本较低等优势, 对波分复用、色散补偿、脉冲整形等领域产生了重大影响。虚像相位阵列与衍射光栅结合解决了光谱混叠现象, 使其在光滤波器、光谱成像、光谱处理等领域的应用成为可能。基于虚像相位阵列的光谱仪具有采集时间短、频谱测量范围宽、光谱分辨率高等优点, 能应用于气体检测、分子科学、微生物学等领域, 因此成为研究热点。基于ZEMAX光学软件对VIPA二维成像进行了仿真, 分析了VIPA的厚度和入射角对其衍射、损耗、光谱分辨率和空间分辨率的影响, 讨论了VIPA用于成像时的最佳厚度和角度, 最后阐述了基于VIPA的布里渊和光频梳光谱仪, 论述了不同类型光谱仪的性能和应用, 并对未来进行了展望。
虚像相位阵列 光谱仪 光谱测量 光谱成像 virtually imaged phased array (VIPA) spectrometer spectral measurement spectral imaging ZEMAX ZEMAX
北京交通大学 光波技术研究所, 北京 100044
阐述了光时域积分器的实现方案, 对谐振腔型、布拉格光栅型、离散型、组合式等光时域积分器的实现方案和性能指标进行了分析比较, 指出了不同光时域积分器的原理和主要问题, 并对光时域积分器的研究方向和发展趋势做了一定探讨。详细论述了谐振腔型光积分器的组成、原理、性能、仿真、实验、应用和发展情况。
光信号处理 光时域积分器 全光通信 optical signal processing optical temporal integrator all optical communication
哈尔滨工业大学,信息工程系,微波技术教研室,哈尔滨,150001
爆炸磁频率发生器是一种结构简单、小型化的电磁脉冲产生和辐射装置.为了优化其性能,从数学模型入手进行研究,得出输出信号所满足的Bessel函数,分析了在不同电参数下输出信号的模式及电路中的能量分配.研究结果表明,当电感变化到初始值的1/e所需时间与初始载波频率的乘积较大时,发生器的输出信号为振荡模式,且二者乘积越大,载波频率越高,对其辐射越有利.
爆炸磁频率发生器 磁通压缩 电磁脉冲 振荡电流 载波
