光学 精密工程
2022, 30(17): 2039
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
3 中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
提出了一种对角线长度小于20 μm的硬度压痕表面积共聚焦测量方法。激光扫描共聚焦显微镜以0.1 μm的间隔逐层对试样的压痕进行扫描测量，对全部数据集合的包络拟合获得压痕的三维数据。旋转平面法与法向量特征相结合精确提取压痕，通过三角网格构造算法得到压痕的表面积，进而计算出试样的硬度值。共聚焦测量方法与传统成像光学显微镜测量方法相比分辨率提升了30%，合成标准不确定度平均减小1 HV。实验结果表明：共聚焦测量方法实现了压痕表面积的高精度、高稳定性测量。
压痕 表面积 硬度 共聚焦 测量 indentation surface area hardness confocal measurement
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 河南科技大学 机电工程学院, 河南 洛阳 471023
图像语义分割是现代自动驾驶系统的一个必要部分, 因为对汽车周围场景的准确理解是导航和动作规划的关键。为提高自动驾驶场景的图像语义分割准确率, 且考虑到当下流行的基于卷积神经网络的语义分割模型（DeepLab v3+）无法有效地利用注意力信息, 导致分割边界粗糙等问题, 提出一种融合底层像素信息与通道、空间信息的语义分割神经网络。在卷积神经网络中插入注意力模块, 提取出图像语义级别的信息, 通过学习图像的位置信息和通道信息得到更加丰富的特征; 从卷积神经网络输出的各类别得分值计算出单点势能, 且从初步分割图和原图得到成对势能, 以便全连接条件随机场对图像的全部像素进行建模, 并且优化图像的局部细节; 全连接条件随机场通过迭代得到语义分割的最终结果。在CityScapes数据集上进行了测试, 与DeepLab v3+相比较, 改进后的模型分别提高了均交并比和均像素精度等关键指标1.07%和3.34%。它能够更加精细地分割目标, 较好地解决分割边界粗糙, 有效地抑制边界区域分割的过度平滑和不合理孤岛等问题。
自动驾驶 图像语义分割 卷积神经网络 autonomous driving semantic image segmentation convolutional neural networks DeepLab v3+ DeepLab v3+ 光学 精密工程
2019, 27(11): 2429
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对单目视觉位姿测量传统误差分析方法中只考虑单一误差因素, 分析结果与工程实际有较大差异的问题, 提出一种考虑多误差因素共同作用的误差分析方法。根据单目视觉系统的测量范围和相机参数建立其位姿测量模型; 综合考虑相机内参、镜头畸变、图像点、靶标三维点等误差因素, 将其同时引入位姿测量模型进行分析; 分析抑制不同参数误差及提高相机分辨率等在多误差因素共同作用下对位姿测量结果的影响, 找到最有效的精度优化方法。采用小型机械臂手眼定位中的单目视觉位姿测量系统进行实验, 结果表明通过抑制相机径向畸变误差和提高相机分辨率, 能够有效地提升该系统的位姿测量精度, 位姿精度分别提升6.57%、4.21%和5.88%、5.54%。
单目视觉 位姿测量 误差分析 精度优化 monocular vision pose measurement error analysis accuracy optimization
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100083
鉴于实时高精度航天器位姿测量不仅是航天器实时监控和跟踪的重要技术保证, 同时也是实时调整和补偿航天器姿态的主要依据, 提出一种基于单目视觉的航天器实时位姿测量方法, 利用高精度旋转平台几何摄像机的方式对被测目标进行位姿解算。该方法不需要对被测目标进行几何约束, 同时也不用进行转站测量, 因而可以进行动态实时的在线位姿检测。航天器位姿实验结果表明: 该单目视觉测量方法姿态测量误差小于0.05°, 位置测量误差小于0.02 m, 满足实际工程0.1°和0.05 m的精度需求。
机器视觉 单目视觉 航天器 位姿测量 machine vision monocular vision spacecraft pose measurement
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
2 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
曲率半径是球面光学元件中的重要参数之一，曲率半径的高精度测量已经成为光学元件使用与加工中的一个关键问题。提出了基于差动共焦法的曲率半径测量方法，研制了1套激光差动共焦曲率半径测量系统，并对2组曲率半径测量结果进行不确定度评定。结果表明，2组曲率半径的测量值均与标称值吻合，其相对误差为0001 15%，两组测量数据的标准不确定度均优于3211 11×10-4 mm。
曲率半径 差动共焦系统 测量不确定度 评定 radius of curvature fifferential confocal system measurement uncertainty evaluation
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191
2 中国空间技术研究院 五一四研究所，北京 100086
3 中国空间技术研究院 通信卫星事业部，北京 100094
无衍射光的中心光斑直径相对于高斯光束较小且发散角为零，在自由空间光通信领域具有良好的应用前景。介绍了一种自由空间无衍射光通信模拟实验系统，它通过串口连接上位机，应用微处理器进行信号的调制与解调，采用双头脉冲间隔调制，无衍射光的发生使用圆锥透镜法，在接收端使用PIN光电二极管将光信号转换为电信号，再经过放大电路、整形电路和微处理器的解调，最后通过串口将数据传输给上位机。上位机通过对发送数据与接收数据的对比计算出误码率，进而给出整个系统的传输性能评价。在无衍射光的最大传输距离内，当比特率为9 600 bps时，该系统的误码率优于6×10-5。
自由空间光通信 无衍射光 双头脉冲间隔调制 误码率 free-space optical communication non-diffracting beam dual header-pulse interval modulation error rate
1 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084
2 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院， 北京100191
激光三角法是表面形貌非接触测量中的一种常用方法,在几何测量领域应用广泛。传统的激光三角法采用高斯光束作为指示光源，在机械扫描机构的配合下，通过对被测表面逐点扫描完成表面形貌的测量。采用新型的无衍射光替代传统激光光源，解决了普通高斯光束存在的“焦深”问题，简化了机械结构。并采用基于灰色系统理论的灰色滤波进行表面形貌的分离与评定，克服了原有方法对测量数据样本量和统计特性的依赖，并通过实验表明该系统能够准确地完成表面形貌的三维测量，所提出的灰色评定方法能够比较有效地进行表面形貌的分离与评定。
表面粗糙度 无衍射光 灰色滤波 激光三角法 surface roughness non-diffracting beam grey filtering laser triangulation
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 中国科学院 光电研究院,北京 100094
自行研制的激光跟踪测量系统使用激光干涉和绝对测距两种方法进行精密测距,激光测距精度受大气折射率补偿精度的直接影响。以修正后的Edlen公式为基础,将最小二乘方法引入大气折射率计算公式,提出了使用大气压力(Pa)、大气温度(°C)和大气相对湿度(％)为参量的低阶分段大气折射率修正公式,经误差分析,新公式的不确定度为±3.5×10-8,满足精密激光测长的要求。
激光跟踪 大气折射率 最小二乘法 相对湿度 laser tracking air refractivity least square method relative humidity
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院精密光机电一体化技术教育部重点实验室,北京 100191
以信噪比为性能指标,以相邻光通道之间的串扰和探测器前置放大器的热噪声作为系统噪声的来源,研究了基于无衍射光的光互连系统在不同对准偏差条件下的性能。研究表明,探测器阵列的尺寸参数可作为系统对准偏差容忍度和信噪比的优化参数。扩大探测器半径,减小探测器间距可以使系统包容更大的对准偏差,但为了保证一个可以接受的信噪比,探测器间距不应过小。此外,采用无衍射光的光互连系统具有不受纵向对准偏差影响的优点。
光通信 对准偏差 信噪比 串扰 光电探测器
