上海工程技术大学电子电气工程学院,上海 201620
针对激光雷达因为颠簸等路面原因突然转向和做摇摆运动所造成的运动漂移问题,提出一种基于连续时间样条约束的改进激光里程计。在运动非连续性假设下,基于扫描关键帧和样条分割来提高点云匹配精度,然后添加样条约束,基于改进迭代最近邻(ICP)算法进行帧与地图匹配,有效抑制运动轨迹的漂移。在KITTI里程数据集和实验室采集的里程数据集上的实验结果表明,所提激光里程计改进算法分别使运动轨迹的全局平均误差降低了12.43%、29.40%。与目前基于几何特征的方法相比,所提改进激光里程计稳定且有效抑制了运动轨迹漂移,改善了激光里程计性能。
激光里程计 迭代最近邻 点云匹配 样条约束 轨迹漂移 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2212007
青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东 青岛 266061
快速傅里叶变换是激光多普勒测速系统信号处理的一种常用方法,但在异步采样时存在频谱泄漏和栏栅效应,其处理精度偏低。为了提高检测精度,提出基于Nuttall窗函数和五项最大旁瓣衰减窗函数的混合卷积窗改进六谱线插值校正算法。混合卷积窗在保证良好的旁瓣特性的同时也能保证主瓣不过宽,改进六谱线插值可有效抑制栏栅效应在参数估计过程中的负面影响,提高分析精度。为了避免解高次方程,提出三次B样条插值来拟合插值系数,并推导出改进六谱线插值的频率校正公式。搭建了双光束后向散射差动式激光多普勒测速平台,利用仿真数据和实测信号验证了本文算法在低信噪比环境下有较好的频率和速度测量精度。
激光光学 快速傅里叶变换 激光多普勒测速 频谱泄漏 混合卷积窗 六谱线插值 三次B样条 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714008
1 上海交通大学 电子信息与电气工程学院,上海2000
2 上海西虹桥导航技术有限公司,上海01100
3 上海卫星工程研究所,上海201700
激光三角光斑定位通常受到像点光斑偏态的影响,为提高激光三角位移传感器的测量精度和物面适应性,在分析激光三角光斑的偏态特征的基础上,针对偏态特性提出了一种基于互相关和非均匀有理B样条插值的光斑定位算法。对光斑信号采取时域和空域相结合的滤波处理方法,降低外部噪声干扰。引入邻域标定光斑进行互相关运算,充分利用光斑偏态分布的灰度和位置相似性约束,确定像素级相关系数分布。最后,对相关系数序列进行三次非均匀有理B样条插值细分,实现亚像素级光斑质心定位。在激光三角位移传感器中验证算法,实验结果表明:该算法通过结合互相关和非均匀有理B样条插值细分,将测量重复性误差降低至0.4 μm,精度相对于传统定位算法显著提高;同时,在互相关算法中采用的邻域标定光斑模板不仅容易获取,几何相似度更高,而且对不同物面特性的适应性更强。本文方法精度高、适应性强,为有效提升激光三角位移传感器的性能提供了新的技术路径。
激光三角法 光斑中心 定位误差 互相关 非均匀有理B样条 laser triangulation spot center positioning error cross-correlation non-uniform rational B-spline
1 北京工商大学人工智能学院, 北京 100048
2 北京工商大学中国轻工业工业互联网与大数据重点实验室, 北京 100048
电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析法是一种常用的溶液元素浓度分析方法, 但在ICP-AES测量过程中, 由于温度漂移、 杂散光和仪器暗电流等原因, 光谱往往会存在一定程度的基线漂移, 导致元素光谱强度值的测量结果存在误差, 进而影响元素浓度的定量分析结果, 因此基线校正是ICP-AES分析法中的必要环节之一。 对传统光谱基线校正方法进行简要分析, 在此基础上设计了一种基于非均匀B样条曲线和差分进化算法的ICP-AES光谱基线漂移校正方法; 首先验证了光谱信号中噪声的概率密度分布服从高斯分布, 然后对原始光谱进行预处理, 通过高斯滤波对光谱信号去噪; 然后以光谱基线校正过程中极小值序列的标准偏差作为评价指标, 以非均匀B样条曲线作为基线模型, 以曲线的控制点序列C和内接点序列T作为评价函数特征参数, 建立ICP-AES光谱基线校正评价函数, 将光谱基线校正问题转换为求解评价函数特征参数全局最优解的问题; 最后简要介绍了差分进化算法的流程, 通过差分进化算法求解使得评价函数取得最小值时的特征参数的全局最优解, 即非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T的取值, 并以此拟合相应的非均匀B样条曲线作为光谱基线, 实现对ICP-AES光谱的基线校正。 利用一组实测的ICP-AES光谱数据对本文提出的基线漂移校正方法进行验证, 实验结果表明, 提出的基于差分进化算法和非均匀B样条曲线的ICP-AES光谱基线校正方法能够准确地计算出非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T, 并拟合出理想的光谱基线, 从而实现ICP-AES光谱的基线校正, 该方法能够克服非均匀B样条曲线在光谱基线校正领域应用的局限性, 为后续的元素含量定量分析提供了技术基础。
光谱基线 基线校正 差分进化算法 非均匀B样条 电感耦合等离子体 Spectral baseline Baseline correction Differential evolution algorithm Non-uniform B-spline Inductively coupled plasma
红外与激光工程
2022, 51(9): 20210827
光学 精密工程
2022, 30(20): 2467
湖南师范大学工程与设计学院,湖南 长沙 410081
作为一种无损检测技术,拉曼光谱基于其指纹谱特性和精确捕获分子振动的能力能够获取物质的定性和定量信息,在环境、化工和生物医学等领域得到日益广泛的应用。然而,在拉曼光谱测量过程中,荧光散射信号所造成的光谱基线漂移会导致拉曼光谱特征峰识别困难,对定性或定量分析结果产生不同程度的负面影响。目前,各种基线校正方法已经成功地应用于各种光谱的处理,但这些方法的参数仍须根据研究者的经验来设置。为此提出一种基于平滑样条结合离散状态转移算法(DSTAspline)的基线校正方法,能够基于离散状态变换策略实现全局寻优,得出荧光背景的最佳估计结果,并基于平滑样条曲线拟合得到最优基线曲线。在实验中,选取模拟光谱和实际物质并与现有方法对比其基线校正结果。实验结果表明,所提出的方法能够有效地消除具有不同强度荧光背景的拉曼光谱的基线漂移,且不需要复杂的参数设置和调整过程,为进一步利用拉曼光谱数据实现物质的定性和定量分析提供可靠的信息。
光谱学 拉曼光谱 基线漂移 平滑样条曲线 离散状态转移算法 基线校正 中国激光
2022, 49(18): 1811001