中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学仪器研究室，陕西 西安 710119
针对基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量无法提取旁瓣图像更外围最小可测信号的问题，笔者提出了基于邻域向量主成分分析（NVPCA）图像增强的旁瓣弱光信号区域波峰参数检测方法。采取的主要优化措施为：首先，将旁瓣图像中的每个像素和它的8邻域像素看作一个列向量，构建一个9维数据立方体，选择主成分分析变换后的第1维数据为NVPCA图像；其次，通过角度变换转化检测对象，检测所有方向上一维旁瓣曲线的各个波峰参数，获得旁瓣弱光信号区域能量的量化分布；然后，搜索每个旁瓣波峰在所有方向上的极大值位置点，连接对应位置点生成每个旁瓣波峰的极大值圆环，计算各极大值圆环的灰度均值；最后，选择大于局域对比度方法（LCM）目标分离阈值且最小的极大值圆环的灰度均值作为整个旁瓣光束的最小可测信号。实验结果表明，采用基于NVPCA图像增强的旁瓣弱光信号检测方法能够从旁瓣图像的第5波峰环分离和提取最小可测信号，动态范围比值提升至原来的1.528倍，各旁瓣波峰参数满足精度要求，为未来大型激光装置强激光远场的精确测量奠定了基础。
远场测量 邻域向量主成分分析 旁瓣光束衍射反演 角度变换 旁瓣波峰参数检测
1 中交第一航务工程局有限公司 , 天津 300461
2 长安大学 公路学院, 西安 710000
在小净距大断面隧道后行洞爆破开挖过程中, 如何保证先行洞的爆破振动安全极为关键。以京秦高速双向六车道小峪隧道为工程依托, 监测分析了后行洞开挖过程中先行洞纵、横断面的爆破振动速度分布规律; 依据爆破振动跟踪监测结果, 动态调整优化后行洞的爆破设计参数, 并提出了相应的爆破振动安全控制措施。结果表明：小净距隧道后行洞开挖时, 先行洞边墙径向振动的速度最大, 且主要由掏槽孔爆破引起, 垂直向振速略低于切向振速, 但二者差别不大, 爆破振动能量主要集中在30~100 Hz频段; 对于先行洞纵断面上的振动分布, 峰值振速总体随爆心距衰减, 衰减速率也随之降低; 未开挖方向的振速相对较高, 约为同等距离已开挖向振速的1.2~1.6倍; 对于先行洞横断面上的振速分布, 迎爆侧的振速明显高于背爆侧, 其中边墙部位迎爆侧振速可达背爆侧的5~10倍; 现场针对爆源采用多级复式掏槽, 优化炮孔分布, 雷管段别增加至12段来减少相应的单段药量, 以及增大起爆间隔至60 ms来等措施控制爆破振动, 现场实践表明, 优化后的爆破设计可使先行洞边墙振速降低约50%。
小净距隧道 先行洞 爆破振动 分布规律 安全控制 neighborhood tunnel front tunnel blasting vibration distribution law safety control
1 重庆交通大学 智慧城市学院, 重庆 400074
2 自然资源部城市国土资源监测与仿真重点实验室, 深圳 518038
为了解决长测距地面激光点云高密度变化的问题, 采用了一种密度自适应的平面分割方法。首先基于估算理论点间距构建动态邻域搜索范围, 联合内指标和香农熵确定最佳邻域并计算维度特征; 然后根据最佳邻域、维度特征、法向量和点面距设计区域增长规则, 得到初步分割结果; 最终通过面片合并优化分割结果, 并在最长扫描距离为1 km的单站地面激光扫描数据进行了实验验证。结果表明, 该方法分割准确率达到95%, 召回率达到92%, 能够准确对长测距地基点云中的建筑物平面进行分割; 与传统香农熵方法相比, 本文中使用动态邻域搜索范围可以显著提高算法效率。该方法能高效准确地从大场景点云中提取建筑物平面, 为城市3维建模提供了参考。
激光技术 分割 动态邻域搜索范围 最佳邻域 维度特征 区域增长 laser technique segmentation dynamic neighborhood search range optimal neighborhood dimensionality feature region growing
通过发掘深度信息与子孔径图像邻域像素间的高度相关性，提出了一种基于邻域像素注意力机制的光场深度估计方法。首先根据光场图像的数据特性提出了一种邻域像素注意力机制，该注意力机制考虑了不同子孔径图像在同一邻域间的极几何关系，能够增强网络对遮挡像素的感知能力。其次基于注意力机制设计了一个光场子孔径图像序列特征提取模块，该模块通过三维卷积将相邻序列图像上的特征编码到特征图上，并通过注意力机制增强网络对光场图像极几何特征的学习能力。最后联合邻域像素注意力机制和特征提取模块设计了一个多分支的全卷积神经网络，该网络使用部分光场子孔径图像序列即可估计图像的深度特征。实验结果表明，所提方法在均方误差（MSE）和平均坏像素率（BP）指标上总体表现优于其他先进方法，同时得益于高效注意力机制的加入，与其他先进方法相比所提方法运行速度最快。
光场图像 深度估计 邻域像素 注意力机制 神经网络 光学学报
2023, 43(21): 2115003
1 咸阳师范学院物理与电子工程学院，陕西 咸阳 712000
2 西北工业大学自动化学院，陕西 西安 710072
3 西安建筑科技大学机电工程学院，陕西 西安 710055
为解决激光雷达目标点云配准技术中精确配准步骤中所存在的匹配速度慢和匹配误差大的问题，提出了一种基于邻域曲率改进的迭代最近点（ICP）精准化匹配算法。初始配准采用传统的主成分贴合法，给精确配准找到一个较好的初始位置，精配准采用基于领域曲率改进的ICP算法。以斯坦福兔子和场景点云作为实验研究对象，配准结果和数值分析共同表明，基于邻域曲率改进的ICP算法在点云配准中的可行性，且与其他算法相比，所提算法的配准速度更快、匹配精度更高，为三维数据重建和目标识别技术提供一种更高效的新方法。
遥感 激光雷达 邻域曲率 精确配准 迭代最近点算法 点云数据重建 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0228008
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 上海宇航系统研究所，上海 201108
3 北京航空航天大学青岛研究院，山东 青岛 266100
采用管道机器人定期检测输送管线的状态对于确保管道安全可靠运行意义重大。受限于机器人的结构尺寸和功耗，常用精度较低的微小型三维测量传感器为机器人提供环境及导航信息。针对低精度三维传感器得到的点云数据质量不佳、难以可靠分辨障碍物的问题，提出了一种基于时间序列及邻域分析的点云处理方法。利用障碍物点云与噪声点云在时间序列分布和空间分布方面的特性有效去除噪声，并通过拟合管道内壁实现管道内障碍物检测。测试结果表明，所提方法的检测精度提升了约30个百分点，检测时间小于1 s，满足管道机器人的应用需求。
图像处理 管道检测 三维点云 障碍物检测 时间序列 邻域分析 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2210007
红外与激光工程
2022, 51(4): 20220171
1 沈阳理工大学 自动化与电气工程学院，辽宁沈阳059
2 辽宁工程技术大学 电子与信息工程学院，辽宁葫芦岛15105
点云配准是现代制造业中逆向工程、机器视觉等技术的重要组成部分，其效率和精度对获取的产品数据模型有重要影响。为提高3D物体点云配准的精度和效率，提出一种应用邻域点信息描述与匹配（Neighborhood point information Description and Matching， NDM）的点云配准方法。首先，在三个半径比例下根据点的曲率变化、测量角度和特征值性质提取特征点；其次，计算改进的法向量夹角、点密度和曲率值，获取多尺度矩阵描述符；然后，为描述符建立k维树获取匹配关系，并提出几何特征约束和刚性距离约束组合，剔除错误点对，实现粗配准；最后，通过k维树改进迭代最近点（Iterative Closest Point， ICP）算法完成精确配准。本文设计了实际物体点云配准和斯坦福模型模拟真实物体配准两组实验。结果表明，本文算法解决了经典ICP的局限性，配准精度提高2~5个量级；相较于其他算法，实物点云配准中本文算法的配准精度至少提高29%，效率可提高54%；斯坦福模拟实验中，本文算法的配准精度提高1%~99%，配准耗时降低3%~94%，表明本文算法是一种有效的物体表面点云的配准方法，可以提高配准精度和效率，有较好的鲁棒性。
逆向工程 机器视觉 点云配准 邻域点信息 迭代最近点 reverse engineering machine vision point cloud registration neighborhood point information iteration closest point
