1 新疆大学 机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
2 西安交通大学 机械工程学院 机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
3 新拓三维技术（西安）有限公司 创新实验室, 陕西 西安 710086
小尺寸零件的表面积小、结构复杂，传统标志点拼接方法需要在零件表面人工粘贴标志点，导致表面的测量数据缺失出现孔洞。基于特征的点云拼接方法要求零件表面具有易区分的几何或距离特征，不适用于包含重复性特征的回转体零件。本文提出一种基于机械拼接的无标志点扫描测量方法，不需要粘贴标志点，不依赖于零件表面特征。首先，采用基于摄影测量的相机标定方法得到相机的高精度内外参数，重建标定板上靶点的高精度三维坐标，接着通过跟踪编码靶点的位置建立转台不同转角对应的旋转矩阵，进而解算出转轴方向向量和轴上定点坐标，实现转轴和相机的同步标定。在完成两个转轴位姿精确标定的基础上，利用转台转角构建旋转拼接矩阵，实现多视角点云粗配准。最后，基于法向迭代最近点算法(Normal Iterative Closest Point, NICP)完成点云的精配准。实验结果表明：使用靶点跟踪法标定后的两转轴夹角误差较传统的标准球拟合法低0.023°，标定后测量标准球的整体平均尺寸误差小于0.012 mm；在小尺寸零件自动化测量时，机械拼接方法在精配准后的点云拼接效果与标志点拼接方法相近，且拼接稳定性更高。机械拼接方法适用于无法粘贴标记点的小尺寸零件三维形貌测量场景。
结构光 机械拼接 小尺寸零件 转轴标定 NICP算法 structured light mechanical splicing small-size parts axis calibration NICP algorithm
1 中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室，上海 201800
2 张江实验室，上海 201210
3 中国科学院大学，北京 100049
针对小角X射线散射（SAXS）测量图样中的宇宙线提出一种去除方法，以纳米结构的周期信息为物理先验计算得到周期性散射信号的坐标信息，对各光斑级次有效信号区域内的宇宙线进行检测并去除。数值模拟了含宇宙线的SAXS测量图样序列，测试该方法对SAXS测量图样序列宇宙线的检测和去除效果，并与现有的宇宙线去除方法进行对比。计算不同曝光时间下去噪前和各方法去噪后SAXS测量图样的评价指标，可以说明该方法对于SAXS测量图样中的宇宙线具有良好的去除效果，并能在长曝光条件下获得明显的信噪比增益。
X射线光学 小角X射线散射 周期性纳米结构 宇宙线 去噪
东北石油大学计算机与信息技术学院，黑龙江 大庆 163318
针对目前基于点云的三维目标检测算法中小目标检测效果差的问题，提出了基于改进PointPillars模型的三维目标检测方法。首先，改进了PointPillars模型中的pillar特征网络，提出了一个新的pillar编码模块，在编码网络中引入了平均池化和注意力池化，充分考虑了每个pillar模块的局部详细几何信息，提高了每个pillar模块的特征表示能力，从而提升了模型的小目标检测性能。其次，基于ConvNeXt改进了骨干网络中的二维卷积下采样模块，使模型在网络特征提取阶段能够提取丰富的上下文语义信息和全局特征，从而增强了算法的特征提取能力。在公开数据集KITTI上进行验证，实验结果表明，所提方法具有更高的检测精度，相较于原网络，改进后的算法的平均检测精度提升了3.63个百分点，证明了该方法的有效性。
三维目标检测 PointPillars 小目标检测 注意力池化 ConvNeXt 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812007
电子科技大学 光电科学与工程学院，成都 611731
设计了一款低相噪蓝宝石振荡器并对其进行温度控制，基于蓝宝石谐振器理论，采用有限元仿真软件完成了蓝宝石谐振器设计。蓝宝石谐振器实测中心频率为9.84 GHz，有载Q值113 000。将该蓝宝石谐振器作为选频网络与放大器、滤波器、移相器和耦合器构成低相噪蓝宝石振荡器。振荡器的输出工作频率9.84 GHz，输出功率9 dBm，偏离载波1 kHz处相位噪声为−117 dBc/Hz，偏离载波10 kHz处相位噪声为−144 dBc/Hz，偏离载波100 kHz处相位噪声为−161 dBc/Hz。该振荡器有助于提高雷达对于低慢小目标的检测能力。
低慢小目标检测 蓝宝石谐振器 回音壁模式 相位噪声 振荡器 low-slow small object detection sapphire resonator whispering gallery modes phase noise oscillator 强激光与粒子束
2024, 36(3): 033004
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术研究所，吉林 长春 130022
目前多光谱行人检测算法大多对可见光与红外图像融合方法展开研究，但是充分融合多光谱图像所需的参数量巨大，会导致检测速度降低。针对这一问题，提出了一种基于时效性较高的YOLOv5s的多光谱行人检测算法。为了保证算法的检测速度，选用可见光与红外光通道方向上的合并方法作为网络的输入，并通过对传统算法的改进来提升检测精度。首先，用可变形卷积替换部分标准卷积，增强了网络对不规则形状的特征目标的提取能力；其次，用多尺度残差注意力模块替换网络中的空间金字塔池化模块，减弱了背景对行人目标的干扰，提升了检测精度；最后，通过改变连接方式，增加大尺度特征拼接层，提升了网络的检测最小尺度，提升了网络对小目标的检测效果。实验结果表明，改进后的算法在检测速度上有明显优势，并比原算法的mAP@0.5和mAP@0.5∶0.95分别提升了5.1和1.9个百分点。
行人检测 可变形卷积 注意力机制 小目标检测 YOLOv5s 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1037004
1 长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 重庆研究院，重庆 400000
“黑飞”无人机一旦带有炸弹等物品，会对人们带来威胁。对在公园、游乐场、学校等复杂背景下“黑飞”的无人机进行目标检测是十分必要的。前沿算法YOLOv7-tiny属于轻量级网络，具有更小的网络结构和参数，更适合检测小目标，但在识别小目标无人机时出现特征提取能力弱、回归损失大、检测精度低的问题；针对此问题，提出了一种基于YOLOv7-tiny改进的无人机图像目标检测算法YOLOv7-drone。首先，建立无人机图像数据集；其次，设计一种新的注意力机制模块SMSE嵌入到特征提取网络中，增强对复杂背景下无人机目标的关注度；然后，在主干网络中融入RFB结构，扩大特征层的感受野，丰富特征信息以增强特征提取的鲁棒性；然后，改进网络中的特征融合机制，通过新增小目标检测层，增加对小尺度目标的检测精度；然后，改变损失函数提高模型的收敛速度，减少损失以增强模型的鲁棒性；最后，引入可变形卷积(Deformable convolution, DCN)，更好的根据目标本身形状进行特征提取，提升了检测精度。在PASCAL VOC公共数据集上进行对比实验，结果表明改进后的算法YOLO7-drone相比于YOLOv7-tiny，平均精度(map@0.5)提升了6%；在自制无人机数据集上进行实验，结果表明YOLOv7-drone与原算法相比，平均精度(map@0.5)提高了6.1%，并且检测速度为72帧/s；与YOLOv5l、YOLOv7目标检测算法进行对比实验，结果表明改进后的算法在平均精度(map@0.5)上分别高于对比算法4%、3.1%，验证了文中算法的可行性。
目标检测 复杂背景 注意力机制 小目标检测 target detection complex background attention mechanism small target detection 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230472
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
随着搭载平台技术的不断进步，对成像光谱系统的尺寸提出了更高的要求，轻量化、小型化成为成像光谱仪的重要发展方向。针对上述问题，本文设计了一种具有轻小型化特点的自准直型短波红外高光谱成像系统。通过对系统矢量形式的理论推导，得到满足高光谱分辨率、小尺寸要求的自准直系统的初始结构，并逐步进行优化。同时，在狭缝处引入一块平面反射镜，对望远系统进行折叠，避免狭缝与探测器干涉，并进一步压缩系统的尺寸。最终设计的成像光谱仪工作波段为1610~1640 nm，F数优于3，在奈奎斯特频率为 20 lp/mm 时，调制传递函数（MTF）均优于0.8，全视场均方根半径（RMS）均小于7 μm，光谱分辨率均优于0.1 nm。光学系统尺寸优于460 mm×150 mm×150 mm。本文研究为短波红外波段高光谱探测成像光谱仪实现轻量化、小型化设计提供了一定的理论基础。
光学设计 成像光谱仪 自准直 轻小型
1 南通大学机械工程学院，江苏 南通 226019
2 南通国尚精密机械有限公司，江苏 南通 226017
针对铝型材表面缺陷种类多、尺度差异大、小目标容易漏检等问题，提出了KCC-YOLOv5——一种基于YOLOv5s改进的铝型材表面小缺陷检测模型。首先利用IoU（intersection over union）-K-means++算法代替K-means算法聚类锚框，获得最贴合铝型材表面缺陷的锚框，提高小目标锚框的质量；其次，提出全局注意力模块C3C2F，并引入主干层，在减少参数量的同时增强小目标的语义信息和全局感知能力；最后将颈部最近邻插值上采样方式换为轻量级上采样算子CARAFE（content-aware reassembly of features），充分保留上采样特征图的小目标信息。实验结果表明，改进模型KCC-YOLOv5的均值平均精度为94.6%，相比于YOLOv5s提高了2.8个百分点，小目标漆泡和脏点的平均精度分别提高了5.2和12.4个百分点。KCC-YOLOv5模型在保持大目标检测精度小幅度提升的同时显著提升了小目标的检测精度。
机器视觉 铝型材 表面缺陷 KCC-YOLOv5 小目标检测 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0412002
1 中国航空工业集团有限公司北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
2 中国计量大学计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
针对飞秒激光逐点法制备的光纤布拉格光栅（FBG）损耗较大的问题，提出了一种基于小孔径光阑整形的低损耗飞秒光纤光栅制备方法。首先分析了孔径光阑限制下聚焦高斯光束焦场的能量分布，利用小孔径光阑整形获得了丝状焦场的孔径条件。利用小孔径光阑整形的飞秒激光刻写装置制备FBG，在光阑孔径由10 mm逐步降低至1 mm的过程中，光栅条纹形态由圆形过渡到丝状，丝状光栅条纹对入射光的散射更弱、耦合效率更高，使插入损耗由0.90 dB降低至0.11 dB，短波损耗由4.01 dB降低至0.35 dB。受包层模与纤芯模耦合的影响，短波损耗以振荡形式存在，实验验证了涂覆层和低反射率对振荡的抑制作用。
光栅 光纤布拉格光栅 飞秒激光 小孔径光阑 插入损耗 短波损耗
光学 精密工程
2023, 31(19): 2910
