1 天津大学微电子学院，天津 300072
2 天津大学智能与计算学部，天津 300072
3 天津市成像与感知微电子技术重点实验室，天津 300072
人工神经网络在各类激光技术中有着广泛应用，但是传统的流水展开架构加速器无法处理激光焊接参数提取、激光诱导击穿光谱分析等计算任务所需的多种反向传播（BP）神经网络。本课题组基于Xilinx PYNQ-Z2开发平台设计并实现了一种面向激光焊接技术的BP神经网络可配置型计算加速器架构。采用可配置架构设计和复用运算单元互连的方式，硬件电路可拟合成多种BP网络结构，加速器具有灵活的可配置性；同时，采用基于多级缓存结构的数据读取方法，解决了加速器运算阵列在读入数据时因多次访问片外存储器而导致的读取速度的瓶颈。基于实际激光焊接参数数据集的计算结果表明，所设计的加速器可以高效地加速具有多种神经元数量的BP神经网络。与嵌入式处理平台相比，加速器的典型网络运算性能平均有10.5倍的提升，神经元数目超过100的大型网络运算性能有56.4倍的提升，并且处理速度优于改进前于同一平台实现的普通加速器。
机器视觉 工业光学计量 BP神经网络 人工神经网络加速器 现场可编程门阵列 激光与光电子学进展
2022, 59(2): 0214001
中国计量大学 计量测试工程学院,浙江 杭州 310018
法布里珀罗(F-P)标准具间隔d的高准确度测量对干涉测量结果具有非常重要的影响。论文基于F-P干涉成像图片信息, 结合峰位坐标局域细分原理和圆方程回归, 尤其应用了一种新型的虚拟面阵像元细分和信号平滑化技术, 准确地求出干涉图像各同心圆环直径Di, 实现干涉级次整数部分k0和小数部分ε的准确计算, 完成F-P间隔d的三波长小数重合法测定。实验对比分析了细分和非细分方式对测量结果的影响, 测得细分方式下的d=(2 009.961 91±0.000 06) μm, d的不确定度粗估值(Uε/k0)=9.8×10-7。实验验证了像元细分方法的有效性, 为提高间隔d的测量准确度提供了有效的途径和方法。
光学计量与仪器 虚拟面阵像元细分 改进小数重合法 F-P标准具间隔 峰位坐标回归细分 optical metrology and instrument virtual plane pixel subdivision excess fraction method inner interval of F-P etalon peak position coordinate regression subdivision
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
为满足高精度、大尺寸、高动态的测量需求,提出一种基于光学频率梳方法的绝对测量方案。采用级联相位调制器和强度调制器的电光调制方法生成平坦的光学频率梳,可以实现频率的直接溯源,成本低且易于复现。实现了对数学模型的建立及生成质量的评估,并且将其应用于改进的多波长测距系统中。该系统实现了对传统的多波长测量系统的简化,通过解算出合成波长的相位信息实现了对绝对距离的测量以及对测量过程中噪声和不确定度的分析。
测量 激光测试 光学计量仪器 光电测距 中国激光
2018, 45(12): 1204002
1 中国计量大学 计量测试工程学院 计量技术实验教学示范中心, 浙江 杭州 310018
2 中国计量科学研究院 光学所, 北京 100029
3 浙江华东光电仪器有限公司, 浙江 嘉兴 314001
为了保障太赫兹探测器测试的准确度和可信度, 对太赫兹探测器响应度定标溯源技术进行研究, 针对常用太赫兹探测器黑体辐射测试技术存在对环境、设备要求高和搭建难度大等问题, 以中国计量科学研究院的热电型太赫兹探测器作为计量标准, 提出一种校准方案, 设计搭建了一套太赫兹探测器响应度定标系统。为提高定标准确度, 实验测试了定标光学系统的光束质量, 并合理设置光阑孔径以满足定标要求。在0.1 THz频点处对2个响应度未知的场效应自混频太赫兹探测器进行响应度定标。结果表明, 定标的相对扩展不确定度为6.80% (k=2), 验证了定标系统的可行性, 系统可实现太赫兹探测器功率响应度溯源到国家激光功率标准, 保障太赫兹功率测量的准确可靠。
光学计量仪器 太赫兹 响应度定标 标准探测器 optical metrology instruments terahertz responsivity calibration standard detector
由于从一个彩色图像中可以提取多个条纹,复合条纹投影技术在三维测量领域得到了广泛的研究和应用。为了覆盖所有的光谱范围,投影和成像系统颜色通道间存在着串扰,从而改变了条纹的形状,最终影响三维数据测量的精度。综述了彩色复合条纹投影三维测量系统中颜色通道间串扰的补偿方法。针对彩色条纹投影系统中相机和投影仪颜色通道间的串扰问题,分析了其形成原因。对彩色条纹投影三维测量系统的串扰消除方法进行了分类和总结,并具体比较了各种方法对串扰消除的效果。所综述的方法对选择合适的串扰消除方法、提高彩色复合结构光投影三维测量系统的精度具有重要的应用价值。
测量 光学计量仪器 彩色复合条纹投影 颜色通道间串扰 三维形貌测量 串扰补偿方法 相位计算
1 广东工业大学 自动化学院, 广东 广州 510006
2 广州中智融通金融科技有限公司, 广东 广州 510663
为了满足高精度透镜加工工艺的要求, 设计了一套基于全场干涉测量方法的透镜三维轮廓测量系统。已标定的透镜三维轮廓测量系统利用分布式反馈激光二极管对透镜进行波数扫描, 对CCD相机采集到的干涉图像依次进行随机采样傅里叶变换和解卷绕算法, 最终通过计算得出透镜的三维轮廓数据。实验结果表明: 该系统横向和纵向的分辨率均为0.011 3 mm/pixels, 深度方向的测量均方根误差为±19.8 nm。系统结构简单、稳定性高, 对透镜没有任何接触, 不会对透镜表面造成损伤, 适用于透镜的高精度轮廓测量。
光学计量与检测 透镜三维轮廓 激光波数扫描 全场干涉测量 optical measurement and testing three-dimensional profile of lens laser wavenumber scanning full-field interferometry
1 南京航空航天大学航空宇航学院, 江苏 南京 210016
2 东南大学工程力学系, 江苏 南京 210096
3 新加坡国立大学机械系, 新加坡 119260
基于三维位移测量在工程技术领域的必要性和重要性,开展了单摄像机和数字图像相关相结合的三维刚体位移测试方法的研究。基于图像位移场矢量中心和斜率与面内和离面位移的分别对应关系,采用最小二乘拟合法分离图像位移场的常量项与一次项,据此,可实现物体三维位移分量的有效分离。以针孔摄像机成像模型为基础,开展了数值模拟及硅片平移实验,发展了与三维刚体位移对应的散斑图模拟方法,验证了基于仿射变换的相关迭代法的精度和适用性。数值模拟与实验结果验证了数字图像相关方法用于实现物体三维刚体位移重构的可行性和优越性,最大测量误差为5%。
光学计量 针孔摄像机成像模型 数字图像相关 基于仿射变换的相关迭代法 三维刚体位移重构 散斑图模拟
月球探测工程是一项复杂的多学科高技术集成的系统工程。整个工程实施阶段，光学探测系统占据着重要地位。各类光学传感器和系统精确的计量和测试，对确保整个工程顺利进行有着不容忽视的作用。该文从任务需求入手，叙述了**科工委光学计量一级站已具备的条件和存在的差距，并提出了针对月球探测工程应开展的工作和研究方向。
光学计量 光学测试 月球探测工程 深空探测 optical metrology optical test moon exploration project space detection
国防科技大学光电科学与工程学院，长沙 410073
根据光纤的模式匹配理论计算了给定条件下光纤探头的模式匹配半径，以此匹配半径为基础分析了激发光在锥型光纤探头中的光线传输轨迹．结果表明，在此条件下如不对光纤探头的耦合光束进行限定，将有一部分激发光在锥型光纤探头中因不满足全反射的传输条件而透射出光纤探头，从而使传感器系统得到虚假检测信息．针对此问题，在光纤倏逝波生物传感器的系统设计中给出了具体的解决方法．
光学计量 传感器技术 生物传感器 倏逝波 光束限定 Optical measurement Sensor technology Biosensor Evanescent wave Beam limiting
