期刊基本信息
创刊:
1959年 • 月刊
名称:
光学 精密工程
英文:
Optics and Precision Engineering
主管单位:
中国科学院主管
主办单位:
中国科学院长春光学精密机
出版单位:
科学出版社
主编:
曹健林
副主编:
白雨虹
ISSN:
1004-924X
刊号:
CN 22-1198/TH
电话:
0431-86176855
邮箱:
地址:
长春市东南湖大路3888号
邮编:
130033
定价:
100元/期

本期栏目 2019, 27(8)

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光学 精密工程 第27卷 第8期

作者单位
摘要
光学 精密工程
2019, 27(8): 1
作者单位
摘要
1 国网电力科学研究院 武汉南瑞有限责任公司, 湖北 武汉 430074
2 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院六氟化硫气体特性分析与净化处理技术国网公司重点实验室, 安徽 合肥 230022
高灵敏度、快速响应的光纤氢气传感技术是未来氢气传感技术的发展方向, 对保障氢能系统安全具有重要意义。针对纳米尺度的钯基氢敏材料难以与光器件耦合的问题, 本文采用水相合成及离心沉积方法制备具有快速氢气响应特性的Au-Pd核壳纳米颗粒膜, 搭建了含有Au-Pd核壳纳米颗粒氢敏膜阵列的透射式传感系统, 实现了光信号与多层纳米颗粒膜阵列的耦合, 通过提高敏感材料对光信号的调制能力增强了传感器的灵敏度。实验研究表明, 本文制备的Au-Pd核壳纳米颗粒膜粒径为48 nm, Pd层厚度约为4 nm。该敏感薄膜对4%浓度氢气的响应时间小于3 s, 且在循环测试中显示了良好的重复性和稳定性。通过3片薄膜阵列传感, 在不影响传感器响应速度的同时将传感器灵敏度提升至最高, 为单片膜的2.7倍。该研究为开发高性能光纤氢气传感器提供了重要指导。
氢气传感 光纤氢气传感器 Au-Pd纳米颗粒 多层膜增敏 hydrogen detection optical fiber hydrogen Au-Pd nanoparticles mutli-layer sensitivity enhancement 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1681
作者单位
摘要
1 大连理工大学 机械工程学院, 辽宁 大连 116023
2 清华大学 精密仪器系, 北京 100084
为了提升偏振成像定向传感器的测角精度, 建立了基于斯托克斯矢量的偏振方位测量误差传播模型。对该模型受到的主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜等误差因素进行研究。根据斯托克斯矢量偏振测量原理推导出天空偏振方位角解算方法。将主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜、灰度响应不一致等因素对方位测量的影响进行讨论, 利用蒙特卡洛方法进行偏振成像方位测量误差分析, 通过仿真和天空偏振成像实验分析所建模型的正确性。实验结果表明: CMOS灰度响应不一致对方位测量误差的影响最大, 当灰度响应不一致在(-6, +6) pixel时, 测量误差在0.11°内, 角度均值整体有0.12°偏移; 在主点偏移(-1.5, +1.5) pixel, 镜头畸变(-1, +1) pixel, CMOS平面倾斜(-0.5°, +0.5°), CMOS灰度响应不一致(-6, +6) pixel的共同影响下, 太阳子午线的方位测量误差为0.236 3°(σ)。该误差传播模型能够反映误差源定量影响方位测量精度, 为偏振成像定向传感器的优化设计提供依据和参考。
偏振成像 主点偏移 CMOS平面倾斜 CMOS灰度响应不一致 polarization imaging principal point deviation CMOS plane tilt CMOS gray response inconsistent 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1688
作者单位
摘要
1 天津市环境保护科学研究院, 天津 300191
2 天津市大气污染防治重点实验室, 天津 300191
3 天津环科瞻云科技发展有限公司, 天津 300191
结合差分吸收臭氧激光雷达与近地面臭氧监测, 对天津市2018年6月23日至9月28日期间的臭氧污染垂直分布特征进行了长期观测。结果显示, 近地面与300 m高度处的臭氧浓度的变化趋势具有较高的一致性, 而随着高度的增加, 臭氧浓度呈现先升高后降低的趋势, 并在约1 000 m高度处达到最大值。受臭氧前体物由近地面向高空逐渐输送、以及NO向上传输过程中逐渐消耗的影响, 臭氧污染日变化曲线出现最大、最小值的时间随高度的升高逐渐推迟; 在1 500 m以上的高空, 臭氧日变化曲线出现双峰分布。在臭氧污染时段, 在高空也观测到高浓度的臭氧污染带, 在1 000 m处的臭氧浓度最大值约为570 μg/m3, 污染带厚度可超过1 km, 持续时间长达数日, 且在夜间不能完全消散。观测时段内总计在23个污染日出现高空与近地面臭氧污染的混合, 加重了近地面的臭氧污染程度。
差分吸收激光雷达 臭氧污染带 垂直分布特征 日变化曲线 differential absorption lidar ozone pollution zone vertical distribution characters diurnal variation curve 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1697
作者单位
摘要
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
自准直仪对安放在光电编码器轴系上的多面体进行检测是目前检测光电编码器的测角精度的常用方法之一。为了提高检测效率, 根据自准直仪检测原理, 对多面体塔差对自准直仪读数的影响进行理论分析; 其次, 依据偏心产生的原理, 分析了多面体安装偏心对检测光电编码器精度的影响, 得出了多面体塔差或多面体安装偏心在光电编码器精度检测中, 因自准直仪的读数方式不同造成的影响不同。用23面体检测某种型号21位绝对式光电编码器, 采用沿自准直仪y轴读数的方式, 多面体安装偏心造成的检测误差为Vp-p=7.9″, 多面体塔差造成的检测误差Vp-p=0.8″。实验结果表明, 自准直仪读数方式不同, 多面体塔差和安装偏心造成的检测误差不同, 为提高检测效率提供了一定的理论指导。
光电编码器 精度检测 塔差 偏心 photoelectric encoder precision detection pyramidal error eccentricity 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1704
作者单位
摘要
1 中国科学院 力学研究所 国家微重力实验室, 北京 100190
2 中国科学院 光电研究院 浮空器系统研究发展中心, 北京 100094
3 中国科学院大学 光电学院, 北京 100049
4 中国科学院大学 工程科学学院, 北京 100049
为了研制出满足未来空间引力波探测需求的弱光探测器, 初步进行了弱光探测器性能检测, 分析了探测器的响应度、响应带宽、本底噪声等性能指标, 以筛选出能满足未来空间引力波探测要求的探测器研制途径和解决方案。首先, 根据空间引力波探测太极计划的激光器功率、轨道、星间距等设计方案, 推算出太极计划所需探测器的性能指标; 然后, 与中国电子科技集团公司第四十四研究所、西南技术物理研究所和中国科学院上海技术物理研究所等单位合作研制了3款弱光探测器; 最后, 利用本课题组研制的低噪外差激光干涉系统对其响应度、响应带宽及本底噪声等指标进行检测, 并分析了影响探测器性能指标的因素。实验结果表明: 其中两款探测器的响应度优于1.8×105 V/W, 响应带宽大于10 MHz; 3款探测器的本底噪声均低于10 pm/Hz@10 mHz (0.1 mHz~1 Hz), 信噪比高于20 dB。这3款探测器在响应度、响应带宽和信噪比等方面具有满足未来太极计划实验星要求的潜力。
空间引力波探测 弱光探测器 太极计划 space gravitational wave detection weak-light detector Taiji 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1710
作者单位
摘要
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
在实际工业应用中, 环境温度变化是便携关节式坐标测量机中旋转轴系测角精度的主要误差源。为了消除环境温度对旋转轴系测角精度的影响, 本文提出了一种新型圆光栅测角误差补偿方法, 即建立含有环境温度影响因子的圆光栅测角误差补偿模型。利用谐波方法建立在特定温度下的圆光栅测角误差补偿模型, 利用多项式方法建立谐波系数与环境温度之间的函数关系。最后, 以14 ℃下的实验数据为验证数据, 分别代入到传统谐波误差补偿模型和本文提出的模型中。实验结果表明, 相对于传统谐波误差补偿模型, 使用本文提出的模型补偿后圆光栅的测角精度提高4倍左右, 修正后的残差峰峰值在2″以内, 能够有效地补偿10~40 ℃下圆光栅的测角误差。
精密测量 圆光栅测角 测角误差 谐波补偿 多项式 precision measurement circular grating angle measurement angle measurement error harmonic compensation polynomial 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1719
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所 & 超精密仪器技术及智能化工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学), 黑龙江 哈尔滨 150001
为了实现平面二自由度位移测量, 设计并搭建了空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪, 并对所设计的光栅干涉仪的光学结构、测量原理、面内旋转安装误差补偿等进行了研究。基于平面光栅衍射特性和空间分离式外差光栅干涉结构设计并搭建了具有对称性的测头光路, 结合实际光学器件的特点, 利用琼斯矩阵分析了二自由度测量原理与显著降低周期非线性误差的特性。通过实验测定了光栅面内旋转安装误差以便于应用旋转矩阵对测量数据进行解耦。随后利用矩形和圆形轨迹分别验证了两测量轴在各自和同时运动的情况下, 所设计的平面光栅干涉仪的测量能力。实验结果表明, 在解耦补偿0.350°的光栅实际面内旋转安装误差的前提下, 该空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪能够实现压电位移台30 μm内的位移测量, 主要由机械振动等因素引起的误差不超过0.15 μm。本研究将空间分离式外差光栅干涉仪的测量维度拓展到了平面二自由度。
光栅干涉 空间分离外差干涉 二自由度 位移测量 grating interferometry spatially separated heterodyne interferometry two degree of freedom displacement measurement 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1727
作者单位
摘要
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 中国科学院 软件研究所, 北京 100190
针对高光谱数据热红外温度和发射率反演为病态方程且易受大气下行辐射噪声干扰的问题, 提出了基于相关性和小波滤波相结合的高光谱热红外温度发射率分离方法, 即相关-小波法。在相关性方法的基础上, 引入小波降噪的思想, 生成一系列温度梯度, 在不同温度梯度下, 带入大气下行辐射计算得到的发射率曲线和不考虑大气下行辐射直接小波滤波得到的发射率曲线计算相关性, 取相关性最大时的温度为反演温度。同时在反演发射率时利用相关性计算不同尺度的小波信号所占的比例合成发射率曲线。模拟数据结果显示: 相关-小波法在温度梯度为0.01 K时, 温度反演平均误差为0.05 K, 并且相关-小波法在温度反演精度和发射率反演精度上都优于相关性方法和小波法。由此表明, 该算法可一定程度上抑制大气校正不准确引入的误差, 有效提高热红外温度和发射率的反演精度。
高光谱热红外 地表温度 地表发射率 相关性 多尺度小波 hyperspectral thermal infrared land surface temperature land surface emissivity correlation multiscale wavelet 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1737
作者单位
摘要
吉林农业大学 信息技术学院, 吉林 长春 130118
针对大空间单目视觉系统中摄像机内参数校准精度对整体测量精度影响较大这一问题, 本文提出一种基于变异机制粒子群优化(MMPSO)算法的摄像机内参数虚拟三维校准方法。该方法基于分阶段最优化思路, 通过建立摄像机成像模型对摄像机外参数及部分内参数进行初始值估计, 再通过MMPSO算法对内参数进行优化校准确定最终的结果。实验中为了提供精确的校准控制点, 搭建了校准硬件平台, 将红外发光二极管固定于三坐标测量机测头上并跟随测头移动, 构造一个大空间虚拟三维校准板。实验结果表明: 主要的10个内参数均达到测量精度要求的数量级, 验证了该方法的有效性。通过单目视觉坐标测量系统对两种校准方法所得结果进行等距测量实验, 基于Janne Heikkila的三维校准法的总体标准差为0.112 mm, 基于MMPSO算法的虚拟三维校准法的总体标准差为0.084 mm。通过对比实测数据标准差, 可以证明本文提出的校准方法稳定性更好, 精度更高。该方法能够满足大空间单目视觉坐标测量系统对摄像机内参数精度的要求, 对视觉坐标测量技术领域中的摄像机校准等非线性优化问题具有一定指导作用。
视觉测量 摄像机模型 变异机制粒子群优化算法 内参数校准 visual measurement camera model Mutation Mechanism Particle Swarm Optimization (MM internal parameters calibration 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1745
作者单位
摘要
1 江苏大学 机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 南京先进激光技术研究院, 江苏 南京 210038
为了获得纳秒激光除锈工艺规律并揭示除锈机理, 研究了不同工艺参数下激光除锈后AH32船用钢的表面形貌与粗糙度。采用纳秒脉冲激光器在不同工艺参数下对试样表面锈层进行激光清洗, 使用激光共聚焦显微镜测量清洗表面粗糙度, 基于扫描电镜观察清洗表面微观形貌, 借助能谱分析仪进行清洗表面元素分析。最后, 结合试验结果揭示了AH32船用钢的纳秒激光除锈机制。试验结果表明: 在3 000 mm/s的扫描速度下分别采用30.6 J/cm2和10.2 J/cm2的激光能量密度对AH32船用钢表面锈层进行分步激光清洗, 可以显著改善清洗形貌并降低表面粗糙度。微观形貌分析发现在上述清洗条件下, 基体表面呈现微熔状态, 光斑内部光滑均匀, 边缘分布枝晶状乳突结构。分步激光清洗工艺可以获得较好的清洗效果和较高的清洗效率, 其除锈机制主要包括孔洞爆破机制和烧蚀蒸发机制。
激光技术 激光清洗 除锈 AH32船用钢 表面粗糙度 laser technology laser cleaning derusting AH32 marine steel surface roughness 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1754
作者单位
摘要
清华大学 机械工程系 摩擦学国家重点实验室&精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室, 北京 100084
扫描干涉光刻机移相锁定是实现大面积高精度全息光栅曝光拼接的关键之一。为了实现大面积高精度全息光栅高精度曝光拼接, 针对扫描干涉光刻机步进扫描拼接轨迹, 重点开展了移相锁定系统的研究。在零差移频式相位锁定分系统和外差利特罗式光栅位移测量干涉仪的基础上, 阐述了扫描干涉光刻机的新型移相锁定系统原理。针对新型的移相锁定系统原理, 构建了移相锁定控制系统实验装置。最后, 基于移相锁定控制实验装置, 针对移相锁定定位性能, 开展了移相锁定定位控制实验以及影响控制精度的因素分析, 实现了±3.27 nm (3σ, Λ=251 nm)的定位控制精度; 针对移相跟踪控制性能, 在移相跟踪控制精度实验分析的基础上, 利用陷阱滤波&PID控制实现了±4.17 nm(3σ, Λ=251 nm)的跟踪控制精度。
扫描干涉光刻 零差移频式相位锁定 外差利特罗光栅干涉仪 移相锁定控制 陷阱滤波 Scanning Beam Interference Lithography (SBIL) homodyne frequency-shifting phase locking heterodyne Littrow grating interferometer phase-shifting locking notch filter 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1765
作者单位
摘要
华南理工大学 广东省精密装备与制造技术重点实验室, 广东 广州 510640
针对目前用于原子力显微镜的扫描定位平台带宽低、行程小、耦合性能差等问题, 提出了一种基于柔性梁的高带宽两自由度精密定位平台并对该平台进行了优化设计、仿真验证与实验分析。首先, 提出了以双端固定梁与平行杂交梁为基础的并联柔顺平台, 分别运用卡式第二定理和拉格朗日方程建立了平台刚度和固有频率的数学模型; 然后, 通过最优化理论获取了平台的最高固有频率及最优设计尺寸, 并运用有限元方法验证了优化结果的可靠性; 最后, 搭建了实验系统, 对平台进行了实验研究。实验结果表明: 所设计平台的最大行程为12.950 μm×13.517 μm, 耦合误差小于1.77%, X, Y方向的固有频率分别为12.21和13.50 kHz, 在开环条件下可良好地追踪频率小于1 kHz的三角波, 有效改善了传统扫描定位平台响应慢、行程小、耦合性能差等问题。
精密定位平台 高带宽 优化设计 固有频率 compliant nanopositioning stage high-bandwidth optimization design resonant frequency 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1774
作者单位
摘要
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, 北京100039
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100039
为满足机载光谱仪主支撑结构动力学特性好、质量低等需求, 本文进行了主支撑结构的优化设计及试验验证。首先, 针对常用结构无法适用于本系统的问题, 提出了一种框架式与薄壁筒式结构相结合的总体结构形式, 方便对遮光罩与结构进行一体化设计, 可有效降低质量且保证刚度; 其次, 为提高系统模态, 采用多变量集成优化方法, 在满足质量要求的情况下将其模态由127 Hz提高到156 Hz, 使其具有良好的动力学特性; 然后, 为确定振动环境对系统调制传递函数(MTF)的影响, 通过有限元分析与灵敏度矩阵相结合的方法分析了振动环境对系统MTF影响, 并通过计算得知本结构能适用于像元尺寸大于10 μm的机载系统; 最后, 通过对主支撑结构的测振试验与整机结构的波前检测试验, 验证了本文设计方法与分析过程的有效性与可行性。本文提出的优化设计方法可为机载遥感仪器结构的优化设计提供参考, 将有助于推动机载遥感仪器结构设计技术的发展。
机载光谱仪 主支撑结构 集成优化 振动环境 调制传递函数 airborne spectrometer main supporting structure integrated optimization vibration environment Modulation Transfer Function(MTF) 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1783
作者单位
摘要
华侨大学 机电及自动化学院, 福建 厦门 361021
探究压电陶瓷的迟滞非线性规律, 为进一步修正迟滞非线性提供参考依据和理论基础。通过实验测量得到迟滞模型并对实验数据分析, 拟合出上升轨迹的修正直线, 求出其在相同位移下与上升、下降轨迹的电压差作为补偿电压, 发现两条轨迹采样点上的输入电压与补偿电压满足近似多项式关系; 分别选定5, 10和15 V不同步长进行驱动实验。实验结果: 上升轨迹(下降轨迹)多项式参数R-square=0.999 2(0.999 9), RMSE=0.083(0.080 86); R-square=0.999 7(0999 9), RMSE=0.057 39(0.094 99); R-square=0.995 2(0.999 8), RMSE=0.291 6(0.165 5)。实验结论: 两条轨迹的R-square近似为1, RMSE较接近0, 重复性误差在1.13%~2.63%, 输入电压与补偿电压满足近似多项式关系, 拟合程度和匹配性较高, 且重复性较好, 具有可预测性, 从而为进一步修正压电陶瓷驱动器的迟滞非线性提供了参考依据和理论基础。
压电陶瓷驱动器 迟滞非线性规律 多项式关系 重复性 可预测 piezoelectric ceramic driver hysteresis nonlinear law polynomial relationship repeatability 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1793
作者单位
摘要
山东大学(威海) 机电与信息工程学院, 山东 威海 264209
为适应现代工程领域对移动机器人的新要求, 拓展移动机器人的作业场合, 该文提出了一种轮-腿复合式移动机器人球面并联腿机构。首先, 基于球面并联腿机构的闭环约束方程和旋转变换矩阵构建了其位置逆解数学模型; 接着, 采用代数消元法推导出了球面并联腿机构的位置正解的解析解; 然后, 运用影响系数法推导出了球面并联腿机构的速度和加速度影响系数矩阵; 在此基础上, 运用拉格朗日方法建立了球面并联腿机构的动力学模型。运用数值仿真对运动学和动力学模型进行了验证, 仿真得到了给定位姿数据与计算位姿数据之间的最大误差为0.012 7 rad, 误差不超过实际值的2.43%, 发现了球面并联腿机构驱动力的理论曲线和虚拟样机仿真曲线吻合, 两者之间的误差稳定在0~1 N的合理范围内, 验证了运动学和动力学模型的正确性。研究结果为轮-腿复合式移动机器人的步态规划和运动控制提供了理论参考。
轮腿机器人 球面并联机构 动力学模型 自由度 螺旋理论 wheel-legged mobile robots spherical parallel mechanism dynamic model degree of freedom of mechanism screw theory 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1800
作者单位
摘要
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
针对航空光电稳定平台控制系统面临的机械谐振的问题, 在双T型陷波器的基础之上提出了一种新型的结构滤波器。这种新型结构滤波器由两个双T型陷波器和一个低通滤波器构成, 能够将谐振峰和反谐振峰同时抑制, 克服了单一陷波器不能处理反谐振峰值的缺陷。同时相比于双二次型滤波器, 结构滤波器的参数调节更加灵活, 既可以调节峰值大小又可以调节峰值宽度。实验结果显示: 相比于双二次型滤波器, 结构滤波器拟合的谐振曲线与实际的扫频曲线匹配度更好。加入结构滤波器对模型进行补偿以后, 控制系统的稳定精度提高了5.74倍, 闭环带宽提升了4.54倍。新型结构滤波器对于机械谐振的抑制和控制系统的性能提升有明显作用。
机械谐振 控制 陷波器 结构滤波器 建模 mechanical resonance control notch filter structural filter modeling 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1811
吴荣华 1,2,3,*张鹏 3郑小兵 1胡秀清 3[ ... ]乔延利 1
作者单位
摘要
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国家卫星气象中心, 北京 100081
为了实现星载成像仪的月球绝对辐射定标, 在轨对月观测数据的预处理环节需要完成两方面的任务: 一是从全部的冷空视场数据中, 准确判识出月亮进入冷空视场的时刻; 二是将对月观测原始计数值换算为全圆盘辐照度, 以便与月球辐射模型比较。具体到中分辨率光谱成像仪(MERSI), 本文从MERSI观测模式出发构建出月亮进入冷空视场的阈值判识模型。根据MERSI对月观测的成像几何和定标公式, 分别以单探元多帧扫描图像和多探元单帧扫描图像为基础, 构建出月球全圆盘辐照度算法。结果显示, 阈值判识模型可以实现从平均约30 d的观测数据中, 准确标记出约1 min的月亮图像数据。两种计算辐照度的方法得到的辐照度平均差异约0.9%。所提方法可以将原始的对月观测数据计算为辐照度值, 为进一步的绝对辐射定标及误差分析提供基础, 同时, 也可以为类似的成像遥感器的月亮定标工作提供参考。
月球定标 中分辨率光谱成像仪 星载成像仪 月球辐照度 过采样 lunar calibration Medium Resolution Spectral Imager (MERSI) imager lunar irradiate over sample 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1819
作者单位
摘要
西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
高精密红外靶标是红外成像领域的重点研究内容之一。基于张正友标定原理, 通过材料温度和表面辐射特性设计适合于红外标定的简便式精密靶标; 基于张正友标定方法的基本原理, 提出靶板设计的基本要素; 根据表面辐射机理、靶面特征点的几何位置关系及热力学原理, 设计高低辐射区域具有锐利分界线的靶板, 并借助成像原理分析靶板板面误差精度, 获得符合基本要素的简便式高精密靶标。对设计的靶标进行试验, 结果表明: 该靶板在较低温差载荷(相对于室温22 ℃)的作用下, 靶面高辐射区和低辐射区边界锐利, 能够为标定提供精确的特征点, 标定反投影均方根误差小于0.16 pixel, 适合于红外成像系统的高精密标校。
靶标系统 红外成像系统 相机标定 target system infrared imaging system camera calibration 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1828
作者单位
摘要
南京工业大学 计算机科学与技术学院, 江苏 南京 211816
图像风格迁移是用风格图像对指定图像的内容进行重映射, 利用GAN自动进行图像风格迁移, 可减少工作量, 且结果丰富。特定情况下GAN方法所用的配对数据集很难获得。为了避免利用传统GAN进行图像风格迁移受到成对数据集的限制, 提高风格迁移效率, 本文利用改进的循环一致性对抗网络CycleGAN实现图像风格迁移, 用密集连接卷积网络DenseNet代替原来网络生成器的深度残差网络ResNet, 用同一映射损失和感知损失组成的损失函数度量风格迁移损失。所做改进使网络性能得到了提升, 取消了网络对成对样本的限制, 提高了风格迁移生成图像的质量。同时进一步提高了稳定性, 加快了网络收敛速度。论文所提方法对建筑图像进行了风格迁移, 实验结果表明, 生成图像的PSNR值平均提高了6.27%, SSIM值均提高了约10%。因此, 本文提出的改进的CycleGAN图像风格迁移方法生成的风格图像效果更优。
图像风格迁移 循环一致性对抗网络 密集连接卷积网络 深度残差网络 image style transfer CycleGAN DenseNet ResNet 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1836
作者单位
摘要
天津大学 电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
针对背景环境复杂的图像组中协同显著性检测的共显性目标混乱不一致、准确率低的问题, 提出了一种基于对象性和多层线性模型的图像协同显著性检测方法。首先通过显著性先验和对象性概率加权的背景引导因子BGO计算图像间显著性引导传播的显著值; 然后设计了一种局部区域特征计算图像内显著值, 并使用图像的hu矩的零、一阶和二阶矩对两阶段显著值进行整合; 最后通过多层线性模型自适应地融合各个显著图得到最终结果。实验结果表明: 本文算法分别在iCoseg和MSRC两个数据集上的平均精度达到了87.80%和83.50%, 在其它实验指标上的评估结果也有明显提高, 增强了算法的适应能力。
协同显著性检测 多层线性模型 对象性 图像的矩 co-saliency detection multi-layer linear model objectness image moments 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1845
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100191
2 北京控制工程研究所, 北京 100190
针对模型未知的空间非合作旋转目标的模型重建和位姿估计问题, 利用激光雷达采集的3D点云, 提出一种基于位姿图优化的SLAM技术框架, 以解决跟踪过程中产生的累积误差问题。首先, 根据迭代最近点(Iterative Closest Point, ICP)算法计算相邻关键帧之间的相对位姿信息, 通过位姿跟踪方法获得当前关键帧的位姿, 由此构建跟踪航天器的相对位姿图; 采用GLAROT-3D(Geometric LAndmark relations ROTation-invariant 3D)全局描述子检测闭环, 并将闭环约束添加到位姿图中; 最后采用基于位姿图优化的方法进行位姿调整, 并更新模型点云。在仿真实验中, 噪声标准差达到100 mm时, 姿态测量误差小于2°; 在地面实验中, 姿态测量误差小于2.5°, 并较好地重建了目标的点云模型, 算法的精度及抗噪声能力基本满足非合作目标相对位姿测量的任务需求。
非合作旋转目标 闭环检测 模型重建 位姿图优化 non-cooperative rotating target loop closure detection model reconstruction pose graph optimization 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1854
作者单位
摘要
广东工业大学 广东省焊接工程技术研究中心, 广东 广州 510006
为了实现焊接缺陷的检测与评估, 提出将交变磁场激励下磁光成像的漏磁特征应用于焊接缺陷的轮廓重构当中, 建立漏磁重构模型, 研究焊接缺陷的二维轮廓特征。首先根据交变磁场下的漏磁场的形成机理, 讨论漏磁场分量By, Bz两种漏磁信号与缺陷轮廓存在的关系。再利用数值模拟方法获取数据, 训练其广义回归神经网络(Generalized Regression Neural Network, GRNN)来确定该模型并说明漏磁场信号可以实现缺陷轮廓重构。最后, 将磁光成像漏磁特征的数据应用于模型训练, 确定重构的可行性。试验结果表明, 应用磁光成像漏磁特征的图像数据与仿真获得的轮廓重构规律一致, 能够实现焊接缺陷二维轮廓重构。在一定范围内, 缺陷深度越大(不小于0.45 mm), 重构效果越好。
漏磁场信号 缺陷轮廓 神经网络 磁光成像 leakage magnetic field signal defect contour neural network magneto-optical imaging 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1863
作者单位
摘要
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
随着星敏感器探测灵敏度的提高, 导航星表中恒星的数量急剧增加, 导致星图识别的识别速度和识别率降低。因此, 为了提高星图识别的识别速度和识别率, 文中在三角形算法的基础上提出了一种基于多特征匹配的快速星图识别算法。首先, 采用天球的内接正二十面体法对预处理后的星表进行分区。然后, 将特征三角形的边长以及外接圆和内切圆半径的乘积作为特征值构建导航特征库, 并根据后者的哈希函数对特征库进行分块。在识别的过程中, 利用观测三角形外接圆和内切圆半径乘积的哈希函数实现导航特征库子块的快速定位, 并在该子块内采用多特征匹配的方法得到观测三角形的识别结果, 最后根据该结果确定星敏感器视场所包含的天球子区域, 并在子区域内完成视场中其它导航星的识别。实验结果表明, 文中算法的识别性能与导航特征库的分块数有关, 在选择合适的分块数后, 与常用三角形算法相比, 算法在识别速度, 识别率以及对星等误差和假目标的鲁棒性等方面具有明显的优势, 算法的平均识别时间和识别率分别为17.161 ms和98.58%, 满足星敏感器对高识别速度和识别率的要求。
星敏感器 星图识别 天球分区 多特征匹配 star sensor star identification celestial partition multi-feature matching 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1870
作者单位
摘要
陆军工程大学 车辆与电气工程系, 河北 石家庄 050003
为避免在利用欧拉反演方法进行磁性目标单点定位时, 二阶张量数据对误差和噪声的较敏感性导致定位精度低的缺点, 提出一种利用张量衍生不变关系、仅需一阶张量数据实现磁源单点定位的方法。在磁偶极子场源张量不变量和特征值分析基础上, 推导了两个张量衍生不变关系: 磁矩与位置矢量夹角是恒定的, 且能用张量特征值表示; 绝对值最小特征值的特征向量垂直于磁矩、位置矢量, 其余特征值的特征向量共面于磁矩、位置矢量。据此, 可计算出位置矢量关于过磁源中心某平面四象限对称的4个可能解, 根据实际方位和磁测数据确定唯一解。实验结果表明, 实测中经磁梯度张量系统误差校正后, 对小尺度磁铁(直径5 cm、厚度0.5 cm)的定位精度控制在1 cm均方根误差范围内。相比欧拉反演方法, 提出的方法在同噪声工况下探测距离更远, 定位结果更可靠。
磁梯度张量系统 磁偶极子 张量衍生不变关系 单点定位 误差校正 magnetic gradient tensor system magnetic dipole tensor invariant relation single-point positioning error correction 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1880
作者单位
摘要
1 河南理工大学 计算机科学与技术学院, 河南 焦作 454000
2 广东省数据科学工程技术研究中心, 广东 广州 510631
为准确检测线束端子显微图像的内径轮廓以进行后续的数据分析, 在色度亮度空间中提出一种基于变指数滤波的显微图像分割算法。首先, 根据彩色线束端子显微图像颜色分布的特点, 将红绿蓝颜色空间中的彩色图像转换到色度亮度空间中, 消除光照影响并分离亮度和色度信息, 并将色度信息转换到色度球体上; 然后在全变分模型的基础上, 构造了一种色度球体上的变指数变分模型对色度信息进行滤波, 其中变指数函数具有结构自适应性质; 接着通过分析单色通道的边缘检测结果, 选择在图像的红色通道中使用Canny算法进行边缘检测; 去除虚假的不连续边界曲线后, 得到最终的内径轮廓。实验结果显示, 本方法所得端子内径轮廓周长与手工测量相比, 偏差小于0.5%。本文算法得到的线束端子内径轮廓、周长等数据准确。
图像分割 颜色空间 色度变换 线束端子 变指数色度滤波 image segmentation color space chromaticity transformation harness terminal variable exponential chroma filter 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1894
作者单位
摘要
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
针对精密测角算法标定线阵相机内方位元素时仅标定一维方向的主点坐标及畸变, 导致该标定算法适应性及精度受限的问题, 提出了一种线阵相机二维高精度内方位标定方法。首先, 分析了线阵相机内方位元素模型, 然后, 针对该模型提出了一种基于二维转台的二维标定方法, 并给出了详细的标定步骤及数据处理方法, 最后, 将本文提出方法的标定结果与精密测角算法的标定结果进行了对比, 结果表明, 本文提出的标定方法的重投影误差为0.34 pixel, 相比于精密测角算法的1.25 pixel, 显著提高了标定精度, 且标定时不需要进行对准、调平等操作, 标定过程操作简单。
线阵相机 高精度内方位元素标定 二维标定 精密测量 line-scan camera high precision calibration two-dimensional calibration precision measurement 
光学 精密工程
2019, 27(8): 1901